《热工复习提纲》课件

热工复习提纲这份热工复习提纲汇总了热工学科的核心知识要点,帮助学生系统地回顾和巩固所学内容主要涵盖热力学基础、传热机理、锅炉动力系统等方面的关键概念和原理热工概述热工学的定义热工学的重要性热工学的应用领域热工学的主要内容热工学是研究热量在物质间传热工学为各工程领域提供了科热工学在机械、化工、能源等热量的传递方式、热量与功的递以及相互转换的一门学科学依据,在发电、制冷、燃料燃领域广泛应用,如锅炉、内燃机换算、材料热学特性、相变现它涉及热量、温度、热功等诸烧等过程中起着关键作用掌、制冷系统等都涉及热量传递象、能量守恒定律等是热工学多物理量及其规律握其基本原理对工程设计至关和转换的过程的重点内容重要热量的传递方式传导对流热量通过物质内部分子直接接触而热量通过流体运动如气流或液流传递,热量从高温区向低温区传导,从高温区向低温区传递,广泛应用常见于固体材料中于制冷和供热等领域辐射热量以电磁波的形式从发热体向周围环境传播,不需要物质介质,常见于太阳辐射和火焰热传导传导机理1热量通过物质内部粒子间的热运动而由高温区向低温区传播的过程称为热传导这是分子间的热交换过程影响因素2热传导过程受物质的导热系数、温差大小、传热面积和传热距离等因素的影响热导率3不同物质的热导率不同,这决定了其热传导的能力金属的热导率通常较高,而绝缘材料的热导率较低热对流对流传热的机制1通过流体流动带走热量影响对流传热的因素2流体流速、表面特性、流体性质对流传热分类3自然对流、强制对流典型应用4散热器、热交换器、空调系统对流传热是通过流体流动带走热量的一种热量传递方式它受流体流速、表面特性和流体性质等因素的影响对流传热可分为自然对流和强制对流两种对流传热在散热器、热交换器和空调系统中都有广泛应用热辐射热量传递1通过电磁波的方式传播温度差驱动2热量从高温物体流向低温物体无介质传播3可以在真空中传播热辐射是一种热量传递方式,热量以电磁波的形式从高温物体辐射到低温物体热量传递的驱动力是温度差,不需要任何介质就可在真空中传播这种传热方式广泛应用于日常生活和工业生产中物质的热平衡热量传递平衡热量吸收与释放热平衡系统物质通过传导、对流和辐射等方式持续地吸当一个物体吸收热量时,其温度会升高;当它一个完整的热平衡系统包括热量的来源、吸收和释放热量,直到达到热平衡状态这种释放热量时,温度会降低只有当吸收和释热介质和散热介质在这个系统中,热量持热量交换过程可以描述为一种热量平衡放的热量完全平衡时,物体才能维持恒定的续地从高温区域流向低温区域,直到整个系温度统达到热平衡恒温过程定义恒温过程是一种热量交换过程，其中物质的温度保持不变这通常发生在温度平衡与热量转移的条件下特点在恒温过程中,系统的内能保持不变,不会发生功的转换能量只在形式上发生变化,在热量和工作之间转换应用恒温过程广泛应用于化学反应、生物过程和工业制冷系统等它是理解热力学第一定律的基础等压过程恒压系统在等压过程中,系统所受的压力保持不变这意味着系统内部的压力和外部环境压力均保持稳定体积变化在等压过程下,气体体积的变化与温度成正比温度升高,体积增大;温度降低,体积减小热量变化等压过程中,气体吸收的热量全部转化为内能,无功耗损热量变化与温度升高或降低程度成正比等容过程定义1在等容过程中，气体的体积保持不变,只有温度和压力发生变化这是热力学第一定律在常体积条件下的应用特点2体积恒定,只有内能和温度发生变化压力变化与温度成正比,体积做功为0应用3等容过程广泛应用于内燃机、喷气发动机等热机的工作过程,以及在工业炉窑、烧结炉等中的热量传递过程中绝热过程无热量交换1系统与外界不发生热量交换温度变化2系统温度随压力变化而变化体积变化3系统体积随压力变化而变化绝热过程是一种没有热量交换的过程在此过程中，系统温度随压力的变化而变化,同时系统体积也会随着压力的变化而发生相应的变化这是一种理想化的过程,在实际应用中往往会受到各种因素的影响而有所偏离焓热量性质状态函数计算公式焓是一种衡量物质内部能量的热力学变量,焓是状态函数,只依赖于当前的状态,而不依焓可以用内能、体积和压力的函数来表示:H表示物质在特定温度和压力下所包含的全部赖于过程焓变与热流、功改变都有密切联=U+PV通过焓的变化可以计算热量和能量系功的关系热功热功的定义热功的计算热功是一种由热量转变而成的机热功可以通过工质在某个过程中械能是热力学中的一个重要概体积变化而产生的功来计算念热功的应用热功的效率热功广泛应用于热力发电、制冷热功的效率受到热力学第二定律和热机等领域中的限制，存在着最大热效率物质的状态参数温度压力温度是测量物质热量的重要指标，反压力是物质对周围环境的支持力压映了物质分子的运动状态温度高低力的大小会影响物质的相变及化学反决定了热量传递的方向应体积能量体积反映了物质在空间中的占据情况能量是物质进行各种过程和变化所需体积变化会引起物质的密度、相态的能力物质的温度、压力等参数反等参数的变化映了其内部能量的状态理想气体状态方程定律定律1Boyle-Mariotte2Charles描述气体在等温条件下,压力与描述气体在恒压条件下,体积与体积成反比的关系温度成正比的关系定律理想气体状态方程3Avogadro4描述相同温度和压力下,不同气综合以上几个定律形成的描述体的体积与摩尔数成正比气体状态的通用数学公式纯物质的相变固体熔化液体沸腾气体凝华当纯物质受到加热时,其内部分子动能增加,进一步加热纯物质,当达到沸点温度时,液体在一定压力条件下,气体随温度降低会转变最终会打破固体结构,转变为液体状态这内部气泡开始大量产生并上升,导致整个液为固体状态,这一过程称为气体凝华相反一过程称为固体熔化熔化温度是固体状态体体系沸腾,转变为气体状态这一过程称的过程则是固体升华,即固体直接转变为气向液体状态转变的关键温度点为液体沸腾体而不经历液体状态湿空气性质湿度露点温度湿空气中水蒸气的含量,可以通过当空气逐渐冷却时,水蒸气会凝结相对湿度、绝对湿度等指标来表示成水滴的温度称为露点温度这是不同湿度水平会影响人体舒适度判断空气湿度的重要指标和材料性能比焓指单位质量湿空气的焓值,反映了湿空气的含热量比焓随温度和湿度变化而变化,是计算空调系统热量的重要参数湿空气的热量计算干空气焓1根据温度和压力计算干空气焓水蒸气焓2根据温度和湿度计算水蒸气焓湿空气焓3干空气焓与水蒸气焓之和即为湿空气总焓湿空气的热量计算需要考虑干空气和水蒸气两部分首先根据温度和压力计算干空气的焓值,然后根据温度和湿度计算水蒸气的焓值,二者之和即为湿空气的总焓这种方法可以准确地反映湿空气的热量特性燃料的化学性质成分分析热值测定燃烧特性环境影响燃料主要由碳、氢、氧、硫等燃料的热值是指燃料完全燃烧不同燃料有不同的自燃温度、燃料在燃烧过程中会产生一些元素组成通过化学分析可以所释放的热量这是燃料最重燃烧速率和燃烧效率这些特有害的废气和颗粒物,需要考虑确定燃料的具体成分比例，这要的性质之一，直接影响燃料性决定了燃料在实际应用中的燃料的环境友好性是评估燃料性质的基础的热效率适用性燃料的完全燃烧充分供氧1确保燃料充分接触到足够的氧气高温反应2在高温下燃料与氧气充分反应生成二氧化碳和水3燃料被完全氧化生成二氧化碳和水完全燃烧是指燃料在高温下与足够的氧气充分反应,生成二氧化碳和水这个过程中不会产生任何未完全燃烧的中间产物,最终可以释放出燃料最大的热量为了达到完全燃烧,需要保证燃料和氧气充分接触,反应温度也需要达到一定的水平燃料的不完全燃烧氧气不足燃料在缺少足够氧气的情况下燃烧,无法完全氧化,导致不完全燃烧产物不同完全燃烧会产生二氧化碳和水,而不完全燃烧会产生一氧化碳和其他有害物质热量损失不完全燃烧导致热能损失,减少了燃料利用效率环境影响一氧化碳等有害物质排放会对环境造成污染燃料的热量计算热值测量1使用热量计测量燃料的发热量成分分析2确定燃料的化学成分理论计算3根据燃料成分推算理论发热量燃料的热量计算是热工领域的重要内容通过测量、成分分析和理论计算等方法,可以准确地估算出不同类型燃料的热值这些数据对于科学管理燃料资源、提高能源利用效率都具有重要意义锅炉的热量平衡热量输入热量流向热量损失燃料在锅炉内燃烧产生的热量是锅炉热量的锅炉内产生的热量首先被锅炉本体吸收,然锅炉在运行过程中会有一定的热量损失,主主要来源此外还包括空气预热器和经济器后通过辐射、对流等方式传递给水和蒸汽,要包括烟气损失、灰渣损失、热辐射和对流等设备回收的余热最终用于实现工艺过程损失等合理控制这些损失是提高锅炉效率的关键制冷循环的基本原理需热端1制冷系统从需热端吸收热量,将其传递至散热端释放掉这是制冷循环的基础压缩机2压缩机将低温、低压的制冷剂压缩至高温、高压状态,为后续的冷凝过程提供动力冷凝器3高温、高压的制冷剂在冷凝器中放出热量,由气态变为液态这个过程释放了大量热量膨胀阀4膨胀阀将高压液态制冷剂迅速降压,使其温度大幅下降,进入蒸发器后能够吸收热量蒸发器5蒸发器吸收来自需热端的热量,使制冷剂由液态变为气态,完成了制冷循环的一个周期制冷剂的性质环保性热力学性质12选用无害于环境且无臭氧消耗制冷剂应具有良好的热力学特潜能的制冷剂非常重要性,如适当的沸点、压缩比和潜热化学性质安全性34制冷剂应具有稳定的化学结构,制冷剂应具有高度的安全性,不不易发生反应和腐蚀易燃爆、无毒害制冷机的工作过程压缩制冷剂被压缩机压缩,温度和压力升高冷凝高温高压的制冷剂经过冷凝器,释放热量,温度降低并转为液态膨胀液态制冷剂通过膨胀阀大幅降低压力,温度也随之降低蒸发低温低压的制冷剂在蒸发器内吸收周围热量,温度升高并转为气态热力机的基本工作过程效率优化工作原理通过合理设计热源温度、中间温度和冷却温度,可以提高热力机的热力效率热力机通过吸收高温热源的热量做功,并将部分热量排放到低温热汇中123循环过程热力机的工作过程主要包括等压加热、等容或等压膨胀、等压排热和等容或等压压缩等四个阶段汽轮机的基本工作过程涡轮进气1高温高压蒸汽从进气口进入涡轮转子2高压蒸汽经过转子叶片做功涡轮出气3降温降压的蒸汽从出口排出机械功输出4转子带动发电机发电汽轮机利用高温高压蒸汽的膨胀能量来驱动转子旋转,从而带动发电机发电蒸汽从进气口进入涡轮,经过精心设计的转子叶片,做功膨胀后从出口排出,转子的旋转动能被输出作为机械功这是汽轮机的基本工作原理内燃机的基本工作过程进气1通过活塞下降吸入空气和燃料混合物压缩2活塞上升压缩混合气体燃烧与膨胀3混合气体被点燃并爆发,驱动活塞下降排气4活塞上升,将废气排出内燃机通过上述四个基本工作过程将化学能转换为机械能这种循环性工作模式可以产生持续不断的动力内燃机广泛应用于汽车、发电机等领域,是一种重要的动力装置热工仪表的工作原理温度测量流量测量热工仪表通常利用热电偶、热电阻常用的流量测量方式包括差压流量和远红外等原理测量温度,能精确计、涡街流量计和电磁流量计等,反映介质的温度变化情况可以测量流体的瞬时或累积流量压力测量压力传感器通过检测压力引起的机械变形或电信号变化来测量压力,能反映系统的压力状况总结与展望总结展望经过全面系统的复习,我们深入掌握了热工学的基本概念、原理和未来,热工学将继续在工业生产、能源开发、环境保护等领域发挥计算方法从热量传递、热力学过程到燃料与燃烧,这些知识为我重要作用我们将把所学知识与实际应用相结合,为推动科技创新们后续学习奠定了坚实基础贡献自己的力量。