热工培训课件

热工培训课件热工与传热基础全面解析第一章热工与流体力学基础概述热工学科定义学科关系与结构热工学是研究热能转换、传递和利用规律的工程学科，是现代工业生产热工与流体力学密不可分，流体是热能传递的重要媒介本课程采用理的理论基础之一本学科涵盖热力学、流体力学和传热学三大领域，在论应用实践三位一体的结构，从基本原理到工程实例，全面提升您的--能源、化工、冶金等行业有广泛应用专业素养培养目标实践能力现场应用掌握热工基础理论，建立系统性知识框架培养热工系统设计、分析与优化能力工程热力学篇导览热能与机械能转换规律能量守恒与能量方程热力学研究热能与机械能之间的相互转能量守恒是热力学的核心原则，能量方换规律，是能源利用的理论基础通过程是其数学表达本章将详细介绍能量学习能量转换原理，您将理解各类热力守恒在封闭系统和开口系统中的应用，设备的工作机制为后续学习奠定基础热力学第一定律详解热量由于温差而传递的能量形式符号（吸热为正）Q热力学能物质内部分子运动的能量总和，是物质状态参数之一公式U=fT,V功力与位移乘积的能量形式符号（对外做功为正）W能量转换计算封闭系统能量方程开口系统能量方程ΔU=Q-WΔH=Q-Ws系统内能变化等于吸收的热量减去对外做的功为焓，为轴功，适用于稳态流动过程H Ws热力学第二定律与卡诺循环第二定律的实质热力学第二定律揭示了能量转换的方向性和限制性，表明热能不可能自发地从低温物体传递到高温物体，以及热能不可能完全转化为机械能第二定律的工程意义在于确定热能利用的极限效率，指导工程师设计更高效的热力系统卡诺循环逆卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成的理想可逆循环，是效率最高的热力循环制冷与热泵系统的理论基础，消耗功将热量从低温转移到高温热效率₂₁制冷系数₂₂₁₂η=1-T/Tε=Q/W=T/T-T理想气体热力性质与状态方程理想气体状态方程其中为压力，为体积，为质量，为气体常数，为温度p Vm RT比热容与热量计算焓与内能计算定压比热容理想气体内能仅为温度函数cp=∂h/∂Tp定容比热容cv=∂u/∂TvΔU=mcvΔT两者关系理想气体焓变cp-cv=R热量计算ΔH=mcpΔT等压过程对于理想气体Q=mcpΔT等容过程Q=mcvΔT H=U+pV=U+mRT热力学循环示意图卡诺循环特点实际循环特点由两个等温过程和两个绝热过程组成不可避免存在不可逆损失••理论上效率最高的热力循环受到材料、技术等因素限制••所有可逆热机效率的上限效率总低于卡诺循环效率••第二章流体力学基础流体的力学性质密度与比重，ρ=m/Vγ=ρg粘度动力粘度和运动粘度μν=μ/ρ可压缩性体积弹性模量K=-V∂p/∂V流体静力学基本概念流体静压力在各方向大小相等，方向垂直于受力面静压强随高度的变化关系p z对于不可压缩流体，静压强分布满足₀p=p+ρgh一元流体动力学基础流量与平均流速连续性方程体积流量质量守恒的数学表达Q=AV质量流量稳态不可压缩流体G=ρQ=ρAV其中为截面积，为平均流速₁₁₂₂A VA V=A V一般形式₁₁₁₂₂₂ρA V=ρA V伯努利方程能量守恒的表达式，三种形式机械能形式常数z+p/ρg+V²/2g=压强形式与能量形式伯努利方程的工程应用流量测量装置（文丘里管、孔板）管道系统水力计算••射流和喷嘴设计•流动阻力与能量损失雷诺数与流态判断其中为特征长度，为特征速度D V层流•Re2300过渡流•2300Re4000湍流•Re4000阻力计算沿程阻力局部损失总水头损失Δp=λ·L/D·ρV²/2Δp=ζ·ρV²/2hw=Δp/ρg为沿程阻力系数，与和相对粗糙度有关为局部阻力系数，与局部构件形状有关在实际工程中需要考虑所有损失λReζ流体流动示意图层流特性湍流特性流体粒子沿平行流线运动流体粒子做无规则脉动运动••速度分布呈抛物线形速度分布更加均匀••中心最大速度为平均速度的倍中心最大速度约为平均速度的倍•2•

1.2阻力与流速成正比阻力与流速平方成正比••能量损失较小能量损失较大••第三章传热学基础传热的三种基本方式导热热能在物质内部分子间直接传递，无宏观物质移动对流流体流动携带热量传递，有宏观物质移动辐射通过电磁波传递热量，不需要介质温度场概念温度场空间各点温度的分布等温线温度相同点的连线等温面温度相同点的曲面温度梯度温度变化最快的方向传热基本定律稳态导热理论与傅立叶定律傅立叶定律其中热流密度，q-W/m²导热系数，λ-W/m·K温度梯度，dT/dx-K/m负号表示热量从高温向低温传递导热系数的影响因素λ材料特性温度影响压力影响金属导热系数较大（铜）大多数材料导热系数随温度变化固体压力影响不显著380W/m·K绝缘材料导热系数较小（泡沫塑料金属随温度升高而减小气体压力降低导热系数减小

0.03-

0.05λ）绝缘材料随温度升高而增大W/m·Kλ多层圆筒壁稳态导热计算圆筒壁温度分布单层圆筒壁导热方程其中为单位长度热流量，₁、₂分别为内外半径q W/m rr多层壁导热串联模型对于由层不同材料组成的多层圆筒壁n各层界面温度可以通过热流量逐层计算获得热传导实例计算钢管包保温层热损失计算一根内径、壁厚的钢管，外包厚的硅酸铝保温层钢管内表面温度，环境温度，对流换热系数100mm5mm50mm200℃20℃10W/m²·K已知钢导热系数₁λ=45W/m·K保温层导热系数₂λ=

0.06W/m·K计算单位长度热损失q计算结果q≈

87.3W/m温度分布分析钢管外表面温度₂T≈

199.8℃保温层外表面温度₃T≈

27.3℃大部分温降发生在保温层，证明保温效果良好多层圆筒壁热传导示意图热流方向特点温度梯度特点热量始终从高温向低温流动导热系数越小，温度梯度越大••圆筒壁中热流沿径向流动圆筒壁温度呈对数分布••热流线与等温面垂直内层温度梯度大于外层••各层热流量相等（稳态条件下）保温层内温降最大••第四章热工安全与现场操作规范热工作业安全风险点高温风险烫伤、热疲劳、热射病火灾爆炸风险易燃易爆物质、高压设备有毒气体风险一氧化碳、硫化氢等机械伤害风险旋转设备、高压流体热作业许可制度热作业必须实行许可制度，严格执行先检测、后作业的原则许可流程包括申请、审批、安全检查、监护、作业、完工验收等环节个人防护装备（）PPE头部防护手部防护热作业安全培训重点热作业定义及类型热作业是指在生产、检修过程中可能产生明火、火花或者高温的作业，主要包括焊接作业（电焊、气焊、等离子焊等）•切割作业（气割、等离子切割等）•打磨作业（砂轮打磨、抛光等）•加热作业（蒸汽加热、电加热等）•其他可能产生火源的作业•火灾预防与监护热作业现场必须配备专职监火人，负责作业前清除易燃物•作业中监视火花扩散•作业后继续监护不少于分钟•30发生火情立即处置并报警•设备检查与安全操作规程热作业许可单详解许可单内容与填写规范现场安全检查要点热作业许可单必须包含以下关键信息作业区域隔离作业单位、作业人员及资质设置警戒线，悬挂警示牌•作业地点、时间及工作内容•可燃物清除危险因素分析及控制措施•气体检测结果（可燃气体、有毒气体）清理米范围内易燃物•10消防设备配置及应急措施•各级审批人员签字气体检测•检测可燃气体浓度25%LEL消防设备配备足量适用灭火器事故案例分享某化工厂在检修过程中，未严格执行热作业许可制度，作业区域附近残留可燃气体未检测，导致焊接火花引燃爆炸，造成人重伤教训热作业必须严格执行许可制度，不得违规操作3热作业现场标准PPE头部防护详解身体防护详解安全帽必须符合标准阻燃工作服符合标准，能•GB2811•GB8965有效防止火花烧灼面罩焊接面罩遮盖全脸，防护等级•应与焊接类型匹配手部防护耐高温绝缘手套，材质应•与作业类型匹配护目镜防飞溅、防强光、防紫外线•足部防护绝缘安全鞋，防砸、防刺呼吸防护在有害气体环境中使用合••穿、防滑功能适的防毒面具特殊防护高温环境下需配备隔热服、•冷却背心等正确穿戴是预防热工作业伤害的最后一道防线作业前必须检查完好性，发现PPE PPE损坏立即更换管理人员应定期组织使用培训，确保工人正确使用防护装备PPE第五章热工设备与仪表基础常用热工设备介绍1锅炉将燃料的化学能转化为热能，产生蒸汽或热水的设备分类水管锅炉、火管锅炉、电锅炉等2换热器在不同流体间进行热量交换的设备分类板式、管壳式、板翅式等测量仪表原理温度测量热电偶、热电阻、双金属温度计3•压力测量弹簧管压力表、电子压力变送器冷凝器蒸发器•/流量测量孔板流量计、涡街流量计、超声波流量计•制冷循环中实现工质相变的换热设备应用空调、冰箱、冷水机组等仪表选型与维护要点仪表选型应考虑测量范围、精度要求、介质特性、安装条件和环境因素仪表维护应定期校准、检查密封性、清洁感应元件，保证测量准确性仪表故障是热工系统异常的重要信号，应引起足够重视热工系统能效与节能技术热能利用效率提升方法提高燃烧效率减少传热损失优化空燃比控制加强设备保温使用高效燃烧器减少热桥效应燃料预处理与优化优化设备布局优化运行工况负荷匹配与调节智能控制系统定期维护保养余热回收与节能改造案例烟气余热回收冷凝水回收利用某钢铁厂高炉煤气余热回收系统，通过余热锅炉回收某造纸厂通过安装冷凝水回收系统，将蒸汽冷凝水回高炉煤气显热，产生中低压蒸汽用于发电和供热，年收至锅炉给水系统，提高给水温度，每年节约燃料费节约标准煤万吨，投资回收期不到年用约万元，减少水资源消耗万吨2210015热工计算软件与模拟技术常用热工计算工具热力学计算流体性质计算REFPROP制冷剂性质分析CoolProp化工流程模拟ASPEN Plus流体流动计算分析ANSYS FluentCFD多物理场耦合COMSOL管网计算软件模拟软件应用价值传热计算减少物理实验成本换热器设计•HTRI优化设计方案热分析•ANSYS Thermal预测运行状况•热网计算软件分析异常工况•指导故障排除•模拟案例DEFORM-3D是专业的热处理模拟软件，可模拟材料在热处理过程中的温度场、应力场和相变过程在模具钢热处理中，通过模拟可预测淬火变形、残余应力分布，优化热处理工艺参数，提高模具寿命和性能DEFORM-3D热工设备流程图热能转换流程能量流失节点化学能热能（燃烧过程）燃烧不完全损失

1.→•热能机械能（蒸汽透平）排烟热损失

2.→•机械能电能（发电机）散热损失

3.→•热能回收（换热器、经济器）机械损失

4.•余热利用（供热、热水）电能转换损失

5.•热工系统设计优化需要从全流程角度考虑能量转换效率通过梳理能量流动路径，识别主要损失环节，针对性采取节能措施，可显著提高系统整体效率典型热电厂能量利用率可从提升至以上（通过热电联产）30%80%第六章综合案例分析油气储运中的热工应用解决方案示例某北方地区原油管道冬季输送面临凝固风险，通过以下措施解决管道入口电加热升温

1.沿线加装保温层减少热损失

2.优化泵站间距减少压降

3.添加降凝剂改善流动性

4.在线温度监测预警系统

5.典型热工问题原油加热与保温输送•气体压缩过程温升控制•低温液化天然气储运•管道应力热分析•典型故障诊断与处理12热工知识与职业素养培养理论联系实际热工专业人员应具备将理论知识应用于实际工程问题的能力这需要深入理解热工基本原理•熟悉设备结构与工作原理•掌握计算与分析方法•具备工程经验与直觉•通过实践不断强化理论认知•创新意识与团队协作面对复杂热工问题，单打独斗难以取得成功优秀的热工专业人员应保持开放思维，勇于创新•善于跨专业沟通与合作•分享知识与经验•共同解决技术难题•节能环保意识培养课程总结与学习建议重点知识回顾热力学基础能量转换、热力定律、状态方程流体力学连续性方程、伯努利方程、流动阻力传热学三种传热方式、导热计算、对流换热安全与规范热作业安全、许可制度、防护措施学习方法建议建立知识框架，理解核心概念

1.勤于计算，掌握定量分析方法

2.结合实例，强化理论应用能力

3.参观实践，了解实际设备与工艺

4.持续学习，跟踪技术发展前沿

5.未来发展方向热工领域未来发展方向包括低碳高效热力系统、新能源利用技术、智能化热工设备、热工与人工智能融合等建议从业人员持续关注新技术、新材料、新工艺的发展，不断提升专业技能和创新能力互动问答环节常见问题示例热工计算中如何处理物性参数随温度变化的问题？可采用分段计算方法，每个温度区间使用平均物性值；或使用积分法，将物性参数表示为温度的函数进行积分求解；对于复杂工况，可利用专业软件进行数值模拟实际工程中如何选择最佳保温厚度？最佳保温厚度需考虑技术和经济两方面因素，可采用技术经济分析法，计算不同保温厚度下的总成本（包括初投资和运行成本），选择总成本最低的方案讨论热点话题低碳热力系统热工智能化讨论如何在保证热力系统性能的同时，降低讨论人工智能如何应用于热工系统优化控制？碳排放？新型工质、新型循环、余热利用等技数字孪生技术在热工设备管理中的应用前景如术路线各有何优缺点？何？参考资料与推荐阅读核心教材《热工与流体力学基础》，中国石化出版社•《工程热力学》，童钧耕，高等教育出版社•《传热学》，杨世铭，清华大学出版社•《流体力学》，张也影，高等教育出版社•《热工测量与仪表》，陈纯，机械工业出版社•相关标准与规范《工业设备及管道绝热设计导则》•GB/T7932《工业设备及管道绝热工程设计规范》•GB50264《建筑节能工程施工质量验收规范》•GB/T13401《化学品生产单位特殊作业安全规范》•AQ3023致谢与激励感谢您的参与与支持！感谢各位学员积极参与本次热工培训课程希望通过本次学习，您已经掌握了热工与流体力学的基本理论和应用方法，建立了系统性的知识框架持续学习的重要性共同推动发展热工技术在不断发展，新理论、新方法、热工技术是能源利用的核心，在国家双新设备层出不穷只有保持好奇心，持碳战略背景下具有重要意义希望各位续学习，才能在专业领域保持竞争力学员将所学知识应用到工作中，通过技理论与实践相结合，将知识转化为解决术创新和实践优化，共同推动热工技术实际问题的能力，是热工专业人员的核进步，为行业安全、高效、绿色发展贡心竞争力献力量！学无止境，愿热工之光照亮我们前进的道路！。