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1、第一篇第一篇 工程热力学工程热力学第第01章章工程热力学的基本概念工程热力学的基本概念第第02章章热力学第一定律热力学第一定律第第03章章热力学第二定律热力学第二定律第第04章章理想气体理想气体第第05章章水蒸气水蒸气第第06章章气体和蒸汽的流动气体和蒸汽的流动第第07章章压缩机的热力过程压缩机的热力过程第第08章章气体动力循环气体动力循环第第09章章蒸气压缩制冷循环蒸气压缩制冷循环第第10章章湿空气湿空气第第01章章工程热力学的基本概念工程热力学的基本概念第一节第一节 工质的概念及应用工质的概念及应用第二节第二节 热力学系统热力学系统第三节第三节 热力学平衡态热力学平衡态第四节第四节 热力学
2、状态参数热力学状态参数第五节第五节 准静态过程和可逆过程准静态过程和可逆过程第一节第一节 工质的概念及应用工质的概念及应用1、热能动力装置：、热能动力装置：热能转换为机械能热能转换为机械能一、热能动力装置与制冷装置的作用一、热能动力装置与制冷装置的作用1、热能动力装置：、热能动力装置：热能转换为机械能热能转换为机械能一、热能动力装置与制冷装置的作用一、热能动力装置与制冷装置的作用压缩机压缩机2、制冷装置、制冷装置 ：热量从低温处传递到高温处热量从低温处传递到高温处（热泵）（热泵）第一节第一节 工质的概念及应用工质的概念及应用1、热能动力装置：、热能动力装置：热能转换为机械能热能转换为机械能一、
3、热能动力装置与制冷装置的作用一、热能动力装置与制冷装置的作用2、制冷装置、制冷装置 ：热量从低温处传递到高温处热量从低温处传递到高温处（热泵）（热泵）二、工质二、工质1、定义：、定义：把热量转化为机械能的媒介物称为工质，把热能把热量转化为机械能的媒介物称为工质，把热能转化为机械能，只有通过工质的膨胀来实现。转化为机械能，只有通过工质的膨胀来实现。2、工质的基本性质：、工质的基本性质：作为工质应具有良好的流动性和膨胀作为工质应具有良好的流动性和膨胀性。性。工质一般都是气态工质一般都是气态(汽态汽态)。3、常用工质：、常用工质：空气、燃气、蒸汽（水蒸气及制冷剂蒸汽气）空气、燃气、蒸汽（水蒸气及制冷
4、剂蒸汽气）第一节第一节 工质的概念及应用工质的概念及应用第二节第二节 热力学系统热力学系统一、（热力学）系统、外界、边界一、（热力学）系统、外界、边界1、系统：相互作用的各种热力设备中、系统：相互作用的各种热力设备中 被划分出的作为研究对象的热力设备被划分出的作为研究对象的热力设备2、外界：、外界：系统之外的其它热力设备系统之外的其它热力设备3、边界：、边界：系统与外界的分界面系统与外界的分界面 边界边界系统与外界通过边界相互作用；系统与外界通过边界相互作用；有三种交换：有三种交换：物质；物质；功量；功量；热量热量可以是真实的、也可以是虚拟的；可以是真实的、也可以是虚拟的；可以是固定的、也可以
5、是活动的。可以是固定的、也可以是活动的。第二节第二节 热力学系统热力学系统一、（热力学）系统、外界、边界一、（热力学）系统、外界、边界二、系统与外界的类型二、系统与外界的类型划分依据：物质、功量、热量交换划分依据：物质、功量、热量交换1、系统的类型、系统的类型开口系统开口系统：与外界：与外界有物质交换有物质交换封闭系统封闭系统：与外界：与外界无物质交换无物质交换绝热系统绝热系统：与外界：与外界无热量交换无热量交换孤立系统孤立系统：与外界：与外界无任何交换（既无物质交换，又无功量无任何交换（既无物质交换，又无功量 和热量交换）和热量交换）2、外界的类型、外界的类型热源热源：与系统：与系统只发生热
6、量交换只发生热量交换。高温热源高温热源：向其他系统供热的热源（：向其他系统供热的热源（热源热源）；）；低温热源低温热源：吸收其他系统放出热量的热源（：吸收其他系统放出热量的热源（冷源冷源）。）。功源功源：与系统：与系统只发生功量的交换只发生功量的交换。质源质源：与系统：与系统只发生物质交换只发生物质交换。第三节第三节 热力学平衡态热力学平衡态：描述系统：描述系统宏观宏观状态的物理量状态的物理量一、状态一、状态：系统在某一瞬间所处的：系统在某一瞬间所处的宏观宏观状况状况二、状态参数二、状态参数三、平衡态三、平衡态（热力学平衡状态）（热力学平衡状态）热平衡：热力系统的温度均匀一致，且不随时间而变热
7、平衡：热力系统的温度均匀一致，且不随时间而变力平衡：热力系统的压力均匀一致，且不随时间而变力平衡：热力系统的压力均匀一致，且不随时间而变平衡态平衡态 在无外界影响的条件下，热力学系统内部工质的温度和在无外界影响的条件下，热力学系统内部工质的温度和压力到处是压力到处是均匀一致的且不随时间变化均匀一致的且不随时间变化。平衡态：平衡态：描述最为简单描述最为简单 稳态稳态 系统内的状态参数不随时间而变化系统内的状态参数不随时间而变化均匀态均匀态 系统内的状态参数在空间的分布均匀一致系统内的状态参数在空间的分布均匀一致第四节第四节 热力学状态参数热力学状态参数一、常见的状态参数一、常见的状态参数1 1、
8、压力、压力2 2、温度、温度3 3、比容、比容4 4、内能、内能5 5、焓、焓6 6、熵、熵可直接观察和测量的状态参数：基本状态参数可直接观察和测量的状态参数：基本状态参数热量和功量热量和功量非状态参数非状态参数第四节第四节 热力学状态参数热力学状态参数一、常见的状态参数一、常见的状态参数二、状态参数的特性二、状态参数的特性1.1.状态参数的数值由状态唯一确定状态参数的数值由状态唯一确定pvcbad2.2.当系统从初态变为终态时，当系统从初态变为终态时，状态参数的变化量，只与系统状态参数的变化量，只与系统的初、终态有关，而与变化过程无关的初、终态有关，而与变化过程无关。3.3.工质经过一个循环
9、，又回到初态时，工质经过一个循环，又回到初态时，1.1.尺度量：尺度量：描述系统总体特征描述系统总体特征，如系统的总容积，如系统的总容积V V、总内能、总内能U U、总焓总焓H H、总熵、总熵S S等，等，数值与系统的质量成正比数值与系统的质量成正比，具有可加性。，具有可加性。2.2.强度量：强度量：描述系统内各点特征描述系统内各点特征，如压力，如压力p p、温度、温度T T等，等，数值数值与系统的质量无关与系统的质量无关，不具有可加性。，不具有可加性。第四节第四节 热力学状态参数热力学状态参数一、常见的状态参数一、常见的状态参数pvcbad三、状态参数的分类三、状态参数的分类二、状态参数的特
10、性二、状态参数的特性1 1、p-vp-v图图2 2、T-sT-s图图 等等点、线、面含义点、线、面含义第四节第四节 热力学状态参数热力学状态参数一、常见的状态参数一、常见的状态参数pvcbad四、状态参数坐标图四、状态参数坐标图三、状态参数的分类三、状态参数的分类二、状态参数的特性二、状态参数的特性第四节第四节 热力学状态参数热力学状态参数一、常见的状态参数一、常见的状态参数pvcbad四、状态参数坐标图四、状态参数坐标图三、状态参数的分类三、状态参数的分类二、状态参数的特性二、状态参数的特性五、基本状态参数五、基本状态参数2 2、温度、温度3 3、比容、比容1 1、压力、压力 1 1）压力的
11、概念与单位）压力的概念与单位物理学物理学单位面积上所受到的垂直作用力称为压强单位面积上所受到的垂直作用力称为压强(压力压力)；气体或者液体作用在单位容器壁面上的垂直作用力称为压力。气体或者液体作用在单位容器壁面上的垂直作用力称为压力。工程热力学与流体力学工程热力学与流体力学压力的单位：压力的单位：分子运动论把气体压力看做是气体分子撞击壁面的宏观表现分子运动论把气体压力看做是气体分子撞击壁面的宏观表现1 1、压力、压力 1 1）压力的概念与单位）压力的概念与单位2 2）绝对压力、大气压力、表压力与真空度）绝对压力、大气压力、表压力与真空度绝对压力：绝对压力：气体的真实压力气体的真实压力 工程热力
12、学计算中使用的压力工程热力学计算中使用的压力 1 1、压力、压力 1 1）压力的概念与单位）压力的概念与单位2 2）绝对压力、大气压力、表压力与真空度）绝对压力、大气压力、表压力与真空度大气压力大气压力：标准大气压标准大气压：纬度：纬度4545o o的海平面上的常年平均气压（用的海平面上的常年平均气压（用p pb b表示表示)1atm=760mmHg=0.1013MPa=1.03323at1atm=760mmHg=0.1013MPa=1.03323at。标准状况标准状况:压力为压力为1 1标准大气压、温度为标准大气压、温度为00。绝对压力：绝对压力：1 1、压力、压力 1 1）压力的概念与单位
13、）压力的概念与单位2 2）绝对压力、大气压力、表压力与真空度）绝对压力、大气压力、表压力与真空度大气压力大气压力：绝对压力：绝对压力：表压力、真空度：表压力、真空度：压力计显示的压力压力计显示的压力相对压力相对压力当绝对压力高于大气压力，当绝对压力高于大气压力，ppb时时压力计指示的数值压力计指示的数值表压力表压力pg=p-pb当绝对压力低于大气压力，当绝对压力低于大气压力，p cvcp-cv=Rcpcv=kcv=1k-1cpk=k-1、同一种理想气体，只要有相同的初态温度和终态温度，同一种理想气体，只要有相同的初态温度和终态温度，任何过程中其内能的变化都相同。任何过程中其内能的变化都相同。第
14、四节第四节 理想气体的内能和焓理想气体的内能和焓一、理想气体的内能一、理想气体的内能、理想气体的内能只与温度有关，仅是温度的单值函数。、理想气体的内能只与温度有关，仅是温度的单值函数。、理想气体，任何过程中内能的变化都可表示为理想气体，任何过程中内能的变化都可表示为 二、理想气体的焓二、理想气体的焓、理想气体的焓只是温度的单值函数。、理想气体的焓只是温度的单值函数。、只要有相同的初态温度和终态温度，只要有相同的初态温度和终态温度，任何过程中其任何过程中其焓焓的变化都相同。的变化都相同。、理想气体，任何过程中焓的变化都可表示为理想气体，任何过程中焓的变化都可表示为 2 2、3 3、4 4、5 5
15、点温度相同点温度相同三、理想气体可逆过程适用的热力学第一定律三、理想气体可逆过程适用的热力学第一定律适用于理想气体任意过程适用于理想气体任意过程 对理想气体和实际气体都成立对理想气体和实际气体都成立 对对定容过程定容过程，外界加入封闭系统的热量全，外界加入封闭系统的热量全部用来增加系统内能，反之，封闭系统向外界部用来增加系统内能，反之，封闭系统向外界放出的热量全部由系统内能的减少来补偿。放出的热量全部由系统内能的减少来补偿。第五节第五节 理想气体的定容过程理想气体的定容过程状态变化过程中，比容保持不变状态变化过程中，比容保持不变一、过程方程式：一、过程方程式：二、状态参数之间的关系：二、状态参
16、数之间的关系：三、过程在状态参数坐标图上的表示：三、过程在状态参数坐标图上的表示：T-s图上的斜率：图上的斜率：四、过程中的能量转换关系：四、过程中的能量转换关系：v定值定值第六节第六节 理想气体的定压过程理想气体的定压过程一、过程方程式：一、过程方程式：二、状态参数之间的关系：二、状态参数之间的关系：三、过程在状态参数坐标图上的表示：三、过程在状态参数坐标图上的表示：T-s图上的斜率：图上的斜率：四、过程中的能量转换关系四、过程中的能量转换关系在状态变化过程中，压力保持不变在状态变化过程中，压力保持不变p定值定值 在在定压过程定压过程中，气体吸收的热量大于中，气体吸收的热量大于对外作功量；理
17、想气体定压过程中的对外对外作功量；理想气体定压过程中的对外做功量做功量，全部来自于所吸收的热量，全部来自于所吸收的热量。一定质量的理想气体在等压作用下，温度从一定质量的理想气体在等压作用下，温度从127上升到上升到227，其比容等于原来的，其比容等于原来的 倍：倍：5/4 第七节第七节 理想气体的定温过程理想气体的定温过程在状态变化过程中，温度保持不变在状态变化过程中，温度保持不变一、过程方程式：一、过程方程式：二、状态参数之间的关系：二、状态参数之间的关系：三、过程在状态参数坐标图上的表示：三、过程在状态参数坐标图上的表示：p-v图上的斜率：图上的斜率：四、过程中的能量转换关系四、过程中的能
18、量转换关系pv定值定值 理想气体定温过程中吸热量等于膨胀理想气体定温过程中吸热量等于膨胀功；放热量等于压缩功。功；放热量等于压缩功。一定质量的理想气体在温度保持不变的条件下，若压力表的读一定质量的理想气体在温度保持不变的条件下，若压力表的读数从数从0.5MPa下降到下降到0.4MPa，其比容等于原来的，其比容等于原来的_倍。倍。6/5 第八节第八节 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程在状态变化过程中，系统与外界没有热交换在状态变化过程中，系统与外界没有热交换一、过程方程式：一、过程方程式：二、状态参数之间的关系：二、状态参数之间的关系：三、过程在状态参数坐标图上的表示：三、过程在状态参数坐标
19、图上的表示：p-v图上的斜率：图上的斜率：四、过程中的能量转换关系四、过程中的能量转换关系pvk定值定值 任意气体绝热过程任意气体绝热过程 对于可逆过程对于可逆过程对于可逆绝热过程对于可逆绝热过程可逆的绝热过程是定熵过程可逆的绝热过程是定熵过程 理想气体可逆绝热过程理想气体可逆绝热过程 第九节第九节 理想气体的多变过程理想气体的多变过程一、过程方程式：一、过程方程式：特例：特例：n=0pv0=p=定值定值定压过程；定压过程；n=1pv=定值定值定温过程；定温过程；n=pv=定值定值绝热过程；绝热过程；n=p1/nv=p0v=v=定值定值定容过程。定容过程。二、状态参数之间的关系：二、状态参数之
20、间的关系：pvn定值定值 n n 为全体实数为全体实数.称为多变指数称为多变指数三、过程在状态参数坐标图上的表示三、过程在状态参数坐标图上的表示第九节第九节 理想气体的多变过程理想气体的多变过程特例：特例：n=0pv0=p=定值定值定压过程；定压过程；n=1pv=定值定值定温过程；定温过程；n=pv=定值定值绝热过程；绝热过程；n=p1/nv=p0v=v=定值定值定容过程。定容过程。三、过程在状态参数坐标图上的表示三、过程在状态参数坐标图上的表示第九节第九节 理想气体的多变过程理想气体的多变过程n顺时针方向增大；顺时针方向增大；两图的过程线和区间一一对应两图的过程线和区间一一对应。dv0,膨胀
21、功量为正；膨胀功量为正；dp0,热量为正；热量为正；dT0du0，dh0。第九节第九节 理想气体的多变过程理想气体的多变过程u=cv(T2T1)不适用于不适用于定温过程定温过程 对照对照 多变过程的比热多变过程的比热 对于四种典型的热力过程，有对于四种典型的热力过程，有:定压过程：定压过程：n=0，c=cp；定温过程：定温过程：n=1，c=；绝热过程：绝热过程：n=k，c=0；定容过程：定容过程：n=，c=cv。四、过程中的能量转换关系四、过程中的能量转换关系第第05章章水蒸气水蒸气第一节第一节 水蒸气的基本概念水蒸气的基本概念第五节第五节 水蒸气表和水蒸气表和h-s图图第六节第六节 水蒸气的
22、基本热力过程水蒸气的基本热力过程第二节第二节 水在定压汽化过程中的五种状态水在定压汽化过程中的五种状态第三节第三节 水的定压汽化过程的三个阶段水的定压汽化过程的三个阶段第四节第四节 水蒸气的水蒸气的pv图和图和Ts图图第一节第一节 基本概念基本概念一、汽化和液化一、汽化和液化汽化汽化沸腾：沸腾：蒸发：蒸发：液态液态汽化汽化气态气态液化或凝结液化或凝结饱和蒸汽饱和蒸汽饱和水饱和水二、蒸发和沸腾二、蒸发和沸腾三、饱和温度和饱和压力三、饱和温度和饱和压力相应的温度和压力称为相应的温度和压力称为饱和温度（饱和温度（ts）和饱和压力）和饱和压力f(Ps)。饱和状态：饱和状态：当汽化速度等于液化速度时，当
23、汽化速度等于液化速度时，汽、液两相处于动态平衡，两相平衡的状汽、液两相处于动态平衡，两相平衡的状态就称为饱和状态态就称为饱和状态。ts=f(Ps)在饱和状态下，蒸气称为在饱和状态下，蒸气称为饱和蒸气饱和蒸气，液体为，液体为饱和液体饱和液体。在任何温度下，发生在液体的自由表面上。在任何温度下，发生在液体的自由表面上。在一定温度下，同时发生在水的表面和内部。在一定温度下，同时发生在水的表面和内部。第二节第二节 水在定压汽化过程中的五种状态水在定压汽化过程中的五种状态容器中装有容器中装有1kg1kg水水t=tst=tst=tstts0abcde未饱和水：未饱和水：ab，tttts s ，饱和水：饱和
24、水：b b，t=tt=ts s ，干饱和蒸汽：干饱和蒸汽：d d，t=tt=ts s ，湿蒸汽：湿蒸汽：c c，饱和水和饱和蒸汽的混合物，饱和水和饱和蒸汽的混合物 t=tt=ts s ，p p、T T 不是不是独立的状态参数。独立的状态参数。干度干度x x：1kg1kg湿蒸汽中含湿蒸汽中含x kgkg的饱和蒸汽的饱和蒸汽过冷度过冷度 t=ts-t，过冷水过冷水过热度过热度 t=t-ts p、T 是独立的状态参数。是独立的状态参数。p p、T T 不是独立的状态参数。不是独立的状态参数。p p、T T 不是独立的状态参数。不是独立的状态参数。p p、T T是独立的状态参数。是独立的状态参数。压缩
25、水压缩水第三节第三节 水在定压汽化过程的三个阶段水在定压汽化过程的三个阶段容器中装有容器中装有1kg1kg水水t=tst=tst=tstts0abcdepvTsababcddcee第三节第三节 水在定压汽化过程的三个阶段水在定压汽化过程的三个阶段pvTsababcddcee2 2）定压汽化阶段）定压汽化阶段b-c-db-c-d：饱和水：饱和水干饱和蒸汽，干饱和蒸汽，既是定压又是既是定压又是定温的过程定温的过程。水在定压汽化阶段所吸收的单位质量热量水在定压汽化阶段所吸收的单位质量热量 1 1）定压预热阶段）定压预热阶段a-ba-b：未饱和水：未饱和水饱和水。饱和水。3 3）定压过热阶段）定压过热
26、阶段d-ed-e：饱和蒸汽：饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽。整个水蒸气定压发生过程所需的热量等于三者之和，可整个水蒸气定压发生过程所需的热量等于三者之和，可用用水和水蒸气的焓值变化来计算水和水蒸气的焓值变化来计算。比液体热：比液体热：水在定压预热阶段所吸收的单位质量热量。水在定压预热阶段所吸收的单位质量热量。比汽化潜热：比汽化潜热：比过热量：比过热量：水在定压过热阶段所吸收的单位质量热量。水在定压过热阶段所吸收的单位质量热量。一公斤饱和水在定压下加热变成饱和蒸汽一公斤饱和水在定压下加热变成饱和蒸汽时所吸收的热量时所吸收的热量 比汽化潜热比汽化潜热:干饱和蒸汽的比焓与饱和水的比焓的差值干饱和蒸汽的比焓
27、与饱和水的比焓的差值 第三节第三节 水在定压汽化过程的三个阶段水在定压汽化过程的三个阶段pvTsababcddceeCCx=0 x=0 x=1x=1p0vsT0湿蒸汽区湿蒸汽区湿蒸汽区湿蒸汽区过热蒸汽区过热蒸汽区过热蒸汽区过热蒸汽区未未饱饱和和水水区区未未饱饱和和水水区区第四节第四节 水蒸气的水蒸气的pv图和图和Ts图图CCx=0 x=0 x=1x=1p0vsT0湿蒸汽区湿蒸汽区湿蒸汽区湿蒸汽区过热蒸汽区过热蒸汽区过热蒸汽区过热蒸汽区未未饱饱和和水水区区未未饱饱和和水水区区1 1、一点二线三区五态。一点二线三区五态。2 2、当压力升高时当压力升高时，饱和温度随之升高，汽化过程缩短，饱和温度随之
28、升高，汽化过程缩短，比汽化比汽化潜热减少潜热减少，预热过程变长，比液体热增加。，预热过程变长，比液体热增加。3 3、临界点上的比汽化潜热为零，即汽化在一瞬间完成。、临界点上的比汽化潜热为零，即汽化在一瞬间完成。水的临界参数水的临界参数 pc=22.115MPa tc=374.12 vc=0.003147m3/kg第四节第四节 水蒸气的水蒸气的pv图和图和Ts图图当水的温度超过临界温度当水的温度超过临界温度t tc c=374.12374.12时，水仅以气态存在。时，水仅以气态存在。无论加多大压力，都不能使蒸汽液化。无论加多大压力，都不能使蒸汽液化。一、水蒸气表一、水蒸气表 1 1、饱和水与饱和
29、水蒸气表、饱和水与饱和水蒸气表1 1）按温度排列）按温度排列:t tpsps、vv、hh、ss、v v、h h、s s2 2）按压力排列）按压力排列p ptsts、vv、hh、ss、v v、h h、s s湿蒸汽：湿蒸汽：vv、hh、ssv v、h h、s sx x2 2、未饱和水与过热水蒸气表、未饱和水与过热水蒸气表t t、p p v v、h h、s s 第五节第五节 水蒸气表和水蒸气表和h-s图图一、水蒸气表一、水蒸气表 第五节第五节 水蒸气表和水蒸气表和h-s图图二、水蒸气二、水蒸气h-s图图 在湿蒸气区内在湿蒸气区内，定压线定压线为一簇倾斜的直线，为一簇倾斜的直线，同时同时它它也是定温线
30、也是定温线。定压线定压线向右上方呈发散状向右上方呈发散状。结构：结构：C临界点，临界点，x0线，线，x1线；线；定压线、定温线；定压线、定温线；在饱和区内还有定干度线。在饱和区内还有定干度线。定干度线束是从临界点出发、主体向右下方呈发散状的曲线簇。定干度线束是从临界点出发、主体向右下方呈发散状的曲线簇。所有干度值的定干度线汇交于临界点所有干度值的定干度线汇交于临界点 第五节第五节 水蒸气的基本热力过程水蒸气的基本热力过程过程中的能量转换关系过程中的能量转换关系可逆过程可逆过程任意过程任意过程一、定容过程一、定容过程单位质量水蒸气的膨胀功等于零单位质量水蒸气的膨胀功等于零 比内能的变化量等于单位
31、质量水蒸气的交换的热量比内能的变化量等于单位质量水蒸气的交换的热量 二、定压过程二、定压过程单位质量水蒸气的技术功等于零单位质量水蒸气的技术功等于零 比焓的变化量等于单位质量水蒸气交换的热量比焓的变化量等于单位质量水蒸气交换的热量 三、定温过程三、定温过程四、绝热过程四、绝热过程定熵过程（可逆）定熵过程（可逆）蒸汽在汽轮机内进行膨胀时，蒸汽在汽轮机内进行膨胀时，并不吸收热量，并不吸收热量，若不计热损失，若不计热损失，可看作是绝热过程。可看作是绝热过程。若没有耗散，是可逆绝热过程。若没有耗散，是可逆绝热过程。若考虑耗散，是不可逆绝热过程。若考虑耗散，是不可逆绝热过程。绝热效率（相对内效率）绝热效
32、率（相对内效率）第第06章章气体和蒸汽的流动气体和蒸汽的流动第一节第一节 稳定流动的基本方程稳定流动的基本方程第二节第二节 喷管和扩压管的流动特性及其截面变化规律喷管和扩压管的流动特性及其截面变化规律第三节第三节 喷管中的流速和质量流量及其影响因素喷管中的流速和质量流量及其影响因素第四节第四节 实际应用实例实际应用实例第五节第五节 绝热节流绝热节流第一节第一节 稳定流动的基本方程稳定流动的基本方程假设假设：状态及流速只沿流动方向变化；各点的状态及流速、流量等状态及流速只沿流动方向变化；各点的状态及流速、流量等都不随时间变化。都不随时间变化。流动中能量转换过程是可逆的。流动中能量转换过程是可逆的
33、。工质与工质与外界没有热交换外界没有热交换*一元稳定流动条件一元稳定流动条件1）一元流动是指工质的状态参数和流速）一元流动是指工质的状态参数和流速,仅沿流动方向做一元仅沿流动方向做一元的变化的变化,与流动方向垂直的同一截面上的各点工质的状态参数与流动方向垂直的同一截面上的各点工质的状态参数和流速是相同的。和流速是相同的。2）任意一点的状态参数不随时间变化）任意一点的状态参数不随时间变化3）进入系统的质量等于离开系统的质量）进入系统的质量等于离开系统的质量4）进入系统的能量等于离开系统的能量）进入系统的能量等于离开系统的能量第一节第一节 稳定流动的基本方程稳定流动的基本方程假设假设：状态及流速只
34、沿流动方向变化；各点的状态及流速、流量等状态及流速只沿流动方向变化；各点的状态及流速、流量等都不随时间变化。都不随时间变化。流动中能量转换过程是可逆的。流动中能量转换过程是可逆的。工质与工质与外界没有热交换外界没有热交换1 1、连续性方程、连续性方程2 2、能量方程、能量方程3 3、状态方程、状态方程4 4、音速方程、音速方程马赫数马赫数亚音速亚音速超音速超音速当地音速当地音速马赫数代表流体流动中的惯性力与弹性力之比。马赫数代表流体流动中的惯性力与弹性力之比。第二节第二节 喷管和扩压管的流动特性及其截面变化规律喷管和扩压管的流动特性及其截面变化规律喷管喷管：使高压气流膨胀，压力能转变成宏观动能
35、，获得高速气流。使高压气流膨胀，压力能转变成宏观动能，获得高速气流。扩压管：扩压管：使高速气流的速度降低，压力升高，将动能转变为压力能。使高速气流的速度降低，压力升高，将动能转变为压力能。一、喷管和扩压管的流动特性一、喷管和扩压管的流动特性二、喷管和扩压管的截面变化规律二、喷管和扩压管的截面变化规律M=1喷管喷管扩压管扩压管第三节第三节 喷管中的流速和质量流量及其影响因素喷管中的流速和质量流量及其影响因素1、流速及其影响因素、流速及其影响因素任意工质，任意绝热过程任意工质，任意绝热过程 理想气体，任意绝热过程理想气体，任意绝热过程 理想气体，可逆绝热过程理想气体，可逆绝热过程 当当时时当当时时
36、达到最大值达到最大值 当喷管内的理想气体做可逆绝热流动时，喷管出口流速由气当喷管内的理想气体做可逆绝热流动时，喷管出口流速由气体的种类、进口初参数压力体的种类、进口初参数压力p1和比容和比容v1，以及出口压力，以及出口压力p2而定。而定。第三节第三节 喷管中的流速和质量流量及其影响因素喷管中的流速和质量流量及其影响因素1、流速及其影响因素、流速及其影响因素二、临界压力比二、临界压力比M=1流速等于当时音速流速等于当时音速临界流动：临界流动：压力等于临界压力压力等于临界压力对于单原子气体：对于单原子气体：对于双原子气体：对于双原子气体：对于三原子气体：对于三原子气体：临界压力比：临界压力比：若进
37、口为亚音速流动，当气流的压力下降到若进口为亚音速流动，当气流的压力下降到约为进口压约为进口压力的一半时力的一半时流速等于当地音速。流速等于当地音速。第三节第三节 喷管中的流速和质量流量及其影响因素喷管中的流速和质量流量及其影响因素1、流速及其影响因素、流速及其影响因素二、临界压力比二、临界压力比三、质量流量及其影响因素三、质量流量及其影响因素 对于一元稳定流动，喷管中各截面上的质量流量相等，对于一元稳定流动，喷管中各截面上的质量流量相等，因此，可根据任一截面上的流速、比容和截面面积，用连续因此，可根据任一截面上的流速、比容和截面面积，用连续性方程计算。性方程计算。工程上，通常都是按喷管最小截面
38、上的有关参数计算质工程上，通常都是按喷管最小截面上的有关参数计算质量流量的。量流量的。第三节第三节 喷管中的流速和质量流量及其影响因素喷管中的流速和质量流量及其影响因素1、流速及其影响因素、流速及其影响因素二、临界压力比二、临界压力比三、质量流量及其影响因素三、质量流量及其影响因素四、工况变动时气体在喷管中的流速与流量变化四、工况变动时气体在喷管中的流速与流量变化 气体在渐缩形喷管中流动，喷管出口的背压与进口气体在渐缩形喷管中流动，喷管出口的背压与进口压强之比压强之比大于大于临界压强比，若此时降低背压，气体的临界压强比，若此时降低背压，气体的流速和质量流量将流速和质量流量将增加增加。气体在渐缩
39、形喷管中流动，喷管出口的背压与进口气体在渐缩形喷管中流动，喷管出口的背压与进口压强之比压强之比小于小于临界压强比，若此时降低背压，气体的临界压强比，若此时降低背压，气体的流速和质量流量流速和质量流量不变不变。四、工况变动时气体在喷管中的流速变化四、工况变动时气体在喷管中的流速变化对于收缩形喷管：对于收缩形喷管：p2p1p2阀阀接真空泵接真空泵p1第四节第四节 实际应用实例实际应用实例驱动涡轮后的驱动涡轮后的废气废气发动机排出发动机排出的废气的废气压缩后压缩后的空气的空气吸入新吸入新鲜空气鲜空气涡轮轴承涡轮轴承润滑油孔润滑油孔废气涡轮增压器废气涡轮增压器第五节第五节 绝热节流绝热节流流体流经通道
40、突然缩小的截面后发生压力降低的现象。流体流经通道突然缩小的截面后发生压力降低的现象。由能量方程由能量方程即节流前后气体的焓不变。即节流前后气体的焓不变。可得可得 由由于于孔孔口口附附近近的的扰扰动动及及涡涡流流，造造成成不不可可逆逆损损失失，因因此此气气流流恢恢复复稳稳定定时时，p2比比节节流流前前稳稳定定气气流流的的压压力力p1要要低低。节节流流过过程程是是典典型型的的不可逆过程。不可逆过程。由于不可逆因素的影响，由于不可逆因素的影响，绝热节流过程中气体的熵将增加。绝热节流过程中气体的熵将增加。由于压力下降由于压力下降,比容增加。比容增加。对于理想气体对于理想气体,温度和内能不变温度和内能不
41、变;对于实际气体对于实际气体,变化比较复杂。变化比较复杂。节流汤姆逊效应节流汤姆逊效应p pT Tp pp pNNN NT THHT TL L冷效应区冷效应区热效应区热效应区转回温度曲线转回温度曲线节流后，温度降低，即节流后，温度降低，即称为节流冷效应称为节流冷效应节流后，温度不变，即节流后，温度不变，即称为节流零效应称为节流零效应节流后，温度升高，即节流后，温度升高，即称为节流热效应称为节流热效应 大大多多数数实实际际气气体体，常常温温下下节节流流都都处处于于冷冷效效应应区区，节节流后温度下降。流后温度下降。绝绝热热节节流流冷冷效效应应是是工工程程上上获获得得低低温的常用方法。温的常用方法。
42、第第07章章压缩机的热力过程压缩机的热力过程第一节第一节 活塞式压缩机的工作原理和示功图活塞式压缩机的工作原理和示功图第二节第二节 单级活塞式压缩机的耗功量单级活塞式压缩机的耗功量第三节第三节 压缩机的容积效率及其影响因素压缩机的容积效率及其影响因素第四节第四节 多级压缩多级压缩第五节第五节 叶轮式压缩机的工作原理及分类叶轮式压缩机的工作原理及分类第一节第一节 活塞式压缩机的工作原理和示功图活塞式压缩机的工作原理和示功图 压缩机是制造压缩气体的设备。从热力学观点看，压缩机压缩机是制造压缩气体的设备。从热力学观点看，压缩机是消耗外界机械能是消耗外界机械能,将气体由较低压力压缩到较高压力。将气体由
43、较低压力压缩到较高压力。压缩机分类压缩机分类动作原理和结构动作原理和结构动作原理和结构动作原理和结构压缩级数压缩级数压缩级数压缩级数 单级压缩机单级压缩机单级压缩机单级压缩机 两级压缩机两级压缩机两级压缩机两级压缩机多级压缩机多级压缩机多级压缩机多级压缩机排气压力排气压力排气压力排气压力 压缩机压缩机压缩机压缩机:表压力表压力表压力表压力2bar 2bar 2bar 2bar 鼓风机鼓风机鼓风机鼓风机:表压力表压力表压力表压力0.150.150.150.152bar2bar2bar2bar通风机：表压力通风机：表压力通风机：表压力通风机：表压力0.15bar0.15bar0.15bar0.15
44、bar压缩工质压缩工质压缩工质压缩工质 制冷压缩机制冷压缩机制冷压缩机制冷压缩机空气压缩机空气压缩机空气压缩机空气压缩机船舶使用船舶使用的压缩机的压缩机 二级活塞式空气压缩机二级活塞式空气压缩机二级活塞式空气压缩机二级活塞式空气压缩机:启动主机、辅机；启动主机、辅机；启动主机、辅机；启动主机、辅机；单级活塞式压缩机单级活塞式压缩机单级活塞式压缩机单级活塞式压缩机:冷库制冷和空调；冷库制冷和空调；冷库制冷和空调；冷库制冷和空调；离心式空气压缩机离心式空气压缩机离心式空气压缩机离心式空气压缩机:废气涡轮增压器的压气机中；废气涡轮增压器的压气机中；废气涡轮增压器的压气机中；废气涡轮增压器的压气机中；
45、锅炉和通风用的离心式鼓风机、通风机。锅炉和通风用的离心式鼓风机、通风机。锅炉和通风用的离心式鼓风机、通风机。锅炉和通风用的离心式鼓风机、通风机。叶轮式叶轮式叶轮式叶轮式活塞式活塞式活塞式活塞式离心式离心式离心式离心式轴流式轴流式轴流式轴流式一、活塞式压缩机的工作原理一、活塞式压缩机的工作原理一、活塞式压缩机的工作原理一、活塞式压缩机的工作原理单级单级单级单级：依靠气体一次流经气：依靠气体一次流经气：依靠气体一次流经气：依靠气体一次流经气缸，达到所需的工作压力。缸，达到所需的工作压力。缸，达到所需的工作压力。缸，达到所需的工作压力。第一节第一节 活塞式压缩机的工作原理和示功图活塞式压缩机的工作原
46、理和示功图1-2:1-2:1-2:1-2:压缩过程。压缩过程。压缩过程。压缩过程。2-3:2-3:排气过程。排气过程。3-4:3-4:3-4:3-4:膨胀过程。膨胀过程。膨胀过程。膨胀过程。4-1:4-1:4-1:4-1:吸气过程。吸气过程。吸气过程。吸气过程。组成：组成：组成：组成：特点：特点：特点：特点：具有余隙容积具有余隙容积;有吸、排气阻力有吸、排气阻力。二、示功图二、示功图二、示功图二、示功图 活塞往活塞往复运动一次复运动一次所消耗的机所消耗的机械功可用示械功可用示功图上过程功图上过程线线1-2-3-4-1-2-3-4-1 1所包围的所包围的面积表示。面积表示。第二节第二节 单级活塞
47、式压缩机耗功量单级活塞式压缩机耗功量V V V V3 3 3 34 4 4 45 5 5 5T T T T5 5 5 5n n n n5 5 5 5s s s s 理想理想理想理想是指是指是指是指:压缩机活塞到达上止点时，活塞顶面与缸盖底面压缩机活塞到达上止点时，活塞顶面与缸盖底面压缩机活塞到达上止点时，活塞顶面与缸盖底面压缩机活塞到达上止点时，活塞顶面与缸盖底面正好接触而不相撞，即两者正好接触而不相撞，即两者正好接触而不相撞，即两者正好接触而不相撞，即两者间隙为零间隙为零间隙为零间隙为零；气体流进、流出气缸不气体流进、流出气缸不气体流进、流出气缸不气体流进、流出气缸不存在流动阻力存在流动阻力
48、存在流动阻力存在流动阻力的情况。的情况。的情况。的情况。过程线与过程线与过程线与过程线与p p p p 轴围成的面积轴围成的面积轴围成的面积轴围成的面积对对n=1(n=1(等温等温)、1nk(1nk(多变多变)、n=k(n=k(绝热绝热)三种不同的压缩过程三种不同的压缩过程 一、余隙容积的影响一、余隙容积的影响一、余隙容积的影响一、余隙容积的影响V V V V0 0 0 04 4 4 4V V V V1 1 1 1-V-V-V-V4 4 4 4V V V Vs s s sO O O O 使压气机的产气量减少使压气机的产气量减少使压气机的产气量减少使压气机的产气量减少,但压气机但压气机但压气机但
49、压气机的耗功量亦减少如图中面积的耗功量亦减少如图中面积的耗功量亦减少如图中面积的耗功量亦减少如图中面积12341123411234112341。压缩每压缩每压缩每压缩每kgkgkgkg气体所耗的功与无余隙容气体所耗的功与无余隙容气体所耗的功与无余隙容气体所耗的功与无余隙容积时相同，所以积时相同，所以积时相同，所以积时相同，所以压缩相同排量的气压缩相同排量的气压缩相同排量的气压缩相同排量的气体至同样的增压比，压气机耗功量体至同样的增压比，压气机耗功量体至同样的增压比，压气机耗功量体至同样的增压比，压气机耗功量与无余隙时相同。与无余隙时相同。与无余隙时相同。与无余隙时相同。从理论上讲从理论上讲从理
50、论上讲从理论上讲，余隙容积对压缩机的耗功没有影响，但，余隙容积对压缩机的耗功没有影响，但，余隙容积对压缩机的耗功没有影响，但，余隙容积对压缩机的耗功没有影响，但实际上实际上实际上实际上，余隙容积的存在使压缩机活塞往复一次的吸气量减少了，若产余隙容积的存在使压缩机活塞往复一次的吸气量减少了，若产余隙容积的存在使压缩机活塞往复一次的吸气量减少了，若产余隙容积的存在使压缩机活塞往复一次的吸气量减少了，若产生相同质量相同压缩的压缩气体，有余隙的压缩机，要比无余生相同质量相同压缩的压缩气体，有余隙的压缩机，要比无余生相同质量相同压缩的压缩气体，有余隙的压缩机，要比无余生相同质量相同压缩的压缩气体，有余隙