火电厂热工基础知识[001].ppt

n n第一节第一节 工程热力学工程热力学n n第二节第二节 传热学传热学n n第三节第三节 流体力学流体力学n n第四节第四节 热工测量技术热工测量技术第一节第一节 工程热力学工程热力学第一节第一节 知识结构知识结构一、热力学第一定律一、热力学第一定律二、理想气体性质及热力过程二、理想气体性质及热力过程三、热力学第二定律三、热力学第二定律四、水蒸气四、水蒸气五、气体和蒸汽流动五、气体和蒸汽流动六、气体和蒸汽动力循环六、气体和蒸汽动力循环七、湿空气七、湿空气基本概念基本概念n n工质：生产过程中工作物质的简称工质：生产过程中工作物质的简称n n热源：工质从中吸收热能的物体或系统热源：工质从中吸收热能的物体或系统n n冷源：接受工质排出热能的物体冷源：接受工质排出热能的物体n n状态参数：描述系统状态的物理量常用参数：压力状态参数：描述系统状态的物理量常用参数：压力p p p p、、温度温度T T T T、比体积、比体积v v v v、热力学能、热力学能U U U U、焓、焓H H H H和熵和熵S S S S 。

n n平衡状态：热力系统不受外界影响，始终保持不变平衡状态：热力系统不受外界影响，始终保持不变基本概念基本概念n n热力过程：系统从一个状态变化到另一个状态经历的全部状态的总和热力过程：系统从一个状态变化到另一个状态经历的全部状态的总和n n准平衡过程：平衡被破坏后能迅速达到新的平衡，工质偏离平衡状态极小准平衡过程：平衡被破坏后能迅速达到新的平衡，工质偏离平衡状态极小n n可逆过程：可逆过程： 逆向沿原过程回到初态，相关外界回到原态逆向沿原过程回到初态，相关外界回到原态 不给外界留下任何影响不给外界留下任何影响基本概念基本概念n n正向循环正向循环：：高温热源吸热高温热源吸热q q q q1 1 1 1，向低温热源放热，向低温热源放热q q q q2 2 2 2，部分热量转换为功效率，部分热量转换为功效率η=w/qη=w/qη=w/qη=w/q1 1 1 1n n逆向循环逆向循环：：向高温热源放热，从低温热源吸热，同时消耗外界的功向高温热源放热，从低温热源吸热，同时消耗外界的功n n热力学能热力学能: : : :储存在系统内部的能量储存在系统内部的能量n n焓：焓：H=U+pVH=U+pVH=U+pVH=U+pV，，即热力学能加推动功。

即热力学能加推动功n n总能总能: : : :E E= =UU+ +E Ek k+ +E Ep p 一、热力学第一定律一、热力学第一定律n n表述：当热能与其他形式的能量相互转换时，能量的总量保持不变表述：当热能与其他形式的能量相互转换时，能量的总量保持不变n n闭口系统表达式：闭口系统表达式： q=Δu+w q=Δu+wn nP51P51P51P51例题例题1 1 1 1一、热力学第一定律一、热力学第一定律n n例题例题1 1 1 1：气体在某一过程中吸收了：气体在某一过程中吸收了60kJ60kJ的热量，同时热力学能增加了的热量，同时热力学能增加了86kJ86kJ，问此过程是膨胀还是压缩过程？，问此过程是膨胀还是压缩过程？做功是多少？做功是多少？n n解解：根据闭口系统能量方程：根据闭口系统能量方程 可得可得n n对外做功为负，表明此过程被压缩，对外做功对外做功为负，表明此过程被压缩，对外做功-26kJ-26kJ，即消耗外界功，即消耗外界功26kJ26kJ一、热力学第一定律一、热力学第一定律n n开口系统表达式：开口系统表达式：P51P51P51P51例题例题2 2 2 2n n 二、理想气体性质及热力过程二、理想气体性质及热力过程n n理想气体模型：对实际气体的简化，忽略分子容积，忽略分子间作用力。

理想气体模型：对实际气体的简化，忽略分子容积，忽略分子间作用力n n理想气体状态方程：理想气体状态方程： P P P P1 1 1 1V V V V1 1 1 1/T/T/T/T1 1 1 1= P= P= P= P2 2 2 2V V V V2 2 2 2/T/T/T/T2 2 2 2 = PV/T= R = PV/T= R = PV/T= R = PV/T= Rn n理想气体参数理想气体参数 比热容：定容比热、定压比热、比热容：定容比热、定压比热、 热力学能差：公式热力学能差：公式ΔΔΔΔu u u u1-21-21-21-2= = = = 焓差：公式焓差：公式ΔΔΔΔh h h h1-21-21-21-2= = = = 熵差：公式熵差：公式4.1-18~4.1-204.1-18~4.1-204.1-18~4.1-204.1-18~4.1-20 二、理想气体性质及热力过程二、理想气体性质及热力过程n n热力过程：热力过程：4 4 4 4个基本过程个基本过程P P P P1 1 1 1V V V V1 1 1 1/T/T/T/T1 1 1 1 = P = P = P = P2 2 2 2V V V V2 2 2 2/T/T/T/T2 2 2 2 定容过程定容过程: : : :比体积不变的过程，比体积不变的过程，P P P P1 1 1 1/T/T/T/T1 1 1 1 = P = P = P = P2 2 2 2/T/T/T/T2 2 2 2 定压过程定压过程: : : :压力不变的过程，压力不变的过程，V V V V1 1 1 1/T/T/T/T1 1 1 1= V= V= V= V2 2 2 2/T/T/T/T2 2 2 2 定温过程定温过程: : : :温度不变的过程，温度不变的过程，P P P P1 1 1 1V V V V1 1 1 1= P= P= P= P2 2 2 2V V V V2 2 2 2 绝热过程：工质与外界没有热量交换的过程绝热过程：工质与外界没有热量交换的过程, , , , pv pv pv pvk k k k= = = =常数常数三、热力学第二定律三、热力学第二定律n n主要描述：主要描述： 1 1 1 1、克劳修斯说法：、克劳修斯说法： 2 2 2 2、开尔文说法：、开尔文说法：n n卡诺循环与卡诺定律：卡诺循环与卡诺定律： 1 1 1 1、卡诺循环（见图、卡诺循环（见图4.1-64.1-64.1-64.1-6）：由两个定温过程和两个绝热过程组成的理想循环。

由两个定温过程和两个绝热过程组成的理想循环 热效率：热效率：ηηηηt t t t =1 – T=1 – T=1 – T=1 – T2 2 2 2/T/T/T/T1 1 1 1三、热力学第二定律三、热力学第二定律 2 2 2 2、卡诺定理：、卡诺定理： 定理定理1 1 1 1：相同高温热源和低温热源间工作的可逆循环热效率相等：相同高温热源和低温热源间工作的可逆循环热效率相等 定理定理2 2 2 2：温度相同的高温热源和低温热源间工作的可逆热机热效率大于不可逆热机热效率：温度相同的高温热源和低温热源间工作的可逆热机热效率大于不可逆热机热效率n n孤立系统熵增原理：孤立系统内的熵只能够增大或维持不变，不可能减小孤立系统熵增原理：孤立系统内的熵只能够增大或维持不变，不可能减小 三、热力学第二定律三、热力学第二定律n n例题例题7 7：一个热机循环工作在：一个热机循环工作在1000K1000K和和250K250K的两个热源之间，从高温热源吸热的两个热源之间，从高温热源吸热100kJ100kJ，做功，做功77kJ77kJ，判断该循环，判断该循环是否可行，为什么？是否可行，为什么？n n解解：根据卡诺定律，循环热效率的极值为：根据卡诺定律，循环热效率的极值为 ，，该循环的热效率该循环的热效率 超过了卡诺循环的效率，故该循环不能实现。

超过了卡诺循环的效率，故该循环不能实现 四、水蒸气四、水蒸气n n饱和状态：水的汽化与液化速度相等，汽、液两相共存达到动态平衡的状态饱和状态：水的汽化与液化速度相等，汽、液两相共存达到动态平衡的状态 特点：饱和温度和饱和压力一一对应特点：饱和温度和饱和压力一一对应n n水的定压加热汽化过程：水的定压加热汽化过程： 1 1 1 1、二线三区五态、二线三区五态 2 2 2 2、相关定义、相关定义 汽化潜热：饱和水变为饱和蒸汽所需的热量汽化潜热：饱和水变为饱和蒸汽所需的热量 临界点：临界点： 温度温度tstststs为为374.15℃374.15℃374.15℃374.15℃，压力，压力PsPsPsPs为为22.212MPa22.212MPa22.212MPa22.212MPa四、水蒸气四、水蒸气n n水和水蒸气表水和水蒸气表四、水蒸气四、水蒸气n n水和水蒸气焓水和水蒸气焓- - - -熵图熵图五、气体和蒸汽的流动五、气体和蒸汽的流动n n基本方程：基本方程：n n促使流速改变的条件：促使流速改变的条件：Ma<1Ma<1Ma<1Ma<1时，若使流速增大，应有时，若使流速增大，应有dA<0dA<0dA<0dA<0，，横截面积应逐步缩小；横截面积应逐步缩小；Ma>1Ma>1Ma>1Ma>1时，若使流速增大，应有时，若使流速增大，应有dA>0dA>0dA>0dA>0，，横截面积应逐步增大。

横截面积应逐步增大六、气体和蒸汽动力循环六、气体和蒸汽动力循环n n气体动力循环气体动力循环 1 1 1 1、混合加热理想循环：、混合加热理想循环： 5 5 5 5个过程（个过程（2 2 2 2绝热绝热2 2 2 2定压定压1 1 1 1定容）定容） 2 2 2 2、定容加热理想循环：、定容加热理想循环： 4 4 4 4个过程（个过程（2 2 2 2绝热绝热2 2 2 2定容）定容）n n蒸汽动力循环蒸汽动力循环 1 1 1 1、郎肯循环：、郎肯循环：4 4 4 4个过程（个过程（2 2 2 2绝热绝热2 2 2 2定压）定压） 2 2 2 2、再热循环：朗肯循环的改进、再热循环：朗肯循环的改进 3 3 3 3、回热循环、回热循环七、理想气体混合物和湿空气七、理想气体混合物和湿空气n n理想气体混合物理想气体混合物 1 1 1 1、分压力：、分压力： 2 2 2 2、分压力定律：混合物总压力等于各组分分压力之和、分压力定律：混合物总压力等于各组分分压力之和n n湿空气：含有水蒸气的空气湿空气：含有水蒸气的空气 1 1 1 1、相对湿度：、相对湿度： 2 2 2 2、含湿量：、含湿量： 3 3 3 3、湿空气焓：、湿空气焓： 4 4 4 4、焓、焓- - - -含湿图：含湿图：n n湿空气过程湿空气过程 1 1 1 1、加热（或冷却）过程、加热（或冷却）过程 2 2 2 2、冷却去湿过程、冷却去湿过程 3 3 3 3、干燥过程、干燥过程第二节第二节 传热学传热学第二节第二节 知识结构知识结构n n绪论绪论n n导热传热导热传热n n对流换热对流换热n n辐射传热辐射传热n n传热过程分析与换热器计算传热过程分析与换热器计算一、导热传热一、导热传热n n导热定义：温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子导热定义：温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象，又称热传导。

热运动而进行的热量传递现象，又称热传导 n n导热特点：导热特点： ① ① ① ①必须有温差；必须有温差； ② ② ② ②物体直接接触；物体直接接触； ③ ③ ③ ③依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动传递热量；依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动传递热量； ④ ④ ④ ④引力场下单纯导热只发生在密实固体中引力场下单纯导热只发生在密实固体中一、导热传热一、导热传热n n一维稳态导热傅里叶公式：一维稳态导热傅里叶公式：n n导热过程的单值性条件：是导热微分方程确定唯一解的附加补充说明条件包含几何、物理、时间、边界导热过程的单值性条件：是导热微分方程确定唯一解的附加补充说明条件包含几何、物理、时间、边界边界条件分三类：边界条件分三类： 第一类边界条件：第一类边界条件： 第二类边界条件：第二类边界条件： 第三类边界条件：第三类边界条件：一、导热传热一、导热传热n n典型几何形状物体的稳态导热典型几何形状物体的稳态导热n n平壁导热：平壁导热： 1 1 1 1、第一类边界条件、第一类边界条件 图示：图示：4.2-74.2-74.2-74.2-7、、 4.2-84.2-84.2-84.2-8、、 4.2-94.2-94.2-94.2-9 公式：公式：4.2-84.2-84.2-84.2-8、、4.2-94.2-94.2-94.2-9 2 2 2 2、第三类边界条件、第三类边界条件 图示：图示：4.2-94.2-94.2-94.2-9 公式：公式：4.2-104.2-104.2-104.2-10、、4.2-114.2-114.2-114.2-11 3 3 3 3、应用：、应用：P75P75P75P75例题例题6 6 6 6 一、导热传热一、导热传热n n例题例题：一双层玻璃窗由宽：一双层玻璃窗由宽1m1m，高，高1.2m1.2m，厚，厚3mm3mm的玻璃和其中间的厚为的玻璃和其中间的厚为5mm5mm空气间隙组成。

设空气层仅起导热空气间隙组成设空气层仅起导热作用，导热系数为作用，导热系数为0.026 W/(m0.026 W/(m• •K)K)，室内外温度分别为，室内外温度分别为26℃26℃及及-11℃-11℃，内外表面表面传热系数分别为，内外表面表面传热系数分别为20W/(m220W/(m2• •K)K)、、 15W/(m215W/(m2• •K)K)，试求该玻璃窗的散热量试求该玻璃窗的散热量 n n解：解：A=1×1.2=1.2mA=1×1.2=1.2m2 2, , k=1/ k=1/（（1/h1/h1 1+δ+δ1 1/λ/λ1 1+δ+δ2 2/λ/λ2 2+δ+δ3 3/λ/λ3 3+1/h+1/h2 2））=3.2=3.2 W/(m2 W/(m2• •K)K) Δt=26-(-11)=37℃, φ=k*A*Δt=141W Δt=26-(-11)=37℃, φ=k*A*Δt=141W一、导热传热一、导热传热n n例题例题：导热系数分别为：导热系数分别为λλ1 1=0.08W/(m=0.08W/(m• •K)K)，， λλ2 2=0.03W/(m=0.03W/(m• •K)K)的材料，厚度分别为的材料，厚度分别为2mm2mm和和1mm,1mm,中间紧夹一层厚中间紧夹一层厚度可以不计的加热膜度可以不计的加热膜, ,加热膜的温度维持在加热膜的温度维持在70℃,70℃,材料材料1 1一侧维持在一侧维持在t t1 1=28℃=28℃，材料，材料2 2一侧与维持在一侧与维持在t tf f=18℃=18℃的表的表面传热系数面传热系数h h为为50W/(m250W/(m2• •K)K)的气流相通，假设过程为稳态的气流相通，假设过程为稳态, ,试计算加热膜所施加的热流密度大小。

试计算加热膜所施加的热流密度大小 n n解：材料解：材料1 1侧侧:q:q1 1=(t=(t0 0-t-t1 1)/(δ)/(δ1 1/λ/λ1 1)=1680W/m)=1680W/m2 2, , 材料材料2 2侧侧:q:q2 2=(t=(t0 0-t-tf f)/(δ)/(δ2 2/λ/λ2 2+1/h)=975W/m+1/h)=975W/m2 2, , q= q= q q1 1 + + q q2 2=2655W/m=2655W/m2 2一、导热传热一、导热传热n n圆筒壁导热圆筒壁导热 1 1 1 1、第一类边界条件、第一类边界条件 图示：图示：4.2-104.2-104.2-104.2-10 公式：公式：4.2-124.2-124.2-124.2-12、、4.2-134.2-134.2-134.2-13 2 2 2 2、第三类边界条件、第三类边界条件 图示：图示：4.2-104.2-104.2-104.2-10 公式：公式：4.2-124.2-124.2-124.2-12、、4.2-134.2-134.2-134.2-13 3 3 3 3、应用：、应用： P75P75P75P75例题例题7 7 7 7二、对流换热二、对流换热n n对流对流 1 1 1 1、定义：流体（气体或液体）中温度不同的各部分之间，由于发生相对宏观运动而把热量由一处传递到另、定义：流体（气体或液体）中温度不同的各部分之间，由于发生相对宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象，又称热对流。

一处的现象，又称热对流 2 2 2 2、基本公式：牛顿冷却公式、基本公式：牛顿冷却公式二、对流换热二、对流换热n n对流换热对流换热 1 1 1 1、定义：流体与温度不同的固体壁面接触时所发生的传热过程、定义：流体与温度不同的固体壁面接触时所发生的传热过程 2 2 2 2、特点：、特点： ① ① ① ①导热与对流同时存在的复杂过程；导热与对流同时存在的复杂过程； ② ② ② ②必须有直接接触面、宏观运动和温差；必须有直接接触面、宏观运动和温差； ③ ③ ③ ③紧贴壁面会形成速度梯度较大的边界层紧贴壁面会形成速度梯度较大的边界层二、对流换热二、对流换热 3 3 3 3、影响因素：、影响因素：5 5 5 5方面方面 流动起因和状态、流体热物理性质、流体相变、定性温度与定型尺寸流动起因和状态、流体热物理性质、流体相变、定性温度与定型尺寸 4 4 4 4、单相流体对流换热、单相流体对流换热 ①①①①管内受迫流动换热管内受迫流动换热 ②②②②外掠圆管流动换热外掠圆管流动换热 5 5 5 5、凝结换热与沸腾换热、凝结换热与沸腾换热三、辐射传热三、辐射传热n n辐射（热辐射）辐射（热辐射） 1 1 1 1、定义：由热运动产生的，以电磁波（或光子）形式传递能量的现象。

定义：由热运动产生的，以电磁波（或光子）形式传递能量的现象 2 2 2 2、特点：、特点：①①①①高于高于0K0K0K0K的任何物体，就会不停地向周围空间发出热辐射；的任何物体，就会不停地向周围空间发出热辐射；②②②②可在真空中传播；可在真空中传播；③③③③伴随能量形式的转变；伴随能量形式的转变；④④④④具有强烈的方向性；具有强烈的方向性；⑤⑤⑤⑤辐射能与温度、波长有关；辐射能与温度、波长有关；⑥⑥⑥⑥辐射能取决于温度的辐射能取决于温度的4 4 4 4次方 3 3 3 3、基本公式：斯蒂芬、基本公式：斯蒂芬- - - -波尔兹曼定律波尔兹曼定律三、辐射传热三、辐射传热n n辐射换热：辐射换热： 1 1 1 1、定义：物体间靠热辐射进行的热量传递、定义：物体间靠热辐射进行的热量传递 2 2 2 2、特点：、特点： ① ① ① ①不需要冷热物体直接接触；不需要冷热物体直接接触； ② ② ② ②先有热能变为电磁波而后变为热能；先有热能变为电磁波而后变为热能； ③ ③ ③ ③物体相互间辐射能量，最终热能由高温物体传到低温物体物体相互间辐射能量，最终热能由高温物体传到低温物体 3 3 3 3、基本概念、基本概念 黑体、辐射力、单色辐射力、角系数黑体、辐射力、单色辐射力、角系数三、辐射传热三、辐射传热 4 4 4 4、基本定律、基本定律 ①①①①普朗克定律：描述黑体辐射能量沿波长分布的规律。

普朗克定律：描述黑体辐射能量沿波长分布的规律 ②②②②斯蒂芬斯蒂芬- - - -玻尔兹曼定律：描述黑体辐射力随温度的变化规律玻尔兹曼定律：描述黑体辐射力随温度的变化规律 ③③③③兰贝特定律：描述黑体辐射能量沿半球空间方向的变化规律兰贝特定律：描述黑体辐射能量沿半球空间方向的变化规律 ④④④④基尔霍夫定律：描述单色定向发射率与单色定向吸收率的变化规律基尔霍夫定律：描述单色定向发射率与单色定向吸收率的变化规律四、传热过程分析与换热器计算四、传热过程分析与换热器计算n n通过肋壁的传热通过肋壁的传热n n强化传热与削弱传热的方法强化传热与削弱传热的方法 1 1、强化传热、强化传热 定义：定义： 方法：方法：7 7种 扩展传热面；改变流动状态；改变流动物性；改变表面状况：增加粗糙度、改变表面状况；改变换热面积扩展传热面；改变流动状态；改变流动物性；改变表面状况：增加粗糙度、改变表面状况；改变换热面积形状和大小；改变能量传递方式；靠外力产生振荡形状和大小；改变能量传递方式；靠外力产生振荡四、传热过程分析与换热器计算四、传热过程分析与换热器计算 2 2、削弱传热、削弱传热 定义：定义： 方法：方法：2 2种种 覆盖绝缘材料；改变表面状况。

覆盖绝缘材料；改变表面状况 n n对数平均温差对数平均温差 用于换热器设计计算用于换热器设计计算 第三节第三节 流体力学流体力学第三节第三节 知识结构知识结构一、流体力学一、流体力学重点：流体静力学基本方程、流体动力学方程及流体阻力计算重点：流体静力学基本方程、流体动力学方程及流体阻力计算二、泵与风机二、泵与风机重点：性能参数、运行调节重点：性能参数、运行调节一、基本概念一、基本概念n n流体：是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形的物质流体：是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形的物质n n特征：流动性、易变形特征：流动性、易变形n n性质：性质：4 4 4 4种种 ①①①①压缩性与膨胀性压缩性与膨胀性 ②②②②粘性：流体内部产生的摩擦阻力，粘性：流体内部产生的摩擦阻力，μμμμ动力黏度动力黏度 实验证实实验证实:F=μAU/h:F=μAU/h:F=μAU/h:F=μAU/h，，A A A A面积，面积，U U U U速度，速度，h h h h板间距板间距 压强：气体和液体粘性随压强的变化很小压强：气体和液体粘性随压强的变化很小 温度：升高气体粘性增大，液体粘性减小温度：升高气体粘性增大，液体粘性减小 ③③③③表面张力和毛细力表面张力和毛细力 ④④④④作用力作用力一、基本概念一、基本概念n n例题：动力黏度例题：动力黏度μ=0.065Nμ=0.065N· ·s/ms/m2 2的油充满在活塞和气缸间隙中，气缸直径的油充满在活塞和气缸间隙中，气缸直径D=12mmD=12mm，间隙，间隙δ=0.4mmδ=0.4mm，活塞长，活塞长度度L=14cmL=14cm，如对活塞施以，如对活塞施以F=8.6NF=8.6N的力，使其匀速运动。

求活塞运动速度的力，使其匀速运动求活塞运动速度n n解：活塞匀速运动说明：解：活塞匀速运动说明：F F等于摩擦阻力等于摩擦阻力 F=μAU/hF=μAU/hF=μAU/hF=μAU/h，，A=πA=πA=πA=π（（D-2D-2D-2D-2δδ））L=0.05243mL=0.05243m2 2 h= δ=0.0004m, μ=0.065N h= δ=0.0004m, μ=0.065N· ·s/ms/m2 2,F=8.6N,F=8.6N U=Fδ/( U=Fδ/(μA)=1.0095m/sμA)=1.0095m/sμA)=1.0095m/sμA)=1.0095m/s二、流体静力学二、流体静力学n n适用范围：理想流体和黏性流体适用范围：理想流体和黏性流体n n静压强特性静压强特性 1 1 1 1、方向与作用面相垂直，并指向内法线方向、方向与作用面相垂直，并指向内法线方向 2 2 2 2、静止流体任一点压强与作用面在空间方向无关、静止流体任一点压强与作用面在空间方向无关n n静力学方程静力学方程: : : : 1 1 1 1、公式、公式 4.3-6 4.3-6 4.3-6 4.3-6 位势能位势能+ + + +压强势能压强势能= = = =常数常数 2 2 2 2、方程应用、方程应用: P100: P100: P100: P100例题例题2 2 2 2三、流体动力学三、流体动力学n n连续性方程：公式连续性方程：公式4.3-15 4.3-15 4.3-15 4.3-15 定常流动两截面间流体质量不变定常流动两截面间流体质量不变n n动量方程：公式动量方程：公式4.3-174.3-174.3-174.3-17n n伯努利方程：能量守恒定律流体力学的应用伯努利方程：能量守恒定律流体力学的应用 1 1 1 1、公式、公式4.3-18 4.3-18 4.3-18 4.3-18 动能动能+ + + +位势能位势能+ + + +压强势能压强势能= = = =机械能机械能= = = =常数常数 2 2 2 2、伯努利方程应用：、伯努利方程应用：P103P103P103P103例题例题3 3 3 3四、流动阻力和能量损失四、流动阻力和能量损失n n产生原因：实际流体存在粘性，流动中产生产生原因：实际流体存在粘性，流动中产生 摩擦阻力，为了克服摩擦阻力，流体中一部分机械能不可摩擦阻力，为了克服摩擦阻力，流体中一部分机械能不可逆地损失掉逆地损失掉n n流动阻力和损失：流动阻力和损失：2 2 2 2部分部分 1 1 1 1、沿程阻力与沿程损失、沿程阻力与沿程损失 2 2 2 2、局部阻力与局部损失、局部阻力与局部损失n n流动状态：流动状态： 1 1 1 1、层流和紊流：、层流和紊流： 2 2 2 2、判据：雷诺数、判据：雷诺数 公式公式4.3-234.3-234.3-234.3-23 圆管的临界雷诺数圆管的临界雷诺数ReReReRecrcrcrcr=2000=2000=2000=2000四、流动阻力和能量损失四、流动阻力和能量损失n n流体阻力计算流体阻力计算 1 1 1 1、沿程阻力：、沿程阻力： 计算公式：公式计算公式：公式4.3-204.3-204.3-204.3-20 沿程阻力系数计算：沿程阻力系数计算： 2 2 2 2、局部阻力：、局部阻力： 计算公式：公式计算公式：公式4.3-214.3-214.3-214.3-21 局部阻力系数计算：局部阻力系数计算： 3 3 3 3、总阻力：、总阻力： 总阻力总阻力= = = =沿程损失沿程损失+ + + +局部损失局部损失 4 4 4 4、简单管道流动计算：、简单管道流动计算：P108P108P108P108例题例题4 4 4 4五、不可压缩流体的二维流动五、不可压缩流体的二维流动n n边界层边界层 1 1 1 1、概念、概念: : : : 2 2 2 2、区分判据：雷诺数、区分判据：雷诺数 Rex=5Rex=5Rex=5Rex=5××××101010105 5 5 5n n绕流物体的阻力绕流物体的阻力 1 1 1 1、压差阻力：作用在物体表面法向应力在来流方向的分力总和。

压差阻力：作用在物体表面法向应力在来流方向的分力总和 2 2 2 2、摩擦阻力：作用在物体表面切向应力在来流方向的分力总和摩擦阻力：作用在物体表面切向应力在来流方向的分力总和七、泵与风机七、泵与风机n n分类及工作原理分类及工作原理n n主要性能参数主要性能参数流量、扬程、功率、转速、汽蚀余量、损失效率流量、扬程、功率、转速、汽蚀余量、损失效率 n n性能曲线：性能曲线：3 3 3 3种种 流量与扬程、流量与轴功率、流量与效率流量与扬程、流量与轴功率、流量与效率n n运行调节运行调节 并联与串联运行并联与串联运行 工况调节：工况调节：3 3 3 3种方法，种方法，P118P118P118P118n n选型选型七、泵与风机七、泵与风机n n例题：例题：离心泵装置泵系统，已知该泵的静扬程（几何给水高度）离心泵装置泵系统，已知该泵的静扬程（几何给水高度）H=15mH=15m，管道总阻抗，管道总阻抗S=72000sS=72000s2 2/m/m5 5，当水泵，当水泵的流量的流量q qv v=6.50L/s=6.50L/s时，求水泵的扬程。

时，求水泵的扬程n n解解：由题意知：水泵的扬程：由题意知：水泵的扬程 H=(pH=(p1 1-p-p2 2)/(ρg)+H)/(ρg)+Hz z+h+h1 1=H=H1 1+Sq+Sq2 2=18.04m=18.04m第四节第四节 热工测量技术热工测量技术第四节第四节 知识结构知识结构n n基本知识基本知识n n实际应用中的测量实际应用中的测量n n误差分析及数据处理误差分析及数据处理一、基本知识一、基本知识n n测量方法：分类测量方法：分类n n被测参数：被测参数：n n仪表组成：仪表组成：n n测量范围和仪表精度：测量范围和仪表精度： 1 1 1 1、量程或测量范围：仪表或测量系统所能测量的最大输入量与最小输入量间的范围、量程或测量范围：仪表或测量系统所能测量的最大输入量与最小输入量间的范围 2 2 2 2、仪表精度：测量结果与被测量真值相一致的程度、仪表精度：测量结果与被测量真值相一致的程度 3 3 3 3、仪表精度等级：仪表可能产生的最大误差与仪表量程之比、仪表精度等级：仪表可能产生的最大误差与仪表量程之比二、实际应用中的测量二、实际应用中的测量 温度、压力、流速、流量、气体成分温度、压力、流速、流量、气体成分 液位、转速和功率、湿度、煤量液位、转速和功率、湿度、煤量温度测量温度测量温度计分类精度测温原理使用温度范围接触式膨胀式压力式温度计±±（1.5%~2.5%1.5%~2.5%）利用液体（水银、酒精）或固体（双金属片）受热产生膨胀的特性－80~500℃80~500℃双金属温度计±±（1%~2.5%1%~2.5%）－100~600℃100~600℃水银温度计±±（0.1%~1%0.1%~1%）－38~356℃38~356℃有机液体温度计±±（0.1%~2.5%0.1%~2.5%）－100~100℃100~100℃电阻式铂电阻温度计±±（0.1%~0.3%0.1%~0.3%）利用导体或半导体受热其电阻值变化的性质13.81~961.78K13.81~961.78K铜电阻温度计±±（0.1%~0.3%0.1%~0.3%）－50~150℃50~150℃铑铁电阻温度计±±（0.001~0.010.001~0.01）K K0.1~273K0.1~273K锗电阻温度计±±（0.002~0.020.002~0.02）K K0.015~100K0.015~100K镍电阻温度计±±（0.2%~0.5%0.2%~0.5%）－60~180℃60~180℃碳电阻温度计±0.01K±0.01K70K70K以下至mKmK热敏电阻温度计±±（0.3%~1.5%0.3%~1.5%）－40~150℃40~150℃温度测量温度测量热电偶式铜—康铜±±（0.4%~1.5%0.4%~1.5%）利用物体的热电性质－200~400℃200~400℃铂铑—铂±±（0.25%~0.5%0.25%~0.5%）0~1800℃0~1800℃镍铬—铜镍（康铜）±±（0.4%~1.5%0.4%~1.5%）－40~800℃40~800℃镍铬—镍硅（铝）±±（0.4%~1.5%0.4%~1.5%）0~1300℃0~1300℃辐射式全辐射高温计————利用物体辐射能随温度变化的性质700~2000℃700~2000℃光学高温计±±（20~8020~80）℃℃700~2000℃700~2000℃比色高温计±±（0.5%~1.5%0.5%~1.5%）800~2000℃800~2000℃红外温度计±±（0.5%~1.5%0.5%~1.5%）100~700℃100~700℃压力测量压力测量类型测量范围(Pa)精确度优缺点主要用途液柱式压力计0～2.66×105（0~2000mmHg）0.51.01.5结构简单，使用方便，但测量范围窄，只能测量低压或微压，易损坏用来测量低压及真空，或作压力标准计量仪器弹性式压力表-105～109（-1～10000kgf/cm2)精密：0.2、0.250.35、0.5一般：1.0、1.52.5测量范围宽,结构简单，使用方便，价格便宜，可制成电气远传式，广泛使用用来测量压力及真空，可就地指示,也可集中控制,具有记录、发信报警远传性能电气压力表7×102～5×108（7×10-3～5×103kgf/cm2)0.2～1.5测量范围广,便于远传和集中控制用来测量压力需要远传和集中控制的场合活塞式压力表-105～2.5×1055×106～2.5×108（-1～2.5至50～2500 kgf/cm2）一等：0.02二等：0.05三等：0.2测量精确度高,但结构复杂，价格较贵用来检定精密压力表和普通压力表流量测量流量测量类型名 称输出信号形式适用流体及其参数界限主要技术特性流体种类压力MPaMPa温度℃℃雷诺数精度% %适用管径mmmm压力损失容积型椭圆齿轮流量计腰轮流量计刮板流量计转速液、气6.46.4360360不限±(0.2±(0.2～0.5)0.5)1010～500500速度型节流式标准孔板标准喷嘴标准文丘里管差压液、气蒸汽323260060050005000～80008000>2000>2000>3000>3000±1.5±1.5±(1.0±(1.0～2.0)2.0)±(1.5±(1.5～4.0)4.0)5050～1001005050～600600150150～400400大中小动压式皮托管差压液、气3232600600>2000>2000±(1.5±(1.5～4.0)4.0)100100～16001600很小转子式玻璃转子流量计金属转子流量计转子位置液、气1.61.62.52.5120120400400>10000>10000±2.5±2.54 4～150150中靶式流量计力液、气6.46.4400400<2000<2000±5.0±5.01515～250250大涡轮流量计转速液、气3232150150±(0.1±(0.1～0.5)0.5)4 4～600600中涡街流量计频率液、气323240040010104 4～10106 6±1.5±1.51616～16001600较小电磁流量计电动势导电液1.61.66060±1.5±1.52525～400400无超声波流量计电压液6.46.4120120流速>0.02m/s>0.02m/s±1±1>10>10无三、误差分析及数据处理三、误差分析及数据处理n n误差误差: : : :测量结果与真值之间的差值测量结果与真值之间的差值n n误差的表示方法误差的表示方法 1 1 1 1、绝对误差：仪表指示值与被测量真实值之间的差值、绝对误差：仪表指示值与被测量真实值之间的差值 2 2 2 2、相对误差：绝对误差值与标准值之比、相对误差：绝对误差值与标准值之比 3 3 3 3、引用误差：仪表的绝对误差折合成该仪表测量范围的百分数、引用误差：仪表的绝对误差折合成该仪表测量范围的百分数 绝对误差反映测量结果偏离真值的程度，引用误差反映本次测量的精确程度。

绝对误差反映测量结果偏离真值的程度，引用误差反映本次测量的精确程度三、误差分析及数据处理三、误差分析及数据处理n n例题：某测量范围例题：某测量范围0-100℃0-100℃温度计测量环境温度，读数为温度计测量环境温度，读数为22.3 ℃22.3 ℃，用经校准的标准温度计测量读数为，用经校准的标准温度计测量读数为22.7 22.7 ℃℃，求本次测量的绝对误差、相对误差和引用误差求本次测量的绝对误差、相对误差和引用误差n n解：绝对误差解：绝对误差Δ=a-b=22.3-22.7=-0.4℃;Δ=a-b=22.3-22.7=-0.4℃; 相对误差相对误差A=Δ/b=(-0.4/22.7)*100%=-1.8%A=Δ/b=(-0.4/22.7)*100%=-1.8% 引用误差引用误差B=Δ/B=Δ/（（100-0100-0））*100%=-0.4%*100%=-0.4%三、误差分析及数据处理三、误差分析及数据处理n n测量误差的分类测量误差的分类 1 1 1 1、粗大误差：操作者主观过失，可避免、粗大误差：操作者主观过失，可避免 2 2 2 2、系统误差：由于测量仪表本身，或仪表使用不当及测量环境条件发生较大改变等原因引起、系统误差：由于测量仪表本身，或仪表使用不当及测量环境条件发生较大改变等原因引起 3 3 3 3、随机误差：在相同条件下，多次测量同一被测量时，不可预知地变化着的误差、随机误差：在相同条件下，多次测量同一被测量时，不可预知地变化着的误差 。

三、误差分析及数据处理三、误差分析及数据处理n n数据处理数据处理 1 1 1 1、有效数字、欠准数字和可靠数字、有效数字、欠准数字和可靠数字 2 2 2 2、、““““0”0”0”0”的使用原则：的使用原则：2 2 2 2条条 3 3 3 3、有效数字的运算规则：常数、加减法、乘除法、有效数字的运算规则：常数、加减法、乘除法 4 4 4 4、数字修约：、数字修约：GB/T8170-2008GB/T8170-2008GB/T8170-2008GB/T8170-2008 三、误差分析及数据处理三、误差分析及数据处理n n不确定度：表征合理赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数不确定度：表征合理赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数 特征：被测量的真值在某个范围的估计值，是衡量测量质量的指标特征：被测量的真值在某个范围的估计值，是衡量测量质量的指标 n n实例：实例：P146 P146 P146 P146 例题例题1 1 1 1 三、误差分析及数据处理三、误差分析及数据处理n n例题例题：：25℃25℃下，下，6 6次测量超声波波长次测量超声波波长λλ，结果：，结果：0.6872,0.6854,0.6840,0.6880,0.6820,0.68800.6872,0.6854,0.6840,0.6880,0.6820,0.6880，单位，单位cmcm，仪表，仪表示值误差示值误差0.0020.002，用测量不确定度表示测量结果。

用测量不确定度表示测量结果n n解：解：λλ的平均值的平均值=0.6858cm=0.6858cmn n计算标准偏差计算标准偏差,A,A类不确定度分量类不确定度分量n nB B类不确定度分量类不确定度分量u=0.002cmu=0.002cmn n合成不确定度为合成不确定度为n n扩展不确定度扩展不确定度kU, k=1kU, k=1时时68%, k=268%, k=2时时95%, k=395%, k=3时时99%99%n n测量结果表示为测量结果表示为λ=0.6858cm±0.0022cm,Ur=0.3%λ=0.6858cm±0.0022cm,Ur=0.3%。