嚴家騄版工程熱力學緒論ppt課件

2020/4/25,1,.,工程熱力學EngineeringThermodynamics,楊曉軍（PatrickYoung）北教3210Xjyang24092415-606,CollegeofAeronauticalEngineeringCivilAviationUniversityofChina,2020/4/25,2,.,課程介紹,總學時72，課堂講授62實驗學時10學分4,平時15實驗15考試70星期一交作業(yè)前續(xù)課程：大學物理，高等數(shù)學后續(xù)課程：航空發(fā)動機原理；氣體動力學Textbook：1、工程熱力學嚴家錄等編；高教出版社2、傳熱學-理論基礎及工程應用曹紅奮編；人民交通出版社Onlinelearning:,2020/4/25,3,.,Preface,Thermodynamicscanbedefinedasthescienceofenergy,heat,Therme,dynamis,power,(Greekwords),熱能,ThermalEnergy,2020/4/25,4,.,緒論,工程熱力學是一門研究熱能有效利用及熱能和其它形式能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學,2020/4/25,5,.,能源轉(zhuǎn)換利用的關系,熱能,電能,機械能,風能,水能,化學能,核能,地熱能,太陽能,一次能源(天然存在),二次能源,光電轉(zhuǎn)換,燃料電池,光熱,聚變,裂變,燃燒,水車,水輪機,風車,熱機,電動機,發(fā)電機,90%,轉(zhuǎn)換,直接利用,供暖,2020/4/25,6,.,工程熱力學與節(jié)能,工程熱力學是一門研究熱能有效利用及熱能和其它形式能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學,2020/4/25,7,.,能源energysources的資源,2000.12.30世界能源報道,我國探明可開采儲量32.74億噸可開采1520年,石油Petroleum,世界40-50年,2020/4/25,8,.,能源的資源,2000.12.30世界能源報道,我國探明可開采儲量11704億m3可開采2858年,天然氣NaturalGas,世界60年,2020/4/25,9,.,能源的資源,2000.12.30世界能源報道,我國探明可開采儲量1145億噸可開采5481年,煤炭Coal,世界220年,2020/4/25,10,.,能源消費水平,日、德、俄等56噸標煤/人年,美國11噸標煤/人年,我國規(guī)劃：20302050年2.53噸標煤/人年,我國1噸標煤/人年,2020/4/25,11,.,發(fā)電為例,我國電力2億5千萬千瓦,中等發(fā)達國家1kW/人,發(fā)達國家6kW/人,2050年1kW/人15億千瓦,我國0.2kW/人,2020/4/25,12,.,電的來源,煤：9億kW,2050年1kW/人15億千瓦,水能：3億7千6百kW,核能：2億kW,風能、太陽能：1億kW,2020/4/25,13,.,EnergyandEnvironment,SO2、粉塵、CO2（酸雨）（溫室效應）,acidrain,Greenhouseeffect,燃煤：,車輛：,NOx、HC、CO,O3,霧Smog,SUN,缺氧,2020/4/25,14,.,全球溫室氣體排放及運輸業(yè)溫室氣體排放比例,民航溫室氣體排放占2%；IPCC預計到2050年會占到3%,2020/4/25,15,.,中國平均供電耗煤量的變化,g/kW.h,2020/4/25,16,.,中國與日本工業(yè)能耗比較,2020/4/25,17,.,節(jié)能EnergySaving,節(jié)能是近年來的基本國策“開發(fā)和節(jié)約并重”節(jié)能任重道遠是我們的責任,2020/4/25,18,.,熱力學的分類,工程熱力學：熱能與機械能物理熱力學化學熱力學生物熱力學溶液熱力學,熱力學,2020/4/25,19,.,熱機種類,發(fā)電（火力、核能）40%車輛發(fā)動機（內(nèi)燃機）2535%輪船發(fā)動機2535%航空發(fā)動機2030%制冷空調(diào)(非熱機，同理）200%,能量利用率,heatengine,Energyefficiency,2020/4/25,20,.,火力發(fā)電裝置基本特點,鍋爐,汽輪機,發(fā)電機,給水泵,凝汽器,過熱器,1、熱源，冷源2、工質(zhì)（水，蒸汽）3、膨脹做功4、循環(huán)(加壓、加熱、膨脹做功、放熱),2020/4/25,21,.,燃氣裝置基本特點,1、熱源，冷源2、工質(zhì)（燃氣）3、膨脹做功4、循環(huán)(加壓、加熱、膨脹做功、放熱),壓氣機,燃氣輪機,燃燒室,空氣,廢氣,2020/4/25,22,.,內(nèi)燃機裝置,空氣、油,廢氣,吸氣,壓縮點火,膨脹,排氣,internalcombustionengine,2020/4/25,23,.,內(nèi)燃機裝置基本特點,1、熱源，冷源2、工質(zhì)（燃氣）3、膨脹做功4、循環(huán)(加壓、加熱、膨脹做功、放熱),2020/4/25,24,.,制冷空調(diào)裝置基本特點,1、熱源，冷源2、工質(zhì)（制冷劑）3、得到容積變化功4、循環(huán)(加壓、放熱、膨脹、吸熱),2020/4/25,25,.,熱力裝置共同基本特點,1、熱源，冷源heatreservoir2、工質(zhì)medium3、容積變化功movingboundarywork4、循環(huán)cycle,2020/4/25,26,.,熱機,高溫熱源,低溫熱源,Q1,Q2,W,動力循環(huán)簡圖,熱效率,Thermalefficiency,2020/4/25,27,.,思考題？,2、為何要有兩個熱源，能否不要低溫熱源,不放熱，W=Q是否可以進行？,3、發(fā)電廠效率高的只有40%左右，可否有途徑提高，最高效率是否有極限？極限為多少？,1、為什么永動機不能實現(xiàn)？,Perpetualmotionmachine,4、熱能和機械能通過什么介質(zhì)轉(zhuǎn)換,2020/4/25,28,.,工程熱力學的研究內(nèi)容,1、能量轉(zhuǎn)換的基本定律,2、工質(zhì)的基本性質(zhì)與熱力過程,3、熱功轉(zhuǎn)換設備、工作原理,4、化學熱力學基礎,2020/4/25,29,.,過程,過程,化學反應過程,熱力過程,閉口系熱力過程,開口系熱力過程,循環(huán),制冷熱泵,內(nèi)燃機,外燃機,柴油,汽油,燃氣輪機,空氣壓縮,蒸氣壓縮,吸收,熱機,蒸汽動力,2020/4/25,30,.,工質(zhì),工質(zhì),種類,研究方法,狀態(tài)參數(shù)全微分特征,Maxwell式,理想氣體,實際氣體,混合氣體,比熱關系式,濕空氣,水蒸氣,制冷工質(zhì),微分關系式,狀態(tài)方程,2020/4/25,31,.,1、宏觀方法：連續(xù)體(continuum)，用宏觀物理量描述其狀態(tài)，其基本規(guī)律是無數(shù)經(jīng)驗的總結(jié)特點：可靠，普遍，不能任意推廣經(jīng)典（宏觀,平衡）熱力學classical(macroscopic,equilibrium),工程熱力學研究方法,2020/4/25,32,.,2、微觀方法：從微觀粒子的運動及相互作用角度研究熱現(xiàn)象及規(guī)律特點：揭示本質(zhì)，模型近似微觀（統(tǒng)計）熱力學microscopic(statistical)thermodynamics,工程熱力學研究方法,2020/4/25,33,.,工程熱力學傳熱學HeatTransfer流體力學Hydrodynamics燃燒學Combustion熱物性學Thermophysicalproperty,工程熱力學所屬學科,工程熱物理,Engineeringthermophysics,2020/4/25,34,.,五個定律,能量轉(zhuǎn)化及使用熱力學第一定律熱力學第二定律熱力性質(zhì)熱力學第零定律熱力學第三定律狀態(tài)公理,2020/4/25,35,.,1、有幾位科學家在熱力學作出了貢獻，獲諾貝爾獎？,小知識,2、中國哪位教授與美國教授合作提出的狀態(tài)方程得到普遍認可？,3、Maxwell妖是什么？,4、“吉布斯佯謬”又是什么？,2020/4/25,36,.,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（1）,J.D.范.德瓦爾斯JohannesvanderWaals(1837-1923)荷蘭氣體和液體狀態(tài)方程:如果壓強表示成臨界壓強的單調(diào)函數(shù)，體積表示成臨界體積的單調(diào)函數(shù)，溫度表示成臨界溫度的單調(diào)函數(shù)，、就可得到適用于所有物質(zhì)的物態(tài)方程的普遍形式.1910年諾貝爾物理學獎,2020/4/25,37,.,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（2）,M.普朗克MaxPlanck(1858-1947)德國發(fā)現(xiàn)能量子（量子理論）物質(zhì)輻射（或吸收）的能量不是連續(xù)地、而是一份一份地進行的，只能取某個最小數(shù)值的整數(shù)倍。這個最小數(shù)值就叫能量子，輻射頻率是的能量的最小數(shù)值=h。其中h，普朗克當時把它叫做基本作用量子，現(xiàn)在叫做普朗克常數(shù)。1918年諾貝爾物理學獎,2020/4/25,38,.,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（3）,W.H.能斯脫WaltherHermannNernst(1864-1941)德國熱化學，熵基準:絕對零度不可達到但可以無限趨近.在絕對零度，任何完美晶體的熵為零1920年諾貝爾化學獎,2020/4/25,39,.,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（4）,L.昂薩格LarsOnsager(1903-1976)美國不可逆過程熱力學理論:在描述各種不可逆過程的流（速率）和力（推動力）之間的線性唯象關系中的唯象系數(shù)之間滿足一種對稱關系，這就是著名的昂薩格倒易關系。1968年諾貝爾化學獎,2020/4/25,40,.,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（5）,I.普里戈金IlyaPrigogine(1917-)比利時熱力學的耗散結(jié)構(gòu)理論:封閉沒有發(fā)展，平衡也沒有發(fā)展，這是耗散結(jié)構(gòu)理論的基本結(jié)論。基本公式：dS=deS+diS。一個遠離平衡的開放系統(tǒng)（不論它是物理、化學的，還是生物學、生態(tài)學的，乃至是社會、經(jīng)濟或精神的），通過與環(huán)境進行物質(zhì)、能量和信息的交換即通過物質(zhì)、能量和信息的耗散，從而就可能自發(fā)組織起來，實現(xiàn)從無序到有序的轉(zhuǎn)變，形成具有一定組織和秩序的動態(tài)結(jié)構(gòu)。1977年諾貝爾化學獎,2020/4/25,41,.,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（6）,K.G.威爾遜KennethG.Wilson(1936-)美國臨界重整化群理論:臨界點現(xiàn)象具有標度變換不變這種對稱性可用重整化群來表示將關聯(lián)長度發(fā)散的臨界點與非線性變換的不動點聯(lián)系起來，建立一種與傳統(tǒng)的統(tǒng)計方法不同的分析途徑，這種途徑不直接配分函數(shù)，而是研究保持配分函數(shù)形式不變的變換特性。對連續(xù)相變的討論：分析這種非線性變換的不動點和在不動點附近線性化之后的本征值，以此計算臨界指數(shù)1982年諾貝爾物理獎,2020/4/25,42,.,參考書,1、工程熱力學沈維道等高