工程熱力學EngineeringThermodynamics緒論

1、工程熱力學Engineering Thermodynamics,工程熱力學五句話,一種工質 兩條定律 三個方程 四個過程 五方面應用,緒 論,工程熱力學是重要的技術基礎課,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換規(guī)律 的科學,Preface,Thermodynamics can be defined as the science of energy,heat,Therme,dynamis,power,(Greek words),熱能,Thermal Energy,能源轉換利用的關系,熱 能,電 能,機 械 能,風 能,水 能,化 學 能,核 能,地 熱 能,太 陽 能,一次

2、能源 (天然存在),二次能源,光電轉換,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%,轉換,直接利用,供暖,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換規(guī)律 的科學,能源energy sources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,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 Natural Gas,世界60年,能源的資源,2000.12.30世界能源報道

3、,我國探明可開采儲量1145億噸 可開采5481年, 煤炭 Coal,世界220年,能源消費水平, 日、德、俄等 5 6噸標煤/ 人年, 美國11噸標煤/ 人年,我國規(guī)劃：2030 2050 年 2.5 3噸標煤/ 人年, 我國 1噸標煤/ 人年,發(fā)電為例,我國電力 2 億 5 千萬千瓦, 中等發(fā)達國家 1 kW/人, 發(fā)達國家 6 kW/ 人,2050 年 1 kW/人 15 億千瓦, 我國 0.2 kW/ 人,電的來源, 煤： 9 億 kW,2050 年 1 kW/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,Energy

4、 and Environment,SO2、 粉塵、 CO2 （酸雨） （溫室效應）,acid rain,Greenhouse effect,燃煤：,車輛：,NOx、 HC 、 CO,O3,霧Smog,SUN,缺氧,中國平均供電耗煤量的變化,g / kW. h,中國與日本工業(yè)能耗比較,節(jié) 能 Energy Saving,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,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,熱 機 種 類, 發(fā)電（火力、核能） 40% 車輛發(fā)動機（內燃機） 2535% 輪船發(fā)動機 2535% 航空發(fā)動

5、機 2030% 制冷空調(非熱機，同理） 200%,能量利用率,heat engin,Energy efficiency,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（水，蒸 汽） 3、膨脹做功 4、循環(huán) (加壓、加熱、 膨脹做功、放熱),燃氣裝置基本特點,1、熱源，冷源 2、工質（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,內燃機裝置,空氣、油,廢氣,吸氣,壓縮點火,膨脹,排氣,internal combustion engine,內燃機裝置基本特點,1、熱源，冷源 2、工質（燃氣）

6、 3、膨脹做功 4、循環(huán) (加壓、加熱、 膨脹做功、放熱),制冷空調裝置基本特點,1、熱源，冷源 2、工質（制冷劑） 3、得到容積變化功 4、循環(huán) (加壓、放熱、 膨脹、吸熱),熱力裝置共同基本特點,1、熱源，冷源 heat reservoir 2、工質 medium 3、容積變化功 moving boundary work 4、循環(huán) cycle,熱機,高溫熱源,低溫熱源,Q1,Q2,W,動力循環(huán)簡圖,熱效率,Thermal efficiency,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

7、效率是否有極 限？極限為多少？,1、為什么永動機不能實現(xiàn)？,Perpetual motion machine,4、熱能和機械能通過什么介質轉換,工程熱力學的研究內容,1、能量轉換的基本定律,2、工質的基本性質與熱力過程,3、熱功轉換設備、工作原理,4、化學熱力學基礎,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)經驗的總結 特點：可靠，普遍，不能任意推廣 經典 （宏觀,平衡）熱力學 classical (macroscopic, equilibrium),工程熱力學研究方法,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，模型

8、近似 微觀（統(tǒng)計）熱力學 microscopic (statistical) thermodynamics,工程熱力學研究方法,工程熱力學 傳熱學 Heat Transfer 流體力學 Hydrodynamics 燃燒學 Combustion 熱物性學 Thermophysical property,工程熱力學所屬學科,工程熱物理,Engineering thermophysics,1、有幾位科學家在熱力學作出了貢獻， 獲諾貝爾獎？,小 知 識（1）,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、Entropy和Enthalpy是哪位中國人 譯為“熵”和“焓”？,4、為什么

9、恩格斯說“卡諾定理”是頭重 腳輕的定理？,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（1）,J.D.范.德瓦爾斯 Johannes van der Waals (1837-1923) 荷蘭 氣體和液體狀態(tài)方程 1910年諾貝爾物理學獎,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（2）,M.普朗克 Max Planck (1858-1947) 德國 發(fā)現(xiàn)能量子（量子理論） 熱二律 1918年諾貝爾物理學獎,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（3）,W.H.能斯脫 Walther Hermann Nernst (1864-1941) 德國 熱化學，熵基準 1920年諾貝爾化學獎,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（4）,L.昂薩格 La

10、rs Onsager (1903-1976) 美國 不可逆過程熱力學理論 1968年諾貝爾化學獎,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（5）,I.普里戈金 Ilya Prigogine (1917-) 比利時 熱力學的耗散結構理論 1977年諾貝爾化學獎,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（6）,K.G.威爾遜 Kenneth G. Wilson (1936-) 美國 臨界重整化群理論 1982年諾貝爾物理獎,參 考 書,1、工程熱力學 廉樂明等 建工出版社 2、工程熱力學 曾丹苓等 高教出版社 3、工程熱力學 沈維道等 高教出版社 4、工程熱力學 龐麓鳴等 高教出版社 5、熱力學分析 朱明善等 高教出版社 6、工程熱力學題型分析 朱明善等 清華出版社,教學要求,1、弄清基本概念，注意每章后的思考題 2、獨立完成作