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1、工程热力学 Engineering Thermodynamics,http:/ 两条定律 三个方程 四个过程 五方面应用,绪 论,工程热力学是重要的技术基础课,工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其它形式能量转换规律 的科学,Preface,Thermodynamics can be defined as the science of energy,heat,Therme,dynamis,power,(Greek words),热能,Thermal Energy,能源转换利用的关系,热 能,电 能,机 械 能,风 能,水 能,化 学 能,核 能,地 热 能,太 阳 能,一次能源 (天然
2、存在),二次能源,光电转换,燃料电池,光热,聚变,裂变,燃烧,水车,水轮机,风车,热机,电动机,发电机,90%,转换,直接利用,供暖,工程热力学与节能,工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其它形式能量转换规律 的科学,能源energy sources的资源,2000.12.30世界能源报道,我国探明可开采储量32.74亿吨 可开采1520年, 石油 Petroleum,世界40-50年,能源的资源,2000.12.30世界能源报道,我国探明可开采储量11704亿m3 可开采2858年, 天然气 Natural Gas,世界60年,能源的资源,2000.12.30世界能源报道,我国探明可
3、开采储量1145亿吨 可开采5481年, 煤炭 Coal,世界220年,能源消费水平, 日、德、俄等 5 6吨标煤/ 人年, 美国11吨标煤/ 人年,我国规划：2030 2050 年 2.5 3吨标煤/ 人年, 我国 1吨标煤/ 人年,发电为例,我国电力 2 亿 5 千万千瓦, 中等发达国家 1 kW/人, 发达国家 6 kW/ 人,2050 年 1 kW/人 15 亿千瓦, 我国 0.2 kW/ 人,电的来源, 煤： 9 亿 kW,2050 年 1 kW/人 15 亿千瓦, 水能： 3 亿 7 千 6 百 kW, 核能： 2 亿 kW, 风能、太阳能： 1 亿 kW,Energy and E
4、nvironment,SO2、 粉尘、 CO2 （酸雨） （温室效应）,acid rain,Greenhouse effect,燃煤：,车辆：,NOx、 HC 、 CO,O3,雾Smog,SUN,缺氧,中国平均供电耗煤量的变化,g / kW. h,中国与日本工业能耗比较,节 能 Energy Saving,节能是近年来的基本国策 “开发和节约并重” 节能任重道远 是我们的责任,热力学的分类,工程热力学：热能与机械能 物理热力学 化学热力学 生物热力学 溶液热力学,热力学,热 机 种 类, 发电（火力、核能） 40% 车辆发动机（内燃机） 2535% 轮船发动机 2535% 航空发动机 2030
5、% 制冷空调(非热机，同理） 200%,能量利用率,heat engin,Energy efficiency,火力发电装置基本特点,锅 炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,1、热源，冷源 2、工质（水，蒸 汽） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热),燃气装置基本特点,1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热),压气机,燃气轮机,燃烧室,空气,废气,内燃机装置,空气、油,废气,吸气,压缩点火,膨胀,排气,internal combustion engine,内燃机装置基本特点,1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做
6、功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热),制冷空调装置基本特点,1、热源，冷源 2、工质（制冷剂） 3、得到容积变化功 4、循环 (加压、放热、 膨胀、吸热),热力装置共同基本特点,1、热源，冷源 heat reservoir 2、工质 medium 3、容积变化功 moving boundary work 4、循环 cycle,热机,高温热源,低温热源,Q1,Q2,W,动力循环简图,热效率,Thermal efficiency,思 考 题 ？,2、为何要有两个热源，能否不要低 温热源, 不放热，W=Q是否可以 进行？,3、发电厂效率高的只有40%左右，可否 有途径提高，最高效率是否有极
7、 限？极限为多少？,1、为什么永动机不能实现？,Perpetual motion machine,4、热能和机械能通过什么介质转换,工程热力学的研究内容,1、能量转换的基本定律,2、工质的基本性质与热力过程,3、热功转换设备、工作原理,4、化学热力学基础,1、宏观方法：连续体(continuum)，用宏观物理量描述其状态，其基本规律是无数经验的总结 特点：可靠，普遍，不能任意推广 经典 （宏观,平衡）热力学 classical (macroscopic, equilibrium),工程热力学研究方法,2、微观方法：从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象及规律 特点：揭示本质，模型近似 微观（
8、统计）热力学 microscopic (statistical) thermodynamics,工程热力学研究方法,工程热力学 传热学 Heat Transfer 流体力学 Hydrodynamics 燃烧学 Combustion 热物性学 Thermophysical property,工程热力学所属学科,工程热物理,Engineering thermophysics,1、有几位科学家在热力学作出了贡献， 获诺贝尔奖？,小 知 识（1）,2、中国哪位教授与美国教授合作提出 的状态方程得到普遍认可？,3、Entropy和Enthalpy是哪位中国人 译为“熵”和“焓”？,4、为什么恩格斯说“卡
9、诺定理”是头重 脚轻的定理？,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（1）,J.D.范.德瓦尔斯 Johannes van der Waals (1837-1923) 荷兰 气体和液体状态方程 1910年诺贝尔物理学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（2）,M.普朗克 Max Planck (1858-1947) 德国 发现能量子（量子理论） 热二律 1918年诺贝尔物理学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（3）,W.H.能斯脱 Walther Hermann Nernst (1864-1941) 德国 热化学，熵基准 1920年诺贝尔化学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（4）,L.昂萨格 Lars Ons
10、ager (1903-1976) 美国 不可逆过程热力学理论 1968年诺贝尔化学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（5）,I.普里戈金 Ilya Prigogine (1917-) 比利时 热力学的耗散结构理论 1977年诺贝尔化学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（6）,K.G.威尔逊 Kenneth G. Wilson (1936-) 美国 临界重整化群理论 1982年诺贝尔物理奖,参 考 书,1、工程热力学 廉乐明等 建工出版社 2、工程热力学 曾丹苓等 高教出版社 3、工程热力学 沈维道等 高教出版社 4、工程热力学 庞麓鸣等 高教出版社 5、热力学分析 朱明善等 高教出版社 6、工程热力学题型分析 朱明善等 清华出版社,教学要求,1、弄清基本概念，注意每章后的思考题 2、独立完成作业，按时交 3、发挥主观能动性，积极完成大作业 4、有问题及时解决，不要拖至考试,clear understanding and firm grasp of the basic principles,考试成绩,1、平时作业10% 2、实验5% 3、考勤15% 4、期末考试70%,绪 论 完 End of Preface,