.,1,EngineeringThermodynamics,工程熱力學(xué),.,2,一、工程熱力學(xué)是怎樣一門課程?,熱力學(xué)是研究物質(zhì)的能量、能量傳遞和轉(zhuǎn)換規(guī)律以及能量與物質(zhì)性質(zhì)之間普遍關(guān)系的科學(xué)。,工程熱力學(xué)是熱力學(xué)的一個(gè)分支，著重研究的是熱能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換規(guī)律、方法及提高轉(zhuǎn)換效率的途徑及其工程應(yīng)用。,緒論Introduction,.,3,科學(xué)研究的思路,認(rèn)識(shí)規(guī)律,學(xué)習(xí)方法,體會(huì)思想,開拓創(chuàng)新,認(rèn)識(shí)科學(xué)規(guī)律掌握知識(shí),學(xué)習(xí)研究問題的方法,深入體會(huì)研究問題的思想,舉一反三改進(jìn)創(chuàng)新,基礎(chǔ),重點(diǎn),關(guān)鍵,提高,.,4,問題,什么是能量？什么是能源？舉例說說能量的利用、能源的消耗以及帶來的環(huán)境污染問題。,二能量及其利用,.,5,能量(E)：能量是物質(zhì)的屬性，是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的度量。如機(jī)械能、風(fēng)能、水能、海浪、潮汐熱能、電能、化學(xué)能、原子能、地?zé)?能源能源：提供能量的物質(zhì)資源。可以是物質(zhì)或物質(zhì)運(yùn)動(dòng)。煤、石油、天然氣、生物等物質(zhì)水流、風(fēng)流、海浪、潮汐等物質(zhì)運(yùn)動(dòng),.,6,當(dāng)今利用得最多的仍然是燃料(石油、煤、天然氣等)的化學(xué)能。地下燃料資源日益減少，不能滿足飛速發(fā)展的生產(chǎn)力對(duì)動(dòng)力的需求。世界各國對(duì)原子能、太陽能、地?zé)崮?，乃至海洋能、生物能等各種新能源正大力開展多方面的研究工作，以期找到新的能源出路。,.,7,內(nèi)燃機(jī)的工作過程,熱能的動(dòng)力利用舉例：,.,8,B、蒸汽動(dòng)力裝置工作過程,.,9,能量的利用,人們?cè)谏a(chǎn)和生活中每時(shí)每刻都在利用能量、消耗能源。能量的利用過程就是能源的消耗過程，即能量由能源傳遞到環(huán)境。這種傳遞包括轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換，主要通過傳熱和作功這兩種方式。結(jié)果能量被利用，能源被消耗并導(dǎo)致環(huán)境污染。,.,10,JamesWatt（1736-1819）,17631784年間，英國人瓦特對(duì)原始的蒸汽機(jī)作了重大改進(jìn)。瓦特的蒸汽機(jī)裝上曲軸、飛輪，活塞可以靠從兩邊進(jìn)來的蒸汽連續(xù)推動(dòng)，而不需要用人力去調(diào)節(jié)活門，這樣世界上第一臺(tái)真正的蒸汽機(jī)誕生此后廣泛用于采礦于采礦、紡織、交通業(yè)。,三、熱力學(xué)發(fā)展簡史,.,11,SadiCarnot1796-1832,1824年，法國工程師卡諾研究熱機(jī)的效率提出了卡諾定理和卡諾循環(huán)。,.,12,1842年，邁耶通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定計(jì)算出熱功當(dāng)量為1卡等于365克米，相當(dāng)于3.58J，接近于現(xiàn)代精確的熱功當(dāng)量值4.184J，提出能量守恒原理，認(rèn)為熱是能量的一種形式，可以與機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換。邁耶是科學(xué)史上第一個(gè)發(fā)表能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的人,.,13,RudolfClausius(1822-1888）,1850年，德國物理學(xué)家克勞修斯在研究卡諾理論的基礎(chǔ)上，提出“一個(gè)自行動(dòng)作的機(jī)器，不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體中去”。這就是熱力學(xué)第二定律的“克勞修斯表述”。,.,14,W.Thomson(LordKelvin）1824-1907,1851年，英國物理學(xué)家開爾文也獨(dú)立地從卡諾的工作中發(fā)現(xiàn)了熱力學(xué)第二定律,提出了一條新的普通原理：不可從單一熱源吸取熱量，使之完全變成有用的功而不產(chǎn)生其他影響。這就是熱力學(xué)第二定律的開爾文表述。,.,15,WaltherNernst1864-1941,1906-1912年，德國物理化學(xué)家能斯特根據(jù)低溫下化學(xué)反應(yīng)中大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，歸納出熱力學(xué)第三定律即絕對(duì)零度不能達(dá)到，使熱力學(xué)理論更趨完善。,.,16,J.H.Keenan19001977,1942年，美國的凱南在熱力學(xué)的基礎(chǔ)上提出了有效能的概念，使人們對(duì)能源利用和節(jié)能認(rèn)識(shí)又上了一個(gè)臺(tái)階。,.,17,JamesPrescottJoule(1818-1889),1850年焦耳以精確實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了能量守恒定律。至此，熱質(zhì)說被最后否定，能量守恒定律成為科學(xué)界公認(rèn)的自然規(guī)律。,.,18,在18世紀(jì)初，對(duì)熱的認(rèn)識(shí)是熱質(zhì)說.熱質(zhì)說認(rèn)為：熱是一種沒有質(zhì)量的流體，稱為熱質(zhì)，可以進(jìn)入一切物體中，不生不滅；物體的熱和冷決定于物體所含熱質(zhì)的多少。,熱質(zhì)說是18世紀(jì)占統(tǒng)治地位的觀點(diǎn)它力圖從自然本身去說明自然，并且成功地解釋了許多熱現(xiàn)象，但熱質(zhì)說是一種錯(cuò)誤的學(xué)說，不能解釋大家熟知的摩擦生熱的現(xiàn)象，最終在一個(gè)多世紀(jì)后被科學(xué)界否定。,.,19,三、工程熱力學(xué)的主要內(nèi)容和研究方法,工程熱力學(xué)研究熱能與機(jī)械能之間相轉(zhuǎn)換規(guī)律和方法、提高轉(zhuǎn)換效率的途徑,以提高能源利用的經(jīng)濟(jì)性。,.,20,主要內(nèi)容,基本概念,熱力學(xué)基本定律,工質(zhì)的熱力性質(zhì),工程應(yīng)用,熱力過程和循環(huán),能量轉(zhuǎn)換,.,21,二、研究方法,從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法研究大量分子亂運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均性質(zhì)，導(dǎo)出熱力學(xué)定理，可從微觀機(jī)理解釋熱現(xiàn)象的本質(zhì)。但模型假設(shè)有近似性，且分析計(jì)算繁復(fù)。,2.微觀方法統(tǒng)計(jì)熱力學(xué),把物質(zhì)看作一個(gè)連續(xù)的整體，不考慮物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。建立在大量觀察及實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)論是可靠、普遍適用的，但不能解釋熱現(xiàn)象的微觀本質(zhì)。,1.宏觀方法經(jīng)典熱力學(xué),.,22,工程上要求簡單、可靠，故以宏觀方法為主。,工程熱力學(xué)常采用抽象、概括、理想化的方法，這種略去次要因素，抓住事物本質(zhì)的科學(xué)方法非常實(shí)用。,.,23,教材與教學(xué)參考書：,1.沈維道蔣智敏童鈞耕合編童鈞耕合編工程熱力學(xué)（第三