緒論工程熱力學(xué)——是重要的技術(shù)基礎(chǔ)課（能源類：專業(yè)基礎(chǔ)課）

是一門研究熱能有效利用及熱能與其它形式能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué)。1能量的主要形式:機(jī)械能:物體的動能與勢能；熱能：物質(zhì)分子熱運(yùn)動動能與位能之和，即不涉及化學(xué)變化和核反應(yīng)的熱力學(xué)能，也稱內(nèi)熱能；電能：與電荷的運(yùn)動和積蓄有關(guān)的能量；化學(xué)能：通過化學(xué)反應(yīng)釋放的能量；核能：通過核反應(yīng)釋放的能量；輻射能：物體以電磁波的形式發(fā)射的能量。1熱能及其應(yīng)用21熱能及其應(yīng)用3有序能（轉(zhuǎn)換效率高、品味高）：宏觀動能、位能、機(jī)械能、電能等。如水力可直接轉(zhuǎn)變成機(jī)械能或電能，中間環(huán)節(jié)少，轉(zhuǎn)換效率高，其品位就高；化石燃料需先經(jīng)熱轉(zhuǎn)換再轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或電能，中間環(huán)節(jié)多，轉(zhuǎn)換效率低，其品位則低。能量還可分為無序能（低級能或低品位能）和有序能（高級能或高品位能）。

無序能（轉(zhuǎn)換效率低、品味低）：熱能、生物質(zhì)能、化學(xué)能、核能、地?zé)崮?、太陽能等?熱能及其應(yīng)用——能源轉(zhuǎn)換利用關(guān)系風(fēng)能水能化學(xué)能核能地?zé)崮芴柲芤淮文茉矗ㄌ烊淮嬖冢崮軝C(jī)械能電能二次能源轉(zhuǎn)換水輪機(jī)水車燃燒裂變聚變供熱光熱風(fēng)車發(fā)電機(jī)電動機(jī)燃料電池?zé)釞C(jī)（90%）直接利用光電轉(zhuǎn)換生物質(zhì)4風(fēng)力發(fā)電5風(fēng)能水能化學(xué)能核能地?zé)崮芴柲芤淮文茉矗ㄌ烊淮嬖冢崮軝C(jī)械能電能二次能源轉(zhuǎn)換水輪機(jī)水車燃燒裂變聚變供熱光熱風(fēng)車發(fā)電機(jī)電動機(jī)燃料電池?zé)釞C(jī)（90%）直接利用光電轉(zhuǎn)換生物質(zhì)6水力發(fā)電7風(fēng)能水能化學(xué)能核能地?zé)崮芴柲芤淮文茉矗ㄌ烊淮嬖冢崮軝C(jī)械能電能二次能源轉(zhuǎn)換水輪機(jī)水車燃燒裂變聚變供熱光熱風(fēng)車發(fā)電機(jī)電動機(jī)燃料電池?zé)釞C(jī)（90%）直接利用光電轉(zhuǎn)換生物質(zhì)8火力發(fā)電9機(jī)動車10火車11輪船12飛機(jī)13航天14燃料電池15

風(fēng)能水能化學(xué)能核能地?zé)崮芴柲芤淮文茉矗ㄌ烊淮嬖冢崮軝C(jī)械能電能二次能源轉(zhuǎn)換水輪機(jī)水車燃燒裂變聚變供熱光熱風(fēng)車發(fā)電機(jī)電動機(jī)燃料電池?zé)釞C(jī)（90%）直接利用光電轉(zhuǎn)換生物質(zhì)16秦山核電站17核潛艇18風(fēng)能水能化學(xué)能核能地?zé)崮芴柲芤淮文茉矗ㄌ烊淮嬖冢崮軝C(jī)械能電能二次能源轉(zhuǎn)換水輪機(jī)水車燃燒裂變聚變供熱光熱風(fēng)車發(fā)電機(jī)電動機(jī)燃料電池?zé)釞C(jī)（90%）直接利用光電轉(zhuǎn)換生物質(zhì)19地?zé)崂糜校赫羝唾Y源（過熱蒸汽）、熱水型資源（＞150℃，90-150℃，＜90℃）20風(fēng)能水能化學(xué)能核能地?zé)崮芴柲芤淮文茉矗ㄌ烊淮嬖冢崮軝C(jī)械能電能二次能源轉(zhuǎn)換水輪機(jī)水車燃燒裂變聚變供熱光熱風(fēng)車發(fā)電機(jī)電動機(jī)燃料電池?zé)釞C(jī)（90%）直接利用光電轉(zhuǎn)換生物質(zhì)21太陽能熱直接利用22太陽能熱發(fā)電23太陽能光電轉(zhuǎn)換24生物質(zhì)能利用直接燃燒壓縮成型后燃燒制成可燃?xì)怏w制成生物油制成乙醇25（1）直接利用：加熱或制冷，例采暖，冶煉，需加熱設(shè)備等。熱能利用熱能利用的實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。（2）間接利用：將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能，需熱機(jī)才能實(shí)現(xiàn)。262熱力學(xué)發(fā)展簡史（1）熱力學(xué)是研究能量、能量轉(zhuǎn)換及其與物質(zhì)性質(zhì)之間關(guān)系的普遍學(xué)說。（2）原始人學(xué)會取火和用火，是人類發(fā)掘利用熱能的第一步，但這并不是熱力學(xué)的開始。（3）在人類歷史上，水力的利用曾長期占據(jù)統(tǒng)治地位。（4）1784年，瓦特對原始蒸汽機(jī)進(jìn)行改造，增加了曲軸、進(jìn)汽閥、排汽閥。瓦特的發(fā)明引發(fā)了產(chǎn)業(yè)革命。

蒸汽機(jī)運(yùn)用到航海以后，由于船上儲煤空間寶貴，促使人們對如何提高蒸汽機(jī)的工作效率、節(jié)約用煤問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并在十九世紀(jì)中葉開始形成“熱力學(xué)”這門學(xué)科，和“電磁學(xué)”一道從牛頓力學(xué)上分枝出來。27（5）熱力學(xué)第一、二定律的出現(xiàn)標(biāo)志著熱力學(xué)的建立a）到十九世紀(jì)中葉，焦耳（J.P.Joule.1818-1889)前后用了20多年時(shí)間，做過多種多樣的實(shí)驗(yàn)，測定了熱功當(dāng)量。1850年當(dāng)焦耳寫出第一篇總結(jié)論文時(shí)，他的各種精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性，已經(jīng)給出了能量守恒定律的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。b）1824年，卡諾提出了卡諾循環(huán)和卡諾定理，發(fā)現(xiàn)了熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的根本條件，即必須有溫度不同的熱源和冷源，這從本質(zhì)上說明了熱力學(xué)第二定律。在卡諾研究的基礎(chǔ)上，1850~1851年間，克勞修斯和開爾文先后提出了熱力學(xué)第二定律。開爾文在1848年根據(jù)卡諾定理制定了“熱力學(xué)溫標(biāo)”，克勞修斯在1850年根據(jù)卡諾定理提出了“熵”。28（6）1906年，能斯特根據(jù)低溫下化學(xué)反應(yīng)的大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)歸納出了新的規(guī)律，并于1912年將之表述為絕對零度不能達(dá)到，即熱力學(xué)第三定律。熱力學(xué)第三定律的建立，使經(jīng)典熱力學(xué)理論更加完善。（7）熱力學(xué)的建立與理論研究上的成就反過來又促進(jìn)了熱動力機(jī)的不斷改進(jìn)與發(fā)展。

早期蒸汽機(jī)的熱效率只有1%~2%，目前蒸汽電站的熱效率達(dá)40%，燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的熱效率已接近60%。十九世紀(jì)末，發(fā)明了高參數(shù)、高效率、大功率汽輪機(jī)和重量輕、熱效率高、能移動內(nèi)燃機(jī)。近幾十年來，燃?xì)廨啓C(jī)已發(fā)展并改進(jìn)成為適合實(shí)際應(yīng)用的一種重要的熱動力設(shè)備：軍艦、噴氣式飛機(jī)、燃機(jī)電站。293工程熱力學(xué)的研究內(nèi)容與研究方法（1）研究內(nèi)容:

主要研究熱能和機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律及提高能量轉(zhuǎn)換經(jīng)濟(jì)性的途徑和技術(shù)措施。熱能→機(jī)械能:動力裝置(蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、原子能動力裝置等)機(jī)械能→熱能:制冷、熱泵、空氣分離裝置等302.各種熱力過程的分析、計(jì)算3.部分典型熱工設(shè)備的工作原理、熱力過程分析及計(jì)算。31（2）研究方法:a）

宏觀方法（經(jīng)典熱力學(xué)）：研究對象看作連續(xù)體，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(yàn)的總結(jié)。

特點(diǎn)：可靠，普遍，不能任意推廣

b）

微觀方法（微觀（統(tǒng)計(jì)）熱力學(xué)）：從微觀粒子的運(yùn)動及相互作用角度研究熱現(xiàn)象及規(guī)律。

特點(diǎn)：揭示本質(zhì)，模型近似

32工程熱力學(xué)所屬學(xué)科工程熱物理學(xué)科

工程熱力學(xué)傳熱學(xué)流體力學(xué)燃燒學(xué)熱物性學(xué)33熱力學(xué)的分類熱力學(xué)

工程熱力學(xué)：熱能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換物理熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)生物熱力學(xué)溶液熱力學(xué)344工程熱力學(xué)與中國能源戰(zhàn)略及環(huán)保

工程熱力學(xué)：是一門研究熱能有效利用及熱能與其它形式能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué)。是節(jié)能的理論基礎(chǔ)35世界礦物能源的儲備石油20年天然氣

50年煤碳70年36世界能源需求37標(biāo)準(zhǔn)煤是指熱值為7000千卡/千克(公斤)的煤炭。它是標(biāo)準(zhǔn)能源的一種表示方法。中國能源形勢嚴(yán)峻—資源匱乏中國人均能源資源與世界平均水平相比：只有世界平均水平的一半！38中國能源形勢嚴(yán)峻—資源匱乏中國能源結(jié)構(gòu)39中國能源形勢嚴(yán)峻—利用率低上海某發(fā)電廠276.02克/度2013.0840中國能源形勢嚴(yán)峻—利用率低中國和日本工業(yè)能耗比較41中國能源形勢嚴(yán)峻—利用率低◆能源利用效率33.4%（世界平均43%，發(fā)到國家52-55%）◆占工業(yè)能耗73%的8個(gè)行業(yè)33種產(chǎn)品單位能耗平均比世界先進(jìn)水平多47%（比先進(jìn)水平多耗用能2.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤/年）[標(biāo)準(zhǔn)煤是指熱值為7000千卡/千克(公斤)的煤炭。它是標(biāo)準(zhǔn)能源的一種表示方法]◆交通能耗比發(fā)達(dá)國家多20%以上。42環(huán)境污染現(xiàn)狀中國能源形勢嚴(yán)峻—污染問題43能源危機(jī)漲中國能源形勢—需要進(jìn)口44中國能源形勢工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防軍事及國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展都離不開能源。能源事關(guān)國家戰(zhàn)略安全，經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展！45節(jié)能節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展一直都是我國的基本國策。開發(fā)與節(jié)能并重節(jié)能任重而道遠(yuǎn)，是我們每個(gè)人的責(zé)任46我國能源科技發(fā)展重點(diǎn)能源科技加強(qiáng)節(jié)能提高能效以煤為主、積極發(fā)展核能等多元化能源可再生能源及氫能利用發(fā)展節(jié)能和提高能效技術(shù)煤炭合理高效經(jīng)濟(jì)清潔技術(shù)保障石油安全技術(shù)支撐體系先進(jìn)核能技術(shù)大型水電工程技術(shù)研究開發(fā)先進(jìn)可靠的電力輸配系統(tǒng)可再生能源規(guī)