第一章工程熱力學的基本概念與歷史發(fā)展第二章熱力學第一定律與能量轉(zhuǎn)換第三章熱力學第二定律與熵理論第四章流體力學基礎(chǔ)與熱力學性質(zhì)第五章熱力循環(huán)分析與優(yōu)化第六章工程熱力學前沿與可持續(xù)發(fā)展01第一章工程熱力學的基本概念與歷史發(fā)展第1頁引言：工程熱力學與能源時代的聯(lián)系全球能源消耗趨勢數(shù)據(jù)來源：2024年國際能源署報告能源效率與熱力學關(guān)系能源效率提升對碳排放的影響工程熱力學在能源技術(shù)中的作用從傳統(tǒng)蒸汽機到現(xiàn)代燃氣輪機的發(fā)展案例分析：三峽水電站與現(xiàn)代燃氣輪機熱力學原理如何推動能源技術(shù)發(fā)展第2頁工程熱力學核心概念解析熱力學系統(tǒng)閉口系統(tǒng)與開口系統(tǒng)的區(qū)別狀態(tài)參數(shù)壓-焓圖（P-H）在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用熱力學定律第一定律在理想氣體等溫壓縮實驗中的應(yīng)用實際應(yīng)用案例某化工廠換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化案例第3頁熱力學歷史與里程碑事件焦耳實驗機械能轉(zhuǎn)化為熱能的實驗（焦耳熱=功）開爾文的理論貢獻絕對溫標與熱力學第二定律的提出卡諾循環(huán)現(xiàn)代內(nèi)燃機效率的理論基礎(chǔ)歷史事件對現(xiàn)代熱力學的影響從永動機悖論到現(xiàn)代能源技術(shù)第4頁熱力學在工程中的應(yīng)用場景發(fā)電領(lǐng)域火電廠與核電站的熱力學效率對比制冷領(lǐng)域VRF系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)的能耗對比工業(yè)過程化工反應(yīng)中的熱力學優(yōu)化案例交通領(lǐng)域電動汽車與內(nèi)燃機的熱力學效率對比02第二章熱力學第一定律與能量轉(zhuǎn)換第5頁引言：能量守恒的工業(yè)革命啟示第一次工業(yè)革命蒸汽機效率低下的問題現(xiàn)代燃氣輪機熱力學效率的顯著提升數(shù)據(jù)對比1780年紐科門蒸汽機與2020年燃氣輪機的效率對比特斯拉直流電機電能-機械能轉(zhuǎn)換的損耗機制第6頁熱力學第一定律的數(shù)學表達閉口系統(tǒng)能量方程ΔU=Q-W的推導(dǎo)與解釋控制質(zhì)量系統(tǒng)火箭推進中的能量轉(zhuǎn)換分析控制體積系統(tǒng)汽輪機能量平衡方程的應(yīng)用實際案例某電廠能量平衡優(yōu)化案例第7頁能量轉(zhuǎn)換中的不可逆性分析熵增原理混合過程熵增公式ΔS=Q/T不可逆因素管道流動阻力與溫度梯度的影響工程案例某化工廠換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化案例熵產(chǎn)生率計算不同系統(tǒng)的熵產(chǎn)生率對比第8頁熱力學第一定律的工程應(yīng)用能量平衡指標對比不同熱力設(shè)備的效率與能耗對比設(shè)備類型蒸汽輪機、汽輪機、燃氣輪機的效率對比設(shè)計案例某電廠加熱爐余熱回收案例能量平衡優(yōu)化通過優(yōu)化熱力參數(shù)提高能源利用率03第三章熱力學第二定律與熵理論第9頁引言：為何不能100%效率發(fā)電？永動機悖論熱力學第二定律的實驗驗證理想氣體自由膨脹不可逆過程的熵增分析數(shù)據(jù)對比卡諾效率與實際效率的差距分析實際案例冰箱無法制冷到絕對零度的原因第10頁熵的統(tǒng)計力學與熱力學定義克勞修斯熵公式熱力學定義與宏觀狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系玻爾茲曼熵公式統(tǒng)計力學定義與微觀粒子狀態(tài)的關(guān)系熵的物理意義熵增與系統(tǒng)混亂度的增加理想氣體熵增計算等溫膨脹過程中的熵增分析第11頁卡諾定理與熱機效率極限卡諾定理可逆循環(huán)效率與不可逆循環(huán)效率的關(guān)系熱機效率比較不同熱源溫度與冷源溫度下的效率對比永動機第二類不可能實現(xiàn)卡諾定理的應(yīng)用與推廣實際案例某電廠卡諾效率計算與優(yōu)化第12頁熵在工程系統(tǒng)中的應(yīng)用熵產(chǎn)生率對比換熱器、泵/風機、壓縮機的熵產(chǎn)生率分析系統(tǒng)類型不同熱力設(shè)備的熵產(chǎn)生率對比優(yōu)化方向減少不可逆因素提高系統(tǒng)效率實際案例某鋼廠連鑄機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化案例04第四章流體力學基礎(chǔ)與熱力學性質(zhì)第13頁引言：流體工程中的熱力學挑戰(zhàn)水輪機內(nèi)部流動熱力學與流體力學耦合分析高水頭水電站效率與能耗的關(guān)系低水頭水電站效率提升的挑戰(zhàn)實際案例管道輸送液化天然氣(LNG)的案例第14頁流體熱力學性質(zhì)表與圖IAPWS表國際水和水蒸氣物性標準表SAP表氨的物性標準表濕蒸汽性質(zhì)干度與濕蒸汽性質(zhì)的關(guān)系實際應(yīng)用濕蒸汽在鍋爐中的應(yīng)用第15頁焓-熵圖與熱力過程分析焓-熵圖熱力過程的可視化分析工具可逆絕熱過程等熵過程的焓-熵圖分析實際計算理想氣體絕熱膨脹的溫度變化計算誤差分析理想與實際過程的溫度變化對比第16頁流體熱物性參數(shù)測量技術(shù)流體密度測量PVT法與其他密度測量方法的對比流體粘度測量落球式粘度計與其他粘度測量方法的對比流體熱導(dǎo)率測量熱線法與其他熱導(dǎo)率測量方法的對比實際應(yīng)用不同測量方法在工業(yè)中的應(yīng)用案例05第五章熱力循環(huán)分析與優(yōu)化第17頁引言：熱力循環(huán)效率提升的競賽全球能源效率報告2023年國際能源署報告數(shù)據(jù)能源效率對比發(fā)達國家與發(fā)展中國家的能源效率差距聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠余熱利用技術(shù)提升效率實際案例波士頓地下綜合管廊地源熱泵系統(tǒng)第18頁理想熱力循環(huán)分析卡諾循環(huán)理想熱力循環(huán)的理論基礎(chǔ)逆卡諾循環(huán)制冷循環(huán)的理論基礎(chǔ)性能指標對比不同熱力循環(huán)的性能指標對比實際應(yīng)用燃氣輪機與蒸汽輪機的效率對比第19頁實際熱力循環(huán)的不可逆性修正非理想因素管道壓降、溫度梯度等不可逆因素的影響修正公式熱力學第一定律修正公式的應(yīng)用實際計算某電廠循環(huán)效率修正計算優(yōu)化方向通過優(yōu)化熱力參數(shù)提高循環(huán)效率第20頁熱力循環(huán)優(yōu)化案例循環(huán)系統(tǒng)對比燃氣聯(lián)合循環(huán)與氣體燃料電池的性能對比性能指標熱效率、碳排放、投資成本的綜合對比設(shè)計案例某電廠余熱鍋爐優(yōu)化案例優(yōu)化效果通過優(yōu)化熱力參數(shù)提高能源利用率06第六章工程熱力學前沿與可持續(xù)發(fā)展第21頁引言：碳中和背景下的熱力學創(chuàng)新IPCC第六次報告2023年全球氣候變化報告數(shù)據(jù)建筑能耗全球建筑能耗占比與熱泵技術(shù)的應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)波士頓地下綜合管廊的應(yīng)用案例未來趨勢熱力學在碳中和背景下的創(chuàng)新方向第22頁高效熱轉(zhuǎn)換技術(shù)進展熱電發(fā)電機熱電優(yōu)值ZT的提升進展非平衡熱電制冷磁場輔助驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用性能參數(shù)對比不同熱轉(zhuǎn)換器件的性能指標對比研究案例中科院納米材料改性研究案例第23頁可持續(xù)發(fā)展中的熱力學解決方案技術(shù)對比燃煤鍋爐與太陽能光熱系統(tǒng)的性能對比能源利用率不同技術(shù)的能源利用率對比碳足跡不同技術(shù)的碳足跡對比設(shè)計案例迪拜哈利法塔太陽能光熱系統(tǒng)案例第24頁未來工程熱力學發(fā)展趨勢技術(shù)路線熱力學在數(shù)字化平臺中的應(yīng)用強化學習算法熱力系統(tǒng)AI優(yōu)化技術(shù)納米發(fā)電機技術(shù)微型熱力系統(tǒng)的發(fā)展方向戰(zhàn)略建議建立基于熱力學參數(shù)的工業(yè)數(shù)字化平臺總結(jié)與展望工程熱力學作為能源科學與技術(shù)的核心，在未來可持續(xù)發(fā)展中扮演著關(guān)