1、熱工基礎(chǔ)基本概念,熱 工 學(xué),2015-03-03,Basis of Heat Energy Engineering,熱工基礎(chǔ)基本概念,風(fēng)電站,熱工基礎(chǔ)基本概念,水電站,熱工基礎(chǔ)基本概念,太陽能熱水器,熱工基礎(chǔ)基本概念,太陽能電動(dòng)汽車,熱工基礎(chǔ)基本概念,能源轉(zhuǎn)換利用的關(guān)系,熱 能,電 能,機(jī) 械 能,風(fēng) 能,水 能,化 學(xué) 能,核 能,地 熱 能,太 陽 能,一次能源 (天然存在),二次能源,光電轉(zhuǎn)換,燃料電池,光熱,聚變,裂變,燃燒,水車,水輪機(jī),風(fēng)車,熱機(jī),電動(dòng)機(jī),發(fā)電機(jī),90%,轉(zhuǎn)換,直接利用,供暖,熱工基礎(chǔ)基本概念,節(jié) 能 Energy Saving,節(jié)能是近年來的基本國策 “開發(fā)和節(jié)

2、約并重” 節(jié)能任重道遠(yuǎn) 是我們的責(zé)任,熱工基礎(chǔ)基本概念,動(dòng)力循環(huán)簡圖,熱效率,Thermal efficiency,熱工基礎(chǔ)基本概念,熱 機(jī) 種 類（heat engin）, 發(fā)電（火力、核能） 40% 車輛發(fā)動(dòng)機(jī)（內(nèi)燃機(jī)） 2535% 輪船發(fā)動(dòng)機(jī) 2535% 航空發(fā)動(dòng)機(jī) 2030% 制冷空調(diào)(非熱機(jī)，同理） 200%,能量利用率,Energy efficiency,熱工基礎(chǔ)基本概念,中國與日本工業(yè)能耗比較,熱工基礎(chǔ)基本概念,0.緒 論,熱工學(xué)是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,熱工學(xué) 是機(jī)械工程類專業(yè)開設(shè)的必修課程。,熱工基礎(chǔ)基本概念,工程熱力學(xué)與節(jié)能,工程熱力學(xué) 是一門研究熱能有效利用及熱能和其它形式能量

3、轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué),熱工學(xué)是重要的技術(shù)基礎(chǔ)課,熱工基礎(chǔ)基本概念,四大力學(xué),理論力學(xué)：機(jī)械系統(tǒng) 熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)：熱力系統(tǒng) 電動(dòng)力學(xué)：電、磁系統(tǒng) 量子力學(xué)：微觀系統(tǒng),工程熱力學(xué) 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),熱工基礎(chǔ)基本概念,熱工學(xué)的研究內(nèi)容,(1)能量轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律,(3)工質(zhì)的基本性質(zhì)與熱力過程,(4)熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備、工作原理,(2)能量轉(zhuǎn)移的基本規(guī)律,熱工基礎(chǔ)基本概念,理論分析與建模： 試驗(yàn)研究： 數(shù)值模擬及分析：,熱工學(xué)研究方法,熱工基礎(chǔ)基本概念,宏觀模型：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(jīng)驗(yàn)的總結(jié) 特點(diǎn)：可靠，普遍，不能任意推廣 經(jīng)典

4、 （宏觀、平衡） classical (macroscopic, equilibrium),熱工學(xué)研究方法,熱工基礎(chǔ)基本概念,微觀模型：從微觀粒子的運(yùn)動(dòng)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 微觀（統(tǒng)計(jì)）熱力學(xué) microscopic (statistical) thermodynamics,工程熱力學(xué)研究方法,熱工基礎(chǔ)基本概念,學(xué)習(xí)要求,上課做好筆記、課堂作業(yè)(出勤)； 作業(yè)每周第一次課(周二)交作業(yè)； 成績平時(shí)成績(30%)和期末成績(70%),相互配合，共同進(jìn)步！,熱工基礎(chǔ)基本概念,授課信息,教材：熱工基礎(chǔ)，主編：張學(xué)學(xué)，清華大學(xué)出版社，2006年第二版。 辦公地址：基

5、礎(chǔ)樓1109房間 Tel： Email:,熱工基礎(chǔ)基本概念,第一章 基本概念,機(jī)電學(xué)院 張小軍 2015-03-03,熱工基礎(chǔ)基本概念,內(nèi)容提要,1.1 熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的過程 1.2 熱力系統(tǒng) 1.3 熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù) 1.4 平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程與坐標(biāo)圖 1.5 工質(zhì)的狀態(tài)變化過程（準(zhǔn)平衡與可逆） 1.6 功量與熱量,熱工基礎(chǔ)基本概念,熱電站,熱工基礎(chǔ)基本概念,涉及內(nèi)容： (1)熱源，冷源 (2)工質(zhì)（水，蒸汽） (3)膨脹做功 (4)循環(huán)(加壓、加熱、膨脹做功、放熱),火力發(fā)電基本原理,熱工基礎(chǔ)基本概念,1.1 熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的過程,(1) 熱動(dòng)力裝置 蒸汽動(dòng)力裝置 燃?xì)鈩?dòng)力裝置

6、 (2) 熱動(dòng)力機(jī)(熱機(jī)),熱機(jī),熱工基礎(chǔ)基本概念,1.1 熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的過程,(3)工質(zhì)：實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)。 如：燃?xì)?、煙氣、水蒸氣、氟利昂、空氣?(4)熱源：在能量轉(zhuǎn)換中與工質(zhì)有熱量交換的物系。 對于空調(diào)工作過程來說，高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩捶謩e是什么？,熱工基礎(chǔ)基本概念,1.2 熱力系統(tǒng),熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng))：人為地研究對象,(1) 系統(tǒng)的定義,system,A quantity of matter or a region in space chosen for study,熱工基礎(chǔ)基本概念,1.2 熱力系統(tǒng),真實(shí)、虛構(gòu),固定、活動(dòng),fixed 、 movable,re

7、al 、,imaginary,邊界的特性,邊界(boundary)：系統(tǒng)與外界的分界面,熱工基礎(chǔ)基本概念,1.2 熱力系統(tǒng),分類： (1) 閉口系統(tǒng)：只有能量交換，而無質(zhì)量交換 (2) 開口系統(tǒng)：有能量交換，也有質(zhì)量交換。 (3) 絕熱系統(tǒng)：無熱量交換。 (4) 孤立系統(tǒng)：既無能量交換，又無質(zhì)量交換。,熱工基礎(chǔ)基本概念,以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：,有 無 是否傳質(zhì) 開口系 閉口系,是否傳熱 非絕熱系 絕熱系,是否傳熱、質(zhì) 非孤立系 孤立系,1.2 熱力系統(tǒng),熱工基礎(chǔ)基本概念,1,2,3,4,m,Q,W,1 開口系,1.2 熱力系統(tǒng),非孤立系相關(guān)外界 孤立系,1+2 閉口系,1+2+3 絕熱閉口系,

8、1+2+3+4 孤立系,熱工基礎(chǔ)基本概念,1.2 熱力系統(tǒng),內(nèi)燃機(jī)工作的不同階段，熱力系統(tǒng)有何區(qū)別？,熱工基礎(chǔ)基本概念,1.3 熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),狀態(tài)：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況,狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系狀態(tài)的宏觀物理量。,結(jié)論：,狀態(tài)一定，則狀態(tài)參數(shù)也一定，反之亦然。,狀態(tài)參數(shù)變換，則狀態(tài)一定發(fā)生變化。,壓力 p、溫度 T、比容 v (容易測量)：基本狀態(tài)參數(shù)。,熱工基礎(chǔ)基本概念,1.3 熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),(1) 壓力 p ( pressure ) 物理中壓強(qiáng)，單位: Pa (Pascal), N/m2,常用單位Units： 1 kPa = 103 Pa 1bar = 105

9、 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 mmHg / mmH2O 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 N/m2 1 at = 0.981105 N/m2,熱工基礎(chǔ)基本概念,壓力測量值：絕對壓力與環(huán)境壓力的相對值。,1.3 熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),熱工基礎(chǔ)基本概念,絕對壓力與相對壓力,當(dāng) p pb,表壓力 pe,當(dāng) p pb,真空度 pv,relative pressure,absolute pressure,1.3 熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),熱工基礎(chǔ)基本概念,(2) 溫度T,宏觀：冷熱程度的度量。,微觀：大量基本微粒做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的激烈程度。,1.3 熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀

10、態(tài)參數(shù),熱工基礎(chǔ)基本概念,熱力學(xué)第零定律（R.W. Fowler in 1931） 如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個(gè)系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。,1.3 熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),(2) 溫度T,（溫度計(jì)測溫的基本原理）,熱工基礎(chǔ)基本概念, 熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對溫標(biāo)）Kelvin scale （Britisher, L. Kelvin, 1824-1907）, 攝氏溫標(biāo)Celsius scale (Swedish, A. Celsius, 1701-1744）, 華氏溫標(biāo)Fahrenheit scale (German, G. Fahrenheit, 1686-1736),1.3 熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),(2) 溫度T溫標(biāo),熱工基礎(chǔ)基本概念,常用溫標(biāo)之間的關(guān)系,絕對K,攝氏,100,373.15,0.