1、工程熱力學(xué)Engineering Thermodynamics,工程熱力學(xué)五句話,一種工質(zhì) 兩條定律 三個(gè)方程 四個(gè)過程 五方面應(yīng)用,緒 論,工程熱力學(xué)是重要的技術(shù)基礎(chǔ)課,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轉(zhuǎn)換規(guī)律 的科學(xué),Preface,Thermodynamics can be defined as the science of energy,heat,Therme,dynamis,power,(Greek words),熱能,Thermal Energy,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(yáng) 能,一次

2、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,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轉(zhuǎn)換規(guī)律 的科學(xué),能源energy sources的資源,2000.12.30世界能源報(bào)道,我國(guó)探明可開采儲(chǔ)量32.74億噸 可開采1520年, 石油 Petroleum,世界40-50年,能源的資源,2000.12.30世界能源報(bào)道,我國(guó)探明可開采儲(chǔ)量11704億m3 可開采2858年, 天然氣 Natural Gas,世界60年,能源的資源,2000.12.30世界能源報(bào)道

3、,我國(guó)探明可開采儲(chǔ)量1145億噸 可開采5481年, 煤炭 Coal,世界220年,能源消費(fèi)水平, 日、德、俄等 5 6噸標(biāo)煤/ 人年, 美國(guó)11噸標(biāo)煤/ 人年,我國(guó)規(guī)劃：2030 2050 年 2.5 3噸標(biāo)煤/ 人年, 我國(guó) 1噸標(biāo)煤/ 人年,發(fā)電為例,我國(guó)電力 2 億 5 千萬千瓦, 中等發(fā)達(dá)國(guó)家 1 kW/人, 發(fā)達(dá)國(guó)家 6 kW/ 人,2050 年 1 kW/人 15 億千瓦, 我國(guó) 0.2 kW/ 人,電的來源, 煤： 9 億 kW,2050 年 1 kW/人 15 億千瓦, 水能： 3 億 7 千 6 百 kW, 核能： 2 億 kW, 風(fēng)能、太陽(yáng)能： 1 億 kW,Energy

4、 and Environment,SO2、 粉塵、 CO2 （酸雨） （溫室效應(yīng)）,acid rain,Greenhouse effect,燃煤：,車輛：,NOx、 HC 、 CO,O3,霧Smog,SUN,缺氧,中國(guó)平均供電耗煤量的變化,g / kW. h,中國(guó)與日本工業(yè)能耗比較,節(jié) 能 Energy Saving,節(jié)能是近年來的基本國(guó)策 “開發(fā)和節(jié)約并重” 節(jié)能任重道遠(yuǎn) 是我們的責(zé)任,熱力學(xué)的分類,工程熱力學(xué)：熱能與機(jī)械能 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),熱力學(xué),熱 機(jī) 種 類, 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)

5、機(jī) 2030% 制冷空調(diào)(非熱機(jī)，同理） 200%,能量利用率,heat engin,Energy efficiency,火力發(fā)電裝置基本特點(diǎn),鍋 爐,汽輪機(jī),發(fā)電機(jī),給水泵,凝汽器,過熱器,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),燃?xì)庋b置基本特點(diǎn),1、熱源，冷源 2、工質(zhì)（燃?xì)猓?3、膨脹做功 4、循環(huán) (加壓、加熱、 膨脹做功、放熱),壓氣機(jī),燃?xì)廨啓C(jī),燃燒室,空氣,廢氣,內(nèi)燃機(jī)裝置,空氣、油,廢氣,吸氣,壓縮點(diǎn)火,膨脹,排氣,internal combustion engine,內(nèi)燃機(jī)裝置基本特點(diǎn),1、熱源，冷源 2、工質(zhì)（燃?xì)猓?/p>

6、 3、膨脹做功 4、循環(huán) (加壓、加熱、 膨脹做功、放熱),制冷空調(diào)裝置基本特點(diǎn),1、熱源，冷源 2、工質(zhì)（制冷劑） 3、得到容積變化功 4、循環(huán) (加壓、放熱、 膨脹、吸熱),熱力裝置共同基本特點(diǎn),1、熱源，冷源 heat reservoir 2、工質(zhì) medium 3、容積變化功 moving boundary work 4、循環(huán) cycle,熱機(jī),高溫?zé)嵩?低溫?zé)嵩?Q1,Q2,W,動(dòng)力循環(huán)簡(jiǎn)圖,熱效率,Thermal efficiency,思 考 題 ？,2、為何要有兩個(gè)熱源，能否不要低 溫?zé)嵩? 不放熱，W=Q是否可以 進(jìn)行？,3、發(fā)電廠效率高的只有40%左右，可否 有途徑提高，最高

7、效率是否有極 限？極限為多少？,1、為什么永動(dòng)機(jī)不能實(shí)現(xiàn)？,Perpetual motion machine,4、熱能和機(jī)械能通過什么介質(zhì)轉(zhuǎn)換,工程熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容,1、能量轉(zhuǎn)換的基本定律,2、工質(zhì)的基本性質(zhì)與熱力過程,3、熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備、工作原理,4、化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ),1、宏觀方法：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 （宏觀,平衡）熱力學(xué) classical (macroscopic, equilibrium),工程熱力學(xué)研究方法,2、微觀方法：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

8、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,工程熱力學(xué) 傳熱學(xué) Heat Transfer 流體力學(xué) Hydrodynamics 燃燒學(xué) Combustion 熱物性學(xué) Thermophysical property,工程熱力學(xué)所屬學(xué)科,工程熱物理,Engineering thermophysics,1、有幾位科學(xué)家在熱力學(xué)作出了貢獻(xiàn)， 獲諾貝爾獎(jiǎng)？,小 知 識(shí)（1）,2、中國(guó)哪位教授與美國(guó)教授合作提出 的狀態(tài)方程得到普遍認(rèn)可？,3、Entropy和Enthalpy是哪位中國(guó)人 譯為“熵”和“焓”？,4、為什么

9、恩格斯說“卡諾定理”是頭重 腳輕的定理？,熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（1）,J.D.范.德瓦爾斯 Johannes van der Waals (1837-1923) 荷蘭 氣體和液體狀態(tài)方程 1910年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（2）,M.普朗克 Max Planck (1858-1947) 德國(guó) 發(fā)現(xiàn)能量子（量子理論） 熱二律 1918年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（3）,W.H.能斯脫 Walther Hermann Nernst (1864-1941) 德國(guó) 熱化學(xué)，熵基準(zhǔn) 1920年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（4）,L.昂薩格 La

10、rs Onsager (1903-1976) 美國(guó) 不可逆過程熱力學(xué)理論 1968年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（5）,I.普里戈金 Ilya Prigogine (1917-) 比利時(shí) 熱力學(xué)的耗散結(jié)構(gòu)理論 1977年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（6）,K.G.威爾遜 Kenneth G. Wilson (1936-) 美國(guó) 臨界重整化群理論 1982年諾貝爾物理獎(jiǎng),參 考 書,1、工程熱力學(xué) 廉樂明等 建工出版社 2、工程熱力學(xué) 曾丹苓等 高教出版社 3、工程熱力學(xué) 沈維道等 高教出版社 4、工程熱力學(xué) 龐麓鳴等 高教出版社 5、熱力學(xué)分析 朱明善等 高教出版社 6、工程熱力學(xué)題型分析 朱明善等 清華出版社,教學(xué)要求,1、弄清基本概念，注意每章后的思考題 2、獨(dú)立完成作