1热力学绪论.ppt

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1、高等工程热力学高等工程热力学 Advance Engineering Thermodynamics能源转换利用的关系能源转换利用的关系热热 能能电电 能能机机 械械 能能风风能能水水能能化化学学能能核核能能地地热热能能太太阳阳能能一次能源一次能源(天然存在天然存在)二次能源二次能源光光电电转转换换燃燃料料电电池池光光热热聚聚变变裂裂变变燃燃烧烧水水车车水水轮轮机机风风车车热机热机电电动动机机发发电电机机90%转转换换直接利用直接利用工程热力学与节能工程热力学与节能工程热力学工程热力学建立建立节能节能的的理论基础理论基础工程热力学工程热力学是一门研究是一门研究热能热能有效有效 利用及利用及热能热

2、能和其它形式和其它形式 能量能量转换规律的科学转换规律的科学节能的重要性（节能的重要性（1）电力为例：我国电力电力为例：我国电力 2 亿亿 5 千万千瓦千万千瓦 中等发达国家中等发达国家 1 kW/人人 发达国家发达国家 6 kW/人人2050 年年 1 kW/人人 15 亿千瓦亿千瓦 我国我国 0.2 kW/人人节能的重要性（节能的重要性（2）煤煤：9 亿亿 kW2050 年年 1 kW/人人 15 亿千瓦亿千瓦 水能水能：3 亿亿 7 千千 6 百百 kW 核能核能：2 亿亿 kW 风能、太阳能风能、太阳能：1 亿亿 kW节能的重要性（节能的重要性（3）燃煤：燃煤：SO2、粉尘、粉尘、CO

3、2 （酸雨）（酸雨）（温室效应）（温室效应）57%城市总悬浮颗粒超标城市总悬浮颗粒超标48个城市个城市SO2浓度超标浓度超标82%城市出现过酸雨城市出现过酸雨目前目前黄岛发电厂脱硫装置黄岛发电厂脱硫装置中国平均发电耗煤量的变化中国平均发电耗煤量的变化g/kW.hg/kW.h中国与日本工业能耗比较中国与日本工业能耗比较节能的重要性（节能的重要性（4）我国能源利用率我国能源利用率32%(先进先进42%)占铁路货运量占铁路货运量42%占公路货运量占公路货运量22%占航运占航运25%32%开采效率开采效率 节节 能能节能是近年来的基本国策节能是近年来的基本国策“开发和节约并重开发和节约并重”节能任重道

4、远节能任重道远是我们的责任是我们的责任 热力学的分类热力学的分类工程热力学工程热力学：热能与机械能：热能与机械能物理热力学物理热力学化学热力学化学热力学生物热力学生物热力学溶液热力学溶液热力学热热力力学学能源转换利用的关系能源转换利用的关系热热 能能电电 能能机机 械械 能能风风能能水水能能化化学学能能核核能能地地热热能能太太阳阳能能光光电电转转换换燃燃料料电电池池光光热热聚聚变变裂裂变变燃燃烧烧水水车车水水轮轮机机风风车车热机热机电电动动机机发发电电机机90%转转换换 热热 机机 种种 类类 发电（火力、核能）发电（火力、核能）40%车辆发动机（内燃机）车辆发动机（内燃机）2535%轮船发动

5、机轮船发动机 2535%航空发动机航空发动机 2030%制冷、空调制冷、空调 200%能量利用率能量利用率火电厂系统图火电厂系统图实际火电厂布置图实际火电厂布置图元宝山火电厂元宝山火电厂大型坑口电站大型坑口电站(陕西韩城电厂陕西韩城电厂)德国德国1.35MW1.35MW核电站核电站首台国产首台国产2020万千瓦机组万千瓦机组(辽宁朝阳电厂辽宁朝阳电厂)660MW660MW发电机内部（邯郸发电厂发电机内部（邯郸发电厂)石横发电厂石横发电厂3030万千瓦机组集控室万千瓦机组集控室扬州第二发电厂扬州第二发电厂600MW600MW监控系统监控系统变电站变电站500kV500kV出线出线东北电网总调度大

6、厅东北电网总调度大厅北京市电厂分布示意图北京市电厂分布示意图北京市电厂分布示意图北京市电厂分布示意图火力发电装置火力发电装置锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器基本特点：基本特点：1、热源，冷源热源，冷源2、工质（水，蒸工质（水，蒸 汽）汽）3、膨胀做功膨胀做功4、循环循环 (加压、加热、加压、加热、膨胀做功、放热膨胀做功、放热)航空发动机（燃气循环）航空发动机（燃气循环）活塞活塞燃气发电装置燃气发电装置活塞活塞燃气装置燃气装置基本特点：基本特点：1、热源，冷源热源，冷源2、工质（燃气）工质（燃气）3、膨胀做功膨胀做功4、循环循环 (加压、加热、加压、加热、膨胀

7、做功、放热膨胀做功、放热)压压气气机机燃燃气气轮轮机机燃烧室燃烧室空空气气废废气气单缸汽油发动机构造（内燃机）单缸汽油发动机构造（内燃机）图6-15 单缸汽油机构造示意图-火花塞 2-气缸盖 3-出水口 4-气缸 5-活塞 6-水套 7-水泵 8-活塞销 9-进水口 10-连杆 11-飞轮 12-曲轴 13-机油管 14-曲轴箱 15-机油泵 16-曲轴正时齿轮 17-凸轮正时齿轮 18-凸轮轴 19-排气管20-进气管 21-进气门 22排气门 23-化油器汽车发动机与传动（内燃机）汽车发动机与传动（内燃机）内燃机内燃机装置装置空气、油空气、油废气废气吸气吸气点火点火膨胀膨胀排气排气内燃机内

8、燃机装置装置基本特点：基本特点：1、热源，冷源、热源，冷源2、工质（燃气）、工质（燃气）3、膨胀做功、膨胀做功4、循环、循环 (加压、加热、加压、加热、膨胀做功、放热膨胀做功、放热)制冷空调制冷空调装置装置基本特点：基本特点：1、热源，冷源、热源，冷源2、工质（制冷剂）、工质（制冷剂）3、得到容积变化功、得到容积变化功4、循环、循环 (加压、放热、加压、放热、膨胀、吸热膨胀、吸热)动力动力装置装置共同基本特点：共同基本特点：1、热源，冷源热源，冷源 2、工质工质 3、容积变化功容积变化功 4、循环循环 热机热机高温热源高温热源低温热源低温热源Q1Q2W动力循环简图动力循环简图热效率热效率1、可

9、否不要热源而作功、可否不要热源而作功思思 考考 题题？2、为何要有两个热源，能否不要低、为何要有两个热源，能否不要低 温热源温热源,不放热，不放热，W=Q是否可以是否可以 进行？进行？3、发电厂效率高的只有、发电厂效率高的只有40%，可否，可否 有途径提高，最高效率是否有极有途径提高，最高效率是否有极 限？极限为多少？限？极限为多少？4、工质与热功转换的关系、工质与热功转换的关系工程热力学的研究内容工程热力学的研究内容 1、能量转换的基本定律能量转换的基本定律 2、工质的基本性质与热力过程工质的基本性质与热力过程3、热功转换设备、工作原理热功转换设备、工作原理4、化学热力学基础化学热力学基础1

10、、宏观方法：宏观方法：连续体，用宏观物理量描述连续体，用宏观物理量描述其状态，其基本规律是无数经验的总结其状态，其基本规律是无数经验的总结 特点特点：可靠，普遍，不能任意推广可靠，普遍，不能任意推广 宏观热力学，平衡热力学宏观热力学，平衡热力学2、微观方法：微观方法：从微观粒子的运动及相互作从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象及规律用角度研究热现象及规律 特点：特点：揭示本质，模型近似揭示本质，模型近似 统计热力学统计热力学工程热力学研究方法工程热力学研究方法工程热力学工程热力学传热学传热学流体力学流体力学燃烧学燃烧学热物性学热物性学工程热力学所属学科工程热力学所属学科工程热物理工程热物理

11、1、有几位科学家在热力学作出了贡献，、有几位科学家在热力学作出了贡献，获诺贝尔奖？获诺贝尔奖？小小 知知 识（识（1 1）2、中国哪位教授与美国教授合作提出、中国哪位教授与美国教授合作提出 的状态方程得到普遍认可？的状态方程得到普遍认可？3、Entropy和和Enthalpy是清华哪位教授是清华哪位教授 译为译为“熵熵”和和“焓焓”？4、为什么、为什么恩格斯恩格斯说说“卡诺定理卡诺定理”是头是头重重 脚轻的定理？脚轻的定理？1、Maxwell 妖是什么？妖是什么？小小 知知 识（识（2 2）2、“吉布斯佯谬吉布斯佯谬”又是什么？又是什么？3、哪位清华校友提出的、哪位清华校友提出的HFC-125

12、状态方状态方 程被评为国际标准方程？程被评为国际标准方程？4、哪位清华博士获国际制冷学会热力、哪位清华博士获国际制冷学会热力 学学“卡诺卡诺”奖？奖？热力学方面获诺贝尔奖的科学家热力学方面获诺贝尔奖的科学家（1）J.D.范范.德瓦尔斯德瓦尔斯 Johannes van der Waals(1837-1923)荷兰荷兰 气体和液体状态方程气体和液体状态方程 1910年诺贝尔物理学年诺贝尔物理学奖奖热力学方面获诺贝尔奖的科学家热力学方面获诺贝尔奖的科学家（2）M.普朗克普朗克 Max Planck(1858-1947)德国德国 发现能量子（量子发现能量子（量子理论）理论）热二律热二律 1918年诺

13、贝尔物理年诺贝尔物理学奖学奖热力学方面获诺贝尔奖的科学家热力学方面获诺贝尔奖的科学家（3）W.H.能斯脱能斯脱 Walther Hermann Nernst(1864-1941)德国德国 热化学，熵基热化学，熵基准准 1920年诺贝尔年诺贝尔化学奖化学奖热力学方面获诺贝尔奖的科学家热力学方面获诺贝尔奖的科学家（4）L.昂萨格昂萨格 Lars Onsager(1903-1976)美国美国 不可逆过程热力不可逆过程热力学理论学理论 1968年诺贝尔化年诺贝尔化学奖学奖热力学方面获诺贝尔奖的科学家热力学方面获诺贝尔奖的科学家（5）I.普里戈金普里戈金 Ilya Prigogine(1917-)比利时比利时 热力学的耗散热力学的耗散结构理论结构理论 1977年诺贝尔年诺贝尔化学奖化学奖教学要求教学要求1、弄清基本概念，注意每章后的思考题弄清基本概念，注意每章后的思考题2、独立完成作业，每周一按时交独立完成作业，每周一按时交3、发挥主观能动性，积极完成大作业发挥主观能动性，积极完成大作业4、有问题及时解决，不要拖至考试有问题及时解决，不要拖至考试5、校级一类课，积极配合校级一类课，积极配合