热工基础绪论.pptx

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1、绪 论1-1 为什么要学习热工基础？1-2 能源及其利用()1-3 研究的主要内容和方法()1-4 发展简史第1页/共33页1-1 为什么要学习热工基础？生活领域请思考：为了使热量从低温物体传给高温物体，是否一定要以消耗功或热作为代价？第2页/共33页请思考：这是为什么？第3页/共33页第4页/共33页工业领域第5页/共33页航空航天第6页/共33页高新技术：电子器件第7页/共33页看了以上各个领域的热工现象，同学们有什么感受？第8页/共33页1-2 能源及其利用能能 源源指提供各种能量和动力的物质源。指提供各种能量和动力的物质源。可按可按来源、形态、使用程度和技术、污染程度、性质来源、形态、

2、使用程度和技术、污染程度、性质等进行分类。等进行分类。一次能源一次能源自然界以自然界以自然形态存在自然形态存在的、可资利用的能源。的、可资利用的能源。如：风能、水利能、太阳能、如：风能、水利能、太阳能、地热能、核能、化学能等。地热能、核能、化学能等。二次能源二次能源由一次能源由一次能源加工转换后加工转换后的能源。的能源。如：热能、机械能、电能。如：热能、机械能、电能。u以热能形式利用的能量超过85%85%！第9页/共33页热热热热机机机机太太太太阳阳阳阳能能能能电电电电 能能能能光光光光电电电电反反反反应应应应热热热热用用用用户户户户风风车车燃燃燃燃料料料料电电电电池池池池传传传传热热热热传传

3、传传热热热热能量的转换和传递过程水水水水力力力力机机机机械械械械水水水水车车车车燃燃燃燃烧烧烧烧聚聚聚聚变变变变裂裂裂裂变变变变磁磁磁磁流流流流体体体体发发发发电电电电温温温温差差差差发发发发电电电电电电电电动动动动机机机机发发发发电电电电机机机机核核核核能能能能地地地地热热热热能能能能水水力力能能热热热热 能能能能机机机机 械械械械 能能能能风风风风能能能能一一次次能能源源二二次次能能源源化化化化学学学学能能能能第10页/共33页热能的利用：热能的利用：.热热 利利 用用将热能直接用于加热物体，以满足将热能直接用于加热物体，以满足 烘干、采暖、熔炼等需要。烘干、采暖、熔炼等需要。.动力利用动

4、力利用通过各种热能动力装置将热能转换通过各种热能动力装置将热能转换 成机械能或者转换成电能加以利用，成机械能或者转换成电能加以利用，为人类的日常生活、工农业生产及为人类的日常生活、工农业生产及 交通运输提供动力。交通运输提供动力。第11页/共33页1-3 热工基础的研究对象、内容和方法 研究对象、内容研究对象、内容 工程热力学、传热学工程热力学、传热学1 1、工程热力学工程热力学主要研究热能与机械能相互转主要研究热能与机械能相互转换的规律，以及合理有效利用热能的基本换的规律，以及合理有效利用热能的基本理论；理论；2 2、传热学传热学是研究不同温度的物体，或同一物是研究不同温度的物体，或同一物体

5、的不同部分之间热量传递规律的学科。体的不同部分之间热量传递规律的学科。第12页/共33页工程热力学工程热力学1、研究能量转换的客观规律，即热力学第一定律与第二、研究能量转换的客观规律，即热力学第一定律与第二 定律；定律；2、研究工质的基本热力学性质；、研究工质的基本热力学性质；3、研究工质在各种热工设备中的工作过程。、研究工质在各种热工设备中的工作过程。将热力学基本理论应用于工程实际，对不同的过程和将热力学基本理论应用于工程实际，对不同的过程和 循环进行分析和计算，循环进行分析和计算，探讨影响能量转换的规律及提探讨影响能量转换的规律及提 供转换效果的途径。供转换效果的途径。第13页/共33页传

6、热学传热学u导热Heat Conduction；u对流Convection；u热辐射Thermal Radiation。第14页/共33页研究方法：研究方法：研究方法研究方法1.宏观研究方法宏观研究方法2.微观研究方法微观研究方法把物质视为连续体，用宏观物理量描述物质的性质、行为，以大量观察、实验中总结出的定律为依据，通过推理、演绎得出具有可靠的和普遍的结论、公式、以解决热力过程中的能量转换与传递问题。n实验研究实验研究 是基本方法是基本方法n理论分析理论分析 建立（偏微分）方程，分析求解等建立（偏微分）方程，分析求解等n数值模拟数值模拟 FLUENTAdinaFLUENTAdina等等第15

7、页/共33页课程特点概念抽象、系统性、实践性很强的一门科学是一门专业基础课，联系基础课和专业课的纽带热工转换/热量传递，提高效率及经济性是贯穿全书的主线！如何学好热工基础：如何学好热工基础：第16页/共33页学习方法建议1.作好听课笔记2.重视对基础概念和基本理论的理解3.加强实践训练，理论和实际相结合4.独立完成作业，及时复习和小结5.看几本参考书第17页/共33页教材教材教材教材1.1.1.1.傅秦生主编傅秦生主编傅秦生主编傅秦生主编.热工基础及应用热工基础及应用热工基础及应用热工基础及应用（面向（面向（面向（面向21212121世纪教材）世纪教材）世纪教材）世纪教材），西安交通大学出版社

8、，西安交通大学出版社，西安交通大学出版社，西安交通大学出版社推荐辅助教材推荐辅助教材推荐辅助教材推荐辅助教材1.1.1.1.沈维道，蒋智敏，童钧耕合编沈维道，蒋智敏，童钧耕合编沈维道，蒋智敏，童钧耕合编沈维道，蒋智敏，童钧耕合编.工程热力学工程热力学工程热力学工程热力学(第三版第三版第三版第三版).).).).北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社2.2.2.2.杨世铭，杨世铭，杨世铭，杨世铭，传热学传热学传热学传热学（第（第（第（第四四四四版）版）版）版），高等教育出版社，高等教育出版社，高等教育出版社，高等教育出版社 教材与参考书教材与参考书第18

9、页/共33页主要参考书主要参考书主要参考书主要参考书1 1严家騄严家騄.工程热力学（第三版）工程热力学（第三版）.北京北京:高教出版高教出版 社社,2000,2000 2 2童钧耕等童钧耕等.工程热力学总复习工程热力学总复习 理论概要和习理论概要和习题题.上海上海:上海交通大学出版社上海交通大学出版社,2001,2001 3.3.章熙民，等章熙民，等.传热学（第四版）传热学（第四版）.北京北京:中国建筑工中国建筑工业出版社，业出版社，200120014.4.张奕张奕.传热学（第四版）传热学（第四版）.南京南京:东南大学出版社，东南大学出版社，200420045.5.王秋旺王秋旺.传热学要点与解

10、题传热学要点与解题.西安西安:西安交通大学西安交通大学出版社出版社,2006,2006 6.6.Michael J,et al.Fundamentals of Engineering Thermodynamics（4th.Edition）.JOHN WILEY&SONS,INC.2000 第19页/共33页考试与作业v考核方式：考试；平时成绩占20%30%（包括作业、实验、学习态度、创新意识、以及思维能力等）v作业：每周交一次v主要实践教学环节：实验/实习第20页/共33页1-4 1-4 发展简史发展简史 热力学是研究能量、能量转换以及与能量转换有关的物性间相互关系的科学。热力学(thermo

11、dynamics)一词的意思是热(thermo)和动力(dynamics)，既由热产生动力，反映了热力学起源于对热机的研究。从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能来推动机器作工成为重要的研究课题。第21页/共33页 1798年，英 国 物 理 学 家 和 政 治 家 Benjamin Thompson(1753-1814)通过炮膛钻孔实验开始对功转换为热进行定量研究。1799年，英国化学家 Humphry Davy(1778-1829)通过冰的摩擦实验研究功转换为热。第22页/共33页 根据热力学第一定律热功可以按当量转化，而根据卡诺原理热却不能全部变为功

12、，当时不少人认为二者之间存在着根本性的矛盾。1850年，德国物理学家Rudolf J.Clausius(1822-1888)进一步研究了热力学第一定律和克拉佩隆转述的卡诺原理，发现二者并不矛盾。他指出，热不可能独自地、不付任何代价地从冷物体转向热物体，并将这个结论称为热力学第二定律。克劳胥斯在1854年给出了热力学第二定律的数学表达式，1865年提出“熵”的概念。Clausius(1822-1888)第23页/共33页 1824年，法 国 陆 军 工 程 师Nicholas Lonard Sadi Carnot发表了“关于火的动力研究”的论文。他通过对自己构想的理想热机的分析得出结论：热机必须

13、在两个热源之间工作，理想热机的效率只取决与两个热源的温度，工作在两个一定热源之间的所有热机，其效率都超不过可逆热机，热机在理想状态下也不可能达到百分之百。这就是卡诺定理。Carnot(1796-1832)第24页/共33页 卡诺的论文发表后，没有马上引起人们的注意。过了十年，法国工程师Benlt Paul Emile Clapeyron(1799-1864)把卡诺循环以解析图的形式表示出来，并用卡诺原理研究了汽液平衡，导出了克拉佩隆方程。第25页/共33页 1842 年，德国医生Julius Robert Mayer(1814-1878)主要受病人血液颜色在热带和欧洲的差异及海水温度与暴风雨的

14、启发，提出了热与机械运动之间相互转化的思想。Mayer(1814-1878)第26页/共33页 1847年，德国物理学家和生物学家 Hermann Ludwig von Helmholtz(1821-1894)发表了“论力的守衡”一文，全面论证了能量守衡和转化定律。Helmholtz(1821-1894)第27页/共33页 1843-1848年，英国酿酒商 James Prescott Joule(1818-1889)以确凿无疑的定量实验结果为基础，论述了能量受恒和转化定律。焦耳的热功当量实验是热力学第一定律的实验基础。Joule(1818-1889)第28页/共33页 1851年，英国物理学

15、家 Lord Kelvin(1824-l907)指出，不可能从单一热源取热使之完全变为有用功而不产生其他影响。这是热力学第二定律的另一种说法。1853年，他把能量转化与物系的内能联系起来，给出了热力学第一定律的数学表达式。第29页/共33页 1875年，美国耶鲁大学数 学 物 理 学 教 授 Josiah Willard Gibbs发表了“论多相物质之平衡”的论文。他在熵函数的基础上，引出了平衡的判据；提出热力学势的重要概念，用以处理多组分的多相平衡问题；导出相律，得到一般条件下多相平衡的规律。吉布斯的工作，把热力学和化学在理论上紧密结合起来，奠定了化学热力学的重要基础。Gibbs(1839-1903)第30页/共33页 热力学基本定律反映了自然界的客观规律,以这些定律为基础进行演绎、逻辑推理而得到的热力学关系与结论,显然具有高度的普遍性、可靠性与实用性,可以应用于机械工程、化学、化工等各个领域,由此形成了化学热力学、工程热力学、化工热力学等重要的分支。化学热力学主要讨论热化学、相平衡和化学平衡理论。工程热力学主要研究热能动力装置中工作介质的基本热力学性质、各种装置的工作过程以及提高能量转化效率的途径。化工热力学是以化学热力学和工程热力学为基础，结合化工实际过程逐步形成的学科。第31页/共33页完第32页/共33页感谢您的观看！第33页/共33页