工程热力学课件.ppt

EngineeringThermodynamics 工程热力学 一 工程热力学是怎样一门课程 热力学是研究物质的能量 能量传递和转换规律以及能量与物质性质之间普遍关系的科学 工程热力学是热力学的一个分支 着重研究的是热能与机械能之间的转换规律 方法及提高转换效率的途径及其工程应用 绪论Introduction 科学研究的思路 认识规律 学习方法 体会思想 开拓创新 认识科学规律掌握知识 学习研究问题的方法 深入体会研究问题的思想 举一反三改进创新 基础 重点 关键 提高 问题 什么是能量 什么是能源 举例说说能量的利用 能源的消耗以及带来的环境污染问题 二能量及其利用 能量 E 能量是物质的属性 是物质运动的度量 如机械能 风能 水能 海浪 潮汐热能 电能 化学能 原子能 地热 能源能源 提供能量的物质资源 可以是物质或物质运动 煤 石油 天然气 生物等 物质水流 风流 海浪 潮汐等 物质运动 当今利用得最多的仍然是燃料 石油 煤 天然气等 的化学能 地下燃料资源日益减少 不能满足飞速发展的生产力对动力的需求 世界各国对原子能 太阳能 地热能 乃至海洋能 生物能等各种新能源正大力开展多方面的研究工作 以期找到新的能源出路 内燃机的工作过程 热能的动力利用举例 B 蒸汽动力装置工作过程 能量的利用 人们在生产和生活中每时每刻都在利用能量 消耗能源 能量的利用过程就是能源的消耗过程 即能量由能源传递到环境 这种传递包括转移和转换 主要通过传热和作功这两种方式 结果能量被利用 能源被消耗并导致环境污染 JamesWatt 1736 1819 1763 1784年间 英国人瓦特对原始的蒸汽机作了重大改进 瓦特的蒸汽机装上曲轴 飞轮 活塞可以靠从两边进来的蒸汽连续推动 而不需要用人力去调节活门 这样世界上第一台真正的蒸汽机诞生此后广泛用于采矿于采矿 纺织 交通业 三 热力学发展简史 SadiCarnot1796 1832 1824年 法国工程师卡诺研究热机的效率提出了卡诺定理和卡诺循环 1842年 迈耶通过实验测定计算出热功当量为1卡等于365克米 相当于3 58J 接近于现代精确的热功当量值4 184J 提出能量守恒原理 认为热是能量的一种形式 可以与机械能互相转换 迈耶是科学史上第一个发表能量守恒和转化定律的人 RudolfClausius 1822 1888 1850年 德国物理学家克劳修斯在研究卡诺理论的基础上 提出 一个自行动作的机器 不可能把热从低温物体传到高温物体中去 这就是热力学第二定律的 克劳修斯表述 W Thomson LordKelvin 1824 1907 1851年 英国物理学家开尔文也独立地从卡诺的工作中发现了热力学第二定律 提出了一条新的普通原理 不可从单一热源吸取热量 使之完全变成有用的功而不产生其他影响 这就是热力学第二定律的开尔文表述 WaltherNernst1864 1941 1906 1912年 德国物理化学家能斯特根据低温下化学反应中大量的实验事实 归纳出热力学第三定律即绝对零度不能达到 使热力学理论更趋完善 J H Keenan1900 1977 1942年 美国的凯南在热力学的基础上提出了有效能的概念 使人们对能源利用和节能认识又上了一个台阶 JamesPrescottJoule 1818 1889 1850年焦耳以精确实验结果证明了能量守恒定律 至此 热质说被最后否定 能量守恒定律成为科学界公认的自然规律 在18世纪初 对热的认识是热质说 热质说认为 热是一种没有质量的流体 称为热质 可以进入一切物体中 不生不灭 物体的热和冷决定于物体所含热质的多少 热质说是18世纪占统治地位的观点它力图从自然本身去说明自然 并且成功地解释了许多热现象 但热质说是一种错误的学说 不能解释大家熟知的摩擦生热的现象 最终在一个多世纪后被科学界否定 三 工程热力学的主要内容和研究方法 工程热力学 研究热能与机械能之间相转换规律和方法 提高转换效率的途径 以提高能源利用的经济性 主要内容 基本概念 热力学基本定律 工质的热力性质 工程应用 热力过程和循环 能量转换 二 研究方法 从物质的微观结构出发 应用统计方法研究大量分子乱运动的统计平均性质 导出热力学定理 可从微观机理解释热现象的本质 但模型假设有近似性 且分析计算繁复 2 微观方法 统计热力学 把物质看作一个连续的整体 不考虑物质的微观结构 建立在大量观察及实验的基础上 结论是可靠 普遍适用的 但不能解释热现象的微观本质 1 宏观方法 经典热力学 工程上要求简单 可靠 故以宏观方法为主 工程热力学常采用抽象 概括 理想化的方法 这种略去次要因素 抓住事物本质的科学方法非常实用 教材与教学参考书 1 沈维道蒋智敏童钧耕合编童钧耕合编 工程热力学 第三版 高等教育出版社 2