热工基础基本概念

热工学,张小军2015-03-03,BasisofHeatEnergyEngineering,风电站,水电站,太阳能热水器,太阳能电动汽车,能源转换利用的关系,热能,电能,机械能,风能,水能,化学能,核能,地热能,太阳能,一次能源(天然存在),二次能源,光电转换,燃料电池,光热,聚变,裂变,燃烧,水车,水轮机,风车,热机,电动机,发电机,90%,转换,直接利用,供暖,节能EnergySaving,节能是近年来的基本国策“开发和节约并重”节能任重道远是我们的责任,动力循环简图,热效率,Thermalefficiency,热机种类（heatengin）,发电（火力、核能）40%车辆发动机（内燃机）2535%轮船发动机2535%航空发动机2030%制冷空调(非热机，同理）200%,能量利用率,Energyefficiency,中国与日本工业能耗比较,0.绪论,热工学是重要的专业基础课,热工学是机械工程类专业开设的必修课程。,工程热力学与节能,工程热力学是一门研究热能有效利用及热能和其它形式能量转换规律的科学,热工学是重要的技术基础课,四大力学,理论力学：机械系统热力学与统计物理学：热力系统电动力学：电、磁系统量子力学：微观系统,工程热力学物理热力学化学热力学生物热力学溶液热力学,热工学的研究内容,(1)能量转换的基本规律,(3)工质的基本性质与热力过程,(4)热功转换设备、工作原理,(2)能量转移的基本规律,理论分析与建模：试验研究：数值模拟及分析：,热工学研究方法,宏观模型：连续体(continuum)，用宏观物理量描述其状态，其基本规律是无数经验的总结特点：可靠，普遍，不能任意推广经典（宏观、平衡）classical(macroscopic,equilibrium),热工学研究方法,微观模型：从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象及规律特点：揭示本质，模型近似微观（统计）热力学microscopic(statistical)thermodynamics,工程热力学研究方法,学习要求,上课做好笔记、课堂作业(出勤)；作业每周第一次课(周二)交作业；成绩平时成绩(30%)和期末成绩(70%),相互配合，共同进步！,授课信息,教材：热工基础，主编：张学学，清华大学出版社，2006年第二版。办公地址：基础楼1109房间Telmail:xjzhang,第一章基本概念,机电学院张小军2015-03-03,内容提要,1.1热能转变为机械能的过程1.2热力系统1.3热力学状态及基本状态参数1.4平衡状态、状态方程与坐标图1.5工质的状态变化过程（准平衡与可逆）1.6功量与热量,热电站,涉及内容：(1)热源，冷源(2)工质（水，蒸汽）(3)膨胀做功(4)循环(加压、加热、膨胀做功、放热),火力发电基本原理,1.1热能转变为机械能的过程,(1)热动力装置蒸汽动力装置燃气动力装置(2)热动力机(热机),热机,1.1热能转变为机械能的过程,(3)工质：实现热能与机械能转换的媒介物质。如：燃气、烟气、水蒸气、氟利昂、空气。(4)热源：在能量转换中与工质有热量交换的物系。对于空调工作过程来说，高温热源和低温热源分别是什么？,1.2热力系统,热力系统(热力系、系统)：人为地研究对象,(1)系统的定义,system,Aquantityofmatteroraregioninspacechosenforstudy,1.2热力系统,真实、虚构,固定、活动,fixed、movable,real、,imaginary,边界的特性,边界(boundary)：系统与外界的分界面,1.2热力系统,分类：(1)闭口系统：只有能量交换，而无质量交换(2)开口系统：有能量交换，也有质量交换。(3)绝热系统：无热量交换。(4)孤立系统：既无能量交换，又无质量交换。,以系统与外界关系划分：,有无是否传质开口系闭口系,是否传热非绝热系绝热系,是否传热、质非孤立系孤立系,1.2热力系统,1,2,3,4,m,Q,W,1开口系,1.2热力系统,非孤立系相关外界孤立系,1+2闭口系,1+2+3绝热闭口系,1+2+3+4孤立系,1.2热力系统,内燃机工作的不同阶段，热力系统有何区别？,1.3热力学状态及基本状态参数,状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况,状态参数：描述热力系状态的宏观物理量。,结论：,状态一定，则状态参数也一定，反之亦然。,状态参数变换，则状态一定发生变化。,压力p、温度T、比容v(容易测量)：基本状态参数。,1.3热力学状态及基本状态参数,(1)压力p(pressure)物理中压强，单位:Pa(Pascal),N/m2,常用单位Units：1kPa=103Pa1bar=105Pa1MPa=106Pa1mmHg/mmH2O1atm=760mmHg=1.013105N/m21at=0.981105N/m2,压力测量值：绝对压力与环境压力的相对值。,1.3热力学状态及基本状态参数,绝对压力与相对压力,当ppb,表压力pe,当ppb,真空度pv,relativepressure,absolutepressure,1.3热力学状态及基本状态参数,(2)温度T,宏观：冷热程度的度量。,微观：大量基本微粒做无规则热运动的激烈程度。,1.3热力学状态及基本状态参数,热力学第零定律（R.W.Fowlerin1931）如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。,1.3热力学状态及基本状态参数,(2)温度T,（温度计测温的基本原理）,热力学温标（绝对温标）Kelvinscale（Britisher,L.Kelvin,1824-1907）,摄氏温标Celsiusscale(Swedish,A.Celsius,1701-1744）,华氏温标Fahrenheitscale(German,G.Fahrenheit,1686-1736),1.3热力学状态及基本状态参数,(2)温度T温标,常用温标之间的关系,绝对K,摄氏,100,373.15,0.01,273.16,