1热力学绪论.ppt

1、高等工程热力学 Advance Engineering Thermodynamics,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,工程热力学与节能,工程热力学建立节能的理论基础,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,节能的重要性（1）,电力为例：我国电力 2 亿 5 千万千瓦, 中等发达国家 1 kW/人, 发达国家 6 kW/人,2050 年 1 kW/

2、人 15 亿千瓦, 我国 0.2 kW/人,节能的重要性（2）, 煤：9 亿 kW,2050 年 1 kW/人 15 亿千瓦, 水能： 3 亿 7 千 6 百 kW, 核能：2 亿 kW, 风能、太阳能： 1 亿 kW,节能的重要性（3）,燃煤：SO2、粉尘、CO2 （酸雨） （温室效应）,57%城市总悬浮颗粒超标 48个城市SO2浓度超标 82%城市出现过酸雨,目前,黄岛发电厂脱硫装置,中国平均发电耗煤量的变化,g / kW. h,中国与日本工业能耗比较,节能的重要性（4）,我国能源利用率32% (先进42%),占铁路货运量42% 占公路货运量22% 占航运25% 32%开采效率,节 能,节

3、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,热力学的分类,工程热力学：热能与机械能 物理热力学 化学热力学 生物热力学 溶液热力学,热力学,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,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,热 机 种 类, 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 200%,能量利用率,火电厂系统图,实际火电厂布置图,元宝山火电厂,大型坑口电站(陕西

4、韩城电厂),德国1.35MW核电站,首台国产20万千瓦机组(辽宁朝阳电厂),660MW发电机内部（邯郸发电厂),石横发电厂30万千瓦机组集控室,扬州第二发电厂600MW监控系统,变电站500kV出线,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,火力发电装置,锅 炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,基本特点： 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),航空发动机（燃气循环）,活塞,燃气发电装置,活塞,燃气装置,基本特点： 1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热),

5、压气机,燃气轮机,燃烧室,空气,废气,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）,内燃机装置,空气、油,废气,吸气,点火,膨胀,排气,内燃机装置,基本特点： 1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热),制冷

6、空调装置,基本特点： 1、热源，冷源 2、工质（制冷剂） 3、得到容积变化功 4、循环 (加压、放热、 膨胀、吸热),动力装置,共同基本特点： 1、热源，冷源 2、工质 3、容积变化功 4、循环,热机,高温热源,低温热源,Q1,Q2,W,动力循环简图,热效率,1、可否不要热源而作功,思 考 题 ？,2、为何要有两个热源，能否不要低 温热源, 不放热，W=Q是否可以 进行？,3、发电厂效率高的只有40%，可否 有途径提高，最高效率是否有极 限？极限为多少？,4、工质与热功转换的关系,工程热力学的研究内容,1、能量转换的基本定律,2、工质的基本性质与热力过程,3、热功转换设备、工作原理,4、化学热

7、力学基础,1、宏观方法：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 特点：可靠，普遍，不能任意推广 宏观热力学，平衡热力学 2、微观方法：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 统计热力学,工程热力学研究方法,工程热力学 传热学 流体力学 燃烧学 热物性学,工程热力学所属学科,工程热物理,1、有几位科学家在热力学作出了贡献， 获诺贝尔奖？,小 知 识（1）,2、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？,3、Entropy和Enthalpy是清华哪位教授 译为“熵”和“焓”？,4、为什么恩格斯说“卡诺定理”是头重 脚轻的定理？,1

8、、Maxwell 妖是什么？,小 知 识（2）,2、“吉布斯佯谬”又是什么？,3、哪位清华校友提出的HFC-125状态方 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 学“卡诺”奖？,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（1）,J.D.范.德瓦尔斯 Johannes van der Waals (1837-1923) 荷兰 气体和液体状态方程 1910年诺贝尔物理学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（2）,M.普朗克 Max Planck (1858-1947) 德国 发现能量子（量子理论） 热二律 1918年诺贝尔物理学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（3）,W.H.能斯脱 Walther Hermann Nernst (1864-1941) 德国 热化学，熵基准 1920年诺贝尔化学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（4）,L.昂萨格 Lars Onsager (1903-1976) 美国 不可逆过程热力学理论 1968年诺贝尔化学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（5）,I.普里戈金 Ilya