《《工程热力学》互动分析讨论课题》.doc

1、精品文章工程热力学互动分析讨论课题一、课题内容1不同供暖方式节能性、舒适性互动分析讨论课题应用热力学第二定律熵增原理，分析并讨论电热膜辐射供暖、毛细管平面辐射空调供暖、散热器供暖、低温热水地板辐射供暖四种供暖方式的散热机理、舒适性、节能性，画出四种供暖方式的流程图，并阅资料讨论各种供暖装置的产业技术现状及市场情况。2核电站与火电站水蒸气参数、汽轮机差异互动分析讨论课题常规火电机组汽轮机中蒸汽大部分处于过热蒸汽状态，只有在低压缸未几级处于湿蒸汽状态下。核电汽轮机只有低压缸前几级处于过热状态，其余部分都处于饱和线之下的湿蒸汽状态。查资料，了解发电行业前沿知识，掌握新型汽轮机大致结构、核心部件特性与

2、材料，并画出简图、示功图、热力循环温熵图，讨论图上每个热力过程在哪个装置完成。依据教材上的再热、回热热力循环图，分组讨论该电汽轮机热力循环，对比火电机组汽轮机的全方位区别。掌握我国及世界上主要厂最新汽轮机技术现状与产业争情。3化学回热循环燃气轮机系统、热力过程互动分析讨论课题结合工程热力学教材回热循环理沦知识，查阅资料，了解化学回热循环的原理，燃气轮机循环装置流程图，画出热力循环温熵图，推导循环热效率，编程计算并阐述影响热效率的各项因素。论证该项技术的发展现状及未来趋势。4活塞式和螺杆式制冷压缩机节能互动分析讨论课题查阅资料，掌握活塞式和螺杆式制冷压缩机结构，制冷工质产业应用现状，画出循环温熵

3、图，并从节能的角度对比两种压缩机的各项性能指标，分析其工程应用现状、主要生产商之间的产业竞争情况。二、课题目的提高创新思维能力、理论结合实际的能力与团队合作精神。提高专业课程体整体学习能力与专业培养质量。三、组织形式每个学生按照兴趣独立完成，12项课题，并选择12项课题自由组合成团队（所选题目可不在同一团队，每个团队3、5人），根据个人能力形成组长、小组内部分工合作形式，分工合作完成互动讨论所需准备的各类资料，每名学生在与全组协同合作的基础上，独立完成一项分工，最终共同完成课题全部内容，并撰写侧重个人分工的课题报告。组长需组织撰写提交总报告。形式全部要求电子版。可以ppt、word、动画、视频

4、等多种形式，最终报告要提交word总结报告、ppt报告及打包附件。时间。第11周、第15周。最后打分关键词。切题、专业、全面、发挥能力、文字水平、展示水平。由两班学习委员在上述组织形式基础上，进一步提出课题细化组织形式和考核形式，报老师讨论。第二篇：工程热力学-热力学第一定律讲稿热力学第一定律一、热力学第一定律的实质自然界的物质处于不断地变化中，转化中的守恒与守恒中的转化时自然界的基本法则之一。人们从无数的实践经验中总结出：自然界一切物质都具有能量，能量既不能创造也不能消灭，各种不同形式的能量都可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从一种能量形式转变到另一种能量形式，但在转移过和转变程中，它们

5、的总量保持不变。这一规律称为能量守恒与转换定律。而热力学第一定律就是能量守恒与转换定律在热现象中应用，它确定了热力工程中热力系与外界进行能量交换时，各种形态的能量在数量上的守恒关系。在工程热力学中热力学第一定律可以表述为：热可以变为功，功也可以变为热，一定的热量消失时必产生相应的功，消耗一定量的功时必出现与之对应的一定量的热。二、热力系统常用到的能量形式（一）、储存能1、内储存能热力学能（u）：组成热力系统的大量微观粒子本身所具有的能量。热力学能是下列各种能量的总和：（1）分子热运动所形成的内动能。（2）分子间相互作用力所形成的内位能。（3）构成分子的化学能和构成原子的的原子能。2、外储存能（

6、1）宏观动能（ek）：相对于热力系统以外的的参考坐标，由于宏观运动速度而具有的能量。ek=12mc2f（2）重力位能（ep）。在重力场中，热力系统由于重力作用而具有的能量。ep=mgz3、热力系统的总储存能（e）：是内储存能与外储存能之和，即：e=u+ek+ep=u+e=u+12cf212mc2f+mgz或+gz（二）迁移能：能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式做功和传热，传递过程中的功量和热量称为迁移能。热力系统与外界存在势差时，进行的能量交换途径有三种：功量交换、热量交换、质量交换。1、功量（1）体积功。在压力差的作用下，热力系统体积膨胀或收缩时与外界交换的功量。（2）轴功（ws）。热

7、力系统通过叶轮机械的轴和外界交换的功量。2、热量。系统与外界在温差的推动下通过微观粒子的无规则运动而传递的能量。3、随质量交换传递的能量（1）流动工质的储存能：流动工质本身具有热力学能、宏观动能和重力位能，会随工质的的流进（流出）系统而带入（带出）系统。这部分能量为：e=u+12mc2f+mgz或e=u+12cf2+gz（2）流动功（推动功）（wf）。工质在开口系统中流动而传递的功。流动功与体积功不同，流动功只有在工质流动过程中才会出现，做流动功时工质的流动状态不发生变化，当然也不存在能量形态的转化，工质做流动功是只起到传递能量的作用。wf=(pv)2-(pv)1或wf1=p2v2-p1v1三

8、、热力学第一定律的基本能量方程设想有一热力系如上图所示，其总能量为e=u+ek+ep假定这一热力系在一段极短的时间dt内从外界吸收了微小的热量dq，又从外界流入了每千克总能量为e1的质量dm1与此同时热力系对外界做出了微小的总功dwtot，并向外界流出了每千克总能量为e2的质量dm2，经过时间dt后，热力系的总能量变为e+de。热力学第一定律的能量方程，就是系统变化过程中的能量平衡方程式，文字表达式为：加入热力系的能量总和热力系输出的能量总和=热力系总能量的增量即：(dq+e1m1)-(dwtot+e2dm2)=(e+de)-edq=de+(e2dm2-e1dm1)+dwtot对有限长时间t积

9、分得：q=De+(et2dm2-e1dm1)+wtot式（1）和式（2）为热力学第一定律最基本的表达式，适用于任何工质进行的任何无摩擦或有摩擦的过程。四、闭口系统的能量方程在闭口系统中，（1）热力系的宏观能量变化很小，宏观动能和重力位能可以忽略，因此，热力系中能量的变化就等于热力学能的变化量，即：De=Du。（2）另外对于闭口系统它与外界无质量交换，即：dm1=0dm2=0（3）所做的功是体积功。所以闭口系统的能量方程可简化为：微元热力过程下：dq=du+dw;dq=du+dw总热力过程下：q=Du+w;q=Du+w五、开口系统的能量方程在实际工程中，工质要在热力装置中循环不断的流经各相互衔接

10、的热力设备，完成不同的热力过程实现能量转换对这类有工质流进和流出的热力设备（如燃气轮机、汽轮机、叶轮2式压气机）常采用开口系统即控制体积的分析方法。我们把控制体内质量和能量随时间而变化的过程称为不稳定流动过程。把系统内质量和能量不随时间变化，各点参数保持一定的称为稳定流动过程。下面从最普遍额不稳定流动过程着手导出开口系统的能量方程。设控制体在t到t+dt的时间内进行一个微元热力过程。在这段时间内控制体截面处流入的工质质量为dm1，流出的工质质量为dm2，控制体从热远处吸热dq，对外做轴dw，进出口截面相对参考系的高度分别为z1和z2，控制体积内储存能的增量为decv，则控制体的能量输入与输出情

11、况如下：进入控制体的能量=dq+h1+12cf1+gz1dm1212cf2+gz2dm22离开控制体的能量=dws+h2+控制体储存能的变化decv=(e+de)cv-ecv根据热力学第一定律建立能量方程得：1122dq+h1+cf1+gz1dm1-h2+cf2+gz2dm2-dws=decv22整理得：1122dq=h2+cf2+gz2dm2-h1+cf1+gz1dm1+dws+decv六、稳定流动的能量方程当流体流过开口系统时，有能量的输入和输出，此时输入的能量、输出的能量及系统积累的能量分别为：（1）流入的能量：流入流体携带的热力学能、宏观动能及位能、流体流入时得到的流动能、流体从外界获

12、得的热能。流入的能量具体为：微观能即热力学能：u1=dm1u1宏观动能：ek1=12dm1c12宏观位能：ep1=dm1gz1流体流动能：pv=dm1p1v111流体从外界获得的热能为：dq（2）流出的能量：流出流体携带的热力学能、宏观动能及位能、流体流出时得到的流动能、流体通过转动部件对外界传出的机械能。流出的能量具体为：微观能即热力学能：u2=dm2u2宏观动能：ek2=12dm2c22宏观位能：ep2=dm2gz2流体流动能：p2v2=dm2p2v2热力系对输出的机械能为：dw则根据热力学第一定律，应有：e1=e2+de+dq其中：e1=u1+ek1+ep1+pv11e2=u2+ek2+

13、ep2+p2v2+dw即：dm1u1+12dm1c1+dm1gz1+dm1p1v1+dq=de+dm2u2+2122dm2c2+dm2gz2+dm2p2v2+dw开口稳定流动系统定义及特征：热力系中各个参数稳定，即无能量和质量的积累。开口稳定流动系统满足的表达式：dm1=dm2=dmde=0则热力学第一定律在开口稳定流动热力系中的具体表达式为：21212化简为：dq=dm（u+pv+c+gz）2-（u+pv+c+gz）1）+dw22dm（u+pv）1+12c1+gz1）+dq=dm（u+pv）2+21c2+gz2）+dw2其中：h=u+pv代入即：dq=dm（h+12c+gz）2-（h+122

14、212c+gz）1）+dw12c+gz）1+w22单位kg的热力系：q=（h+c+gz）2-（h+七、热力学第一定律的具体应用换热器中的应用：q=h2-h1内燃机中的应用：w=h1-h2喷管中的应用：12c=h1-h22压缩机的应用：w=h2-h1第三篇：工程热力学报告工程热力学（xx秋）课程论文姓名：班级：学号：日期：纳米晶材料的热力学函数研究一、摘要.1二、纳米晶材料的几何假设.1三、界面热力学函数分析.2四、内部热力学函数分析.6五、整体热力学函数分析.6六、总结.6七、纳米晶材料热力学应用展望.6一、摘要纳米晶材料（nanophasematerial）是具有纳米级超细晶组织的材料。由于

15、超细晶粒（小于100nm）、高的界面体积分数（高达50%）和界面区的原子间距分布较宽，其性能特别是和近邻原子相关联的性能，如力学性能、热学性能、磁学性能，与一般多晶材料或同成分的非晶态材料有很大的差别1。本文应用界面膨胀模型2并以普适状态3为基础对纳米材料的整体的热力学函数计算模型进行了阐述分析，进而对其应用进行了展望。二、纳米晶材料的几何假设纳米晶材料中的原子可分为两部分，一部分是位于晶粒内部点阵位置上有序排列的原子，另一部分是位于晶界面上无序或部分有序的原子。假设纳米晶粒子为球形，直径为d，界面厚度为，如图1所示。原子在晶界面区域和晶粒内部的排布密度（原子的空间占据百分数）分别为和。位于晶

16、界面上和晶粒内部的原子个数和可由下式计算：其中：vb为纳米晶体界面上一个原子所占的体积，v0为平衡状态的原子体积。所以，晶体面处的原子分数xb为其中，rb和r0分别为纳米晶界面处原子的半径和平衡状态时原子的半径。图1球形纳米晶粒及表征几何尺寸示意图4为方便表达，设定纯物质纳米晶体的热力学函数为以纳米晶界面处和晶粒内部两部分热力学函数的求和。三、界面热力学函数分析fecht和wagner提出，纳米晶界面的性质可以通过膨胀晶体的性质来近似考虑，建立了界面膨胀模型2。由理论分析和计算模拟表明5，晶界的过剩体积（相对完整晶格）是描述晶体能态最合理的一个参量，它也是晶界的一个主要的结构参量，反映了界面原

17、子体积相对于晶内原子体积的增加量，的定义为：。（其中和分别为完整单晶体和晶界的体积）。在晶界处原子配位结构与完整的晶格不同，通常表现为原子配位距离增大，最近邻原子配位数减少，造成晶界上存在一定的过剩体积，为了便于计算，将晶界上原子配位数的减少视为晶界密度降低，将晶界近似为减少了最近邻原子配位数（即减少了密度）的完整晶体，换言之，将晶界的热力学性能近似为具有相同过剩体积的膨胀晶体的性能，这种膨胀晶体的性能可以根据现有理论进行计算，从而得到晶界的热力学性能近似。6由simth及其合作者发展的普适状态方程3定量描述了结合能与晶格常数之间的关系，并以证实，该理论对由纳米晶界面过剩体积所产生的晶内负压给

18、予了很好的解释。结合界面膨胀模型和普适状态方程，以界面上原子的体积v和绝对温度t为变量，纳米晶界面处单位原子的基本热力学函数焓、熵和吉布斯自由能的表达式分别为1：（6）式中下标b表示晶界。其中，参量e由下式确定7：（7）为平衡态结合能，可根据线膨胀系数和体弹性模量的关系式8计算：（8）此外，其中（9）式中的长度尺度9用以表征束缚能曲度的宽度，可由下式得到：其中（5）式中的grflneisen参数是反映晶格振动频率和原子体积之间关系的一个函数，由下式计算10：根据普式状态方程，晶体中的压力p是原子体积v和温度t的函数9：以上式子中，cv是恒定体积下的比热，对于单位原子其值约为3kb，kb是bol

19、tzmann常数，tr为参照温度，r0为p=0时平衡态的原子半径，rb是纳米晶界面处原子的半径，b0（tr）和a0（tr）分别为参照温度下，p=0时的体弹性模量和体膨胀系数。至此，由以上公式可以计算出纳米晶界面的焓、熵和吉布斯自由能，详细的表达式如下：上式中：四、内部热力学函数分析将纳米晶粒内部晶体的性质等同于粗晶，可以根据块体材料的热力学函数表达式进行计算。由经典热力学理论，完整晶体中原子的自由焓、熵和吉布斯自由能表达式分别为：式中下标i表示晶体内部，计算中完整晶体的等压热容（cp）的数据取决于sgte热力学数据库。五、整体热力学函数分析引入纳米晶界面上的原子分数xb作为权重，整体纳米材料的

20、热力学函数可以表达为：（30）这样就得到了整体纳米材料的热力学函数的表达式。焓、熵和吉布斯自由能是材料热力学研究中重要的参数，材料的制备，反应方向和材料相变的预测以及对复杂化合物及新材料的热力学性质的测定等都可以通过这3个参量的计算而得出，因此上述的计算结果对于纳米材料的研究具有十分重要的指导意义。六、总结本文在应用界面膨胀模型和普适状态方程研究纳米晶界面热力学特性的基础上，发展了纳米晶整体材料热力学函数的计算模型4，给出了纳米晶体单相材料的焓、熵、自由能随界面过剩体积、温度以及晶粒尺寸发生变化的明确表达式，由此可以定量预测纳米晶材料发生相变的特征温度和临界尺寸。七、纳米晶材料热力学应用展望纳

21、米晶材料的特殊性能是由其化学组成、界面结构以及产生微细组织的制备过程等共同决定的，是与纳米结构和组织形成及转变的热力学和动力学紧密联系的。然而，相对于粗晶的大块多晶体材料，纳米材料的比热值升高、热膨胀系数成倍增大、以及与同成分块体材料具有明显差异的相变特征和相稳定性等特性，因此，应用于块体材料的传统热力学理论不能很好的合理解释纳米晶材料的相变行为11。因此发展纳米晶材料的热力学研究具有很重要的意义。1柯成主编.金属功能材料词典.北京：冶金工业出版社.xx.第172-173页.2rinsicinstabilityandentropystabilizationofgrainb

22、oundaries.j.physrevlett，xx，65：610-613.3wagnerm.structureandthermodynamicpropertiesofnanocrysrallinemetals.jphysrevb，xx，45：635-639.4高金萍，张久兴，宋晓艳，刘雪梅.纳米晶材料热力学函数及其在相变热力学中的应用a.第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集c.xx5d.wolf.phit.mog.b59（xx），667.6卢柯.金属纳米晶的界面热力学特性.j.物理学报xx，44;1454.7rosejh，smithjr，guineaf，etal.universalfea

23、turesoftheequationofstateofmetals.physrevb.xx8dugdalejs，macdonalddkc.thethermalexpansionofsolids.physrev.19599vip，smithjr，ferrantej，etal.temperatureeffectsontheuniversalequationofstateofsolids.physrevb.xx10dugdalejs，macdonalddkc.thethermalexpansionofsolids.physrev.195911宋晓艳，张久兴，李乃苗，高金萍，杨克勇，刘雪梅.金属纳米晶

24、和纳米粒子材料热力学特性的模拟计算与实验研究a.xx年全国计算材料、模拟与图像分析学术会议论文集c.xx第四篇：工程热力学讲稿工程热力学讲稿一、基本知识点基本要求理解和掌握工程热力学的研究对象、主要研究内容和研究方法理解热能利用的两种主要方式及其特点了解常用的热能动力转换装置的工作过程1.什么是工程热力学从工程技术观点出发，研究物质的热力学性质，热能转换为机械能的规律和方法，以及有效、合理地利用热能的途径。电能一一机械能锅炉一一烟气一一水一一水蒸气一一（直接利用）供热锅炉一一烟气一一水一一水蒸气一一汽轮机一一（间接利用）发电冰箱一一-（耗能）制冷2.能源的地位与作用及我国能源面临的主要问题3.

25、热能及其利用（1）.热能：能量的一种形式（2）.一次能源：以自然形式存在，可利用的能源。如风能，水力能，太阳能、地热能、化学能和核能等。二次能源：由一次能源转换而来的能源，如机械能、机械能等。（3）.利用形式：直接利用。将热能利用来直接加热物体。如烘干、采暖、熔炼（能源消耗比例大）间接利用：各种热能动力装置，将热能转换成机械能或者再转换成电能，4.热能动力转换装置的工作过程5.热能利用的方向性及能量的两种属性过程的方向性：如：由高温传向低温能量属性：数量属性、，质量属性（即做功能力）注意：数量守衡、质量不守衡提高热能利用率。能源消耗量与国民生产总值成正比。6.本课程的研究对象及主要内容研究对象

26、：与热现象有关的能量利用与转换规律的科学。研究内容：（1）.研究能量转换的客观规律，即热力学第一与第二定律。（2）.研究工质的基本热力性质。（3）.研究各种热工设备中的工作过程。（4）.研究与热工设备工作过程直接有关的一些化学和物理化学问题。7.热力学的研究方法与主要特点（1）宏观方法。唯现象、总结规律，称经典热力学。优点。简单、明确、可靠、普遍。缺点。不能解决热现象的本质。（2）微观方法。从物质的微观结构与微观运动出发，统计的方法总结规律，称统计热力学。优点：可解决热现象的本质。缺点：复杂，不直观。主要特点。三多一广，内容多、概念多、公式多。联系工程实际面广。条理清楚，推理严格。二、重点、难

27、点重点：热能利用的方向性及能量的两种属性难点。使学生认识到学习本课程的重要性，激发学生的学习兴趣和学习积极性，学生掌握专业基础课的学习方法。四、德育点通过对我国能源及其利用现状的介绍，增强学生对我国能源问题的忧患意识和责任意识，激发学生为解决我国能源问题而努力学习的爱国热情通过热能利用在整个能源利用中地位的阐述，使学生认识研究热能利用和学习工程热力学的重要性，向学生渗透爱课程、爱专业教育五、练习与讨论讨论题：能源与环境、节能的重要性、建筑节能、辩证思维学习方法。物理概念必须清楚，记住一般公式，注意问题结果的应用。第五篇：工程热力学学习感想前言：工程热力学是以研究热能与其他形式的能量相互转换规律、工质的热力性质及各种热力装置工作情况的分析的一门学科。目前，热力学的研究范围已涉及到化工、空调以及近代的低温、超导、电磁及生物等各个领域。工程热力学属于应用科学的范畴，是工程科学的重要领域之一，是工程类各专业本科生重要的专业基础课，是研究热能和机械能相互转换的基本原理和规律，一提高热能利用为基础的一门学科。工程热力学是研究热能和机械能相互转换的基本原理和规律，一提高热能利用为基础的一门学科，属于应用科学的范畴，是工程科学的重要领域之一，是工程类