热工基础基本概念学习教案

1、会计学1热工基础热工基础(jch)基本概念基本概念第一页，共40页。第1页/共40页第二页，共40页。第2页/共40页第三页，共40页。第3页/共40页第四页，共40页。第4页/共40页第五页，共40页。能源转换能源转换(zhunhun)利用的利用的关系关系热热 能能电电 能能机机 械械 能能 风风能能水水能能化化学学能能核核能能地地热热能能太太阳阳能能一次能源一次能源(y c nn yun)(y c nn yun)( (天然存在天然存在) )二次能源二次能源(r c nn yun) 光电转换光电转换燃料电池燃料电池光热光热聚变聚变裂变裂变燃烧燃烧水车水车水轮机水轮机风车风车热机热机电动机电动

2、机发电机发电机90%转转换换直接利用直接利用供暖供暖第5页/共40页第六页，共40页。 节节 能能 Energy Saving节能是近年来的基本国策节能是近年来的基本国策“开发和节约并重开发和节约并重(bngzhng)”节能任重道远节能任重道远是我们的责任是我们的责任第6页/共40页第七页，共40页。热机热机 高温热源高温热源 低温热源低温热源 Q1Q2W1WQ收益代价动力动力(dngl)循环简图循环简图热效率热效率 Thermal efficiency第7页/共40页第八页，共40页。热热 机机 种种 类（类（heat engin） 发电（火力、核能）发电（火力、核能） 40% 车辆发动机（

3、内燃机）车辆发动机（内燃机） 2535% 轮船发动机轮船发动机 2535% 航空发动机航空发动机 2030% 制冷空调制冷空调(kn dio)(非热机，同理）非热机，同理） 200% 能量能量(nngling)利用率利用率Energy efficiency第8页/共40页第九页，共40页。第9页/共40页第十页，共40页。热工学是重要热工学是重要(zhngyo)的专业基础课的专业基础课热工学热工学 是机械工程类专业是机械工程类专业(zhuny)(zhuny)开设的必修开设的必修课程。课程。必要必要性性第10页/共40页第十一页，共40页。工程热力学工程热力学 是一门研究热能有效利用及热能是一门

4、研究热能有效利用及热能和其它形式能量转换和其它形式能量转换(zhunhun)(zhunhun)规规律的科学律的科学建立节能建立节能理论及技术理论及技术热工学是重要热工学是重要(zhngyo)的技术基的技术基础课础课第11页/共40页第十二页，共40页。 四大四大(s d)力学力学u理论理论(lln)力学：机械系统力学：机械系统u热力学与统计物理学：热力系统热力学与统计物理学：热力系统u电动力学：电、磁系统电动力学：电、磁系统u量子力学：微观系统量子力学：微观系统工程工程(gngchng)热力学热力学物理热力学物理热力学化学热力学化学热力学生物热力学生物热力学溶液热力学溶液热力学重要重要性性第1

5、2页/共40页第十三页，共40页。 (1) (1)能量能量(nngling)(nngling)转换的基本转换的基本规律规律(3)(3)工质的基本工质的基本(jbn)(jbn)性质与热力性质与热力过程过程(4)(4)热功转换设备、工作原理热功转换设备、工作原理 (2) (2)能量转移的基本规律能量转移的基本规律工程热力学工程热力学传热学传热学第13页/共40页第十四页，共40页。理论分析与建模：理论分析与建模：试验研究：试验研究：数值数值(shz)模拟及分析：模拟及分析：热工学研究热工学研究(ynji)方法方法第14页/共40页第十五页，共40页。宏观模型：连续体宏观模型：连续体(continu

6、um)，用宏观物理，用宏观物理量描述其状态，其基本规律是无数经验的总量描述其状态，其基本规律是无数经验的总结结 特点：可靠，普遍，不能任意推广特点：可靠，普遍，不能任意推广(tugung) 经典经典 （宏观、平衡）（宏观、平衡） classical (macroscopic, equilibrium) 热工学研究热工学研究(ynji)方法方法第15页/共40页第十六页，共40页。微观模型：从微观粒子的运动及相互作用角度研微观模型：从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象及规律究热现象及规律 特点：揭示本质，模型近似特点：揭示本质，模型近似(jn s) 微观（统计）热力学微观（统计）热力学 mi

7、croscopic (statistical) thermodynamics工程热力学研究工程热力学研究(ynji)方法方法第16页/共40页第十七页，共40页。第17页/共40页第十八页，共40页。教材教材(jioci)：热工基础，主编：张学学，清华大学：热工基础，主编：张学学，清华大学出版社，出版社，2006年第二版。年第二版。办公地址：基础楼办公地址：基础楼1109房间房间Telmail: 第18页/共40页第十九页，共40页。机电机电(jdin)(jdin)学院学院 张小张小军军2015-03-032015-03-03第19页/共40页第二十页，共40页。第2

8、0页/共40页第二十一页，共40页。第21页/共40页第二十二页，共40页。涉及内容：涉及内容：(1)(1)热源，冷源热源，冷源(2)(2)工质（水，蒸汽）工质（水，蒸汽）(3)(3)膨胀膨胀(png zhng)(png zhng)做做功功(4)(4)循环循环( (加压、加热、膨加压、加热、膨胀胀(png zhng)(png zhng)做功做功、放热、放热) )锅锅炉炉汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝凝汽汽器器过热器过热器 第22页/共40页第二十三页，共40页。(热机热机)锅锅炉炉汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝凝汽汽器器过热器过热器 热热机机(rj)第23页/共40

9、页第二十四页，共40页。第24页/共40页第二十五页，共40页。热力系统热力系统(xtng)(xtng)(热力系、系统热力系、系统(xtng)(xtng)：人为地研究对象人为地研究对象(1) 系统系统(xtng)的的定义定义systemA quantity of matter or a region in space chosen for study第25页/共40页第二十六页，共40页。固定固定(gdng)、活动活动fixed 、 movablereal 、imaginary边界的特性边界的特性边界边界(boundary)：系统与外界的分界面：系统与外界的分界面第26页/共40页第二十七页，

10、共40页。(zhling)交换。交换。第27页/共40页第二十八页，共40页。以系统与外界以系统与外界(wiji)(wiji)关关系划分：系划分： 有有 无无是否传质是否传质 开口开口(ki ku)(ki ku)系系 闭闭口系口系是否是否(sh fu)(sh fu)传热传热 非绝热系非绝热系 绝热系绝热系是否传热、质是否传热、质 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系第28页/共40页第二十九页，共40页。1234mQW1 开口开口(ki ku)系系非孤立系相关非孤立系相关(xinggun)外界外界孤立系孤立系1+2 闭口系闭口系1+2+3 绝热闭口系绝热闭口系1+2+3+4 孤立系孤立系第29页/共

11、40页第三十页，共40页。内燃机工作的不同内燃机工作的不同(b tn)阶段，热力系统有何区别？阶段，热力系统有何区别？第30页/共40页第三十一页，共40页。状态：某一瞬间热力系所呈现状态：某一瞬间热力系所呈现(chngxin)的宏观的宏观状况状况状态参数：描述热力状态参数：描述热力(rl)系状态的宏观物理量。系状态的宏观物理量。结论：结论： 状态一定，则状态参数也一定，反之亦然。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状态参数变换，则状态一定发生变化。压力压力 p、温度、温度 T、比容、比容 v (容易测量容易测量)：基本状态参数基本状态参数。第31页/共40

12、页第三十二页，共40页。(1) 压力压力(yl) p ( pressure ) 物理中压强，单位物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2常用常用(chn yn)单位单位Units： 1 kPa = 103 Pa 1bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 mmHg / mmH2O 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 N/m2 1 at = 0.981105 N/m2第32页/共40页第三十三页，共40页。压力测量压力测量(cling)(cling)值：绝对压力与环境压力的相对值。值：绝对压力与环境压力的相对值。注意：注意： 只有只有绝对压力绝

13、对压力 p 才才是是状态参数。状态参数。第33页/共40页第三十四页，共40页。当当 p pb表压力表压力(yl) peebppp当当 p pb真空度真空度 pvbvppppbpeppvprelative pressureabsolute pressure1.3 热力学状态热力学状态(zhungti)及基本状及基本状态态(zhungti)参数参数第34页/共40页第三十五页，共40页。宏观：冷热程度宏观：冷热程度(chngd)(chngd)的度量。的度量。微观：大量基本微粒做无规则热运动微观：大量基本微粒做无规则热运动(yndng)(yndng)的激烈程度的激烈程度。 1.3 热力学状态及基本

14、状态参数热力学状态及基本状态参数第35页/共40页第三十六页，共40页。热力学第零定律（热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931） 如果两个如果两个(lin )系统系统分别与第三个系统处于热分别与第三个系统处于热平衡，则两个平衡，则两个(lin )系系统彼此必然处于热平衡。统彼此必然处于热平衡。1.3 热力学状态热力学状态(zhungti)及基本状及基本状态态(zhungti)参数参数（温度计测温的基本原理）（温度计测温的基本原理）第36页/共40页第三十七页，共40页。 热力学温标（绝对温标）热力学温标（绝对温标）Kelvin scale （Britisher, L. Kelv

15、in, 1824-1907） 摄氏温标摄氏温标(sh sh wn bio)Celsius scale (Swedish, A. Celsius, 1701-1744） 华氏温标华氏温标(hu sh wn bio)Fahrenheit scale (German, G. Fahrenheit, 1686-1736)1.3 热力学状态热力学状态(zhungti)及基及基本状态本状态(zhungti)参数参数(2) 温度温度T温标温标第37页/共40页第三十八页，共40页。绝对绝对(judu)K摄氏摄氏 100373.150.01273.160273.150-273.1537.8冰熔点冰熔点(rngdin