2026年工程热力学概论

第一章工程热力学的基本概念与历史发展第二章热力学第一定律与能量转换第三章热力学第二定律与熵理论第四章流体力学基础与热力学性质第五章热力循环分析与优化第六章工程热力学前沿与可持续发展01第一章工程热力学的基本概念与历史发展第1页引言：工程热力学与能源时代的联系全球能源消耗趋势数据来源：2024年国际能源署报告能源效率与热力学关系能源效率提升对碳排放的影响工程热力学在能源技术中的作用从传统蒸汽机到现代燃气轮机的发展案例分析：三峡水电站与现代燃气轮机热力学原理如何推动能源技术发展第2页工程热力学核心概念解析热力学系统闭口系统与开口系统的区别状态参数压-焓图（P-H）在空调系统设计中的应用热力学定律第一定律在理想气体等温压缩实验中的应用实际应用案例某化工厂换热网络优化案例第3页热力学历史与里程碑事件焦耳实验机械能转化为热能的实验（焦耳热=功）开尔文的理论贡献绝对温标与热力学第二定律的提出卡诺循环现代内燃机效率的理论基础历史事件对现代热力学的影响从永动机悖论到现代能源技术第4页热力学在工程中的应用场景发电领域火电厂与核电站的热力学效率对比制冷领域VRF系统与传统系统的能耗对比工业过程化工反应中的热力学优化案例交通领域电动汽车与内燃机的热力学效率对比02第二章热力学第一定律与能量转换第5页引言：能量守恒的工业革命启示第一次工业革命蒸汽机效率低下的问题现代燃气轮机热力学效率的显著提升数据对比1780年纽科门蒸汽机与2020年燃气轮机的效率对比特斯拉直流电机电能-机械能转换的损耗机制第6页热力学第一定律的数学表达闭口系统能量方程ΔU=Q-W的推导与解释控制质量系统火箭推进中的能量转换分析控制体积系统汽轮机能量平衡方程的应用实际案例某电厂能量平衡优化案例第7页能量转换中的不可逆性分析熵增原理混合过程熵增公式ΔS=Q/T不可逆因素管道流动阻力与温度梯度的影响工程案例某化工厂换热网络优化案例熵产生率计算不同系统的熵产生率对比第8页热力学第一定律的工程应用能量平衡指标对比不同热力设备的效率与能耗对比设备类型蒸汽轮机、汽轮机、燃气轮机的效率对比设计案例某电厂加热炉余热回收案例能量平衡优化通过优化热力参数提高能源利用率03第三章热力学第二定律与熵理论第9页引言：为何不能100%效率发电？永动机悖论热力学第二定律的实验验证理想气体自由膨胀不可逆过程的熵增分析数据对比卡诺效率与实际效率的差距分析实际案例冰箱无法制冷到绝对零度的原因第10页熵的统计力学与热力学定义克劳修斯熵公式热力学定义与宏观状态参数的关系玻尔兹曼熵公式统计力学定义与微观粒子状态的关系熵的物理意义熵增与系统混乱度的增加理想气体熵增计算等温膨胀过程中的熵增分析第11页卡诺定理与热机效率极限卡诺定理可逆循环效率与不可逆循环效率的关系热机效率比较不同热源温度与冷源温度下的效率对比永动机第二类不可能实现卡诺定理的应用与推广实际案例某电厂卡诺效率计算与优化第12页熵在工程系统中的应用熵产生率对比换热器、泵/风机、压缩机的熵产生率分析系统类型不同热力设备的熵产生率对比优化方向减少不可逆因素提高系统效率实际案例某钢厂连铸机冷却系统优化案例04第四章流体力学基础与热力学性质第13页引言：流体工程中的热力学挑战水轮机内部流动热力学与流体力学耦合分析高水头水电站效率与能耗的关系低水头水电站效率提升的挑战实际案例管道输送液化天然气(LNG)的案例第14页流体热力学性质表与图IAPWS表国际水和水蒸气物性标准表SAP表氨的物性标准表湿蒸汽性质干度与湿蒸汽性质的关系实际应用湿蒸汽在锅炉中的应用第15页焓-熵图与热力过程分析焓-熵图热力过程的可视化分析工具可逆绝热过程等熵过程的焓-熵图分析实际计算理想气体绝热膨胀的温度变化计算误差分析理想与实际过程的温度变化对比第16页流体热物性参数测量技术流体密度测量PVT法与其他密度测量方法的对比流体粘度测量落球式粘度计与其他粘度测量方法的对比流体热导率测量热线法与其他热导率测量方法的对比实际应用不同测量方法在工业中的应用案例05第五章热力循环分析与优化第17页引言：热力循环效率提升的竞赛全球能源效率报告2023年国际能源署报告数据能源效率对比发达国家与发展中国家的能源效率差距联合循环发电厂余热利用技术提升效率实际案例波士顿地下综合管廊地源热泵系统第18页理想热力循环分析卡诺循环理想热力循环的理论基础逆卡诺循环制冷循环的理论基础性能指标对比不同热力循环的性能指标对比实际应用燃气轮机与蒸汽轮机的效率对比第19页实际热力循环的不可逆性修正非理想因素管道压降、温度梯度等不可逆因素的影响修正公式热力学第一定律修正公式的应用实际计算某电厂循环效率修正计算优化方向通过优化热力参数提高循环效率第20页热力循环优化案例循环系统对比燃气联合循环与气体燃料电池的性能对比性能指标热效率、碳排放、投资成本的综合对比设计案例某电厂余热锅炉优化案例优化效果通过优化热力参数提高能源利用率06第六章工程热力学前沿与可持续发展第21页引言：碳中和背景下的热力学创新IPCC第六次报告2023年全球气候变化报告数据建筑能耗全球建筑能耗占比与热泵技术的应用地源热泵系统波士顿地下综合管廊的应用案例未来趋势热力学在碳中和背景下的创新方向第22页高效热转换技术进展热电发电机热电优值ZT的提升进展非平衡热电制冷磁场辅助驱动技术的应用性能参数对比不同热转换器件的性能指标对比研究案例中科院纳米材料改性研究案例第23页可持续发展中的热力学解决方案技术对比燃煤锅炉与太阳能光热系统的性能对比能源利用率不同技术的能源利用率对比碳足迹不同技术的碳足迹对比设计案例迪拜哈利法塔太阳能光热系统案例第24页未来工程热力学发展趋势技术路线热力学在数字化平台中的应用强化学习算法热力系统AI优化技术纳米发电机技术微型热力系统的发展方向战略建议建立基于热力学参数的工业数字化平台总结与展望工程热力学作为能源科学与技术的核心，在未来可持续发展中扮演着关