工程热力学 第1章 绪论

工程热力学第一章

绪论绪论学习要求与考核方式

认识工程热力学

1.课程定位

2.学习的主要对象和内容(What)

3.学习该课程的目的和意义(Why)

4.怎样学好工程热力学？(How)

5.重要的热力学工程应用6.热力学的发展历史2学习要求与考核方式考试（闭卷）平时成绩40%（扣分制）+考试成绩60%老师，可以无故缺勤吗？老师，可以上课请假吗？老师，可以迟到早退吗？老师，可以抄作业吗？老师，可以灵魂出窍吗？31、课程定位能源动力类、建环专业专业基础课42、学习的主要对象和内容工程热力学

EngineeringThermodynamics研究热能的有效利用及热能与其他形式的能量转化的关系。Thermodynamicscanbedefinedasthescienceofenergy.52、学习的主要对象和内容我们了解的热力学？？62、学习的主要对象和内容我们了解的热力学？？72、学习的主要对象和内容我们了解的热力学？？8风能水能化学能核能地热能太阳能机械能热能电能风车水轮机水车燃烧裂变聚变利用一次能源二次能源生物质能光热光电转换燃料电池发电机电动机热机直接利用9直接热能在能源中的地位？？风能10水能11核能1213切尔诺贝利太阳能BACK14世界能源现状—一次能源消费占比15英国能源学会公布了2023年《世界能源统计年鉴》。报告指出去年全球能源需求增长了1%，可再生能源创纪录增长但并没有改变化石燃料的主导地位，化石燃料仍占全球能源供应量的82%。石油是2023年化石燃料之王,同时煤炭消费增长0.6%，为2014年以来的最高水平，主要受到中国和印度需求的推动，而北美和欧洲的消费量下降。一次能源消费(艾焦)：中国：159.39/604.04=26.3873%英国石油公司：2023BP世界能源展望世界能源现状—可再生能源16可再生能源(不包括水电)占全球能源消费的7.5%，比上年增加约1%。风能和太阳能发电量增长至创纪录的12%，再次超过核能(下降了4.4%)，满足了净电力需求增长的84%。随着今年太阳能装置的安装量创下历史新高，非水力可再生能源成为比水力发电更大的发电来源只是时间的问题。我国能源构成：火力发电73%，水电10-15%，风5%-10%，核能5%，太阳能3%。常规能源现状

——全球探明

化石能源可使

用年限石油45-50年，天然气60-70年，煤炭200-220年，铀100年（现有开采速度和利用技术）。2008-2035年，世界一次能源需求将增长36%，世界能耗正以年5%的速度增长。17小结：（1）热能在能源链中的核心地位（2）提高能源利用率的重要性182、学习的主要对象和内容主要学习内容：（1）理论基础（2）工质的热力性质、热力过程（3）热力循环和应用193、学习的目的和意义（1）解决人类面临的社会问题；（2）科学研究的基础；（3）学习建环专业课的基础；（4）考研的专业基础课之一；204、怎样学好工程热力学？（1）概念多，术语多——理解为主；（2）公式多，计算多——应用为主；（3）工程背景与科学抽象多；（4）系统性强；（5）宏观、微观相结合--经典（宏观）热力学与统计（微观）热力学。215.基本应用-发电22（1）蒸汽轮机发电系统由哪些主要设备构成？（2）完成“热能-机械能”能量转换的是哪个设备？（3）我们应学习水蒸气的哪些重要参数？235.基本应用-空调原理24（1）制冷系统由哪些主要部件构成？（2）制冷剂在循环中发生何种变化？25核电站设备——核岛、常规岛、辅助系统6.热力学的发展简史26对“热”的感知、测量对“热”的理论认识对热能的利用和转化，热力学定律熟悉又陌生的名字6.热力学的发展简史27人们对热的本质及热现象的认识，经历了一个漫长的、曲折的探索过程。在原始社会人们钻木取火。相当早的年代，人们加热岩石再泼冷水让它爆裂，从而制造出石头工具。用火（热）的能力是文明发展的主要特征。战国前期，哲学家列子—本古书《列子·汤问》中，就有“两小儿辩日”的故事，也有“近者热而远者凉”的描绘。这就是关于温度最朴素的经验描述。魏晋南北朝时期出现的“照子技术”—窑工通过观察“照子”（泥土胚胎）的烧结程度判别窑火温度高低。宋元时期，“照子技术”更加成熟，能检测窑内制品在最高烧成温度下保温时间的长短。对温度的感知和早期探索热力学的历史可以追溯到17世纪。在1592—1600年间，伽利略制作了人类第一个空气温度计，开始了对物体的冷热程度（温度）进行定量测定的研究，这可作为“测温学”的开端。后续科学家陆续用水、酒精、水银作为膨胀物质测量温度。对温度的感知和早期探索（17-19世纪）在整个17世纪中，并没有制作出复现性好的、可供正确测量的温度计及温标。在18世纪中，“测温学”有较大的突破：（1）1714年华伦海特所建立的华氏温标（冰、水和氯化铵的混和平衡温度定为0°F，人体温度定为96°F，后又把水的沸点定为212°F，反推后冰的熔点为32°F）。（2）1742年摄尔修斯所建立的摄氏温标（即百分温标）把水的沸点与冰的熔点分别定为0℃和100℃，其间分为100格，每一格为1℃。该定点不符合越热的物体温度越高的习惯。他的同事把冰点与沸点的度数颠倒过来）。对温度的感知和早期探索1848年，开尔文根据卡诺原理，建立了只与热量有关，与工质性质无关的热力学温标，并提出采用一个定义点的建议。开尔文温标的建立，使“测温学”与热力学基本定律之间建立了联系，是“测温学”的一个重要进展。开氏温标的优点是，不受测温物质的影响，解除了测温物质因为凝固和汽化而受到的限制。对温度的感知和早期探索1760—1830年间的工业革命，有力地推动了生产力的发展及社会的进步，科技方面的成就也是空前辉煌的。力学、热学、电磁学、光学及数学都有丰硕的成果。特别是蒸汽机的发明和应用，直接促进了热机理论的研究，继而引发对水蒸气性质的研究。1620年弗朗西斯·培根首先注意到，两个物体之间的摩擦所产生的热效应，与物体的冷热程度（温度）是有区别的。他认为“热是运动”。这可看作是，人们对“热量”的本质进行科学研究的开端。也有科学家提出热是一种“燃素”，形成了“热质说”。对“热”的认识--燃素、热质说、热运动说、热量学说焦耳在1840年进行多次导体发热的实验，发现其发热量和电流的平方成正比。并在1843年提出理论，认为热只是一种能量的形式。后用“热功当量”实验证实热是一种能量，并提出热与能量之间的转换关系。对“热”的认识--燃素、热质说、热运动说、热量学说热力学三大定律成型（19世纪中到20世纪初）卡诺认为最理想的机械应该具备：由带着活塞的汽缸里面的气体所产生的等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩等四种循环过程。1842年他提出热可以作功，功也可以产生热的能量等价观念。1848年，焦耳通过实验证明，当物体所含的机械能转换为热能时，能的形式可以互相转变，但是总能量永远不变。在这个基础上逐渐发展出“能量守恒定律”。威廉·汤姆逊为热力学也做出了重大贡献。（1）创立热力学温标：1848年，开尔文在其论文《关于一种绝对温标》中写道，需要一种以“绝对的冷”（绝对零度）作为零点的温标，使用摄氏度作为其单位增量。汤姆森用当时的空气温度计测算出绝对零度等于−273℃（后被国际计量大会将水的三相点定义为373.15K）。（2）研究卡诺循环也提出第二定律：他在1851年发表题为《热动力理论》的论文，写出热力学第二定律的开尔文表述：我们不可能从单一热源取热，使它完全变为有用的功而不产生其它影响。他是热力学第二定律的两个主要奠基人之一。

（3）预言温差电效应：1856年他从理论研究上预言了一种新的温差电效应，即当电流在温度不均匀的导体中流过时，导体除产生不可逆的焦耳热之外，还要吸收或放出一定的热量(称为汤姆逊热)。这一现象叫汤姆逊效应。（4）发现焦耳-汤姆逊效应：1852年，他与焦耳合作进一步研究气体的内能，对焦耳气体自由膨胀实验作了改进，进行气体膨胀的多孔塞实验，发现了焦耳-汤姆逊效应，即气体经多孔塞绝热膨胀后所引起的温度的变化现象。这一发现成为获得低温的主要方法之一，广泛地应用到低温技术中。1850年克劳修斯在揭示第一定律的论文中，他也以能量守恒和转换的观点重新验证了卡诺定理，提出了热力学第二定律。到了1865年第二定律概念更加成熟，熵的概念被克劳修斯提出，而写出另一种形式的第二定律，即“在所有可逆循环过程中，热能变化对温度的熵的积分值为零”。391906年，德国物理学家能斯特在研究低温条件下物质的变化时，把热力学的原理应用到低温现象和化学反应过程中，发现了一个新的规律，这个规律被表述为：“当绝对温度趋于零时，凝聚系(固体和液体）的熵（即热量除以温度的商）在等温过程中的改变趋于零。”德国著名物理学家普朗克把这一定律改述为：“当绝对温度趋于零时，固体和液体的熵也趋于零。”这就消除了熵常数取值的任意性。1912年，能斯特又将这一规律表述为绝对零度不可能达到原理：“不可能使一个物体冷却到绝对温度的零度。”这就是热力学第三定律。40继热力学第一、二、三三大定律后，英国物理学家福勒又提出了第零定律。第零定律和温度有着密切的关系。它给出了温度的定义和温度的测量方法。定律中所说的热力学系统是指由大量分子、原子组成的物体或物体系。它为建立温度概念提供了实验基础。这个定律反映出：处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征，这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数，这个状态函数被定义为温度。而温度相等是热平衡之必要的条件。虽然他是最后提出来的，