1熱力學(xué)緒論.ppt

1、高等工程熱力學(xué) Advance Engineering Thermodynamics,能源轉(zhuǎn)換利用的關(guān)系,熱 能,電 能,機(jī) 械 能,風(fēng) 能,水 能,化 學(xué) 能,核 能,地 熱 能,太 陽(yáng) 能,一次能源 (天然存在),二次能源,光電轉(zhuǎn)換,燃料電池,光熱,聚變,裂變,燃燒,水車(chē),水輪機(jī),風(fēng)車(chē),熱機(jī),電動(dòng)機(jī),發(fā)電機(jī),90%,轉(zhuǎn)換,直接利用,工程熱力學(xué)與節(jié)能,工程熱力學(xué)建立節(jié)能的理論基礎(chǔ),工程熱力學(xué)是一門(mén)研究熱能有效 利用及熱能和其它形式 能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué),節(jié)能的重要性（1）,電力為例：我國(guó)電力 2 億 5 千萬(wàn)千瓦, 中等發(fā)達(dá)國(guó)家 1 kW/人, 發(fā)達(dá)國(guó)家 6 kW/人,2050 年 1 kW/

2、人 15 億千瓦, 我國(guó) 0.2 kW/人,節(jié)能的重要性（2）, 煤：9 億 kW,2050 年 1 kW/人 15 億千瓦, 水能： 3 億 7 千 6 百 kW, 核能：2 億 kW, 風(fēng)能、太陽(yáng)能： 1 億 kW,節(jié)能的重要性（3）,燃煤：SO2、粉塵、CO2 （酸雨） （溫室效應(yīng)）,57%城市總懸浮顆粒超標(biāo) 48個(gè)城市SO2濃度超標(biāo) 82%城市出現(xiàn)過(guò)酸雨,目前,黃島發(fā)電廠脫硫裝置,中國(guó)平均發(fā)電耗煤量的變化,g / kW. h,中國(guó)與日本工業(yè)能耗比較,節(jié)能的重要性（4）,我國(guó)能源利用率32% (先進(jìn)42%),占鐵路貨運(yùn)量42% 占公路貨運(yùn)量22% 占航運(yùn)25% 32%開(kāi)采效率,節(jié) 能,節(jié)

3、能是近年來(lái)的基本國(guó)策 “開(kāi)發(fā)和節(jié)約并重” 節(jié)能任重道遠(yuǎn) 是我們的責(zé)任,熱力學(xué)的分類(lèi),工程熱力學(xué)：熱能與機(jī)械能 物理熱力學(xué) 化學(xué)熱力學(xué) 生物熱力學(xué) 溶液熱力學(xué),熱力學(xué),能源轉(zhuǎn)換利用的關(guān)系,熱 能,電 能,機(jī) 械 能,風(fēng) 能,水 能,化 學(xué) 能,核 能,地 熱 能,太 陽(yáng) 能,光電轉(zhuǎn)換,燃料電池,光熱,聚變,裂變,燃燒,水車(chē),水輪機(jī),風(fēng)車(chē),熱機(jī),電動(dòng)機(jī),發(fā)電機(jī),90%,轉(zhuǎn)換,熱 機(jī) 種 類(lèi), 發(fā)電（火力、核能） 40% 車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)（內(nèi)燃機(jī)） 2535% 輪船發(fā)動(dòng)機(jī) 2535% 航空發(fā)動(dòng)機(jī) 2030% 制冷、空調(diào) 200%,能量利用率,火電廠系統(tǒng)圖,實(shí)際火電廠布置圖,元寶山火電廠,大型坑口電站(陜西

4、韓城電廠),德國(guó)1.35MW核電站,首臺(tái)國(guó)產(chǎn)20萬(wàn)千瓦機(jī)組(遼寧朝陽(yáng)電廠),660MW發(fā)電機(jī)內(nèi)部（邯鄲發(fā)電廠),石橫發(fā)電廠30萬(wàn)千瓦機(jī)組集控室,揚(yáng)州第二發(fā)電廠600MW監(jiān)控系統(tǒng),變電站500kV出線,東北電網(wǎng)總調(diào)度大廳,北京市電廠分布示意圖,北京市電廠分布示意圖,火力發(fā)電裝置,鍋 爐,汽輪機(jī),發(fā)電機(jī),給水泵,凝汽器,過(guò)熱器,基本特點(diǎn)： 1、熱源，冷源 2、工質(zhì)（水，蒸 汽） 3、膨脹做功 4、循環(huán) (加壓、加熱、 膨脹做功、放熱),航空發(fā)動(dòng)機(jī)（燃?xì)庋h(huán)）,活塞,燃?xì)獍l(fā)電裝置,活塞,燃?xì)庋b置,基本特點(diǎn)： 1、熱源，冷源 2、工質(zhì)（燃?xì)猓?3、膨脹做功 4、循環(huán) (加壓、加熱、 膨脹做功、放熱),

5、壓氣機(jī),燃?xì)廨啓C(jī),燃燒室,空氣,廢氣,單缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造（內(nèi)燃機(jī)）,圖6-15 單缸汽油機(jī)構(gòu)造示意圖 -火花塞 2-氣缸蓋 3-出水口 4-氣缸 5-活塞 6-水套 7-水泵 8-活塞銷(xiāo) 9-進(jìn)水口 10-連桿 11-飛輪 12-曲軸 13-機(jī)油管 14-曲軸箱 15-機(jī)油泵 16-曲軸正時(shí)齒輪 17-凸輪正時(shí)齒輪 18-凸輪軸 19-排氣管 20-進(jìn)氣管 21-進(jìn)氣門(mén) 22排氣門(mén) 23-化油器,汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)（內(nèi)燃機(jī)）,內(nèi)燃機(jī)裝置,空氣、油,廢氣,吸氣,點(diǎn)火,膨脹,排氣,內(nèi)燃機(jī)裝置,基本特點(diǎn)： 1、熱源，冷源 2、工質(zhì)（燃?xì)猓?3、膨脹做功 4、循環(huán) (加壓、加熱、 膨脹做功、放熱),制冷

6、空調(diào)裝置,基本特點(diǎn)： 1、熱源，冷源 2、工質(zhì)（制冷劑） 3、得到容積變化功 4、循環(huán) (加壓、放熱、 膨脹、吸熱),動(dòng)力裝置,共同基本特點(diǎn)： 1、熱源，冷源 2、工質(zhì) 3、容積變化功 4、循環(huán),熱機(jī),高溫?zé)嵩?低溫?zé)嵩?Q1,Q2,W,動(dòng)力循環(huán)簡(jiǎn)圖,熱效率,1、可否不要熱源而作功,思 考 題 ？,2、為何要有兩個(gè)熱源，能否不要低 溫?zé)嵩? 不放熱，W=Q是否可以 進(jìn)行？,3、發(fā)電廠效率高的只有40%，可否 有途徑提高，最高效率是否有極 限？極限為多少？,4、工質(zhì)與熱功轉(zhuǎn)換的關(guān)系,工程熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容,1、能量轉(zhuǎn)換的基本定律,2、工質(zhì)的基本性質(zhì)與熱力過(guò)程,3、熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備、工作原理,4、化學(xué)熱

7、力學(xué)基礎(chǔ),1、宏觀方法：連續(xù)體，用宏觀物理量描述其狀態(tài)，其基本規(guī)律是無(wú)數(shù)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié) 特點(diǎn)：可靠，普遍，不能任意推廣 宏觀熱力學(xué)，平衡熱力學(xué) 2、微觀方法：從微觀粒子的運(yùn)動(dòng)及相互作用角度研究熱現(xiàn)象及規(guī)律 特點(diǎn)：揭示本質(zhì)，模型近似 統(tǒng)計(jì)熱力學(xué),工程熱力學(xué)研究方法,工程熱力學(xué) 傳熱學(xué) 流體力學(xué) 燃燒學(xué) 熱物性學(xué),工程熱力學(xué)所屬學(xué)科,工程熱物理,1、有幾位科學(xué)家在熱力學(xué)作出了貢獻(xiàn)， 獲諾貝爾獎(jiǎng)？,小 知 識(shí)（1）,2、中國(guó)哪位教授與美國(guó)教授合作提出 的狀態(tài)方程得到普遍認(rèn)可？,3、Entropy和Enthalpy是清華哪位教授 譯為“熵”和“焓”？,4、為什么恩格斯說(shuō)“卡諾定理”是頭重 腳輕的定理？,1

8、、Maxwell 妖是什么？,小 知 識(shí)（2）,2、“吉布斯佯謬”又是什么？,3、哪位清華校友提出的HFC-125狀態(tài)方 程被評(píng)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方程？,4、哪位清華博士獲國(guó)際制冷學(xué)會(huì)熱力 學(xué)“卡諾”獎(jiǎng)？,熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（1）,J.D.范.德瓦爾斯 Johannes van der Waals (1837-1923) 荷蘭 氣體和液體狀態(tài)方程 1910年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（2）,M.普朗克 Max Planck (1858-1947) 德國(guó) 發(fā)現(xiàn)能量子（量子理論） 熱二律 1918年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（3）,W.H.能斯脫 Walther Hermann Nernst (1864-1941) 德國(guó) 熱化學(xué)，熵基準(zhǔn) 1920年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（4）,L.昂薩格 Lars Onsager (1903-1976) 美國(guó) 不可逆過(guò)程熱力學(xué)理論 1968年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（5）,I.普里戈金 Ilya