工程熱力學(xué)：1-緒論

1、能源與動力工程學(xué)院School of Energy and Power EngineeringEngineering Thermodynamics 工 程 熱 力 學(xué) 2建議的學(xué)習(xí)方法參考文獻(xiàn)法從課堂接受問題通過參考文獻(xiàn)弄清問題消化歸納總結(jié)問題要點(diǎn)是自主學(xué)習(xí)！課程是學(xué)懂的，不是聽懂的!以問題為中心3緒論0-1. 什么是工程熱力學(xué)0-3. 熱機(jī)的發(fā)展0-4. 課程內(nèi)容及學(xué)習(xí)方法0-2. 工程熱力學(xué)的重要性40-1. 什么是工程熱力學(xué) Therme(heat) + dynamis(force)Thermodynamics希臘語熱力學(xué)：研究能量及其相互轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué) 從工程技術(shù)觀點(diǎn)出發(fā),研究熱能與其

2、它形式能量轉(zhuǎn)換規(guī)律及工程應(yīng)用的科學(xué)工程熱力學(xué)：是什么?為什么?是什么?怎么做?系統(tǒng)引起外界變化的能力 熱量 heat熱能 thermal energy?5 據(jù)統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過熱能形式而被利用的能量在我國占90以上，世界上其它國家也超過85能源利用的形式在所有能源中，除了風(fēng)能、水能和海洋潮汐能是以機(jī)械能（Mechanical Energy）的形式直接被人們利用以外，其它各種能源都是直接或間接地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽═hermal Energy）的形式后，才被予以利用。 熱能向機(jī)械能和電能的轉(zhuǎn)化是能源利用的主要形式能源是能夠獲得或轉(zhuǎn)換成熱能、機(jī)械能、電磁能、光能等等各種能量的資源6能源機(jī)械能直接熱能工程熱力學(xué)90

3、%能源利用的形式熱學(xué)（Thermal Physics ）熱力學(xué)(thermodynamics)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)(統(tǒng)計(jì)熱力學(xué))(statistical physics) (1)平衡態(tài)熱力學(xué)（經(jīng)典熱力學(xué)） (2)非平衡熱力學(xué)工程熱力學(xué)平衡態(tài)熱力學(xué)及推廣+熱能工程應(yīng)用技術(shù)宏觀法(系統(tǒng)法、唯象法、)微觀法(結(jié)構(gòu)法)0-1. 什么是工程熱力學(xué)傳熱學(xué)(heat transfer)可逆不可逆一、一、宏觀方法，又稱熱力學(xué)方法或系統(tǒng)法。 以歸納無數(shù)事實(shí)所得到的熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律為分析和推理的基礎(chǔ)，對開放式或封閉式的熱力系統(tǒng)，當(dāng)與外界有熱量交換，或功交換時(shí)，通過描述系統(tǒng)特征的狀態(tài)性質(zhì)諸如溫度、壓力和比容的變

4、化，對物體的宏觀現(xiàn)象和宏觀過程進(jìn)行研究。二、微觀方法，又稱統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)方法 從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，應(yīng)用力學(xué)的普遍規(guī)律來研究單個(gè)分子的運(yùn)動，并根據(jù)概率論和統(tǒng)計(jì)平均的方法，研究大量微觀粒子運(yùn)動時(shí)所表現(xiàn)出來的宏觀熱現(xiàn)象所服從的規(guī)律。.熱力學(xué)的兩種研究方法第零定律工程熱力學(xué)的基本定律及應(yīng)用第一定律第二定律第三定律狀態(tài)公理熱機(jī)制冷機(jī)熱平衡的傳遞性能量守恒能量品質(zhì)，過程的方向、條件、限度絕對零度的熵特性狀態(tài)參數(shù)的獨(dú)立變量冰箱、空調(diào)、熱泵、蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、熱能轉(zhuǎn)換裝置基本定律2. 工程熱力學(xué)的重要性12341.提高渦輪前溫度2.回?zé)崞?燃?xì)饫?. 工程熱力學(xué)的重要性1.提高渦輪前溫度2. 工程熱力

5、學(xué)的重要性1.4TSI=2.02. 工程熱力學(xué)的重要性微型發(fā)動機(jī)總體結(jié)構(gòu)空氣軸承設(shè)計(jì)總體性能計(jì)算壓氣機(jī)部件設(shè)計(jì)計(jì)算單晶硅渦輪靜強(qiáng)度分析2. 工程熱力學(xué)的重要性曝光機(jī)和鍵合機(jī)化學(xué)沉積設(shè)備氣相沉積風(fēng)淋間刻蝕設(shè)備氣源150-2 熱機(jī)的發(fā)展1690法國 丹尼斯巴本世界上第一臺活塞式蒸汽機(jī)（模型機(jī)）高壓鍋(1681年）鍋爐（吸熱部件）、汽缸(膨脹作功部件)、冷凝器（放熱部件）、泵(壓縮部件)四件合并水（工質(zhì)）160-2 熱機(jī)的發(fā)展1696英國 馬斯.薩費(fèi)里“礦工之友”蒸汽水泵吸熱部件與放熱、膨脹作功、壓縮部件分離水泵與蒸汽機(jī)合并170-2 熱機(jī)的發(fā)展1712英國 托馬斯.紐可門大氣壓力活塞式蒸汽機(jī)吸熱部

6、件、壓縮部件分離水泵與蒸汽機(jī)分離放熱與作功部件合并熱量損失大180-2 熱機(jī)的發(fā)展1763-1784英國 瓦特第一臺具有現(xiàn)代意義的雙向活塞式蒸汽機(jī)冷凝器吸熱、放熱、作功、壓縮部件全分離汽缸活塞式蒸汽機(jī)傳動機(jī)構(gòu)復(fù)雜，隨轉(zhuǎn)速的提高，其不平衡慣性力會產(chǎn)生振動 19從汽轉(zhuǎn)球到蒸汽輪機(jī)公元一世紀(jì)古希臘 赫隆世界上第一臺蒸汽輪機(jī)（汽轉(zhuǎn)球）小渦輪蒸汽輪機(jī)20熱機(jī)外燃機(jī)蒸汽輪機(jī)采用蒸汽動力的火力發(fā)電廠冷凝器汽輪機(jī)鍋爐水泵22鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器1234過熱器4321Ts12 汽輪機(jī) s 膨脹34 給水泵 s 壓縮蒸汽動力循環(huán)23 凝汽器 T 放熱41 鍋爐 p 吸熱火電廠主要設(shè)備示意蒸汽機(jī)體積大，啟動

7、慢，熱效率低251876德國 奧托點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)（煤氣）內(nèi)燃機(jī)(煤氣機(jī)、汽油機(jī)、柴油機(jī))的燃燒在工質(zhì)內(nèi)部內(nèi)燃機(jī)（活塞式）沖程是指活塞在汽缸中上行或下行一次的過程 27吸氣四沖程汽油機(jī)燃燒及膨脹壓縮排氣吸熱與作功放熱點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的爆燃壓縮比過大產(chǎn)生爆燃正常燃燒壓縮比=總?cè)莘e/燃燒室容積29汽油標(biāo)號是實(shí)際汽油抗爆性與標(biāo)準(zhǔn)汽油的抗爆性的比值。 標(biāo)號越高，抗爆性能就越強(qiáng)。標(biāo)準(zhǔn)汽油是由異辛烷和正庚烷組成。異辛烷的抗爆性好，其辛烷值定為100；正庚烷的抗爆性差，在汽油機(jī)上容易發(fā)生爆震，其辛烷值定為0。如果汽油的標(biāo)號為90，則表示該標(biāo)號的汽油與含異辛烷90%、正庚烷10%的標(biāo)準(zhǔn)汽油具有相同的抗爆性。并不是標(biāo)號

8、越高越好，要根據(jù)發(fā)動機(jī)壓縮比合理選擇汽油標(biāo)號。300-2 熱機(jī)的發(fā)展1897德國 狄塞爾壓燃式內(nèi)燃機(jī)（柴油）從走馬燈到燃?xì)廨啓C(jī)公元十二世紀(jì)南宋中國走馬燈進(jìn)氣道壓氣機(jī)燃燒室渦輪尾噴管風(fēng)扇外涵道內(nèi)涵道320-2 熱機(jī)的發(fā)展1872美國 布雷頓燃汽輪機(jī)（地面）航空發(fā)動機(jī)二戰(zhàn)前活塞式發(fā)動機(jī)二戰(zhàn)后燃汽輪機(jī)渦噴式渦扇式燃?xì)廨啓C(jī)裝置示意圖利用高溫燃?xì)庵苯油苿尤細(xì)鉁u輪（透平）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的動力機(jī)械。壓氣機(jī)(compressor) 燃燒室(combustion chamber) 燃?xì)廨啓C(jī)(gas turbine)噴氣發(fā)動機(jī)冷凝器（大氣）35制冷機(jī) (冰箱)從熱機(jī)發(fā)展到制冷機(jī)36制冷循環(huán)Ts12344123蒸發(fā)器

9、冷凝器壓縮機(jī)節(jié)流閥冷藏室環(huán)境37工質(zhì) (working substance; working medium)定義：實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。不同性質(zhì)的工質(zhì)對能量轉(zhuǎn)換的效果有直接影響，工質(zhì)性質(zhì)的研究是本學(xué)科的重要內(nèi)容之一。原則上氣、液、固三態(tài)物質(zhì)都可作為工質(zhì)，但熱力學(xué)中熱能與機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)換是通過物質(zhì)的體積變化來實(shí)現(xiàn)的，為使能量有效而迅速的轉(zhuǎn)換，常選氣態(tài)物質(zhì)作為工質(zhì)。 38熱能轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)及研究問題工質(zhì)連續(xù)周期性（循環(huán)）改變狀態(tài)，經(jīng)歷升壓、膨脹以及向熱源吸（放）熱等過程，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換.能量、熱量（能）、熱源、狀態(tài)及狀態(tài)量、過程及過程量、循環(huán)、功。的確切含義？熱機(jī)可否只吸熱不放熱？制冷機(jī)可否不耗能，實(shí)現(xiàn)熱量低溫到高溫的傳遞？如何提高熱能