能源工程與動力機(jī)械基礎(chǔ)

1、能源工程與動力機(jī)械基礎(chǔ)主要內(nèi)容能源概況及基本原理有關(guān)熱能利用與動力機(jī)械在能量轉(zhuǎn)換與利用的規(guī)律、系統(tǒng)、形式、性能、環(huán)境等方面的共同性技術(shù)基礎(chǔ)內(nèi)容。典型動力機(jī)械及系統(tǒng)內(nèi)燃動力蒸汽輪機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)火箭及噴氣發(fā)動機(jī)熱力發(fā)電熱發(fā)生及傳遞裝置鍋爐及換熱器熱利用新能源利用制冷與空調(diào)系統(tǒng)輔助裝置泵與風(fēng)機(jī)開課目的？考試形式考察每人一個學(xué)術(shù)報告報告回答問題提問參考資料參考書籍：李漢炎，吳勝春，劉嘉智，陳瀅編，熱工設(shè)備，王中錚編著，熱能與動力機(jī)械基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社，2000年魏保太主編，能源工程，華中理工大學(xué)出版社，1985李業(yè)發(fā)、楊廷柱編著，能源工程導(dǎo)論，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1999王革華主編，新能源概論，20

2、06年8月湯學(xué)忠主編，熱能轉(zhuǎn)換與利用（第二版），化學(xué)工業(yè)出版社，2002 學(xué)術(shù)期刊：工程熱物理學(xué)報太陽能學(xué)報熱能動力工程制冷學(xué)報中國電機(jī)工程學(xué)報內(nèi)燃機(jī)學(xué)報內(nèi)燃機(jī)工程航空動力學(xué)推進(jìn)技術(shù)汽輪機(jī)技術(shù)工業(yè)鍋爐燃燒科學(xué)與技術(shù)EnergyApplied EnergyApplied Thermal EngineeringSolar Engineering 第一章 能源概況程文龍能量形式機(jī)械能：通常以做功的形式出現(xiàn)，可方便有效地轉(zhuǎn)化為其它形式的能。如動能、勢能、彈性能、表面張力能等熱能：一種基本的能量形式，與微觀粒子運(yùn)動相關(guān)的能量，在宏觀上以溫度的高低來表示，其它能量可完全轉(zhuǎn)化為熱能電能：與電子的流動與積累有

3、關(guān)的能量，以靜電場能和感應(yīng)電場能的形式存在，以電流的形式傳遞。可方便有效地轉(zhuǎn)化為其它形式的能能量有哪些形式？能量形式化學(xué)能：是一種僅以貯存能的形式存在的能量，當(dāng)不同物質(zhì)的原子和(或)分子相結(jié)合時釋放出來。例如，燃料燃燒就是物質(zhì)間發(fā)生放熱的化學(xué)反應(yīng)，使化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能。核能：核能(原子能)又是一種僅以貯存能形式存在的能量形式。它是蘊(yùn)藏在原子核內(nèi)部的能量，又稱核內(nèi)能，在粒子相互作用或原子核中的粒子相互作用，即發(fā)決原子核反應(yīng)時釋放出來。原子核反應(yīng)通常有放射性衰變、核裂變和核聚變?nèi)N類型，其中核裂變和核聚變反應(yīng)可釋放大量能量。有廣闊的應(yīng)用前景。輻射能：以電磁波的形式發(fā)射的能量(電磁能)，熱輻射是一種由

4、原子振動所產(chǎn)生的電磁能能量單位能量的單位：能量單位與功的單位一致：焦耳、千瓦時等煤當(dāng)量（標(biāo)準(zhǔn)煤）：1kg標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量為29.3MJ (kgce)（7000kcal）注：我國、日本、前蘇聯(lián)、西歐大陸國家以及聯(lián)合國：7000kcal；英國、美國（據(jù)用作能源的煤的加權(quán)平均熱值確）：26.4MJ油當(dāng)量（標(biāo)準(zhǔn)油）：1kg標(biāo)準(zhǔn)油的發(fā)熱量為41.8MJ (kgoe)，10000kcal（我國和OECD）也可用噸標(biāo)煤（tce）以及噸標(biāo)油（toe）表示能量單位近似熱當(dāng)量Mbdoe： millions of barrels per day oil equivalent 日產(chǎn)石油百萬桶當(dāng)量能量轉(zhuǎn)換能源分類什么是能

5、源？所謂能源就是能夠直接或經(jīng)過轉(zhuǎn)換而獲取某種能量的自然資源。能源分類能源分類之一：來源第一類：來自于太陽能，除太陽輻射外，還包括：煤炭、石油、天然氣、生物質(zhì)能、水能、海洋能第二類：來自于地球本身，如地?zé)崮芤约扳櫋⑩Q等核燃料第三類：月亮和太陽等天體對地球吸引力所產(chǎn)生的能量能源分類能源分類之二：成因一次能源：凡自然界現(xiàn)已存在的、并可直接取得而不改變其基本形態(tài)的能源，如煤炭、石油、大然氣、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、風(fēng)能、太陽能等。二次能源：由一次能源加工或轉(zhuǎn)換而成的另一種形態(tài)的能源產(chǎn)品，如電力、蒸氣、焦炭、煤氣、氫氣、各種石油制品等。可再生能源：可不斷再生并有規(guī)律得到補(bǔ)充的能源。如水能、生物質(zhì)能、風(fēng)能

6、、太陽能等。非再生能源：短期內(nèi)無法恢復(fù)的能源。煤炭、石油、天然氣等。非再生能源日益減少，終會枯竭！能源分類能源分類之三：使用情況常規(guī)能源：煤炭、石油、天然氣、水能等。新能源：太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、風(fēng)能、海洋能、核聚變能等。能源分類能源的分類能源概況各種能源折標(biāo)準(zhǔn)煤參考系數(shù)能源概況能源概況十一五能源發(fā)展指標(biāo)單位2005年2010年年均增長率（%）一次能源生產(chǎn)總量億噸標(biāo)準(zhǔn)煤21.629.76.6其中：煤炭億噸23.532.46.6原油億噸1.822.1天然氣億立方米49394814非化石能源億噸標(biāo)準(zhǔn)煤1.62.811.8一次能源消費(fèi)總量億噸標(biāo)準(zhǔn)煤23.632.56.6其中：煤炭億噸23.231

7、.26.1石油億噸3.34.35.4天然氣億立方米467.61075.818.1全社會用電量億千瓦時2494041934.511.0全口徑發(fā)電量億千瓦時250034207211.0其中：水電億千瓦3970722212.7火電億千瓦204733331910.2核電萬千瓦5317396.8風(fēng)電萬千瓦446電力裝機(jī)規(guī)模億千瓦5.29.713.3其中：水電億千瓦1.22.212.9火電億千瓦3.97.112.7核電萬千瓦68510829.6風(fēng)電萬千瓦126310089.8表1 “十一五”能源發(fā)展主要成就表20052010年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消費(fèi)量 20052010年一次能源生產(chǎn)、消費(fèi)總量情況能源概況

8、能量轉(zhuǎn)換過程熱能資源熱能是人類使用最廣泛的一種能量形式，約有85-90%的能量是轉(zhuǎn)化為熱能以后在加以利用的。在一次能源中，熱能資源也占了大部分。最主要的常規(guī)能源：化石燃料新能源：太陽能、核能、地?zé)崮?、海洋熱能非再生能源燃料化學(xué)能石油天然氣煤不可再生能源燃料化學(xué)能燃料化學(xué)能煤炭、石油、天然氣是使用量最大、最主要的常規(guī)能源，約占總能耗的90%不可再生煤炭儲量大，但開采、運(yùn)輸、儲存不方便，燃燒時污染大非再生能源燃料化學(xué)能化石燃料利用過程中的重要課題燃料改質(zhì)煤的氣化與液化，包括新的氣化方法及地下氣化水煤漿（CWM）的制備、運(yùn)輸儲存及燃燒研究煤油混合燃料（COM）油的摻水乳化油砂、油頁巖中油的利用煤層氣

9、的利用等燃料燃燒研究固體燃料的沸騰燃燒、旋風(fēng)燃燒液體燃料的物化燃燒、分層燃燒新型燃燒裝置的開發(fā)等非再生能源燃料化學(xué)能石油非再生能源燃料化學(xué)能天然氣非再生能源燃料化學(xué)能煤非再生能源核能利用核反應(yīng)釋放熱能種類核裂變（技術(shù)成熟）1kgU235核裂變釋放熱能69.51010kJ，如果利用10%的話，相當(dāng)于2400t標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量1kW造價2000美元，火電的1.52倍，但是發(fā)電成本為火電的5090%（1995年數(shù)據(jù)）不可再生能源核聚變原料是重氫（氘），1t水含140g重水，1桶水中重水所儲藏的能量相當(dāng)于400桶石油難點：反應(yīng)溫度幾千萬度，反應(yīng)區(qū)溫度40106K，低溫核聚變以及高溫情況下熱能回收技術(shù)還遠(yuǎn)

10、沒有成熟非再生能源核能裂變聚變低溫室氣體排放放射性廢料低溫室氣體排放廢料少商業(yè)可行性不明 非再生能源可燃冰（天然氣水合物）天然氣水合物存在于海底或陸地凍土帶內(nèi)，是由天然氣與水在高壓低溫條件下結(jié)晶形成的固態(tài)籠狀化合物。純凈的天然氣水合物呈白色，形似冰雪，可以像固體酒精一樣直接被點燃，因此，又被形象地稱為“可燃冰”。1立方米天然氣水合物可以釋放出164立方米的天然氣。1立方米可燃冰可轉(zhuǎn)化為164立方米的天然氣和0.8立方米的水。科學(xué)家估計，海底可燃冰分布的范圍約4000萬平方公里，占海洋總面積的10%，海底可燃冰的儲量夠人類使用1000年。困難：溫室氣體，比二氧化碳大20倍陸緣海邊開采困難，一旦井

11、噴，可能引起海嘯、海底滑坡、海水毒化等災(zāi)難 非再生能源頁巖氣特點特指賦存于頁巖中的非常規(guī)氣。頁巖亦屬致密巖石，故也可歸入致密氣層氣儲集空間以裂縫為主，并以吸附氣和水溶氣形式賦存，為低(負(fù))壓、低飽和度(30%左右)，因而為低產(chǎn)儲量美國： 283萬億立方米中國：1530萬億立方米僅美國開采成功非再生能源油砂特點油砂是指富含天然瀝青的沉積砂。因此也成為“瀝青砂”。瀝青：1012%沙和粘土：8085%水：35%儲量石油儲量的66%加拿大阿爾伯特：85%面臨的問題問題？1. 能源問題？2. 環(huán)境問題？能源問題世界能源利用Source: Anderson, 1997能源問題每人每年用量 （t 石油當(dāng)量）

12、能源問題主要地區(qū)能源結(jié)構(gòu)2002能源問題我國能源結(jié)構(gòu)能源問題世界人口增長能源問題世界人口分布, 18002050能源問題經(jīng)濟(jì)增長Source: Birol and Argiri, 1999能源問題我國的用能水平我國的單位能耗與發(fā)達(dá)國家相比差距較大，平均高出40%左右節(jié)能潛力巨大能源問題世界石油與煤產(chǎn)量Source: Hubbert, M. King. 1971. The Energy Resources of the Earth. In Energy and Power (1971), W.H. Freeman, San Francisco (originally published as t

13、he September 1971 issue of Scientific American).能源問題環(huán)境問題溫室氣體大氣中H2O 和 CO2的存在使得地球表面的平均溫度保持在0以上（適度的溫室氣體是一件好事），在這個意義上說，水是一種決定性的溫室氣體。由于化石燃料的使用，其它工業(yè)行為以及森林的砍伐，大氣中的二氧化碳快速增加其它溫室氣體 (CH4, N2O, CFC, HFC, PFC, SF6)與可影響地球輻射平衡的其它氣體 (CO, NO2, SO2, O3)的含量也增加. 大多數(shù)氣體在自然過程中也會排放，但是工業(yè)活動可加速它們的排放速度.地球表面溫度的升高可影響海平面、氣候、生態(tài)系統(tǒng)以及與之相關(guān)的如：疾病、饑荒等環(huán)境問題大氣對太陽輻射的吸收能源問題地球輻射平衡如果沒有大氣層有大氣層太陽輻射對空間進(jìn)行紅外輻射被分子吸收及散射反射吸收生物圈內(nèi)物質(zhì)的相互作用質(zhì)流 1 C2.5 CH2O1.5