工程熱力學(xué)北航教學(xué)課件電子版共三套

工程熱力學(xué)

EngineeringThermodynamics北京航空航天大學(xué)說明辦公室：北航新主樓C座10層電話：82316035考核方法總成績（100）平時(shí)成績（20）出勤（10）作業(yè)（10）考試成績（80）期末考試（80）緒論工程熱力學(xué)屬于應(yīng)用科學(xué)（工程科學(xué)）的范疇，是工程科學(xué)的重要領(lǐng)域之一。工程熱力學(xué)

是一門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)工程熱力學(xué)所屬學(xué)科緒論的主要內(nèi)容能源與熱能利用工程熱力學(xué)研究對象工程熱力學(xué)研究內(nèi)容熱力學(xué)研究方法熱力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域能源能源：用來產(chǎn)生各種所需能量的自然資源。一次能源：直接取自自然界沒有經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換的各種能量和資源。二次能源：由一次能源經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換以后得到的能源產(chǎn)品。是人類賴以生存和發(fā)展所必須的燃料和動(dòng)力來源，是發(fā)展生產(chǎn)和提高生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。就目前技術(shù)水平而言，在今后相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，主要能源仍將以煤炭、石油及天然氣等化石燃料為主。

問題：下面哪些能源屬于一次能源，那些屬于二次能源？

原煤、原油、天然氣、煤氣、汽油、柴油、重油、液化石油氣、焦炭、油頁巖、酒精、蒸汽、沼氣、氫氣、核能、太陽能、電力、水力、風(fēng)力、波浪能、潮汐能、地?zé)帷⑸镔|(zhì)能、海洋溫差能國際能源現(xiàn)狀美國預(yù)測全球能源消費(fèi)總量將從2001年的102.4億噸油當(dāng)量增加到2025年162億噸油當(dāng)量，世界能源消費(fèi)在2001-2025年將增加54%。全球化石能源的枯竭是不可避免的，將在本世紀(jì)內(nèi)基本開采殆盡。《BP世界能源統(tǒng)計(jì)2006》的數(shù)據(jù)表明，全球石油探明儲(chǔ)量可供生產(chǎn)40多年，天然氣和煤炭則分別可以供應(yīng)65年和155年。我國能源現(xiàn)狀我國是世界第二大能源生產(chǎn)國和第二大能源消費(fèi)國，占世界能源消費(fèi)總量的13.6%，能源消費(fèi)主要靠國內(nèi)供應(yīng)，能源自給率為94%。從人均水平來看，2004年中國人均一次能源消費(fèi)量1.08噸油當(dāng)量，為世界平均水平1.63噸油當(dāng)量的66%，是美國人均8.02噸油當(dāng)量的13.4%，日本人均3.82噸油當(dāng)量的28.1%。從能源結(jié)構(gòu)來看，2004年一次能源消費(fèi)中，煤炭占67.7%，石油占22.7%，天然氣占2.6%，水電等占7.0%；一次能源生產(chǎn)總量中，煤炭占75.6%，石油占13.5%，天然氣占3.0%，水電等占7.9%。我國能源現(xiàn)狀據(jù)預(yù)測，目前中國主要能源煤炭、石油和天然氣的儲(chǔ)采比分別為約80、15和50，大致為全球平均水平的50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭速度。未來5-10年，中國煤炭國內(nèi)生產(chǎn)量基本能夠滿足國內(nèi)消費(fèi)量，原油和天然氣的生產(chǎn)則不能滿足需求，特別是原油的缺口最大。

注重能源資源的節(jié)約，提高能源利用效率，加快可再生能源的開發(fā)利用，對于中國來說既重要又迫切。能源利用狀況盡管我國近幾年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展一直以10%左右的GDP在增長，但如果考慮可持續(xù)發(fā)展和綠色GDP，我們是一個(gè)高耗能、低產(chǎn)出的國家。如果以產(chǎn)生一美元的等值物來計(jì)算，日本耗費(fèi)的是一份能源，而美國要耗費(fèi)三份能源，中國最差，幾乎要耗費(fèi)八份能源。從1973年至今日本的工業(yè)部門幾近提高了三倍的產(chǎn)量，但是其能量消耗卻幾乎保持不變。如今，生產(chǎn)如同日本一樣的工業(yè)產(chǎn)量，中國的耗能是日本的11.5倍，而目前廣東省萬元產(chǎn)值能耗是日本的6.2倍。中國與日本工業(yè)能耗比較中國平均供電耗煤量的變化g/KW·h節(jié)能開源：開發(fā)和利用新能源

可再生能源，清潔能源，核能，潮汐能，生物能源等節(jié)流：節(jié)能降耗

提高能源的利用效率，減少能源消耗量

工程熱力學(xué)是節(jié)能的理論基礎(chǔ)能量轉(zhuǎn)化的一般模式一次能源電能機(jī)械能熱能問題：下面哪些是熱機(jī)，哪些不是？燃?xì)廨啓C(jī)、蒸氣機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池、制冷機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)化的一般模式工程熱力學(xué)研究對象工程熱力學(xué)從工程的觀點(diǎn)出發(fā)，研究物質(zhì)的熱力性質(zhì)、能量轉(zhuǎn)化以及熱能的直接利用等問題。它是設(shè)計(jì)和分析各種動(dòng)力裝置、制冷機(jī)、熱泵空調(diào)機(jī)組、鍋爐及各種熱交換器的理論基礎(chǔ)。工程熱力學(xué)研究內(nèi)容熱力學(xué)的研究內(nèi)容工質(zhì)的熱物理性質(zhì)能量品質(zhì)評價(jià)能源轉(zhuǎn)換的量的規(guī)律能量轉(zhuǎn)換的方向與程度實(shí)際的動(dòng)力、制冷循環(huán)基本理論基本理論的應(yīng)用

熱機(jī)種類

發(fā)電（火力、核能）40%

車輛發(fā)動(dòng)機(jī)（內(nèi)燃機(jī)）25~35%

輪船發(fā)動(dòng)機(jī)25~35%

航空發(fā)動(dòng)機(jī)20~30%

制冷空調(diào)(非熱機(jī)，同理）>200%

能量利用率heatengineEnergyefficiency火力發(fā)電裝置基本特點(diǎn)鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器過熱器

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)燃?xì)廨啓C(jī)裝置基本特點(diǎn)1、熱源，冷源2、工質(zhì)（燃?xì)猓?、膨脹做功4、循環(huán)

(加壓、加熱、膨脹做功、放熱)壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室空氣廢氣內(nèi)燃機(jī)裝置空氣、油廢氣吸氣壓縮點(diǎn)火膨脹排氣internalcombustionengine內(nèi)燃機(jī)裝置基本特點(diǎn)1、熱源，冷源2、工質(zhì)（燃?xì)猓?、膨脹做功4、循環(huán)

(加壓、加熱、膨脹做功、放熱)制冷空調(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)熱力裝置共同基本特點(diǎn)1、熱源，冷源

heatreservoir

2、工質(zhì)

medium,workingsubstance

3、容積變化功

moving

boundarywork

4、循環(huán)

cycle熱機(jī)

高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碤1Q2W動(dòng)力循環(huán)簡圖熱效率Thermalefficiency工程熱力學(xué)研究方法1、宏觀方法：把物質(zhì)看作是連續(xù)的整體(continuum)

，從宏觀現(xiàn)象出發(fā)，對熱現(xiàn)象進(jìn)行直接觀察和試驗(yàn)，從而總結(jié)出一些普遍的規(guī)律，在此基礎(chǔ)上演繹推論出高度普遍性的結(jié)論。

特點(diǎn)：可靠，普遍，不能解釋熱現(xiàn)象本質(zhì)經(jīng)典（宏觀,平衡）熱力學(xué)classical

(macroscopic,equilibrium)

thermodynamics工程熱力學(xué)研究方法2、微觀方法：從物質(zhì)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，借助物質(zhì)的原子模型及描述物質(zhì)微觀行為的量子力學(xué)，利用統(tǒng)計(jì)方法去研究大量隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的粒子，從而得到物質(zhì)的統(tǒng)計(jì)平均性質(zhì)，并得出熱現(xiàn)象的基本規(guī)律。

特點(diǎn)：揭示本質(zhì)，模型近似，不如宏觀方法可