《工程热力学》电子讲稿-all.doc

一、相关知识 1.能源与能量的利用 能量 一切物质都具有能量。 能源：提供各种有效能量的物质资源。 暖气-热能；风-风能；太阳-太阳能；原子-原子能，汽、柴油-化学能。 能量的利用过程 实质是能量的传递和转换过程，参看课本图0-1。 大多数的能量以热能的形式被利用。 热能的直接应用——供热、采暖 热能的动力应用——转化为机械能或电能 2.热力学 热力学：一门研究物质的能量、能量传递和转换以及能量与物质性质之间普遍关系的科学。 工程热力学：研究热能与其他形式能量（主要为机械能）之间的转换规律及其工程应用，是热力学的工程分支。 3.常见的能量转换装置 (1) 蒸汽动力装置 锅炉 (2) 内燃机 汽油机 / 柴油机 (3) 燃气轮机 航空发动机、机车 (4) 蒸汽压缩制冷装置 冷库、空调 四种装置都是热能与机械能的相互转换。 二、课程内容 1.基本概念及定律 （基础） 热力系统、状态参数、平衡态、热力学第一定律、第二定律等等。 U（热力学能）、H（焓）、S（熵Entropy）、Ex（Exergy）、An（Anergy） 热力学第0定律：两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两系统彼此也必然处于热平衡。 热力学第1定律：热能作为一种能量形态，可以和其它能量形态相互转换，转换中能量的总量守恒。 热力学第2定律：一切自发实现的涉及热现象的过程都是不可逆的。 热力学第3定律：当趋于绝对零度时，各种物质的熵都趋于零。 2.能量转换过程和循环的分析研究及计算方法 （方法） 热能((机械能 提高热效率 大气中的热能能否利用？ 抽掉中间挡板是否做功？ 3.能量转换过程常用工质的热力性质 （工具） 水、氧气、空气、氨（制冷剂） 4.化学热力学（第十三章，自学） （补充） 燃料的燃烧 基础+方法+工具+（补充） 三、研究方法 热力学按研究方法分 1.宏观热力学（经典） 宏观热力学：以热力学第一第二定律为基础，简化模型，推导公式得出结论，结果可靠。 不足：未考虑分析原子结构，无法说明热现象本质及其内在原因。 2.微观热力学（统计） 微观热力学：从物质分子运动角度，利用统计学和概率论来找出规律，得出结论，可解释热现象本质。 不足：分析复杂，结论不够精确。 本课：宏观热力学为主+少数微观热力学的方法 四、学习方法 本课程较为抽象，不易理解。 1.课前预习，难点标出； 2.上课认真听讲，做好笔记； 3.下课复习，结合实例来理解概念，独立完成作业。 五、教材 使用教材：工程热力学(4版)童钧耕.高教。 参考教材：①工程热力学(第3版)沈维道、蒋智敏、童钧耕.高教； ②工程热力学（第3版）华自强、张忠进. 高教； ③工程热力学(第3版)曾丹苓等.高教。 答疑 考勤：作业：实验= 4：4：2 平时：期末= 3：7 1-1 热能和机械能相互转换的过程 热能动力装置：从燃料燃烧中得到热能以及利用热能得到动力的整套设备（包括辅助设备）。 分为蒸汽动力装置及燃气动力装置，主要介绍内燃机、燃气轮机、蒸汽机。 一、内燃机 燃料在内部燃烧，分汽油机/柴油机。汪克尔转子发动机 进气(压缩(作功(排气 （四冲程柴油机） 应用：汽车、柴油机车、船舶、备用发电机、割草机、弥雾机 实质：（油、气）燃料化学能(热能(机械能 二、燃气轮机 与内燃机同属燃气动力装置 压缩空气+燃料—燃烧(高温燃气—燃气轮机(作机械功(废气 应用：航空器、船舶、机车、电厂发电 实质：（煤、油、核反应）燃料化学能/核能(热能(机械能 三、蒸汽动力装置 水—锅炉加热(蒸汽—过热器(过热蒸汽—汽轮机(机械功发电—水(蒸汽（乏气）—冷凝器(水—给水泵加压(锅炉 瓦特 1784年改进蒸汽机，第一次工业革命。 应用：蒸汽机车、蒸汽船——( 蒸汽动力发电（电厂、热电厂） 实质：（煤、油）燃料化学能(热能(机械能（(电能） 核电蒸汽动力装置只不过用核反应堆取代蒸汽锅炉，其余一致。 四、制冷和热泵装置 简单介绍蒸汽压缩制冷装置： （致冷剂）高压常温液体—节流阀降压(低温液体—冷库吸热(低压蒸汽—压气机(高压蒸汽—冷凝器(高压液体 应用：冷库、空调 实质：消耗机械功（或其他能量）使热量从低温物体流向高温物体。 总结： 四种装置都是用某种媒介物质从某个能源获取热能，从而具备做功能力并对机器做功，最后又把余下的热能排向环境介质，即吸热—膨胀做功—排热，也即热能与机械能的相互转换。 工质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。 热源：工质从中吸取热能的物系。 冷源：接受工质排除热能的物系。 热源和冷源可以恒温也可以变温。 1-2 热力系统 一、热力系统 1.(热力)系统： 人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统，简称系统或体系。 2.外界：与系统发生质能交换的物体。 3.边界：系统和外界之间的分界面。 边界可