热能转换与利用：课件介绍.ppt

热能转换与利用

课程概述课程目标本课程旨在使学生掌握热能转换与利用的基本原理和方法，了解各种热能转换技术，并能够对热能系统进行分析、设计和优化。通过案例分析和实践操作，培养学生解决实际工程问题的能力，为未来的研究和职业发展奠定坚实的基础。学习内容课程内容涵盖热能基础知识、热力学定律、能量转换原理、各种热能转换技术（如蒸汽动力系统、燃气轮机系统、内燃机系统、热泵技术等）、余热回收技术、太阳能热利用、地热能利用、生物质能利用、以及热能经济学和热能管理等。考核方式

热能基础知识1热能定义热能，又称热量，是指由于物体内部微观粒子的无规则运动而产生的能量。它是能量的一种形式，与物体的温度直接相关。温度越高，物体内部粒子的运动越剧烈，热能也就越大。热能是传递能量的重要方式，在自然界和工程技术中广泛存在。2热能的形式热能主要以显热和潜热两种形式存在。显热是指引起物体温度变化的能量，例如加热水使水温升高。潜热是指在物体发生相变（如熔化、沸腾、升华）时吸收或释放的能量，温度保持不变，例如水沸腾时吸收的热量。热力学第一定律

热力学第二定律热力学第二定律的表述热力学第二定律有多种表述，其中一种常见的表述是：不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。这意味着热能自发地总是从高温物体流向低温物体，反之则需要消耗能量。熵的概念熵是描述系统无序程度的物理量。热力学第二定律表明，在孤立系统中，熵总是趋于增加，即系统的无序程度会逐渐增大。熵增原理是热能利用过程中不可避免的现象，也是能量转换效率受到限制的根本原因。热机效率限制热力学第二定律对热机的效率提出了限制。即使是理想的热机（如卡诺循环），其效率也无法达到100%，而只能达到卡诺效率，即1-(T_低温/T_高温)，其中T是绝对温度。实际热机的效率远低于卡诺效率，因为存在各种不可逆过程，如摩擦、传热温差等。

能量转换原理能量守恒能量守恒原理是能量转换的基础。它表明，在任何能量转换过程中，能量的总量保持不变。这意味着，我们无法创造或消灭能量，只能将一种形式的能量转换为另一种形式的能量，例如将燃料的化学能转换为热能，再将热能转换为机械能或电能。能量转换效率能量转换效率是指在能量转换过程中，有用能量与输入能量之比。由于热力学第二定律的限制，能量转换过程中总是存在能量损失，因此能量转换效率总是小于100%。提高能量转换效率是热能利用的重要目标。不可逆性能量转换过程具有不可逆性。这意味着，能量在转换过程中会发生品质的降低，例如高温热能转换为低温热能，这种转换是不可逆的。不可逆性是能量转换效率受到限制的根本原因之一。因此，在热能利用中，应尽量减少不可逆过程的发生，提高能量利用效率。

热能与其他能量形式的转换热-机械能转换热-机械能转换是指将热能转换为机械能的过程。常见的例子包括蒸汽机、内燃机和燃气轮机。这些设备通过利用高温气体的膨胀做功，将热能转换为机械能，用于驱动各种机械设备，如发电机、车辆和船舶。热-电能转换热-电能转换是指将热能转换为电能的过程。最常见的例子是火力发电厂。在火力发电厂中，燃料燃烧产生的热能用于加热水产生高温高压蒸汽，蒸汽推动汽轮机旋转，带动发电机发电。核电站也采用类似的原理。热-化学能转换热-化学能转换是指利用热能驱动化学反应，从而实现能量的储存和释放。例如，在某些化学反应中，需要加热才能使其发生，这时热能就转化为化学能储存在反应产物中。反之，某些化学反应会释放热能，例如燃烧反应。

热力循环概述1热力循环定义热力循环是指工作介质（如蒸汽、燃气等）经过一系列状态变化，最终回到初始状态的过程。在热力循环中，工作介质吸收热量并对外做功，从而实现能量的转换。热力循环是各种热能转换设备（如热机、制冷机等）的基本工作原理。2正循环与逆循环根据能量转换的方向，热力循环可分为正循环和逆循环。正循环是指工作介质吸收热量并对外做功的循环，用于驱动热机，如蒸汽机、内燃机等。逆循环是指工作介质吸收机械功并将热量从低温物体传递到高温物体的循环，用于制冷和热泵。3常见热力循环类型常见的热力循环类型包括卡诺循环、朗肯循环、布雷顿循环、奥托循环、狄塞尔循环等。每种循环都有其特定的适用范围和特点。例如，卡诺循环是理想的热力循环，但实际应用有限；朗肯循环广泛应用于蒸汽动力系统；布雷顿循环广泛应用于燃气轮机系统。

卡诺循环卡诺循环原理卡诺循环是一种理想的热力循环，由两个等温过程和两个绝热过程组成。在等温膨胀过程中，工作介质吸收热量并对外做功；在绝热膨胀过程中，工作介质继续膨胀并降低温度；在等温压缩过程中，工作介质释放热量并被压缩；在绝热压缩过程中，工作介质被继续压缩并升高温度，最终回到初始状态。1理想效率卡诺循环的效率只取决于高温热源和低温热源的温度，而与工作介质无关。其效率表达式为：η=1-(T_低温/T_高温)，