清华大学热工基础工程热力学加传热学1绪论

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清华大学热工基础课件工程热力学加传热学期末复习

10-1 概述 10-2 对流换热的数学描述 10-3 外掠等温平板层流换热分析解简介 10-4 对流换热的实验研究方法 10-5 单相流体强迫对流换热实验关联式 10-6 自然对流换热
11
重点掌握：
（1）对流换热的牛顿冷却公式；（2）边界层的概念与特点及其对求解对流换热问题的意义；（3）相似原理的主要内容及相似原理指导下的实验研究方法；（4）对流换热特征数(Nu、Re、Pr、Gr)的表达式及其物理意义；（5）管内和外掠圆管束的强制对流换热及大空间自然对流换热的特点、影响因素，会利用特征数关联式计算上述对流换热问题。
重点掌握：
温度场、温度梯度、热流密度等基本概念；导热傅里叶定律；不同材料导热系数的量级；直角坐标系下导热微分方程式及其推导方法；通过平壁、圆筒壁、肋壁稳态导热的计算方法；非稳态导热过程的特点、会利用相关公式或诺谟图计算一维非稳态导热问题；非稳态导热计算的集总参数法。
10
第十章对流换热
8
第二篇传热学
第八章热量传递的基本方式
8-1 热传导 8-2 热对流 8-3 热辐射 8-4 传热过程简介重点掌握：热传导、热对流、热辐射三种热量传递基
本方式及传热过程的特点。
9
第九章导热
9-1 导热理论基础
9-2 稳态导热
9-3 非稳态导热
9-4 导热问题的数值解法基础
12
第十一章辐射换热
11-1 热辐射的基本概念
11-2 黑体辐射的基本定律
11-3 实际物体的辐射特性、基尔霍夫
定律
11-4 辐射换热的计算方法
11-5 遮热板的原理
13
重点掌握：（1）黑体、灰体、吸收比、发射比、透射比、

01 清华大学工程热力学第一章

第一章1-1 试将1物理大气压表示为下列液体的液柱高(mm)，(1) 水，(2) 酒精，(3) 液态钠。

它们的密度分别为1000kg/m3，789kg/m3和860kg/m3。

1-4 人们假定大气环境的空气压力和密度之间的关系是p=cρ1.4，c为常数。

在海平面上空气的压力和密度分别为1.013×105Pa和1.177kg/m3，如果在某山顶上测得大气压为5×104Pa。

试求山的高度为多少。

重力加速度为常量，即g=9.81m/s2。

1-7如图1-15 所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa，表B读数为170kPa，表示室Ⅰ压力高于室Ⅱ的压力。

大气压力为760mmHg。

试求(1) 真空室以及Ⅰ室和Ⅱ室的绝对压力；(2) 表C的读数；(3) 圆筒顶面所受的作用力。

图1-151-8 若某温标的冰点为20°，沸点为75°，试导出这种温标与摄氏度温标的关系(一般为线性关系)。

1-10 若用摄氏温度计和华氏温度计测量同一个物体的温度。

有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况，对吗？若可能，读数相同的温度应是多少？1-14一系统发生状态变化，压力随容积的变化关系为pV1.3=常数。

若系统初态压力为600kPa，容积为0.3m3，试问系统容积膨胀至0.5m3时，对外作了多少膨胀功。

1-15气球直径为0.3m，球内充满压力为150kPa的空气。

由于加热，气球直径可逆地增大到0.4m，并且空气压力正比于气球直径而变化。

试求该过程空气对外作功量。

1-16 1kg气体经历如图1-16所示的循环，A到B为直线变化过程，B到C为定容过程，C到A为定压过程。

试求循环的净功量。

如果循环为A-C-B-A则净功量有何变化？图1-161。

清华大学热工基础课件工程热力学加传热学第十章-对流换热、单相流体

1）热导率，W/(mK)，愈大，流体导热热阻愈小，
对流换热愈强烈；
2）密度，kg/m3 3）比热容c，J/(kgK)。 c反映单位体积流体热容量
的大小，其数值愈大，通过对流所转移的热量愈多，对流换热愈强烈；
4）动力粘度，Pas；运动粘度＝/，m2/s。流体
的粘度影响速度分布与流态，因此影响对流换热；
u v 0
dy
x y
2）动量微分方程（动量守恒）
微元体
惯性力
压力差 0
dx
x
x方向: u u u xv u y F x x p x 2 u 2 y 2 u 2
D duFxxp2u 体积力
20
局部表面传热系数的变化趋势：
流动边界层厚度与热边界层厚度t的比较：
两种边界层厚度的相对大小取决于流体运动粘度与
热扩散率a的相对大小。令
对于层流边界层:Pr≥1 t ；Pr≤1 t
Pr a
对于湍流边界层: t
普朗特数
一般液体:Pr=0.6~4000；气体：Pr=0.6~0.8。 21
cp
t
uxt vyt

2t x2

2t y2

4个微分方程含有4个未知量(u、v、p、t)，方程组封闭。原则上，方程组对于满足上述假定条件的对流换热（强迫、自然、层流、湍流换热）都适用。15
（2）对流换热的单值性条件
1) 几何条件
1
10-1 概述
1. 牛顿冷却公式
= A h( tw－tf ) q = h( tw－tf )
h—整个固体表面的平均表面传热系数;
tw—固体表面的平均温度; tf —流体温度，对于外部绕流，tf 取远离壁面的流体主流温度；对于内部流动，tf 取流体的平均温度。

热工基础课程教学大纲.doc

x2160541热工基础课程教学大纲课程名称：热工基础英文名称：Fundamental of Thermodynamics and Heat Transfer课程编码：x2160541学时数：40其中实践学时数：0 课外学时数：0学分数：2.5适用专业：机械设计制造及其自动化、机械工程一、课程简介《热工基础》是一门专业基础课程。

本课程包括工程热力学和传热学两部分内容。

工程热力学部分主要介绍工程热力学的基本概念和基本定律、常用工质的热物理性质、基本热力过程与典型热力循环；传热学部分主要介绍导热、对流换热、辐射换热的基本规律、求解方法以及控制热量传递过程的技术措施，换热器的热计算方法。

通过《热工基础》课程的学习，使学生理解工程热力学和传热学的基本概念、基本原理和基本定律；使学生了解工程热力学、传热学常用的分析方法，培养学生对简单热学问题的分析和求解能力；掌握能量转换规律和有效利用能量的基本知识，培养学生综合运用所学知识去分析和解决实际问题的能力。

二、课程目标与毕业要求关系表三、课程教学内容、基本要求、重点和难点（零）绪论1. 能量与能源：了解能量能源的概念、分类，与国民经济和人民生活关系；2. 热工基础的研究内容：掌握热工基础的研究内容与方法。

（一）基本概念1. 热力系统：理解工质、热力系的定义，掌握热力系的分类；（重点）2.平衡状态与状态参数：理解热力状态和状态参数的定义，掌握平衡状态的物理意义及实现条件；3. 状态方程与状态参数坐标图：了解状态方程式及参数坐标图的物理意义及作用；4.准平衡过程与可逆过程：理解热力过程、准平衡过程和可逆过程的物理意义与联系；（难点）5. 功量与热量：掌握功量与热量的概念和计算。

（二）热力学第一定律1. 热力系统的储存能：掌握能量、热力系统储存能、热力学能的概念；2. 热力学第一定律的实质：理解热力学第一定律的实质；3. 闭口系统的热力学第一定律表达式：掌握封闭热力系的能量方程并熟练应用；（重点）4.开口系统的稳定流动能量方程式：掌握开口热力系稳定流动能量方程并熟练应用，掌握体积变化功、轴功、流动功和技术功的概念，理解焓的定义式及物理意义；（难点）5.稳定流动能量方程式的应用：了解常用热工设备主要交换的能量及稳定流动能量方程的简化式。

传热学-第一章绪论PPTPPT幻灯片

• 工程热力学：研究能量转换的规律以及热能的性质
• 传热学：研究热量传递规律的一门科学，热量传递的机理、规律、计算和测试方法
• 燃烧学：研究燃烧现象和燃烧机理
• 制冷与低温：用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度以下或很低的温度并保持该温度
授课计划（48学时）
说明：只研究导热现象的宏观规律。
4 、导热的基本规律
1 ）傅立叶定律（ 1822年，法国数学家Fourier）
如左图所示的两个表面分别维持均匀恒定温度的平板，是个一维导热问题。对于x方向上任意一个厚度为的微元层来说，根据傅里叶定律，单位时间内通过该层的导热热量与当地的温度变化率及平板面积A成正比，即
第一章绪论（4学时）第二章导热基本定律及稳态导热（8学时）第三章非稳态导热（6学时）第四章导热数值解法基础（2学时）第五章单相流体对流换热（8学时）第六章凝结与沸腾换热（2学时）第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性（4学时）第八章辐射换热计算（6学时）第九章传热过程分析与换热器计算（8学时）成绩权重：考试 70%，作业30％。
c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。如何解释其道理？越厚越好？
d 为什么下雪不冷、化雪冷？
为什么水壶的提把要包上橡胶？
不同材质的汤匙放入热水中，哪个黄油融解更快？
生产技术领域大量存在传热问题
a 航空航天：高温叶片气膜冷却与发汗冷却；火箭推力室的再生冷却与发汗冷却；卫星与空间站热控制；空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷却；核热火箭、电火箭；微型火箭（电火箭、化学火箭）；太阳能高空无人飞机
❖ 自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍

传热学课件-清华大学 (1)

[导入与导出净热量] + [内热源发热量] = [热力学能的增加] 1、导入与导出微元体的净热量
dτ 时间内、沿 x 轴方向、经 x 表面导入的热量：
dQx = qx ⋅ dydz ⋅ dτ [J]
dτ 时间内、沿 x 轴方向、
经 x+dx 表面导出的热量：
dQx+dx = qx+dx ⋅ dydz ⋅ dτ [J]
物体的温度场通常用等温面或等温线表示
三、温度梯度（Temperature gradient）
等温面上没有温差，不会有热传递
不同的等温面之间，有温差，有导热
∆t ≠ ∆t ∆n ∆s
温度梯度：沿等温面法线方向上的温度增量与法向距离比值的极限，gradt
grad t = Lim ∆t n = ∂t n ∆n→0 ∆n ∂n
(2) 非金属的热导率：非金属的导热：依靠晶格的振动传递热量；比较小
建筑和隔热保温材料： λ ≈ 0.025 ~ 3 W (mD C)
T ↑⇒ λ ↑
大多数建筑材料和绝热材料具有多孔或纤维结构多孔材料的热导率与密度和湿度有关
ρ ↓ 、湿度 ↓ ⇒ λ ↓
保温材料：国家标准规定，温度低于350度时热导率小于 0.12W/(mK) 的材料（绝热材料）
j
− λ ∂t k
∂z
qx
=
−λ
∂t ∂x
;
qy
=
−λ
∂t ∂y
;
qz
=
−λ
∂t ∂z
注：傅里叶定律只适用于各向同性材料各向同性材料：热导率在各个方向是相同的
有些天然和人造材料，如：石英、木材、叠层塑料板、叠层金属板，其导热系数随方向而变化

《热工基础》绪论PPT

年中国世界先进
g / kW. h
1960 1970 600 502
1980 1991 1997 448 424 408
2006 366 305
600 500 400 300 200 100 0 1960 1970 1980 1991 1997 2006 中国世界先进
二Hale Waihona Puke 火力发电厂生产过程火力发电厂: 利用燃料燃烧放热生产电能的工厂
风能
风车
水力能
水水力车机械
化学能
核能
燃裂聚烧变变
地热能
传热
太阳能
光热光电反应
热
热机
温差发电
能 (95%)
磁流体发电热用户
机械能
发电机
电动机
电
能
太阳能发电
秦山核电站
西藏羊八井地热发电站
《热工基础及应用》
课程性质
岗位群
火电厂集控运行值班员、巡视员
专业
火电厂集控运行
课程
热工基础及应用(职业能力核心课程)
本课程为火电厂集控运行专业的职业能力核心课程，是针对大中型火力发
电厂运行与管理等岗位职业能力培养而设置的课程，旨在为大中型火电厂培养具有运行操作基本技能、确保热力设备安全、经济运行的高素质技能型专门人才。
传热过程是由导热、热对流、
热辐射三种基本方式组合形成的
三、本课程主要内容及研究方法
（二）热工学主要研究方法
宏观方法为主，微观方法为辅
①宏观方法:即不考虑物质的微观结构，而是
从宏观现象出发来描述客观规律。用宏观物理量

第一章绪论热工基础

本章提要及安排本章提要:本章阐明热力学系统（热力系）的定义及其描述，着重介绍热力系的平衡状态的概念，描述平衡状态的基本状态参数比体积、压力和温度，及体现三者相互关系的状态方程式。

定义了热力系的准平衡过程并对热力循环作了初步的介绍．本章要求:1．了解热力系的定义，平衡状态的概念和应满足的平衡条件。

2．掌握基本状参数p、v、T 的定义、计量及不同单位间的换算。

3．了解准平衡过程的定义及提出准平衡过程的意义和作用。

4．对不同的热力循环及其作用建立起初步的概念。

学习建议：本章学习时间建议共4学时：1．热力系及其描述 1学时2．基本状态参数 1学时3．状态方程式，状态参数坐标图 1学时4．热力过程及热力循环1学时1.1 热力系及其描述本节知识点：热力系平衡状态状态参数的特性本节疑问解答：思考题1.1.1思考题1.1.2思考题1.1.3思考题1.1.4思考题1.1.5本节基本概念：热力系外界界面开口系控制容积简单热力系绝热系孤立系可压缩系统简单可压缩系统热源尺度量强度量热力状态参数力学状态参数1.1.1 热力系在对一个现象或—个过程进行分析时为了确定研究的对象，规划出研究的范围，常从若干物体中取出需要研究的部分．这种被取出的部分叫做热力学系统，简称热力系。

热力系以外的物质世界统称为外界（或环境）。

热力系与外界的分界面叫做界面（或边界）。

所谓热力系，即是由界面包围着的作为研究对象的物体的总和。

热力系与外界之间的界面可以是真实的，也可以是假拟的，可以是固定的，也可以是运动的。

在一般情况下，热力系与外界处于相互作用中，彼此可交换能量(如热量及各种形式的功)及物质。

按热力系与外界进行物质交换的情况可将热力系分类为：闭口系(或闭系)——热力系与外界无物质交换，或者说没有物质穿过边界。

此时．热力系内部的质量将保持不变，称为控制质量(C.M.)，故闭口系即是我们所研究的某“控制质量”。

开口系(或开系)——热力系与外界之间有物质交换，或者说有物质穿过边界。

热工基础课程教学大纲

《热工基础》课程教学大纲英文名称：Basis of Heat Energy Engineering一、课程说明1．课程性质《热工基础》是机械类专业的主干技术基础课程，是机械设计制造及其自动化专业、农业机械化及其自动化专业的必修专业基础课。

2．课程的目的和任务：学习本课程可使学生认识到在能源危机日趋严重的情况下节能工作的重要性，了解并掌握有关能量转换和热量传递规律方面的知识，探索提高各种热工设备热效率的技术措施，使学生能在各自以后的工作岗位上有效地开展节能技术改造工作，这是培养复合型工程技术人才科学素质的一个不可缺少的环节。

3．适应专业：本大纲适用于机械设计制造及其自动化专业、农业机械化及其自动化专业。

4．学时与学分：总学时为40学时，2学分。

5．先修课程：学习本课程，首先应学好基础课程，如《大学物理》、《流体力学》、《高等数学》等课程，这样才能很好地理解和掌握本课程的内容。

另外，学好本课程，也可为学习后续的《汽车拖拉机》、《食品工程原理》、《农产品加工机械与设备》、《农产品干燥技术》等专业课程打好基础。

6．推荐教材或参考书目：（含教材名，主编，出版社，出版年份）傅秦生，何雅玲，赵小明编著《热工基础与应用》，机械工业出版社，2003主要参考书目：蒋汉文主编（同济大学），《热工学》，高等教育出版社（第二版），1999王补宣主编，《热工基础》，高等教育出版社，1998张壁光，乔启宇编，《热工学》，中国林业出版社，1997陶文铨，李永堂主编，《工程热力学》，武汉理工大学出版社，2001朱明善等，《工程热力学》，清华大学出版社，1998曾丹苓等，《工程热力学》，高等教育出版社，19877．主要教学方法与手段：本课程主要采取课堂讲授的方法，部分章节辅以多媒体教学，加强直观感受和对实际热工设备工作过程、工作原理的理解。

8．考核方式：（说明，成绩评定办法）实行结构分，采取平时考核与考试相结合的方式，平时考核包括上课考勤、作业、实验等，占30%，考试成绩占70%。

工程热力学与传热学（第一讲）1-1、2

⼯程热⼒学与传热学（第⼀讲）1-1、2渤海⽯油职业学院⽯油⼯程系——晏炳利第⼀篇⼯程热⼒学第⼀章绪论本章主要介绍热能的利⽤、热⼒学的由来和典型能量转换装置的⼯作过程。

⽬的是使学⽣从宏观上上了解⼯程热⼒学的研究对象、基本任务、主要内容和研究⽅法等。

为在以后章节中能够联系实际的进⾏热⼒学分析。

第⼀节热能利⽤及热⼒学发展简述⼀、热能及其利⽤能源：是指为⽣产和⽣活提供各种能量和动⼒的物质资源。

⾃然界中已为⼈们可利⽤的能源有：⽔⼒能、风能、太阳能、地热能、燃料化学能、原⼦能等。

能源的开发和利⽤的程度是⼈类社会发展的⼀个重要标志。

能源的利⽤⽅式：①以机械能的形式直接利⽤（如⽔⼒能、风能）；②以热能的形式利⽤（如太阳能、地热能、燃料化学能、原⼦能等）。

热能的利⽤⽅式：①直接利⽤热能加热物体（如采暖、烘烤、冶炼、蒸煮等）；②间接利⽤。

包括：a通过热机（蒸汽机、蒸汽轮机、内燃机、燃⽓轮机、喷⽓发动机等）将热能转化为机械能；b通过发电机转化为电能。

热能通过热机转化为机械能的效率较低，早期蒸汽机的热效率为1%~2%；近代⼤型发电机的热效率也只有35%~40%。

因此，合理有效地实现热能与其他形式能量的转换，提⾼能源利⽤率是关系到社会和⼈类发展的重要课题。

⼆、热⼒学的发展简史古代——钻⽊取⽕。

最简单的由机械能转化为热能。

南宋时期——利⽤⽕焰的热⼒来产⽣机械能驱动⾛马灯旋转。

利⽤⽕药燃烧产⽣的喷⽓推动⽕箭飞⾏。

近300年来，⼈们从观察和实验中逐步总结出热现象的规律，形成了热现象的宏观理论—热⼒学。

热⼒学定义：是⼀门研究与热现象有关的能量、物质和它们之间相互作⽤规律的科学。

热⼒学是在研究如何提⾼热机的效率和制造性能更好的热机的基础上发展起来的。

其突出事件有：①18世纪前，⼈们没有正确的、科学的热理论；②1714年，法伦海特建⽴了华⽒温标，使热学⾛上了实验科学发展的道路，并产⽣了“热质学说”。

该学说认为热是⼀种能流动的没有质量的物质（称为热质），它可以进⼊⼀切物体中，不⽣不灭，物体的冷与热取决于物体中含热质的多少。

清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(9)第八章-传热学绪论

方向传递。
tw1
热流量：单位时间传导的热量,W
tw2
Atw1 tw2
: 材料的热导率（导热系数）： 0
表明材料的导热能力，W/(m·K)。
x
编辑课件
3
热流密度 q :单位时间通过单位面积的热流量
qtw1tw2
A
Atw1 tw2
tw1 t w 2
tw1 tw 2 R
A
R A
称为平壁的导热热阻，表示物体对导热的阻力，单位为K/W 。
编辑课件
10
微波： 103 m < < 106 m
微波炉就是利用微波加热食物，因微波可穿透塑料、玻璃和陶瓷制品，但会被食物中水分子吸收，产生内热源，使食品均匀加热。
热辐射: 由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象。
理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但在日常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射的波长主要在0.1m至100m之间,包括部分紫外线、可见光和部分红外线三个波段。
编辑课件
7
表1-1 一些表面传热系数的数值范围
对流换热类型空气自然对流换热水自然对流换热空气强迫对流换热水强迫对流换热水沸腾水蒸气凝结
表面传热系数 h /[W /( m2K]) 1～10
100～1 000 10～100
100～15 000 2500～35 000 5000～25 000
（1）热量从高温流体以对流换热（或对流换热
＋辐射换热）的方式传给壁面；
（2）热量从一侧壁面以导热的高
方式传递到另一侧壁面；
温
固体
低温
（3）热量从低温流体侧壁面以流
流
对流换热（或对流换热＋辐射体壁体

清华大学热工基础课件工程热力学加传热学第一章

pv RT
17
（3）状态参数坐标图以独立状态参数为坐标的坐标图。在以两个独立状态参数为坐标的平面坐
标图上，每一点都代表一个平衡状态。
18
1-4 准平衡过程和可逆过程
（1）热力过程系统由一个状态到达另一个状态的变化过程。
19
（2）准平衡过程（准静态过程）
所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。
热力学温标取水的三相点为基准点，并定义其温度为273.16 K。温差1K相当于水的三相点温度的1/273.16。
热力学温标与摄氏温标的关系：温差:1 K = 1 ℃
t = T – 273.15 K 14
国际单位制（SI）采用热力学温度T作为基本状态参数。 4) 温度的测量
a. 接触式水银温度计、酒精温度计热电偶、电阻温度计等。
闭口系统
边界外界
4
（2）开口系统
与外界有物质交
进口
换的系统。系统的容
积始终保持不变，也
称为控制容积系统。
（3）绝热系统与外界没有热量交换的系统。出口
（4）孤立系统
与外界既无能量（功、热量）交换又无物质交换的系统。
5
1-2 平衡状态及基本状态参数
1. 平衡状态
（1）状态（热力状态）
系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为系统的热力状态，简称状态。
9
压力测量：
绝对压力 p、大气压力pb、表压力pe、真空度pv
p =pb +pe
p =pb -pv
只有绝对压力 p 才是状态参数。
10
（2）温度
1）温度的物理意义
温度是反映物体冷热程度的物理量。温度的高低反映物体内部微观粒子热运动的强弱。

2019-清华大学热工基础课件工程热力学加传热学10第九章-导热、稳态导热、非稳态、数值解法-文档资料

常见的边界条件分为以下三类:
(a) 第一类边界条件
给出边界上的温度分布及其随时间的变化规律：
twf,x,y,z
(b) 第二类边界条件
给出边界上的热流密度分布及
其随时间的变化规律：
t
qw
qw
t n
w
t n w
qw
n
26
用电热片加热物体表面可实现第二类边界条件。
如果物体的某一表面是绝热的, 即qw = 0 , 则
界条件。 27
上式描述的第三类边界条件是线性的, 所以也称为线性边界条件，反映了导热问题的大部分实际情况。
如果导热物体的边界处除了对流换热还存在与周围环境之间的辐射换热, 则边界面的热平衡表达式为
nt whtwtf qr
qr 为物体边界面与周围环境之间的净辐射换热热
流密度，它与物体边界和周围环境的温度和辐射特性有关, 是温度的复杂函数。这种对流换热与辐射换热叠加的复合换热边界条件是非线性的边界条件。
❖ 导热微分方程式与单值性条件一起构成具体导热过程完整的数学描述。
❖ 单值性条件一般包括：几何条件、物理条件、时间条件、边界条件。
24
1)几何条件说明参与导热物体的几何形状及尺寸。几何条件决定温度场的空间分布特点和分析时所采用的坐标系。
2)物理条件说明导热物体的物理性质, 例如物体有无内热源以及
t 、 t 、 t 分别为x、y、z 方向的偏导数; i、j、k 分 x y z 别为x、y、z 方向的单位矢量。
（4）热流密度 (heat flux)
q d dA
热流密度的大小和方向可以
用热流密度矢量q 表示
nt
dA q
d
q d n
dA

《热工基础》第一讲_661605842

能源分类
3）按能否再生分类：可再生能源：水能、太阳能、风能、海洋能、生物质能、地热能等；非再生能源：煤、石油、天然气、核能等。
4）按是否产生污染分类：清洁能源：太阳能、风能、水能、海洋能等。非清洁能源：煤、石油、天然气等。
环境污染
我国有57%的城市空气中总悬浮颗粒超标；有48个大中城市空气中的SO2浓度超标；有82%城市出现过酸雨；我国的CO2排放量居世界第一；
课程主要教学内容
第六章动力装置循环及制冷装置循环 6-1 涡轮喷气发动机循环 6-2 涡扇、涡轴发动机循环* 6-3 活塞式内燃机循环* 6-4 空气压缩式制冷循环 6-5 飞机座舱舱内温、湿度控制
课程主要教学内容
第二篇传热学第七章导热 7-1 导热理论基础——傅里叶定律 7-2 导热微分方程 7-3 稳态导热 7-4 非稳态导热 7-5 导热问题的数值解法基础*
• 燃油带走PAO液冷回路，液压及润滑系统热量；
• 燃油冷却器将燃油热量排放给冲压空气。
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热科学：研究热能、热量及热现象的科学
热学
工程热
力学
热科学
传热学
热测试
燃烧学
● 热学：研究自然界中物质与冷热有关的性质及这些性质变化的规律。
● 工程热力学：研究能量转换（热功转换）的规律及提高能量转换效率的途径。
1. 能量
能量与能源
能量是物质运动的度量。世界是由物质构成的，一切物质都处于运动状态，
所以一切物质都具有能量。能量是人类社会进步的动力。
能量的主要形式
机械能：宏观物体的动能与势能；热能：物质分子热运动动能与位能之和；不涉及
化学变化和核反应的热力学能，也称为内热能；电能：与电荷的运动和积蓄有关的能量。化学能：通过化学反应释放的能量。核能：通过核反应释放的能量。辐射能：物体以电磁波的形式发射的能量。

清华大学热工基础课件工程力学加传热学绪论

全世界关注的5大问题： 1）能源 2）人口 3）粮食 4）环境 5）资源
能源建设也是我国四化建设的战略重点之一。
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5
（3）我国能源利用的现状及主要问题
正常情况下，每个国家能源消费总量及增长速度与其国民经济总产值及增长速度成正比，而能源的人均消费量的多少则反映国民生活水平的高低。
500
400
300
200
100
0 1960
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1970
1980
1991
1997
中国世界先进
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3）环境污染严重
工业的发展带来了严重的环境污染，据调查，
我国57%的城市空气中总悬浮颗粒超标； 48个大中城市空气中的SO2浓度超标； 82%城市出现过酸雨；
我国的CO2排放量仅次于美国，居世界第二，占世界总排放量的13.6%。
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0-2 热工基础的研究内容
热工基础
（热工理论基础）
工程热力学篇传热学篇
主要研究内容：
热工基础主要研究热能利用的基本规律以及热能利用过程及自然界所有热现象中热量传递的基本规律。
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1.工程热力学的研究内容与研究方法
（1）研究内容
工程热力学主要研究热能和机械能之间相互转换的规律及提高能量转换经济性的途径和技术措施。（举例）
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热工基础课程的学习主要有两个目的
（1）掌握工程热力学的基本概念、基本定律和基本分析方法，掌握热能和机械能之间相互转换的规律及提高转换经济性的方法和技术措施，树立节约能源、合理用能的观念；
（2）掌握传热学的基本概念、基本理论与基本分析计算和实验研究方法，为今后研究、处理、解决实际的传热工程问题奠定必要的技术理论基础。

热工基础一绪论能量与能源能量是物质运动的度量

（2）研究方法工程热力学采用经典热力学的宏观研究方法，还普遍采用抽象、概括、理想化和简化处理方法。（举例说明）
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热机工作过程示意图
过热蒸汽发电机
高温热源吸热Q1 作功W 热机机械能放热Q2 低温热源
锅炉
汽轮机
循环水
乏汽
冷凝器
水泵冷却水
如何提高热机的热能利用率（热效率）是工程热力学的主要研究内容之一。
例如：我国2012年探明的煤炭可开采储量位于世界第三位，但是由于我国拥有13亿人口，所以人均储量远低于世界平均水平。
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2）能源开发利用设备和技术落后，能源利用效率低，浪费严重
我国能源的终端利用效率为32 ％～33％；发达国家能源的终端利用效率大于42％。我国每万元GDP的能耗是日本平均比发达国家高 40％左右。
热能利用的基本方式
（1）热利用：烧饭、采暖、烘干、熔炼等；
（2）动力利用：通过热机将热能转换成机械能或者再通过发电机转换成电能加以
利用。
由于热能转换为机械能的有效利用程度（即热机的热效率）较低，早期蒸汽机的热效率只有1 ％ 2％，现代燃气轮机装置的热效率只有 37％42％，蒸汽电站的热效率也只有40％左右。因此，如何更有效地实现热能和机械能之间的转换，提高热机的热效率，是十分重要的课题。
绪论
0-1 能量与能源
1.能量
能量是物质运动的度量。世界是由物质构成的，一切物质都处于运动状态，所以一切物质都具有能量。
能量是人类社会进步的动力。
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能量的主要形式 :
机械能 : 物体的动能与势能；热能：物质分子热运动动能与位能之和，即不涉及化学变化和核反应的热力学能，也称为内热能；电能：与电荷的运动和积蓄有关的能量；化学能：通过化学反应释放的能量；

清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(4)第三章

pV mRgT
物质的多少还以物质的量（摩尔数）来衡量。物质的量：n ，单位： mol（摩尔）。摩尔质量： M ，1 mol物质的质量，kg/mol。
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物质的量与摩尔质量的关系： n m M
摩尔质量与气体的相对分子量之间的关系：
1 kmol物质的质量数值与气体的相对分子质量的数值相同。
MO2 = 32.0010-3 kg/mol MN2 = 28.0210-3 kg/mol
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2) 理想气体的熵
根据熵的定义式及热力学第一定律表达式，
可得
ds q du pdv du p dv
Τ
T
TT
ds q dh vdp dh v dp
T
T
TT
对于理想气体，
du cV dT , dh cpdT , pv RgT
代入上面两式，可得
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ds
cV
dT T
Rg
dv v
ds
cp
dT T
Rg
dp p
比热容为定值时，分别将上两式积分，可得
代入
s
cV ln
T2 T1
Rg ln
v2 v1
s
c
p
ln
T2 T1
Rgln
p2 p1
pv RgT和迈耶公式cp cV=Rg ，得 21
结论：
s
cV ln
p2 p1
cpln
v2 v1
（1）理想气体比熵的变化完全取决于初态和终态，与过程所经历的路径无关。这就是说，理想气体的比熵是一个状态参数。
M空气 = 28.96 10-3 kg/mol
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摩尔体积 Vm ：1 mol物质的体积， m3/mol。