1_高等工程热力学
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学第二定律。开尔文根据卡诺定理制定了“热力学温 标”, 提出了“能量贬值原理”。 克劳修斯提出了“转换当量”、1865年被改称为“熵”的 热力学函数。(建立热力学第二定律)
高等工程热力学
热力学基本定律的建立
1906年, 能斯特(Walther Nernst,
1864-1941)提出了一个“热定理”，
11
高等工程热力学
教学参考书
z 陈宏芳, 杜建华. 高等工程热力学. 清华大学出版社, 2003 z 谢锐生著; 关德相, 李荫亭, 杨岑, 译. 热力学原理. 人民教育出 版社, 1981 z 苏长荪. 高等工程热力学. 高等教育出版社, 1987 z 童景山. 流体的热物理性质. 中国石化出版社, 1996 z Adrian Bejan. Advanced Engineering Thermodynamics, 3rd, Wiley, 2006 z Dilip Kondepudi, Ilya Prigogine. Modern Thermodynamics. Wiley, 1998
12
高等工程热力学
对温度和热的认识
z 火：区别于动物的开始, 利用热能的第一步；
z 400年前, 仍缺乏对温度和热量的科学认识 ；
zΒιβλιοθήκη Baidu量热学的诞生
¾ 16世纪末, 伽利略(Galileo Galilei, 1564-1642)制造了第一 支温度计(开放式液体温度计), 空气受热膨胀
¾ 斐迪南II(Grossherzog Ferdinand II)于1654年用酒精装在 玻璃管里制造了第一支封闭式温度计
化石能源
有机物
粉尘
光化学 重金属
烟雾
PM2.5
5
高等工程热力学
能源的高效利用: 先进能量系统, 余热利用, 能量系 统优化, 节能理论及技术, 储能等。
能源的清洁利用: 碳捕集与储存, 富氧燃烧, 清洁燃 烧, 脱硫脱硝等。
新能源利用: 太阳能, 地热能, 生物质能等
6
高等工程热力学
工程热力学(Engineering Thermodynamics)是一门 研究热能与机械能相互转换规律的科学 。
热力学基本定律的建立
z 1763年, 瓦特(James Watt, 1736-1819)对蒸汽机作了 重要改进，推动了工业革命; 提高蒸汽机效率问题－ 热力学的诞生
高等工程热力学
热力学基本定律的建立
z 1824年,卡诺(Sadi Carnot, 1796-1832) 发 表 《 论 火 的 动力及产生这种动力的机 器》, 热机必须工作在两 个热源之间，从高温热源 吸热，向低温热源放热， 才能有效作功，得出可逆
2014-9-16
14
高等工程热力学
对温度和热的认识
z 热运动说：热是一种运动的表现形式。
z 培根(Francis Bacon, 1561-1626) 根据摩擦发热、双方温度 都升高, 认为热是物质微小粒子的运动。
z 1798年, 伦福德(Count Rumford, 1753-1814)论文认为制造 枪炮切下的碎硝温度很高, 不断工作高温碎硝也不断产生。 由此推断, 热是运动, 而非热质。
2
高等工程热力学 能源是支撑人类文明进步的物质基础。 能源是国家的重大战略问题。
3
高等工程热力学
风 能 燃
水 能
化 学 能
核 能
地 热 能
料 电 池
风 车
水水 轮车 机
燃 烧
聚裂 变变
热能
太
阳
能
光转 热换
光 电 转
换
机械能
发
电
电
动
机
机
热机
90%
电能
4
酸
雨
SO2
NOx
高等工程热力学
全球变暖 CO2
把热力学理论应用到低温量热 实 验 和 化 学 反 应 中 ， 1912 年 改 称热力学第三定律，这个定律 常被简单表述为：不能用有限 多次的过程达到热力学绝对零 度。(建立热力学第三定律)
1920年Noble化学奖得主
高等工程热力学
热力学基本定律的建立
18 世 纪 , Glasgow 的 医 学 和 化 学 教 授 布 莱 克 (Joseph Black, 1728-1799)发现热平衡时物体各部分的温度相等；
¾ 18~19世纪十分盛行, 很多著名学者如Jean-Baptiste-Joseph Fourier (1768-1830), Pierre-Simon de Laplace (1749-1827), Simeon-Denis Poisson(1781-1840)都支持热质说
¾ 1824年卡诺(Sadi Carnot, 1796-1832)发表了题为“论火的动 力及产生这种动力的机器”的论文，奠定了热力学第二定律 的基础，其证明方法也基于热质说
¾ 1714年华氏(D. Fahrenheit, 1686-1736)和1742年摄氏(A. Celsius, 1704-1744)各自选定了温标以后, 温度测量才有了 公认的标准，发展了量热技术。
2014-9-16
13
高等工程热力学
对温度和热的认识
z 热量的本质
¾ 热质说(caloric theory of heat)：热是没有质量的流质(“热 质”)，从温度高的物体流向温度低的物体，在传递过程中 热质总量不变，物体的温度是物体储存“热质”多少的表示
高等工程热力学
统计热力学的发展
1858年, 克劳修斯引进分子的“平均自由程”概念；
1859年, 麦克斯韦发表《气体动力理论的说明》, 导出 气体分子的速度分布规律； 玻耳兹曼(L. Boltzmann, 1844-1906)将麦克斯韦速度 分布律引进重力场, 得到能量均分定理； 1902年, 吉布斯《统计力学的基本原理》, 创立系综统 计法； 1900年, 普朗克提出量子概念后, 统计热力学伴随着量 子力学的发展而共同发展
10
高等工程热力学
考核方式与要求
z 讲课为主, 平时作业, 随堂小测验, 答疑 z 期末考试(50%), 期中考试(15%), 平时作业(25%), 报告(10%); z 考核注重: 知识的理解与综合运用, 熟练运用方法解决问题的 能力, 计算能力; z 平时作业: 5次, 请独立完成, 不要抄袭; z 综合报告: 热力学专题的讨论或计算量较大的设计题目; z 上课抽查点名, 随堂小测验也用于考勤。
9
高等工程热力学
高等工程热力学的教学目标
z 基础性: 巩固和深化热力学基本概念和基本定律的理解, 在整 个科学体系中, 热力学处于非常基础的地位, 最重要的是其思想 方法 ; z 前沿性: 研究生课程的要求, 介绍一些热力学研究的最新进展 和前沿问题, 培养学生探索前沿问题的兴趣; z 应用性: 加强理论与实际的联系, 强化常见热力学问题的研究 方法, 提高应用热力学知识解决实际问题的能力 .
z 1799年, 戴维(Humphry Davy, 1778-1829)的实验支持了热 是一种运动的说法 。
z 1847年, 焦耳(James Prescott Joule, 1818-1889)热功当量实 验公布, 奠定热力学第一定律基础, 也使热质说寿终正寝 。
2014-9-16
15
高等工程热力学
高等工程热力学
高等工程热力学
Advanced Engineering Thermodynamics
绪论
机械与储运工程学院 刘强
高等工程热力学
教师简介
2014年1月毕业于清华大学工程热物理专业, 讲师 研究方向: 流体的热物理性质, 可再生能源利用, 电厂节能理论 办公地址: 中油大厦南楼421 电话: 13811443523 Email: qliu@cup.edu.cn; qliuenergy@gmail.com 课件或作业上传至: gdgcrlx107@163.com;密码:gdgcrlx@107
热机效率为最高。奠定了 热力学第二定律的基础
高等工程热力学
热力学基本定律的建立
1842年, 迈尔(Julius Robert Mayer, 1814-1878)首先 提出能量守恒, 认为热运动是能量的一种形式, 可与 机械能相互转化。从空气的定压比热与定容比热之 差, 算出热的功当量。
1840～1850年, 焦耳(James Prescott Joule, 18181889)用多种实验方法测定了“热功当量”, 确定了热
z 热力学基本定律的综合理解与应用; z 复杂能量系统的分析; z 热力系统的描述方法; z 系统的稳定与平衡; z 工质实际热物理性质的表征及计算方法。
虽名为《高等工程热力学》,其实只是深邃的热力学入门
8
高等工程热力学
高等工程热力学的教学内容
z 在《工程热力学》基础上, 深化基本概念和热力学基础定律, 强化热力学研究方法和思维方法, 明确研究范畴和应用对象 ; z 能量系统的热力学分析方法, 能量的梯级利用, 节能理论; z 纯净流体的状态方程及热力性质的计算; z 基于热力学一般关系式认识均相系物质的热力学平衡性质, 利 用平衡稳定性原理分析均相系相变, 系统讨论单元系、二元系相 平衡, 了解临界现象; z 统一性角度讨论相平衡与化学平衡, 用统计力学揭示物质宏观 与微观性质的联系。
高等工程热力学
对物质热物理性质的认识
z 1660年, 玻义耳(Robert Boyle，1627-1691) 发现等温条 件下, 气体的压力和体积成反比 z 马略特(Edme Mariotte, 1620-1684)同样发现了这一规律 z 查理(Jacques Charles, 1746-1823)发现在定压条件下, 气 体的体积和温度成正比 z 1811年, 阿弗加德罗(Amedeo Avogadro, 1776-1856)提出 了其著名假说 z 1840年, 克拉珀龙(E. Clapeyron)提出理想气体状态方程
1868年, 麦克斯韦(James Clerk Maxwell, 1831-1879)定 义了一个物体的温度是根据它与其它物体达到热平衡 而表现出的热性能。表述为: 两个物体的温度分别与第 三个物体的温度相等, 则这两个物体的温度彼此也必然 相等。 1931年被尊称为热力学第零定律，以确认科学地建立 温标的重要性。(建立热力学第零定律)
z 能源转换中的基本概念和原理(热力学第一定律、第二定律); z 基本的热力过程; z 工质的性质(理想气体、水); z 热力循环, 热能与机械能相互转换的基本规律。
7
高等工程热力学
高等工程热力学(Advanced Engineering Thermodynamics) 深化理解和应用热能与机械能相互转换中的规律, 认 识物质世界本身 。
是能量的一种形式。(确立热力学第一定律)
高等工程热力学
热力学基本定律的建立
1849年, 开尔文(Lord Kelvin, 1824-1907)指出卡诺论 证卡诺原理时用的热质说与焦耳的实验结果矛盾 1850年, 克劳修斯(Rudolf Clausius, 1822-1888)协调了 卡诺原理与焦耳实验的矛盾 克劳修斯在1850年、开尔文在1851年各自表述了热力
高等工程热力学
对物质热物理性质的认识
z 1873年, 荷兰人范德瓦耳斯(Johannes Diderik van der Waals, 1837-1923)提出了著名的范德瓦耳斯方程; z 其后的100多年里, 至少有数以千计的状态方程被提出 ; z 1875年, 美国耶鲁大学教授吉布斯(J.W. Gibbs, 18391903)在《论多相物质平衡》论文中提出了“相律”, 拓宽了 热力学的领域, 在十九世纪末导致一门新兴学科⎯物理化 学的诞生
高等工程热力学
热物理性质研究领域的Noble奖得主
z 1910年, J D van der Waals(1837-1923) , 流体状态方程(1873年) z 1913年, Heike Kamerlingh Onnes(1853-1926) 低温物性的研究, 液化He, 发现“超导”, virial方程； z 1946年, Percy Williams Bridgman (1882-1961), 发现了冰的多 个相态； z 1982年, Kenneth G. Wilson(1936-), 重正化群理论(1970-1972 年)； z 1978年, Pyotr L. Kapitsa(1894-1984), 发现4He的超流现象 (1937年) z 1962年, Lev. D. Landau(1908-1968), 超流现象理论研究 z 1996 年 , David M. Lee(1931-), R.C. Richardson(1937-) 和 Douglus D. Osheroff(1945-) , 3He超流(70年代初)
高等工程热力学
热力学基本定律的建立
1906年, 能斯特(Walther Nernst,
1864-1941)提出了一个“热定理”，
11
高等工程热力学
教学参考书
z 陈宏芳, 杜建华. 高等工程热力学. 清华大学出版社, 2003 z 谢锐生著; 关德相, 李荫亭, 杨岑, 译. 热力学原理. 人民教育出 版社, 1981 z 苏长荪. 高等工程热力学. 高等教育出版社, 1987 z 童景山. 流体的热物理性质. 中国石化出版社, 1996 z Adrian Bejan. Advanced Engineering Thermodynamics, 3rd, Wiley, 2006 z Dilip Kondepudi, Ilya Prigogine. Modern Thermodynamics. Wiley, 1998
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高等工程热力学
对温度和热的认识
z 火：区别于动物的开始, 利用热能的第一步；
z 400年前, 仍缺乏对温度和热量的科学认识 ；
zΒιβλιοθήκη Baidu量热学的诞生
¾ 16世纪末, 伽利略(Galileo Galilei, 1564-1642)制造了第一 支温度计(开放式液体温度计), 空气受热膨胀
¾ 斐迪南II(Grossherzog Ferdinand II)于1654年用酒精装在 玻璃管里制造了第一支封闭式温度计
化石能源
有机物
粉尘
光化学 重金属
烟雾
PM2.5
5
高等工程热力学
能源的高效利用: 先进能量系统, 余热利用, 能量系 统优化, 节能理论及技术, 储能等。
能源的清洁利用: 碳捕集与储存, 富氧燃烧, 清洁燃 烧, 脱硫脱硝等。
新能源利用: 太阳能, 地热能, 生物质能等
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高等工程热力学
工程热力学(Engineering Thermodynamics)是一门 研究热能与机械能相互转换规律的科学 。
热力学基本定律的建立
z 1763年, 瓦特(James Watt, 1736-1819)对蒸汽机作了 重要改进，推动了工业革命; 提高蒸汽机效率问题－ 热力学的诞生
高等工程热力学
热力学基本定律的建立
z 1824年,卡诺(Sadi Carnot, 1796-1832) 发 表 《 论 火 的 动力及产生这种动力的机 器》, 热机必须工作在两 个热源之间，从高温热源 吸热，向低温热源放热， 才能有效作功，得出可逆
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高等工程热力学
对温度和热的认识
z 热运动说：热是一种运动的表现形式。
z 培根(Francis Bacon, 1561-1626) 根据摩擦发热、双方温度 都升高, 认为热是物质微小粒子的运动。
z 1798年, 伦福德(Count Rumford, 1753-1814)论文认为制造 枪炮切下的碎硝温度很高, 不断工作高温碎硝也不断产生。 由此推断, 热是运动, 而非热质。
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高等工程热力学 能源是支撑人类文明进步的物质基础。 能源是国家的重大战略问题。
3
高等工程热力学
风 能 燃
水 能
化 学 能
核 能
地 热 能
料 电 池
风 车
水水 轮车 机
燃 烧
聚裂 变变
热能
太
阳
能
光转 热换
光 电 转
换
机械能
发
电
电
动
机
机
热机
90%
电能
4
酸
雨
SO2
NOx
高等工程热力学
全球变暖 CO2
把热力学理论应用到低温量热 实 验 和 化 学 反 应 中 ， 1912 年 改 称热力学第三定律，这个定律 常被简单表述为：不能用有限 多次的过程达到热力学绝对零 度。(建立热力学第三定律)
1920年Noble化学奖得主
高等工程热力学
热力学基本定律的建立
18 世 纪 , Glasgow 的 医 学 和 化 学 教 授 布 莱 克 (Joseph Black, 1728-1799)发现热平衡时物体各部分的温度相等；
¾ 18~19世纪十分盛行, 很多著名学者如Jean-Baptiste-Joseph Fourier (1768-1830), Pierre-Simon de Laplace (1749-1827), Simeon-Denis Poisson(1781-1840)都支持热质说
¾ 1824年卡诺(Sadi Carnot, 1796-1832)发表了题为“论火的动 力及产生这种动力的机器”的论文，奠定了热力学第二定律 的基础，其证明方法也基于热质说
¾ 1714年华氏(D. Fahrenheit, 1686-1736)和1742年摄氏(A. Celsius, 1704-1744)各自选定了温标以后, 温度测量才有了 公认的标准，发展了量热技术。
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高等工程热力学
对温度和热的认识
z 热量的本质
¾ 热质说(caloric theory of heat)：热是没有质量的流质(“热 质”)，从温度高的物体流向温度低的物体，在传递过程中 热质总量不变，物体的温度是物体储存“热质”多少的表示
高等工程热力学
统计热力学的发展
1858年, 克劳修斯引进分子的“平均自由程”概念；
1859年, 麦克斯韦发表《气体动力理论的说明》, 导出 气体分子的速度分布规律； 玻耳兹曼(L. Boltzmann, 1844-1906)将麦克斯韦速度 分布律引进重力场, 得到能量均分定理； 1902年, 吉布斯《统计力学的基本原理》, 创立系综统 计法； 1900年, 普朗克提出量子概念后, 统计热力学伴随着量 子力学的发展而共同发展
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高等工程热力学
考核方式与要求
z 讲课为主, 平时作业, 随堂小测验, 答疑 z 期末考试(50%), 期中考试(15%), 平时作业(25%), 报告(10%); z 考核注重: 知识的理解与综合运用, 熟练运用方法解决问题的 能力, 计算能力; z 平时作业: 5次, 请独立完成, 不要抄袭; z 综合报告: 热力学专题的讨论或计算量较大的设计题目; z 上课抽查点名, 随堂小测验也用于考勤。
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高等工程热力学
高等工程热力学的教学目标
z 基础性: 巩固和深化热力学基本概念和基本定律的理解, 在整 个科学体系中, 热力学处于非常基础的地位, 最重要的是其思想 方法 ; z 前沿性: 研究生课程的要求, 介绍一些热力学研究的最新进展 和前沿问题, 培养学生探索前沿问题的兴趣; z 应用性: 加强理论与实际的联系, 强化常见热力学问题的研究 方法, 提高应用热力学知识解决实际问题的能力 .
z 1799年, 戴维(Humphry Davy, 1778-1829)的实验支持了热 是一种运动的说法 。
z 1847年, 焦耳(James Prescott Joule, 1818-1889)热功当量实 验公布, 奠定热力学第一定律基础, 也使热质说寿终正寝 。
2014-9-16
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高等工程热力学
高等工程热力学
高等工程热力学
Advanced Engineering Thermodynamics
绪论
机械与储运工程学院 刘强
高等工程热力学
教师简介
2014年1月毕业于清华大学工程热物理专业, 讲师 研究方向: 流体的热物理性质, 可再生能源利用, 电厂节能理论 办公地址: 中油大厦南楼421 电话: 13811443523 Email: qliu@cup.edu.cn; qliuenergy@gmail.com 课件或作业上传至: gdgcrlx107@163.com;密码:gdgcrlx@107
热机效率为最高。奠定了 热力学第二定律的基础
高等工程热力学
热力学基本定律的建立
1842年, 迈尔(Julius Robert Mayer, 1814-1878)首先 提出能量守恒, 认为热运动是能量的一种形式, 可与 机械能相互转化。从空气的定压比热与定容比热之 差, 算出热的功当量。
1840～1850年, 焦耳(James Prescott Joule, 18181889)用多种实验方法测定了“热功当量”, 确定了热
z 热力学基本定律的综合理解与应用; z 复杂能量系统的分析; z 热力系统的描述方法; z 系统的稳定与平衡; z 工质实际热物理性质的表征及计算方法。
虽名为《高等工程热力学》,其实只是深邃的热力学入门
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高等工程热力学
高等工程热力学的教学内容
z 在《工程热力学》基础上, 深化基本概念和热力学基础定律, 强化热力学研究方法和思维方法, 明确研究范畴和应用对象 ; z 能量系统的热力学分析方法, 能量的梯级利用, 节能理论; z 纯净流体的状态方程及热力性质的计算; z 基于热力学一般关系式认识均相系物质的热力学平衡性质, 利 用平衡稳定性原理分析均相系相变, 系统讨论单元系、二元系相 平衡, 了解临界现象; z 统一性角度讨论相平衡与化学平衡, 用统计力学揭示物质宏观 与微观性质的联系。
高等工程热力学
对物质热物理性质的认识
z 1660年, 玻义耳(Robert Boyle，1627-1691) 发现等温条 件下, 气体的压力和体积成反比 z 马略特(Edme Mariotte, 1620-1684)同样发现了这一规律 z 查理(Jacques Charles, 1746-1823)发现在定压条件下, 气 体的体积和温度成正比 z 1811年, 阿弗加德罗(Amedeo Avogadro, 1776-1856)提出 了其著名假说 z 1840年, 克拉珀龙(E. Clapeyron)提出理想气体状态方程
1868年, 麦克斯韦(James Clerk Maxwell, 1831-1879)定 义了一个物体的温度是根据它与其它物体达到热平衡 而表现出的热性能。表述为: 两个物体的温度分别与第 三个物体的温度相等, 则这两个物体的温度彼此也必然 相等。 1931年被尊称为热力学第零定律，以确认科学地建立 温标的重要性。(建立热力学第零定律)
z 能源转换中的基本概念和原理(热力学第一定律、第二定律); z 基本的热力过程; z 工质的性质(理想气体、水); z 热力循环, 热能与机械能相互转换的基本规律。
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高等工程热力学
高等工程热力学(Advanced Engineering Thermodynamics) 深化理解和应用热能与机械能相互转换中的规律, 认 识物质世界本身 。
是能量的一种形式。(确立热力学第一定律)
高等工程热力学
热力学基本定律的建立
1849年, 开尔文(Lord Kelvin, 1824-1907)指出卡诺论 证卡诺原理时用的热质说与焦耳的实验结果矛盾 1850年, 克劳修斯(Rudolf Clausius, 1822-1888)协调了 卡诺原理与焦耳实验的矛盾 克劳修斯在1850年、开尔文在1851年各自表述了热力
高等工程热力学
对物质热物理性质的认识
z 1873年, 荷兰人范德瓦耳斯(Johannes Diderik van der Waals, 1837-1923)提出了著名的范德瓦耳斯方程; z 其后的100多年里, 至少有数以千计的状态方程被提出 ; z 1875年, 美国耶鲁大学教授吉布斯(J.W. Gibbs, 18391903)在《论多相物质平衡》论文中提出了“相律”, 拓宽了 热力学的领域, 在十九世纪末导致一门新兴学科⎯物理化 学的诞生
高等工程热力学
热物理性质研究领域的Noble奖得主
z 1910年, J D van der Waals(1837-1923) , 流体状态方程(1873年) z 1913年, Heike Kamerlingh Onnes(1853-1926) 低温物性的研究, 液化He, 发现“超导”, virial方程； z 1946年, Percy Williams Bridgman (1882-1961), 发现了冰的多 个相态； z 1982年, Kenneth G. Wilson(1936-), 重正化群理论(1970-1972 年)； z 1978年, Pyotr L. Kapitsa(1894-1984), 发现4He的超流现象 (1937年) z 1962年, Lev. D. Landau(1908-1968), 超流现象理论研究 z 1996 年 , David M. Lee(1931-), R.C. Richardson(1937-) 和 Douglus D. Osheroff(1945-) , 3He超流(70年代初)