热工基础基本概念PPT课件

学习要求
上课—做好笔记、课堂作业(出勤)； 作业—每周第一次课(周二)交作业； 成绩—平时成绩(30%)和期末成绩(70%)
相互配合，共同进步！
授课信息
教材：热工基础，主编：张学学，清华大学出 版社，2006年第二版。
办公地址：基础楼1109房间 Tel： Email:
第一章 基本概念
机电学院 张小军
(1)能量转换的基本规律 (2)能量转移的基本规律 (3)工质的基本性质与热力过程 (4)热功转换设备、工作原理
工 程 热 力 学
传热学
热工学研究方法
➢理论分析与建模： ➢试验研究： ➢数值模拟及分析：
热工学研究方法
宏观模型：连续体(continuum)，用宏观物 理量描述其状态，其基本规律是无数经验的 总结
常用单位Units：
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
1 MPa = 106 Pa
1 mmHg / mmH2O 1 atm = 760 mmHg = 1.013×105 N/m2
1 at = 0.981×105 N/m2
1.3 热力学状态及基本状态参数
压力测量值：绝对压力与环境压力的相对值。 注意： 只有绝对压力 p 才是状态参数。
1.3 热力学状态及基本状态参数
状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 状态参数：描述热力系状态的宏观物理量。
结论：
• 状态一定，则状态参数也一定，反之亦然。 • 状态参数变换，则状态一定发生变化。
压力 p、温度 T、比容 v (容易测量)：基本状态参数。
1.3 热力学状态及基本状态参数
(1) 压力 p ( pressure ) 物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2
电
能
节 能 Energy Saving
节能是近年来的基本国策 “开发和节约并重” 节能任重道远 是我们的责任
动力循环简图
热效率 Thermal efficiency
收益 代价
W
Q1
高温热源
Q1
热机
W
Q2
低温热源
热 机 种 类（heat engin）
能量利用率
Energy efficiency
1.2 热力系统
边界(boundary)：系统与外界的分界面
固定、活动
真实、虚构
fixed 、 movable
real 、 imaginary
边界的特性
1.2 热力系统
分类：
(1) 闭口系统：只有能量交换，而无质量交换 (2) 开口系统：有能量交换，也有质量交换。 (3) 绝热系统：无热量交换。 (4) 孤立系统：既无能量交换，又无质量交换。
1.3 热力学状态及基本状态参数
绝对压力与相对压力
absolute pressure
relative pressure
当 p > pb
表压力 pe p pe pb
pe
当 p < pb
真空度 pv
p p pb pv
pv
pb
p
1.3 热力学状态及基本状态参数
(2) 温度T
宏观：冷热程度的度量。 微观：大量基本微粒做无规则热运动的激烈程度。
特点：可靠，普遍，不能任意推广
经典 （宏观、平衡） classical (macroscopic, equilibrium)
工程热力学研究方法
微观模型：从微观粒子的运动及相互作用角 度研究热现象及规律
特点：揭示本质，模型近似 微观（统计）热力学 microscopic (statistical) thermodynamics
发电（火力、核能）
40%
车辆发动机（内燃机） 25~35%
轮船发动机
25~35%
航空发动机
20~30%
制冷空调(非热机，同理） >200%
中国与日本工业能耗比较
3.5
3
2.5
2
中国
1.5
日本
1
0.5
0
吨煤/吨钢 吨煤/吨合成氨
总利用率
0.绪 论
热工学是重要的专业基础课
必要性
热工学 是机械工程类专业开设的必修课程。
热工学
Basis of Heat Energy Engineering
2015-03-03
能源转换利用的关系
风 能
水 能
化 学 能
燃 料 电 池
风 车
水水
轮 机
车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
地
太
一次能源
热 阳 (天然存在)
能能
供 暖
光转 热换
光 电 转
换
能 90%
机械能 发电 电动 机机
热机
直接利用
二次能源
(4)热源：在能量转换中与工质有热量交换的物系。
对于空调工作过程来说，高温热源和低温 热源分别是什么？
1.2 热力系统
(1) 系统的定义
热力系统(热力系、系统)：人为地研究对象
system
A quantity of matter or a region in space chosen for study
1.2 热力系统
以系统与外界关系划分：
有Baidu Nhomakorabea
无
是否传质
开口系 闭口系
是否传热
非绝热系 绝热系
是否传热、质 非孤立系 孤立系
1.2 热力系统
1m2 Q
W
4
3
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
1.2 热力系统
内燃机工作的不同阶段，热力系统有何区别？
1.3 热力学状态及基本状态参数
(2) 温度T
热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931）
工程热力学与节能
工程热力学
是一门研究热能有效利用及热能和
其它形式能量建转立换节规律能的科学 理论及技术
热工学是重要的技术基础课
四大力学
理论力学：机械系统 热力学与统计物理学：热力系统 电动力学：电、磁系统 量子力学：微观系统 重要性
工程热力学 物理热力学 化学热力学 生物热力学 溶液热力学
热工学的研究内容
发电机
凝 汽 器
(2)工质（水，蒸汽）
(3)膨胀做功
(4)循环(加压、加热、 膨胀做功、放热)
给水泵
1.1 热能转变为机械能的过程
过热器 锅 炉
热机
汽轮机 (1) 热动力装置
蒸汽动力装置 发电机 燃气动力装置
凝
汽 (2) 热动力机(热机)
器
给水泵
1.1 热能转变为机械能的过程
(3)工质：实现热能与机械能转换的媒介物质。 如：燃气、烟气、水蒸气、氟利昂、空气。
2015-03-03
内容提要
1.1 热能转变为机械能的过程 1.2 热力系统 1.3 热力学状态及基本状态参数
√ 1.4 平衡状态、状态方程与坐标图 √ 1.5 工质的状态变化过程（准平衡与可逆） √ 1.6 功量与热量
热电站
火力发电基本原理
过热器
锅 炉
汽轮机
涉及内容： (1)热源，冷源