《热工与流体力学基础》课件绪论

锅 炉
汽轮机
循环水
乏汽
冷凝器
水泵
2014-9-14
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冷却水
• 工程热力学主要研究热能与机械能相互转换的规律、方
法及提高转化率的途径，比较集中地表现为能量方程。
• 流体力学是研究流体在平衡和运动时所遵守的规律及其
在工程中的应用。
• 传热学主要研究热量传递的规律和方法，以及根据工程
需要，研究提高传热效果或削弱传热以减小热损失的方
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中国与日本工业能耗比较
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 吨煤/吨钢
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中国 日本
吨煤/吨合成氨
总利用率
中国发电的平均耗煤量
g / (kW. h)
600 500 400 300 200 100 0 1960 1970 1980 1991 1997 中国 世界先进
法和途径。
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热 能 发电机 机械 直接利用 机械能 风能、水能、海洋能 热机 90％ 燃烧 煤、石油、天然气 直接利用 热 能 核 能 核反应 集热器 燃烧 光合作用 太阳能 食物利用 生物质能
光电池
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据统计，目前通过热能形式利用的能源在我 国占总能源利用的90％以上，世界其它各国平均 也超过85％。由此可见，在能量转换与利用过程 中，热能不仅是最常见的形式，而且具有特殊重 要的作用。热能的有效利用对于解决我国的能源 问题乃至对人类社会的发展有着重大意义。
能源：指可向人类提供各种能量和动力的物 质资源。
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能源分类
（1）按照来源分
地球本身蕴藏的能源:
原子核能、地热能
来自地球以外天体的能源:
太阳能、风能、水能、海洋波浪能、生物质能、化石能
来自月球和太阳等天体对地球的引力:
海洋的潮汐能
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能源分类
（2）按照开发的步骤分 一次能源
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（3）环境污染严重
据世界银行统计资料，我国城市空气污染对 人体健康和生产造成的损失估计每年1600亿元人 民币；酸雨使农作物减产每年损失达400亿元人民 币。 全世界2001年由化石燃料所排放的 CO2达到 236.83亿吨，其中我国的排放量达到30亿吨，占 世界总排放量的 13 ％，仅次于美国，居世界第 二位。
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能源分类
（4）按照开发利用过程中对环境的污染程度分 清洁能源: 太阳能、风能、水力能、海洋能 非清洁能源: 煤炭、石油、天然气
（5） 按照性质分
含能体能源: 过程性能源:
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煤炭、石油、天然气、原子核能 水力能、风能 、潮汐能
表0-l 能源分类
类别 常规能源 煤炭、石油、天然气、水力 能等 新能源 原子核能、太阳能、风能、地热 能、海洋能、生物质能等
海洋能、生物质能
可再生能源: 太阳能、风能、地热能、水力能、
非再生能源: 煤炭、石油、天然气、原子核能
二次能源: 电力、高温蒸汽、汽油、
沼气、氢气、甲醇、酒精
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能源分类
（3）按照使用程度和技术分
常规能源: 新能源:
煤炭、石油、天然气、水力能 太阳能、风能、生物质能、地热能、海
洋能 、原子核能
一次能源
二次能源
煤气、焦炭、汽油、柴油、 液化石油气、电力、蒸汽等
沼气、氢能等
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2.能源与国民经济和人民生活
• 动力源: 机械化、电气化和自动化
• 珍贵的化工原料: 石油
• 能源消费弹性系数
能源消费的年增长率 ＝ 国民经济生产总值的年增长率
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3.我国的能源建设面临的主要问 题及发展思路
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热能利用的基本方式
•直接利用
烧饭、采暖、烘干、熔炼等；
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。
•间接利用
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，现代燃气轮机装置的热效率大约只有 37 ％ 42 ％，蒸汽电站的热效率也只有 40 ％左右。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。
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我国的能源建设应走可持续发展的道路：
• 坚持节能优先，降低能耗。
• 推进能源结构多元化，增加能源供应。
• 促进煤炭的清洁高效利用，降低环境污染。 • 加强对能源装备引进技术的消化、吸收和再创新。 • 提高能源区域优化配置的技术能力。
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4.能量的转换与利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。 燃料电池 氢、酒精等二次能源 电 能 机械能 辐射能
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二、本课程的性质 、研究对象及主要内容
• 主要的专业基础课
工程热力学
• 三部分组成
流体力学 传热学
• 以热机工作过程为例:
化学能
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热能
机械能
热机工作过程示意图
过热蒸汽 发电机 • 热机
——能将热能转换为 机械能的机器。 如蒸汽机、蒸汽轮机、 燃气轮机、内燃机和喷气 发动机等。
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绪 论
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主要内容
一、能源概述
二、本课程的性质 、研究对象及主要内容
三、教材特色
四、学习本课程的几点要求
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一、能源概述
能源是人类社会生存的基础，能源的开发 和利用是人类社会发展的动力，能源开发和利 用水平是人类社会文明的重要标志之一。
1.能源及其分类
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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
2000年，我国能源效率（指使用能源过程 中所得有效能源与实际输入能源的比）仅为 33.4％，比发达国家低10％～20％；单位产品 的能耗平均比发达国家高约40％。
2001年，单位国民经济产值的能耗是日本的 6.58倍，德国的4.49倍，美国的3.65倍，巴西的 2.35倍，印度的1.24倍。
能源问题是全世界关注的重大问题，从20世 纪70年代起，就被列入世界5大问题之一。 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
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我国能源利用现状及存在的主要问题：
（1）人均能源占有率低，远低于世界平均水平
煤炭：90.45 吨/人（世界人均 162.48吨/人）； 石油：2.59 吨/人（世界人均 23.25 吨/人）； 天然气：1079.90 m3/人（世界人均 24661 .32 m3/人）