高等工程热力学课件绪论
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大学工程热力学期末复习课件第一章+绪论
工农业及交通运输提供动力。工程热力学正是 研究热能的有效利用及热能和其它能量 转换规律的科学.
二、热力学研究对象和主要内容:
• 1）研究能量转换的客观规律，即热力学第 一与第二定律。
• 2）研究工质的基本热力性质。
• 3）研究各种热工设备中的工作过程。
• 4）研究与热工设备工作过程直接有关的一 些化学和物理化学问题。
三、状态方程、坐标图
平衡状态可用一组状态参数描述其状态
想确切描述某个热力系，是 否需要所有状态参数？
状态公理：对组元一定的闭口系， 独立程Equation of state
状态方程 基本状态参数（p,v,T)之间 的关系
简单可压缩系统：N = 2
v f ( p,T) f ( p,v,T) 0
工程热力学
绪论
工程热力学是重要的专业基础课；是一门 研究热能有效利用及热能和其它形式能量 转换规律的科学
一、能源及热能利用
1.能源
分为：一次能源，是自然界以自然形态存在的、 可以利用的能源；主要有风能、水利能、太阳能、 地热能、化学能和核能等，有些可直接利用，但 通常需要经过加工转换后才能利用。二次能源， 是由一次能源加工转换后的能源，主要是热能、 机械能和电能。在能量转换过程中，热能不仅是 最常见的形式，而且具有特殊重要的作用。
状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量
与路径无关，只与初终态有关 3、状态参数的微分特征：全微分
从数学上考虑，状态函数具有两个基本性质： （1）系统状态的微小变化所引起状态函数的变
化可以用全微分表示。 如：dp、dV、dT （2）状态函数的增量只与系统的始、末态有关， 与变化的具体历程无关。 (即线积分结果与积分途径无关，只取决始终 两点的坐标) NOTE：系统的状态应当是系统达平衡时的平 衡态。 基本状态参数：温度、压力、比容或密度。
二、热力学研究对象和主要内容:
• 1）研究能量转换的客观规律，即热力学第 一与第二定律。
• 2）研究工质的基本热力性质。
• 3）研究各种热工设备中的工作过程。
• 4）研究与热工设备工作过程直接有关的一 些化学和物理化学问题。
三、状态方程、坐标图
平衡状态可用一组状态参数描述其状态
想确切描述某个热力系，是 否需要所有状态参数？
状态公理：对组元一定的闭口系， 独立程Equation of state
状态方程 基本状态参数（p,v,T)之间 的关系
简单可压缩系统：N = 2
v f ( p,T) f ( p,v,T) 0
工程热力学
绪论
工程热力学是重要的专业基础课；是一门 研究热能有效利用及热能和其它形式能量 转换规律的科学
一、能源及热能利用
1.能源
分为：一次能源，是自然界以自然形态存在的、 可以利用的能源；主要有风能、水利能、太阳能、 地热能、化学能和核能等，有些可直接利用，但 通常需要经过加工转换后才能利用。二次能源， 是由一次能源加工转换后的能源，主要是热能、 机械能和电能。在能量转换过程中，热能不仅是 最常见的形式，而且具有特殊重要的作用。
状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量
与路径无关，只与初终态有关 3、状态参数的微分特征：全微分
从数学上考虑，状态函数具有两个基本性质： （1）系统状态的微小变化所引起状态函数的变
化可以用全微分表示。 如：dp、dV、dT （2）状态函数的增量只与系统的始、末态有关， 与变化的具体历程无关。 (即线积分结果与积分途径无关，只取决始终 两点的坐标) NOTE：系统的状态应当是系统达平衡时的平 衡态。 基本状态参数：温度、压力、比容或密度。
高等工程热力学_1_绪论
H.-C. Zhang (张昊春） zhc5@ Advanced Engineering Thermodynamics
8
Applications for many domains
Environmental Entropy Information Entropy Numerical Entropy Economic Entropy Biological Entropy Social Entropy
为什么是第零定律？
第零定律是在第一和第二定律出现后才发现的，并且， 他解释了比第一和第二定律更要的事情，所以称之为 第零定律
如果能灵活运用上述三个定律，就可以完全掌握 热力学
H.-C. Zhang (张昊春） zhc5@ Advanced Engineering Thermodynamics
…
H.-C. Zhang (张昊春）
zhc5@
Advanced Engineering Thermodynamics
15
15条创新标准：
1.
2. 3. 4.
5. 6. 7. 8.
第一次用书面文字的形式把新信息的主要部分记录 下来； 继续前人做出的独创性工作； 进行导师设计的独创性工作； 在即使并非独创性的研究工作中，提出一个独创性 的方法，视角或结果； 含有其他研究生提出的独创性观点、方法和解释； 在证明他人的观点中表现出独创性； 进行前人尚未做过的实证性研究工作； 首次对某一问题进行综合性表述；
H.-C. Zhang (张昊春） zhc5@ Advanced Engineering Thermodynamics
14
我们目前应该遵循的几条基本物理定律
1. 2. 3. 4. 5.
质量守恒定律； 牛顿第二定律; 热力学第一定律； 热力学第二定律； 传热、传质定律；
8
Applications for many domains
Environmental Entropy Information Entropy Numerical Entropy Economic Entropy Biological Entropy Social Entropy
为什么是第零定律？
第零定律是在第一和第二定律出现后才发现的，并且， 他解释了比第一和第二定律更要的事情，所以称之为 第零定律
如果能灵活运用上述三个定律，就可以完全掌握 热力学
H.-C. Zhang (张昊春） zhc5@ Advanced Engineering Thermodynamics
…
H.-C. Zhang (张昊春）
zhc5@
Advanced Engineering Thermodynamics
15
15条创新标准：
1.
2. 3. 4.
5. 6. 7. 8.
第一次用书面文字的形式把新信息的主要部分记录 下来； 继续前人做出的独创性工作； 进行导师设计的独创性工作； 在即使并非独创性的研究工作中，提出一个独创性 的方法，视角或结果； 含有其他研究生提出的独创性观点、方法和解释； 在证明他人的观点中表现出独创性； 进行前人尚未做过的实证性研究工作； 首次对某一问题进行综合性表述；
H.-C. Zhang (张昊春） zhc5@ Advanced Engineering Thermodynamics
14
我们目前应该遵循的几条基本物理定律
1. 2. 3. 4. 5.
质量守恒定律； 牛顿第二定律; 热力学第一定律； 热力学第二定律； 传热、传质定律；
(1)热力学绪论共16页PPT资料
基本概念：热力系统、状态参数、平衡状态等 基本定律：热力学第一定律、热力学第二定律等
正确理解这些概念和定义，并运用它们作为判断
热数和的力推理量学理 解问第的 ，一题工 这定具 对律，于解在学决反好的复本是应课能用程量中是传加至递关深和重对转要概换的念过。及程定中义的
热力学第二定律解决的是能量传递和转换过程中的
热机种类
发电（火力、核能）
能量利用率 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）
三、工程热力学的研究内容
1、基本概念与基本定律
2、能量的转化过程特别是热能
转化为机械能的过程 3、常用工质的性质 4、化学热力学基础
1、基本概念与基本定律
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
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
能 90%
一次能源 (天然存在)
光 电 转 换
机械能
发
电
电
动
机
机
热机 电
直接利用 能
二次能源
二、工程热力学的研究对象
• 能量转换，特别是热能转换成机械 能的规律和方法，以及提高转化效 率的途径，以提高能源利用的经济 性
绪论
• 什么是工程热力学？工程热力学的研究背 景
• 工程热力学的研究对象 • 工程热力学的研究内容 • 工程热力学的研究方法 • 如何才能学好工程热力学
一、什么是工程热力学
热力学是一门研究物质的能量、能量传递和转 换以及能量与物质性质之间普遍关系的科学。
正确理解这些概念和定义，并运用它们作为判断
热数和的力推理量学理 解问第的 ，一题工 这定具 对律，于解在学决反好的复本是应课能用程量中是传加至递关深和重对转要概换的念过。及程定中义的
热力学第二定律解决的是能量传递和转换过程中的
热机种类
发电（火力、核能）
能量利用率 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）
三、工程热力学的研究内容
1、基本概念与基本定律
2、能量的转化过程特别是热能
转化为机械能的过程 3、常用工质的性质 4、化学热力学基础
1、基本概念与基本定律
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
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
能 90%
一次能源 (天然存在)
光 电 转 换
机械能
发
电
电
动
机
机
热机 电
直接利用 能
二次能源
二、工程热力学的研究对象
• 能量转换，特别是热能转换成机械 能的规律和方法，以及提高转化效 率的途径，以提高能源利用的经济 性
绪论
• 什么是工程热力学？工程热力学的研究背 景
• 工程热力学的研究对象 • 工程热力学的研究内容 • 工程热力学的研究方法 • 如何才能学好工程热力学
一、什么是工程热力学
热力学是一门研究物质的能量、能量传递和转 换以及能量与物质性质之间普遍关系的科学。
高等工程热力学 - 绪论
工程应用
工程热力学 高等工程热ຫໍສະໝຸດ 学 热经济学二、本门课的内容
第一章 热力学基本原理及定义
§1-1 外界分析法(SAM)的热力学模型 §1-2 热力学第一定律 §1-3 热力学第二定律
第二章
热力学微分方程及工质的通用热力性质
§2-1 特性函数
§2-2 热物性参数 §2-3 热力学能、焓及熵的一般关系式 §2-4 有关比热的热力学关系式
四、教材与参考书目
教材：《工程热力学》（第二版）陈贵堂，王永珍， 北京理工大学出版社，2008.1
参考书目：
● 《工程热力学学习指导》陈贵堂，王永珍，北京理工大学出版社
●《高等工程热力学》陈宏芳，杜建华，清华大学出版社 ●《高等工程热力学》苏长荪，高等教育出版社 ●《高等工程热力学》童钧耕, 吴孟余, 王平阳编著，科学出版社
§2-5 焦尔—汤姆孙系数
§2-6 克拉贝龙方程 §2-7 工质的通用热力性质
第三章
无化学反应的多元系统
§3-1 吉布斯方程组 §3-2 齐次函数及欧拉定理 §3-3 分摩尔参数 §3-4 逸度 §3-5 标准态及理想溶液 §3-6 实际溶液、活度及活度系数 §3-7多元系统的相平衡
第四章
化学热力学
高等工程热力学
Advanced Engineering Thermodynamics
绪 论
一、热力学（Thermodynamics ）
（狭义）研究热能以及热能与其它能量相互转换 规律的科学。 （广义）研究能量属性及其转换规律，以及工质 热力性质及其变化规律的科学。 研究目的： 掌握和应用这些规律，充分合理地利用能量。 分类 分统计热力学 经典热力学
§4-1 质量守恒定律在化学反应过程中的应用
工程热力学 高等工程热ຫໍສະໝຸດ 学 热经济学二、本门课的内容
第一章 热力学基本原理及定义
§1-1 外界分析法(SAM)的热力学模型 §1-2 热力学第一定律 §1-3 热力学第二定律
第二章
热力学微分方程及工质的通用热力性质
§2-1 特性函数
§2-2 热物性参数 §2-3 热力学能、焓及熵的一般关系式 §2-4 有关比热的热力学关系式
四、教材与参考书目
教材：《工程热力学》（第二版）陈贵堂，王永珍， 北京理工大学出版社，2008.1
参考书目：
● 《工程热力学学习指导》陈贵堂，王永珍，北京理工大学出版社
●《高等工程热力学》陈宏芳，杜建华，清华大学出版社 ●《高等工程热力学》苏长荪，高等教育出版社 ●《高等工程热力学》童钧耕, 吴孟余, 王平阳编著，科学出版社
§2-5 焦尔—汤姆孙系数
§2-6 克拉贝龙方程 §2-7 工质的通用热力性质
第三章
无化学反应的多元系统
§3-1 吉布斯方程组 §3-2 齐次函数及欧拉定理 §3-3 分摩尔参数 §3-4 逸度 §3-5 标准态及理想溶液 §3-6 实际溶液、活度及活度系数 §3-7多元系统的相平衡
第四章
化学热力学
高等工程热力学
Advanced Engineering Thermodynamics
绪 论
一、热力学（Thermodynamics ）
（狭义）研究热能以及热能与其它能量相互转换 规律的科学。 （广义）研究能量属性及其转换规律，以及工质 热力性质及其变化规律的科学。 研究目的： 掌握和应用这些规律，充分合理地利用能量。 分类 分统计热力学 经典热力学
§4-1 质量守恒定律在化学反应过程中的应用
工程热力学第讲第章绪论
工程热力学第一讲第一章：绪论1. 热力学的概念热力学是研究热能转换、热效率、热平衡和热性质等方面的学科。
热力学的主要研究对象是热力学系统，包括封闭系统、开放系统和孤立系统等。
2. 热力学系统的分类封闭系统封闭系统是指物质不能从其中进出的系统。
封闭系统的热力学性质由体积、温度和内能等物理量描述。
开放系统开放系统是指物质可以从系统中进出的系统。
开放系统的热力学性质由流量、温度和内能等物理量描述。
孤立系统孤立系统是指不能与外界交换物质和能量的系统。
孤立系统的热力学性质由内能等物理量描述。
3. 热力学基本量温度温度是物质分子平均热运动的速度和能量大小的一种度量。
温度的单位是开尔文（K）或摄氏度（℃）。
压力压力是单位面积上的力的大小，单位为帕斯卡（Pa）或标准大气压（atm）等。
体积体积是物质占据的空间大小的一种度量，单位为立方米（m³）或升（L）等。
质量质量是物体所具有的惯性量的大小，单位为千克（kg）。
能量能量是物体所具有的做功能力的大小，单位为焦耳（J）或卡路里（cal）等。
4. 热力学过程热力学过程是指热力学系统在不同状态之间的变化，可分为四类：等温过程、等压过程、等容过程和绝热过程。
等温过程等温过程是指系统在恒定温度下进行热力学变化的过程，其内能恒定不变。
等压过程等压过程是指系统在恒定压力下进行热力学变化的过程，其体积恒定不变。
等容过程等容过程是指系统在恒定容积下进行热力学变化的过程，其压力恒定不变。
绝热过程绝热过程是指系统在无热交换的情况下进行热力学变化的过程，其熵不变。
5. 热力学第一定律热力学第一定律描述的是能量守恒原理，即在热力学系统进行热力学过程中，系统所吸收的热量等于系统所做的功加上内能的变化。
6. 热力学第二定律热力学第二定律描述的是热力学过程的方向性原理，即热量只能从温度高的物体向温度低的物体流动，热力学系统不可逆过程的熵增。
7. 热力学基本方程热力学基本方程描述的是热力学系统状态变化过程中所涉及的热力学函数之间的相互关系。
《工程热力学》(第四版)PPT课件00绪论
2020年11月3日
《工程热力学》（第四版）
7
0-3 工程热力学的研究内容及研究方法
热力学(经典热力学)—研究热能性质以及热能和其他能量相互转 换规律的科学。
工程热力学—热力学的一个分支，着重研究热能和机械能相互转 换的规律。
研究内容： ①热力学基本定律（热力学第一定律、热力学第二定律）；②热 力过程和热力循环；②工质的性质；③提高能量转换效率的途径。
进气过程：进气阀打开，排气阀关闭，活塞下行， 将空气吸入气缸。
压缩过程：进、排气阀关闭，活塞上行压缩空气， 使其温度和压力升高。
燃烧过程：喷油嘴向气缸内喷油，燃料燃烧，气缸 内气体压力和温度急剧升高（燃料的化学能转换为热 能）。
膨胀过程：高温高压气体推动活塞下行，通过曲轴 向外输出机械功。
排气过程：活塞接近下死点时，排气阀打开，废气 在气缸内外压差的作用下流出气缸。随后，活塞上行 将残余气体推出气缸。
上述过程周而复始地进行，实现了热能转换为机械能的任务。
2020年11月3日
《工程热力绪学》论（第四版）
4
2020年11月3日
《工程热力学》（第四版）
5
三、燃气轮机装置 压气机：从大气环境吸气，并将其压缩，使其压力和温度升高。
燃烧室：空气和燃料在其中混合并燃烧（燃料的化学能转换为热 能），得到高温高压的燃气。
压气机：吸入来自蒸发器的低压蒸气，通过压缩(耗功)使其压力 和温度提高。
冷凝器：使气体冷凝，得到常温高压的液体。 节流阀：使液体降压，产生低压低温的液体（含少量蒸气）。 蒸发器：通过壁面吸收冷藏库内的热量，工质汽化为低压气体， 同时使冷库降低温度或保持低温。
工质（气态或液态制冷剂）在压 气机作用下周而复始地循环，实现了 制冷的任务。
华中科技大学工程热力学课件 绪论
combustion 88%
Thermal energy in steam
Steam turbine
46%
electricity
98%
Mechanical energy In turbine
Overall efficiency: 88% ×46% × 98% = 40%
问题四：热力学的任务是什么？？
Aviation
Piston, Gas Turbine & Rocket Engines
Jet Engines
Power Plants
Air Conditioning
Global Climate
Water Vapor System
Biological Systems
问题五：热力学研究方法及特点？
蒸汽动力装置
T
1 BOILER 4 TURBINE
qin
2 CONDENSER
wout
qin
1
4
wout
3
qout
win
win
3 PUMP
qout
2
s
三要素:热源、工质、来源 h1 h2 h1 h2 提高循环效率的 t h1 h3 h1 h2 途径在哪里？
内燃动力装置
When Sturgeon moved to Manchester in 1840, Joule and he became the nucleus of a circle of the city's intellectuals. The pair shared similar sympathies that science and theology could and should be integrated. However, Joule's interest diverted from the narrow financial question to that of how much work could be extracted from a given source, leading him to speculate about the convertibility of energy. In 1845, Joule read his paper On the mechanical equivalent of heat to the British Association meeting in Cambridge. In this work, he reported his best-known experiment, involving the use of a falling weight to spin a paddle-wheel in an insulated barrel of water, whose increased temperature he measured. He now estimated a mechanical equivalent of 819 ft· lbf/Btu (4.41 J/cal).
《工程热力学》教学课件绪论第1章
4 英国
9755 23770
5.7
21217.6 21900
0.2
5 加拿大 5680 12716
5.2
20908.9 24034
0.9
6 俄罗斯 6081
9906
3.1
87827
4487
-17
7 日本 29320 43684
2.5
44591.6 43460 -0.2
8 韩国
2536
8882
8.1
9265
《工程热力学》教学课件
授课60学时 实验4学时
工程热力学 Thermodynamics
能源概论（绪论） §0-1 自然界的能源及其利用
一、能源及其分类
定义:能源是指可向人类提供各种能量和动力的物质 资源。
能源可以根据来源、形态、使用程度和技术、 污染程度以及性质等进行分类:
工程热力学 Thermodynamics (一)按来源分:
第一节 热力系、状态与状态参数 一、热力系统与工质
1、定义 人为划定的一定范围内的研究对象称为热力系统， 简称热力系或系统。
11
固定边界
移动边界
系统
系统
边界
22
热力系统
2、分类
工程热力学 Thermodynamics
按物质 闭口系：与外界无物质交换的系统 CM
交换 开口系：与外界有物质交换的系统 CV
1850~1851年克劳修斯和开尔文先后独立提出了热力学第二定律； 1906~1912年能斯特提出了热力学第三定律。
工程热力学 Thermodynamics
§0-3 工程热力学的研究对象、内容和方法
一、研究对象
热力学是研究热能和机械能相互转换规律，以提高能量利 用经济性（节能）为主要目的的一门学科。
PPT课件---高等工程热力学之绪论第一章
2019/1/19
8
高等热力学
第一章 热力学基础
第一节 基本概念
一．热力学系统、边界与外界 1、热力学系统 人为将研究对象与周围环境分隔开来 2、边界 可以是实际存在的，也可以是假想的 3、外界 系统与外界通常有三种相互作用的形式：
功、热、物质交换。
2019/1/19 9
高等热力学
第一章 热力学基础
2019/1/19 3
高等热力学
绪论
三、热力学的研究方法
1、经典热力学（宏观方法）
经典热力学是把物质（研究对象）看作是连续的整体，不
考虑物质的具体结构，从宏观现象出发，对热现象进行直
接观察和试验，从而总结出自然界的一些普遍规律。
它是：在“稳定平衡状态”概念的基础上建立起宏观现象
关系的规律。所以，也称为“平衡热力学”。〔2〕P2
第一节 基本概念 二、闭口系统与开口系统
1、闭口系统 没有物质穿过边界的系统，称为闭口系统。
2、开口系统 有物质流穿过边界的系统，称为开口系统。
2019/1/19
10
高等热力学
第一章 热力学基础
第一节 基本概念 三、绝热系统与孤立系统
1、绝热系统 系统与外界之间没有热量传递的系统（简化模 式），称为绝热系统。 2、孤立系统 系统与外界之间不发生任何能量和物质交换的 系统，称为孤立系统。
16
高等热力学
2019/1/19 13
高等热力学
第一章 热力学基础
第一节 基本概念
五、状态与状态参数 3、广延性参数 与系统中质量多少有关，具有可加性，称为广延性参数。 内能（u）、焓（h）、熵（s）等。 单元体参数之和＝系统参数 4、热力学状态 是由系统的热力学参数的数值所确定的状态。 微元的局部状态，称为微元体的强度状态。
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总人口 (亿）
15.71 25.01 60.50
人均能耗 [t 标准煤/(人.年)]
0.493 1.026 3.300
探明的化石燃料藏量有限，而工业与生活所需数 值不断增长， 这是世界能源所面临的主要问题之一。
1kg标准煤的发热值=29308kJ
热与流体研究中心
绪论
“高等工程热力学”多媒体课件
六、中国的能源特点
4 水泥/百万吨 810
1776 45.6% 第一
5 淡水/10亿m3 525.3 3325 15.8% 第一
6 CO2排放/** 3719.4 24983 14.9% 第二
*百万吨当量石油; ** 百万吨
热与流体研究中心
绪论
“高等工程热力学”多媒体课件
3、能源环境问题日趋严重，制约了经济社会 发展
热与流体研究中心
绪论
“高等工程热力学”多媒体课件
四、能源与环境
联合国最新公布的研究结果显示:在过去30年 中，虽然国际社会在环保领域取得了一定成绩， 但全球整体环境状况持续恶化。
全球环境恶化主要表现在:大气和江海污染 加剧、大面积土地退化、森林面积急剧减少、淡 水资源日益短缺、大气层臭氧空洞扩大、生物多 样化受到威胁等多方面;
➢常规能源：
开发利用时间长、技术成熟、大量生产并广泛使 用，如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等
➢新能源：
开发利用较少或正在研究开发之中，太阳能、地 热能、潮汐能、生物质能，核能
热与流体研究中心
绪论
“高等工程热力学”多媒体课件
按对环境的污染情况分：
➢ 清洁能源
对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、 水能、海洋能、风能、氢能等；
$5,000
$10,000
$15,000 $20,000 $25,000
人均 GDP，US$ 1995 ppp
$30,000 $35,000 $40,000
热与流体研究中心
绪论
“高等工程热力学”多媒体课件
• 世界各国经济发展的实践证明，在经济正 常发展的情况下，能源消耗总量和能源消 耗增长速度与国民经济生产总值和国民经 济生产总值增长率成正比例关系。
②只反映了能量数量的关系，没有反映能量品位的高低。 ③只能反映能量的损失，但不能指出能量损失的原因，但不 能指出损失得这部分能量的利用价值。
热与流体研究中心
绪论
“高等工程热力学”多媒体课件
2、熵分析法： 实质：通过求熵产生：Sg 求损耗功 WL T0Sg 。确定
有效能损失和热力学效率。
优点：此方法不但能够找到能量在数量上的损失，还可以确定 由于过程的不可逆引起的损失功的数量。
绪论
“高等工程热力学”多媒体课件
能量系统的热力学分析方法
主讲人：刘迎文 副教授
热与流体研究中心
绪论
“高等工程热力学”多媒体课件
办公地点：东三楼乙203室 Email: ywliu@
热与流体研究中心
绪论
“高等工程热力学”多媒体课件
教 材：能量系统的热力学分析方法” 傅秦生编 著
根据BP世界能源统计，全球化石燃料可用情况如下：
储量
储采比
1636亿吨
40.6年
179.8万亿立方米
65.1年
9091亿吨
《BP世界能源统计2006》
164年
热与流体研究中心
绪论
“高等工程热力学”多媒体课件
而世界人均的能量消耗则不断上升，在过去一世 纪中总能耗增长到25.8倍！
年份
1900 1950 2000
其中能源有直接关系的温室效应、酸雨、臭 氧层破坏、热污染、放射性污染，等等。
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0.8 C
Global Warming and CO2 Atmospheric Concentration
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加拿大冰山区域不断缩小
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二、能源利用与社会历史发展
人类利用能源的历史，也就是人类认识和 征服自然的历史。 (1)火的发现和利用 (2)畜力、风力、水力等自然动力的利用 (3)化石燃料的开发和热的利用 (4)电的发现及开发利用 (5)原子核能的发现及开发利用
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平均每人每年消耗(GJ)
按地球上的能量来源分：
➢ 来自地球外天体的能源
直接获得：宇宙射线、太阳能
间接获得：水力能、风能、波浪能、生物质能、
海洋温差能、化石燃料（煤炭、石油、天然气）
➢ 地球本身蕴藏的能源
核能（核燃料）、地热能（温泉、岩浆等）
➢ 地球与其它天体（月球等）相互作用的能源
海洋的潮汐能
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以城市为中心的环境污染进一步加剧，并开始向农 村蔓延，生态破坏的范围仍在继续扩大。目前，在污 染环境的各因素中，70%以上的总悬浮颗粒物，90% 以上的二氧化硫，60%以上的氮氧化合物，85%以上 的矿物燃料产生的二氧化碳均来自煤炭。
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4、从能源安全角度考虑，面临严重挑战
15
25
25
20
25
80
30
70
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2003年我国主要资源消耗及环境状况
No 资源名称 中国 世界 比例 排序
1 石油/ * 266.4 3641.8 7.3% 第二
2 煤炭/ * 834.7 2613.5 31.9
第一
3 钢材/亿吨 2.71 10.037 27% 第一
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世界经济的现代化，得益于化石能源， 如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广 泛应用。因而它是建筑在化石能源基础 之上的一种经济。 然而，由于这一经济 的资源载体将在21世纪上半叶迅速地接 近枯竭。
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化石燃料面临枯竭危险
2、能耗水平高，能源利用率低下
据有关部门的调查测算，我国能源系统的总效 率不及发达国家的一半。产业结构的不合理、能源 品质低下，管理落后等是造成能耗水平较高的重要 原因。
各国能源利用效率
项目 总的能源利用效率
其中：工业 电力 交通 民用
中国
日本
美国
英国
30
57
51
40
35
78
77
67
24
30
30
27
酸雨的危害
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臭氧层破坏对健康的危害
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五、能源现状
能源是国民经济的命脉，与人民生活和人 类的生存环境休戚相关，在社会可持续发展中 起着举足轻重的作用。从70年代以来，能源 就与人口、粮食、环境、资源被列为世界上的 五大问题。人们要在愈来愈恶劣的环境下求得 发展，并让子孙后代生活得更好，首先就要解 决这五大问题。
（2）从计算结果得到的信息量：能量衡算法最少，只能求出能 量的排出损失；有效能分析法最大，通过对每一个物流的有效能 分析，还能得到各部能量的有效能级，找到过程有效能损失的大 小，原因和有效能的分布情况，从而制定有效的节能措施。
➢ 非清洁能源
对环境污染较大的能源，如煤、石油等。
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按能源本身性质分：
➢ 含能体能源
集中储存于物质本身的能量 如石油、煤、天然气、地热、氢等
➢ 过程性能源
通过物质运动过程而产生的能量，其无法直接 储存并随过程结束而消失。
如水能、风能、潮汐能、电能等。
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热力学分析的三种方法
1、能量衡算法： 实质：通过物料与能量的衡算。确定过程的进出的能量。
求出能量利用率。
如果仅从能量的收益和付出的差别找节能方法，找出改进 的途径，应用此方法较多，但此方法的不足在于：
①只能说明各种能量可以互相转化，但不能指出各种能量转 化的方向和限度。
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350 300 250 200
交通耗用 农工业 生活服务 食物消耗
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150
100
50
0
原始时期 狩猎-采集 早期农业 文明兴起 工业时代 科技时代
公元前 十万年
公元前 一万年
公元前 七千年
1400
1875
1950
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三、能源与经济、日常生活
能源领域面临的一项重大挑战。
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§0.2 热能利用，节能和热力学分析
能量系统的热力学分析的任务
① 确定系统中能量损失或有效能损失的大小、原因及其 分布
②确定系统的效率
能量系统的分析方法
能量平衡分析法 熵平衡分析法
层次要求越来越高
有效能平衡分析法
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以提高能量利用完善程度的一门技术基础课。
课程目的：掌握能量系统热力学的基本分析方法，奠
定较深厚的热力学理论基础，以提高分析问题、解决 问题的能力，从而满足未来科研工作的需要。
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自然界的能源及其利用
➢《大英百科全书》对能源的解释为“能源是 一个包括所有燃料、流水、阳光和风的术语， 人类采用适当的转换手段，给人类自己提供 所需的能量”。