工程热力学讲义

绪论

［第一讲］

幻-1自然界的能源及其利用

一、能源及其分类

能源是指可向人类提供各种能量和动力的物质资源。

1、按来源分：可分为来自太阳的辐射能；存储于地球内部的能量和来自其它大体的引力能量等区分。

2、按形态分：可分为一次能源和二次能源；一次能源又可分为再生和非再生能源。

3、按使用程度和技术分：可分为常规能源和新能源。

4、按污染程度分：可分为清洁能源和非清洁能源。

5、按性质分：可分为含能体能源和过程性能源。

二、能源的利用与社会历史发展

能源利用的三个历史时期：薪柴时期（麦节、动物的粪便等）、煤炭时期和石油时期。三、能源的利用与国民经济和人民生活

* 一个国家的国民经济与能源的开发与利用有着依存关系

*人民生活的改善离不开能源的开发与利用

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世界主要国家能源消费概况

四、能源的利用与环境

能源在其开发、输送、加工、转换、利用、利用和消费过程中，必然环境造成污染:

1、温室效应与热污染

2、酸雨

3、臭氧层的破坏

4、放射性污染

5、其它污染

五、能源的利用与人类社会的可持续发展

1、非再生能源的大量消耗

2、环境污染日趋严重

节能是解决可持续发展的战略措施之一，也是本学科研究的一个重要方面。

六、我国的能源事业

1、储量丰富、种类齐全

2、多种能源结构

［第二讲］

§0-2 热能的利用

一、人类利用的主要能源有：水力能、风能、地热能、太阳能、燃料的化学能和原子能。

从某种意义上讲，能源的开发和利用就是热能的开发和利用。

世界一次能源消费结构

1、热能利用的形式

直接利用：是指直接用热能加热物体，热能的形式不发生变化。

间接利用：是指把热能转换为机械能，以满足人类生产生活对动力的需要。

从某种意义上讲，能源的利用就是热能的利用。

「如何实现热能向机械能转换？转换的基本规律是什么？动力•

L如何提高热能向机械能转换的能量利用率（经济性）？

「如何实现机械能向热能的转换？转换的基本规律是什么？制冷伙热泵

「如何提高机械能向热能转换的能量利用率（经济性）？

2、热力学发展史

1763---1784年间瓦特改进了蒸汽机使之用于生产，大大提高了生产力；

1842年、1843---1848年迈尔和焦耳各自独立发现热力学第一定律；

1824年卡若提出了卡若循环和卡若定理，奠定了热力学第二定律基础；

1850---1851年克劳修斯和开尔文先后对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。

§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（即热力学第一定律和热力学第二定律）能或能量利用率）为主要目的的以门学科。

、主要内容

（一）、热力学基本定律：热力学第一定律、热力学第二定律（既是重点也是难点）（二）、工质的热力性质和热力学过程：理想气体、实际气体（不能理想化的气体）（三）、工程热力学的应用：工程力学过程、热力学循环、装置的分析研究。

、研究方法（图热电厂工作原理图）

,以提高能量利用经济性（节

、蒸汽和湿空气等。

经典热力学：宏观和唯象的方法，简单、可靠。宏观：从宏观研究气体。唯象：从现象出发进行研究。优点：

只用到高等数学的微积分即可，结论可靠。缺点：内部过程不能解释。

统计热力学：微观和统计的方法。优点：可以解释许多现象。缺点：要用到概率统计方法，结果与实际有偏差。

工程热力学研究以经典热力学为主，统计热力学为辅。四、教与学

1、教材：〈〈工程热力学》沈维道主编第三版

2、参考书：〈〈工程热力学》（重庆大学、清华大学、上海交通大学、东南大学）

〈〈热工基础与应用》傅秦生主编机械工业出版社

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2、教与学：课堂教学为主 +自学

作业

答疑+面授

说明：

工程热力学、流体力学、燃烧学是本专业的专业基础课或技术基础课。［第三讲］

第一章基本概念

§1-1热力系统与工质

一、热力系统

1、定义：人为划定的一定范围内的研究对象称为热力系统，简称热力系或系或热力系统。（全称是热力学系统）。（图示说明）

2、分类

⑴按物质交换分：

闭口系（与外界无物质交换的系统CM。

开口系：与外界有物质交换的系统CN。热力学工程研究的主要情况

⑵按能量交换分：

简单可压缩系：热力系与外界只有热量和可可逆体积变化功的交换。（一般情况都是该系统）

孤立系：与外界无任何能量和物质交换的热力系。（现实没有，是一个抽象模型）

绝热系：与外界无热量交换的系统。（是一个抽象模型）

热源：与外界仅有热量的交换，且有限热量的交换不引起系统温度变化的热力系统。（如：发电厂的锅炉，生活

的环境。而热污染是无限热量交换。）热源又有高温热源（热源）和低温热源。

⑶分类方法3

单项系统

多项系统

⑷分类方法4

单元系统

多元系统

二、工质（工作物质）

用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。（图示）它包括：理想气体、实际气体、蒸气。

虽然在物质有三种状态，但在热力学中，工质主要是指气体（理想气体、实际气体、蒸气）。

［第四讲］

1-2热力状态

热力系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。（简称状态）

一、状态参数

1、定义：描述系统状态的宏观物理量。

2、分类

厂延量参数：有关。如H、U、S等。广延量参数具有可加性。