工程热力学绪论

世界由物质构成，一切物质都处于运动状态。 一切物质都具有能量。
*能量形式*
(1)机械能 主要包括物体的动能和势能，二者统
称为宏观机械能。
(2)热能 物质分子的热运动动能和分子间相互作
用力具有的位能之和。
温度是物体具有热能多少的宏观标志之一
(3)电能 与电荷的运动与积蓄有关的能量。 (4)化学能 与物质的化学结构有关，通过物质化
(四)按照能否再生
针对一次能源：
1、可再生能源
——不会因被开发利用而减少，具有天然恢复能力的能源。 ——如太阳能、风能、海洋能、生物能等。
2、非再生能源
——指储量有限，随着被开发利用而日益减少，最终将会 枯竭的能源。
——如煤、石油、天然气等。
(五)按照污染程度
1、清洁能源
——即对环境无污染或污染很小的能源。 ——如太阳能、风能、水能、海洋能等。
能源利用与人类社会的可持续发展
能源问题、环境污染、可持续发展
大力开发新能源和清洁能源 节约能源
“节能”——采用技术上可行、经济上合理以及环境 和社会可以接受的措施，减少从能源生产到能源消费 中各个环节的损失和浪费，以便更有效、更合理地利 用能源，提高能源利用率和能源利用的经济效益。
节能与煤炭、石油及天然气、水力和核能四大 能源相提并论，称之为“第五能源”。
——由一次能源直接或间接转化而来的能源。 ——如电力、煤气、汽油、沼气、氢气、甲醇、酒精等。
(三)按照开发利用的情况
1、 常规能源
——在现有技术条件下已大规模生产和广泛利用的能源。 ——如煤、石油、天然气、水力能等；
2、 新能源
——目前科技水平条件下尚未被大规模利用或尚在研究开 发阶段的能源。
——如太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能及核能等。
课程简介
热力学学科的分支。 工程热力学是热工、储运、建环、装控等专业的
一门必修的专业技术基础课程。 本课程主要围绕着热能与机械能相互转换的规律、
条件和方法，以及如何提高转换效率的途径展开 的。 3个学分，课内44学时，两个实验。
绪论
§0-1 自然界的能源及其应用
一、能量
能量是物质运动的度量。每一种运动 形式对应着一种能量形态。
（1）维持生存所必需的能源消费量
每人每年约400kg标准煤
（2）现代化生产和生活最低限度的能源消费量
每人每年约1200~1600kg标准煤
（3）更高级的现代化生活所需要的能源消费量
每人每年约20000~30000kg标准煤。【工业发达国家水平】
能源与环境
环境污染：
二氧化碳和水蒸气等多原子气体
（一）温室效应与热污染 冷却水排热
2、非清洁能源
——即对环境污染较大的能源。 ——如煤、石油、天然气等。
通常的分类方法：
类别
常规能源
新能源
煤、石油、天然气、 核能、太阳能、风能、
一次能源 水力能等
地热能、海洋能、生 物能等
电力、汽油、柴油、 沼气、氢能等
二次能源 煤气、焦炭、液化
石油气、蒸汽等
三、能源利用与人类社会的关系
能源是人类社会生存的基础
能源建设要走可持续发展的道路，必须两条腿走路：
一是合理利用能源，提高能源利用率，包括从技术上 改进现有的能源利用系统和设备，将可用能的损失减 少到最低限度，并积极开发高效、低污染的能源利用 系统和先进的节能设备；
二是大力开发对环境无污染或污染很小的新能源，如 太阳能、风能、水能、地热能、海洋能、生物质能以 及核能等。
于太阳能
如太阳能，风能、水力能、海洋能、生物质能以及化石 燃料(如煤、石油、天然气等)；
3、地球与其他天体的相互作用产生的能源，如潮汐能。
(二)按照开发的步骤
1、 一次能源
——在自然界以自然形态存在可以直接开发利用的能源。 ——如煤、石油、天然气、风能、水力能、太阳能、地热
能、海洋能、生物能等。
2、 二次能源
（二）酸雨(pH<5.6) S02 和 NOx
（三）臭氧层的破坏
氟氯烃类物质 紫外线辐射
燃料燃烧产生的N2O
（四）放射性污染 （五）其他污染
核电站：核燃料
烧煤电站：烟囱排放物中存在 放射性物质(主要是氡-222)
大气污染物 —烟雾事件
排气、烟尘和排渣：微量重金属汞；镍、铬致癌物质； 烟尘中吸附的环芳烃是强致癌物。
一个国家的国民经济发展与能源消耗增长率之间存 在正比例关系——能源消费弹性系数
能源消费的年增长率
国民生产总值的年增长 率
能源与人民生活关系
发展生产和国民经济需要能源，重要目的是不断改进人民生活。
一般而言，从一个国家的能源消耗状况可以看出一个 国家人民的生活水平。
根据不同的发展水平，现代化生活需要消耗的能源大致有三种：
飞机、汽车等
21世纪，“核能” 将成为世界能源的重要角色
能源与国民经济关系
首先，能源是现代生产的动力来源。现代化生产是建立在机械 化、电气化和自动化基础上的高效生产，所有生产过程都与能 源的消费同时进行着。现代国防也需大量的电力和石油。
其次，能源是珍贵的化工原料。
一个国家的国民经济发展与能源开发和利用的依存 关系，可以说没有能源就不可能有国民经济的发展。
学反应释放的能量。
(5)核能 蕴藏在物质原子核的内部，通过核反应
(核裂变或核聚变)释放的能量。
(6)辐射能 物体以电磁波的形式向外发射的能量。
二、能源及其分类
能源是指能够直接或间接提供能量的物质资源。 (一)根据初始来源
1、地球本身蕴藏的能源，如核能、地热能等； 间接来源
2、来自地球以外天体的能源
四、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。
水
风
力
能
能
海
化
洋
学
能
能
核 能
地 热 能
太
阳光
能
合 作
燃 料 电 池 （ 酒 精 、 氢 ）
燃烧 核反应 传热
用
风 车
水 车
水力机械
热 能 【85%以上】
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热机
机
械能
发电机
电动机
温 差 发 电
磁
流
体
发 电
热用户
光
电生
反 应
物 质
能
电能 通过热能形式被利用的能源，世界各国平均超过85％，我国90％以上。
能源的开发和利用是人类社会发展的动力，而能源开 发和利用水平又是人类社会文明的重要标志之一。
三个能源时期：
都与人类社会生产力的发展密切地联系在一起
薪柴时期 钻木取火 “薪柴、秸杆 等”
熟食、取暖等 人力、畜力、水力
煤炭时期
18世纪工业革命
“煤炭”
蒸汽机 、电能； 电动机、电灯等
石油时期 20世纪50年代 “石油、天然气” 内燃机械