高等工程热力学课件绪论
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绪论
“高等工程热力学”多媒体课件 高等工程热力学”
能量系统的热力学分析方法
主讲人：刘迎文 副教授 主讲人：
热与流体研究中心
绪论
“高等工程热力学”多媒体课件 高等工程热力学”
办公地点：东三楼乙203室 办公地点：东三楼乙203室 Email: ywliu@mail.xjtu.edu.cn
热与流体研究中心
教学计划：总学时15，其中主讲14学时 自学1 教学计划：总学时15，其中主讲14学时，自学1学时 学时， 教学环节： 教学环节： 主讲、作业、考试（或大论文）。 主讲、作业、考试（或大论文）。
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绪论
“高等工程热力学”多媒体课件 高等工程热力学”
课程性质、目的及任务 课程性质、
课程性质：是讲授能量相互转换基本理论和规律， 课程性质：是讲授能量相互转换基本理论和规律，
五、能源现状
能源是国民经济的命脉， 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， 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。 70年代以来 能源就 年代以来， 起着举足轻重的作用。从70年代以来，能源就 人口、粮食、环境、资源被列为世界上的五 与人口、粮食、环境、资源被列为世界上的五 大问题。 大问题。人们要在愈来愈恶劣的环境下求得发 并让子孙后代生活得更好， 展，并让子孙后代生活得更好，首先就要解决 这五大问题。 这五大问题。
气温上升、冰川熔化、海平面上升。 气温上升、冰川熔化、海平面上升。
中新网北京11月 日消息 日消息: 中新网北京 月16日消息 设在华盛顿的地球政策研究所15日说， 设在华盛顿的地球政策研究所 日说， 日说 由于温室效应造成海平面上升， 由于温室效应造成海平面上升，大洋洲岛 国图瓦卢的居民将被迫举国搬迁。 国图瓦卢的居民将被迫举国搬迁。
热与流体Байду номын сангаас究中心
绪论
350 300
“高等工程热力学”多媒体课件 高等工程热力学”
平均每人每年消耗(GJ) 平均每人每年消耗(GJ)
250 200 150 100 50 0
交通耗用 农工业 生活服务 食物消耗
原始时期 狩猎-采集 早期农业 文明兴起 工业时代 科技时代 狩猎公元前 十万年 公元前 一万年 公元前 七千年 1400 1875 1950
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绪论
“高等工程热力学”多媒体课件 高等工程热力学”
四、能源与环境
联合国最新公布的研究结果显示:在过去30 联合国最新公布的研究结果显示:在过去30年 30年 虽然国际社会在环保领域取得了一定成绩， 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。 但全球整体环境状况持续恶化。 全球环境恶化主要表现在: 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、 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、 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 等多方面; 样化受到威胁等多方面; 温室效应、 其中能源有直接关系的温室效应 酸雨、 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。 氧层破坏、热污染、放射性污染，等等。
按使用程度和技术分: 按使用程度和技术分:
常规能源： 常规能源：
开发利用时间长、技术成熟、 开发利用时间长、技术成熟、大量生产并广泛使 如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、 用，如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等
新能源： 新能源：
开发利用较少或正在研究开发之中，太阳能、 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， 热能、潮汐能、生物质能，核能
可再生能源：风能、水能、地热能、 可再生能源：风能、水能、地热能、太阳能等 非再生能源： 石油、天然气、 非再生能源：煤、石油、天然气、核燃料等
二次能源 —一次能源直接或间接转换而来的能源
汽油等。 电、高温蒸汽、焦炭、煤气、氢、汽油等。 高温蒸汽、焦炭、煤气、
热与流体研究中心
绪论
“高等工程热力学”多媒体课件 高等工程热力学”
按地球上的能量来源分： 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 直接获得：宇宙射线、 间接获得：水力能、风能、波浪能、生物质能、 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） 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） 核能（核燃料）、地热能（温泉、岩浆等） ）、地热能
地球与其它天体（月球等）相互作用的能源 地球与其它天体（月球等）
海洋的潮汐能
热与流体研究中心
绪论
“高等工程热力学”多媒体课件 高等工程热力学”
按能源存在形态分： 按能源存在形态分：
一次能源 —可直接利用、未改变形态的自然界现存的能源 可直接利用、
热与流体研究中心
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“高等工程热力学”多媒体课件 高等工程热力学”
化石燃料面临枯竭危险 根据BP世界能源统计，全球化石燃料可 根据 世界能源统计，全球化石燃料可用情况如下： 世界能源统计 化石燃料 储量 1636亿吨 亿吨 179.8万亿立方米 万亿立方米 9091亿吨 亿吨
《BP世界能源统计 世界能源统计2006》 世界能源统计 热与流体研究中心
国 经 年 长 民 济 增 率
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能源消耗与日常生活的关系 人们的日常生活处处离不开能源， 人们的日常生活处处离不开能源，不仅 是衣、 而且文化娱乐、 是衣、食、住、行，而且文化娱乐、医疗卫 生都与能源密切相关。 生都与能源密切相关。 从一个国家人民的能耗量就可以看出一 个国家人民的生活水平。 个国家人民的生活水平。例如生活最富裕的 北美地区比贫穷的南亚地区每年每人的平均 能耗要高出55 55倍 能耗要高出55倍。
人均 GDP， US$ 1995 ppp ，
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• 世界各国经济发展的实践证明，在经济正 世界各国经济发展的实践证明， 常发展的情况下， 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。 济生产总值增长率成正比例关系。 • 能源消费弹性系数＝ 能 消 年 长 能源消费弹性系数＝ 源 费 增 率
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一、能源及其分类
能源可以根据来源 形态、 能源可以根据来源、形态、使用程度和 来源、 技术、污染程度以及性质等进行分类 技术、污染程度以及性质等进行分类。 以及性质等进行分类。
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400 Global Trend EU-15 North America 300 Korea 1970-2000 Malaysia 1970-2000 250 China 1970-2002 350
能源消费 ， 人均 GJ 能源消费，
200
150
100
50
0 $0 $5,000 $10,000 $15,000 $20,000 $25,000 $30,000 $35,000 $40,000
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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， 人类利用能源的历史，也就是人类认识 和征服自然的历史。 和征服自然的历史。 (1)火的发现和利用 (1)火的发现和利用 (2)畜力 风力、 畜力、 (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 (3)化石燃料的开发和热的利用 (4)电的发现及开发利用 (4)电的发现及开发利用 (5)原子核能的发现及开发利用 (5)原子核能的发现及开发利用
绪论
“高等工程热力学”多媒体课件 高等工程热力学”
教 著
材：能量系统的热力学分析方法” 能量系统的热力学分析方法”
傅秦生编
苏长荪等编 赵冠春等编 冯霄等编
扩展参考教材： 高等工程热力学” 扩展参考教材： “高等工程热力学”
“火用分析及应用” 火用分析及应用” “化工节能原理与技术” 化工节能原理与技术”
热与流体研究中心
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0.8 o C
Global Warming and CO2 Atmospheric Concentration
热与流体研究中心
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加拿大冰山区域不断缩小
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三、能源与经济、日常生活 能源与经济、
能源是发展社会生产和提高人民生活水 平的重要物质基础， 平的重要物质基础，是推动国民经济发展的 强大动力。 强大动力。
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能源消耗与经济的关系
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酸雨的危害
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臭氧层破坏对健康的危害
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储采比 40.6年 年 65.1年 年 164年 年
绪论
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而世界人均的能量消耗则不断上升， 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 纪中总能耗增长到25.8倍！ 总能耗增长到 倍
年份 1900 1950 2000 总人口 (亿） 15.71 25.01 60.50 人均能耗 标准煤/( /(人 [t 标准煤/(人.年)] 0.493 1.026 3.300
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按对环境的污染情况分： 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 对环境无污染或污染很小的能源， 水能、海洋能、风能、氢能等； 能、水能、海洋能、风能、氢能等；
非清洁能源
对环境污染较大的能源，如煤、石油等。 对环境污染较大的能源，如煤、石油等。
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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 大英百科全书》对能源的解释为“ 一个包括所有燃料、流水、阳光和风的术语， 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， 人类采用适当的转换手段，给人类自己提供 所需的能量” 所需的能量”。 在现代汉语辞典中，对能源的注解是“ 在现代汉语辞典中，对能源的注解是“能产 生能量的物质，如燃料、水力、风力等” 生能量的物质，如燃料、水力、风力等”。 凡是能直接或者经过转换而获取某种 能量的自然资源统称为能源。 能量的自然资源统称为能源。
以提高能量利用完善程度的一门技术基础课。 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， 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、 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。 决问题的能力，从而满足未来科研工作的需要。
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世界经济的现代化， 世界经济的现代化，得益于化石能 如石油、天然气、 源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能 的广泛应用。 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， 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 21世纪上半叶迅速 经济的资源载体将在21世纪上半叶迅速 地接近枯竭。 地接近枯竭。
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按能源本身性质分： 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、 天然气、地热、 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， 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。 直接储存并随过程结束而消失。 如水能、风能、潮汐能、电能等。 如水能、风能、潮汐能、电能等。
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能量系统的热力学分析方法
主讲人：刘迎文 副教授 主讲人：
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办公地点：东三楼乙203室 办公地点：东三楼乙203室 Email: ywliu@mail.xjtu.edu.cn
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教学计划：总学时15，其中主讲14学时 自学1 教学计划：总学时15，其中主讲14学时，自学1学时 学时， 教学环节： 教学环节： 主讲、作业、考试（或大论文）。 主讲、作业、考试（或大论文）。
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课程性质、目的及任务 课程性质、
课程性质：是讲授能量相互转换基本理论和规律， 课程性质：是讲授能量相互转换基本理论和规律，
五、能源现状
能源是国民经济的命脉， 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， 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。 70年代以来 能源就 年代以来， 起着举足轻重的作用。从70年代以来，能源就 人口、粮食、环境、资源被列为世界上的五 与人口、粮食、环境、资源被列为世界上的五 大问题。 大问题。人们要在愈来愈恶劣的环境下求得发 并让子孙后代生活得更好， 展，并让子孙后代生活得更好，首先就要解决 这五大问题。 这五大问题。
气温上升、冰川熔化、海平面上升。 气温上升、冰川熔化、海平面上升。
中新网北京11月 日消息 日消息: 中新网北京 月16日消息 设在华盛顿的地球政策研究所15日说， 设在华盛顿的地球政策研究所 日说， 日说 由于温室效应造成海平面上升， 由于温室效应造成海平面上升，大洋洲岛 国图瓦卢的居民将被迫举国搬迁。 国图瓦卢的居民将被迫举国搬迁。
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平均每人每年消耗(GJ) 平均每人每年消耗(GJ)
250 200 150 100 50 0
交通耗用 农工业 生活服务 食物消耗
原始时期 狩猎-采集 早期农业 文明兴起 工业时代 科技时代 狩猎公元前 十万年 公元前 一万年 公元前 七千年 1400 1875 1950
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四、能源与环境
联合国最新公布的研究结果显示:在过去30 联合国最新公布的研究结果显示:在过去30年 30年 虽然国际社会在环保领域取得了一定成绩， 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。 但全球整体环境状况持续恶化。 全球环境恶化主要表现在: 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、 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、 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 等多方面; 样化受到威胁等多方面; 温室效应、 其中能源有直接关系的温室效应 酸雨、 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。 氧层破坏、热污染、放射性污染，等等。
按使用程度和技术分: 按使用程度和技术分:
常规能源： 常规能源：
开发利用时间长、技术成熟、 开发利用时间长、技术成熟、大量生产并广泛使 如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、 用，如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等
新能源： 新能源：
开发利用较少或正在研究开发之中，太阳能、 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， 热能、潮汐能、生物质能，核能
可再生能源：风能、水能、地热能、 可再生能源：风能、水能、地热能、太阳能等 非再生能源： 石油、天然气、 非再生能源：煤、石油、天然气、核燃料等
二次能源 —一次能源直接或间接转换而来的能源
汽油等。 电、高温蒸汽、焦炭、煤气、氢、汽油等。 高温蒸汽、焦炭、煤气、
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按地球上的能量来源分： 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 直接获得：宇宙射线、 间接获得：水力能、风能、波浪能、生物质能、 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） 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） 核能（核燃料）、地热能（温泉、岩浆等） ）、地热能
地球与其它天体（月球等）相互作用的能源 地球与其它天体（月球等）
海洋的潮汐能
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按能源存在形态分： 按能源存在形态分：
一次能源 —可直接利用、未改变形态的自然界现存的能源 可直接利用、
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化石燃料面临枯竭危险 根据BP世界能源统计，全球化石燃料可 根据 世界能源统计，全球化石燃料可用情况如下： 世界能源统计 化石燃料 储量 1636亿吨 亿吨 179.8万亿立方米 万亿立方米 9091亿吨 亿吨
《BP世界能源统计 世界能源统计2006》 世界能源统计 热与流体研究中心
国 经 年 长 民 济 增 率
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能源消耗与日常生活的关系 人们的日常生活处处离不开能源， 人们的日常生活处处离不开能源，不仅 是衣、 而且文化娱乐、 是衣、食、住、行，而且文化娱乐、医疗卫 生都与能源密切相关。 生都与能源密切相关。 从一个国家人民的能耗量就可以看出一 个国家人民的生活水平。 个国家人民的生活水平。例如生活最富裕的 北美地区比贫穷的南亚地区每年每人的平均 能耗要高出55 55倍 能耗要高出55倍。
人均 GDP， US$ 1995 ppp ，
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• 世界各国经济发展的实践证明，在经济正 世界各国经济发展的实践证明， 常发展的情况下， 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。 济生产总值增长率成正比例关系。 • 能源消费弹性系数＝ 能 消 年 长 能源消费弹性系数＝ 源 费 增 率
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一、能源及其分类
能源可以根据来源 形态、 能源可以根据来源、形态、使用程度和 来源、 技术、污染程度以及性质等进行分类 技术、污染程度以及性质等进行分类。 以及性质等进行分类。
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400 Global Trend EU-15 North America 300 Korea 1970-2000 Malaysia 1970-2000 250 China 1970-2002 350
能源消费 ， 人均 GJ 能源消费，
200
150
100
50
0 $0 $5,000 $10,000 $15,000 $20,000 $25,000 $30,000 $35,000 $40,000
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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， 人类利用能源的历史，也就是人类认识 和征服自然的历史。 和征服自然的历史。 (1)火的发现和利用 (1)火的发现和利用 (2)畜力 风力、 畜力、 (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 (3)化石燃料的开发和热的利用 (4)电的发现及开发利用 (4)电的发现及开发利用 (5)原子核能的发现及开发利用 (5)原子核能的发现及开发利用
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教 著
材：能量系统的热力学分析方法” 能量系统的热力学分析方法”
傅秦生编
苏长荪等编 赵冠春等编 冯霄等编
扩展参考教材： 高等工程热力学” 扩展参考教材： “高等工程热力学”
“火用分析及应用” 火用分析及应用” “化工节能原理与技术” 化工节能原理与技术”
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0.8 o C
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三、能源与经济、日常生活 能源与经济、
能源是发展社会生产和提高人民生活水 平的重要物质基础， 平的重要物质基础，是推动国民经济发展的 强大动力。 强大动力。
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能源消耗与经济的关系
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酸雨的危害
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臭氧层破坏对健康的危害
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而世界人均的能量消耗则不断上升， 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 纪中总能耗增长到25.8倍！ 总能耗增长到 倍
年份 1900 1950 2000 总人口 (亿） 15.71 25.01 60.50 人均能耗 标准煤/( /(人 [t 标准煤/(人.年)] 0.493 1.026 3.300
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按对环境的污染情况分： 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 对环境无污染或污染很小的能源， 水能、海洋能、风能、氢能等； 能、水能、海洋能、风能、氢能等；
非清洁能源
对环境污染较大的能源，如煤、石油等。 对环境污染较大的能源，如煤、石油等。
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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 大英百科全书》对能源的解释为“ 一个包括所有燃料、流水、阳光和风的术语， 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， 人类采用适当的转换手段，给人类自己提供 所需的能量” 所需的能量”。 在现代汉语辞典中，对能源的注解是“ 在现代汉语辞典中，对能源的注解是“能产 生能量的物质，如燃料、水力、风力等” 生能量的物质，如燃料、水力、风力等”。 凡是能直接或者经过转换而获取某种 能量的自然资源统称为能源。 能量的自然资源统称为能源。
以提高能量利用完善程度的一门技术基础课。 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， 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、 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。 决问题的能力，从而满足未来科研工作的需要。
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世界经济的现代化， 世界经济的现代化，得益于化石能 如石油、天然气、 源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能 的广泛应用。 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， 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 21世纪上半叶迅速 经济的资源载体将在21世纪上半叶迅速 地接近枯竭。 地接近枯竭。
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按能源本身性质分： 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、 天然气、地热、 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， 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。 直接储存并随过程结束而消失。 如水能、风能、潮汐能、电能等。 如水能、风能、潮汐能、电能等。