嚴家騄版工程熱力學緒論ppt課件

2020/4/25,1,.,工程熱力學EngineeringThermodynamics,楊曉軍（PatrickYoung）北教3210Xjyang24092415-606,CollegeofAeronauticalEngineeringCivilAviationUniversityofChina,2020/4/25,2,.,課程介紹,總學時72，課堂講授62實驗學時10學分4,平時15實驗15考試70星期一交作業(yè)前續(xù)課程：大學物理，高等數(shù)學后續(xù)課程：航空發(fā)動機原理；氣體動力學Textbook：1、工程熱力學嚴家錄等編；高教出版社2、傳熱學-理論基礎及工程應用曹紅奮編；人民交通出版社Onlinelearning:,2020/4/25,3,.,Preface,Thermodynamicscanbedefinedasthescienceofenergy,heat,Therme,dynamis,power,(Greekwords),熱能,ThermalEnergy,2020/4/25,4,.,緒論,工程熱力學是一門研究熱能有效利用及熱能和其它形式能量轉換規(guī)律的科學,2020/4/25,5,.,能源轉換利用的關系,熱能,電能,機械能,風能,水能,化學能,核能,地熱能,太陽能,一次能源(天然存在),二次能源,光電轉換,燃料電池,光熱,聚變,裂變,燃燒,水車,水輪機,風車,熱機,電動機,發(fā)電機,90%,轉換,直接利用,供暖,2020/4/25,6,.,工程熱力學與節(jié)能,工程熱力學是一門研究熱能有效利用及熱能和其它形式能量轉換規(guī)律的科學,2020/4/25,7,.,能源energysources的資源,2000.12.30世界能源報道,我國探明可開采儲量32.74億噸可開采1520年,石油Petroleum,世界40-50年,2020/4/25,8,.,能源的資源,2000.12.30世界能源報道,我國探明可開采儲量11704億m3可開采2858年,天然氣NaturalGas,世界60年,2020/4/25,9,.,能源的資源,2000.12.30世界能源報道,我國探明可開采儲量1145億噸可開采5481年,煤炭Coal,世界220年,2020/4/25,10,.,能源消費水平,日、德、俄等56噸標煤/人年,美國11噸標煤/人年,我國規(guī)劃：20302050年2.53噸標煤/人年,我國1噸標煤/人年,2020/4/25,11,.,發(fā)電為例,我國電力2億5千萬千瓦,中等發(fā)達國家1kW/人,發(fā)達國家6kW/人,2050年1kW/人15億千瓦,我國0.2kW/人,2020/4/25,12,.,電的來源,煤：9億kW,2050年1kW/人15億千瓦,水能：3億7千6百kW,核能：2億kW,風能、太陽能：1億kW,2020/4/25,13,.,EnergyandEnvironment,SO2、粉塵、CO2（酸雨）（溫室效應）,acidrain,Greenhouseeffect,燃煤：,車輛：,NOx、HC、CO,O3,霧Smog,SUN,缺氧,2020/4/25,14,.,全球溫室氣體排放及運輸業(yè)溫室氣體排放比例,民航溫室氣體排放占2%；IPCC預計到2050年會占到3%,2020/4/25,15,.,中國平均供電耗煤量的變化,g/kW.h,2020/4/25,16,.,中國與日本工業(yè)能耗比較,2020/4/25,17,.,節(jié)能EnergySaving,節(jié)能是近年來的基本國策“開發(fā)和節(jié)約并重”節(jié)能任重道遠是我們的責任,2020/4/25,18,.,熱力學的分類,工程熱力學：熱能與機械能物理熱力學化學熱力學生物熱力學溶液熱力學,熱力學,2020/4/25,19,.,熱機種類,發(fā)電（火力、核能）40%車輛發(fā)動機（內燃機）2535%輪船發(fā)動機2535%航空發(fā)動機2030%制冷空調(非熱機，同理）200%,能量利用率,heatengine,Energyefficiency,2020/4/25,20,.,火力發(fā)電裝置基本特點,鍋爐,汽輪機,發(fā)電機,給水泵,凝汽器,過熱器,1、熱源，冷源2、工質（水，蒸汽）3、膨脹做功4、循環(huán)(加壓、加熱、膨脹做功、放熱),2020/4/25,21,.,燃氣裝置基本特點,1、熱源，冷源2、工質（燃氣）3、膨脹做功4、循環(huán)(加壓、加熱、膨脹做功、放熱),壓氣機,燃氣輪機,燃燒室,空氣,廢氣,2020/4/25,22,.,內燃機裝置,空氣、油,廢氣,吸氣,壓縮點火,膨脹,排氣,internalcombustionengine,2020/4/25,23,.,內燃機裝置基本特點,1、熱源，冷源2、工質（燃氣）3、膨脹做功4、循環(huán)(加壓、加熱、膨脹做功、放熱),2020/4/25,24,.,制冷空調裝置基本特點,1、熱源，冷源2、工質（制冷劑）3、得到容積變化功4、循環(huán)(加壓、放熱、膨脹、吸熱),2020/4/25,25,.,熱力裝置共同基本特點,1、熱源，冷源heatreservoir2、工質medium3、容積變化功movingboundarywork4、循環(huán)cycle,2020/4/25,26,.,熱機,高溫熱源,低溫熱源,Q1,Q2,W,動力循環(huán)簡圖,熱效率,Thermalefficiency,2020/4/25,27,.,思考題？,2、為何要有兩個熱源，能否不要低溫熱源,不放熱，W=Q是否可以進行？,3、發(fā)電廠效率高的只有40%左右，可否有途徑提高，最高效率是否有極限？極限為多少？,1、為什么永動機不能實現(xiàn)？,Perpetualmotionmachine,4、熱能和機械能通過什么介質轉換,2020/4/25,28,.,工程熱力學的研究內容,1、能量轉換的基本定律,2、工質的基本性質與熱力過程,3、熱功轉換設備、工作原理,4、化學熱力學基礎,2020/4/25,29,.,過程,過程,化學反應過程,熱力過程,閉口系熱力過程,開口系熱力過程,循環(huán),制冷熱泵,內燃機,外燃機,柴油,汽油,燃氣輪機,空氣壓縮,蒸氣壓縮,吸收,熱機,蒸汽動力,2020/4/25,30,.,工質,工質,種類,研究方法,狀態(tài)參數(shù)全微分特征,Maxwell式,理想氣體,實際氣體,混合氣體,比熱關系式,濕空氣,水蒸氣,制冷工質,微分關系式,狀態(tài)方程,2020/4/25,31,.,1、宏觀方法：連續(xù)體(continuum)，用宏觀物理量描述其狀態(tài)，其基本規(guī)律是無數(shù)經(jīng)驗的總結特點：可靠，普遍，不能任意推廣經(jīng)典（宏觀,平衡）熱力學classical(macroscopic,equilibrium),工程熱力學研究方法,2020/4/25,32,.,2、微觀方法：從微觀粒子的運動及相互作用角度研究熱現(xiàn)象及規(guī)律特點：揭示本質，模型近似微觀（統(tǒng)計）熱力學microscopic(statistical)thermodynamics,工程熱力學研究方法,2020/4/25,33,.,工程熱力學傳熱學HeatTransfer流體力學Hydrodynamics燃燒學Combustion熱物性學Thermophysicalproperty,工程熱力學所屬學科,工程熱物理,Engineeringthermophysics,2020/4/25,34,.,五個定律,能量轉化及使用熱力學第一定律熱力學第二定律熱力性質熱力學第零定律熱力學第三定律狀態(tài)公理,2020/4/25,35,.,1、有幾位科學家在熱力學作出了貢獻，獲諾貝爾獎？,小知識,2、中國哪位教授與美國教授合作提出的狀態(tài)方程得到普遍認可？,3、Maxwell妖是什么？,4、“吉布斯佯謬”又是什么？,2020/4/25,36,.,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（1）,J.D.范.德瓦爾斯JohannesvanderWaals(1837-1923)荷蘭氣體和液體狀態(tài)方程:如果壓強表示成臨界壓強的單調函數(shù)，體積表示成臨界體積的單調函數(shù)，溫度表示成臨界溫度的單調函數(shù)，、就可得到適用于所有物質的物態(tài)方程的普遍形式.1910年諾貝爾物理學獎,2020/4/25,37,.,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（2）,M.普朗克MaxPlanck(1858-1947)德國發(fā)現(xiàn)能量子（量子理論）物質輻射（或吸收）的能量不是連續(xù)地、而是一份一份地進行的，只能取某個最小數(shù)值的整數(shù)倍。這個最小數(shù)值就叫能量子，輻射頻率是的能量的最小數(shù)值=h。其中h，普朗克當時把它叫做基本作用量子，現(xiàn)在叫做普朗克常數(shù)。1918年諾貝爾物理學獎,2020/4/25,38,.,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（3）,W.H.能斯脫WaltherHermannNernst(1864-1941)德國熱化學，熵基準:絕對零度不可達到但可以無限趨近.在絕對零度，任何完美晶體的熵為零1920年諾貝爾化學獎,2020/4/25,39,.,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（4）,L.昂薩格LarsOnsager(1903-1976)美國不可逆過程熱力學理論:在描述各種不可逆過程的流（速率）和力（推動力）之間的線性唯象關系中的唯象系數(shù)之間滿足一種對稱關系，這就是著名的昂薩格倒易關系。1968年諾貝爾化學獎,2020/4/25,40,.,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（5）,I.普里戈金IlyaPrigogine(1917-)比利時熱力學的耗散結構理論:封閉沒有發(fā)展，平衡也沒有發(fā)展，這是耗散結構理論的基本結論?；竟剑篸S=deS+diS。一個遠離平衡的開放系統(tǒng)（不論它是物理、化學的，還是生物學、生態(tài)學的，乃至是社會、經(jīng)濟或精神的），通過與環(huán)境進行物質、能量和信息的交換即通過物質、能量和信息的耗散，從而就可能自發(fā)組織起來，實現(xiàn)從無序到有序的轉變，形成具有一定組織和秩序的動態(tài)結構。1977年諾貝爾化學獎,2020/4/25,41,.,熱力學方面獲諾貝爾獎的科學家（6）,K.G.威爾遜KennethG.Wilson(1936-)美國臨界重整化群理論:臨界點現(xiàn)象具有標度變換不變這種對稱性可用重整化群來表示將關聯(lián)長度發(fā)散的臨界點與非線性變換的不動點聯(lián)系起來，建立一種與傳統(tǒng)的統(tǒng)計方法不同的分析途徑，這種途徑不直接配分函數(shù)，而是研究保持配分函數(shù)形式不變的變換特性。對連續(xù)相變的討論：分析這種非線性變換的不動點和在不動點附近線性化之后的本征值，以此計算臨界指數(shù)1982年諾貝爾物理獎,2020/4/25,42,.,參考書,1、工程熱力學沈維道等高