嚴(yán)家騄版工程熱力學(xué)緒論ppt課件

2020/4/25,1,.,工程熱力學(xué)EngineeringThermodynamics,楊曉軍（PatrickYoung）北教3210Xjyang24092415-606,CollegeofAeronauticalEngineeringCivilAviationUniversityofChina,2020/4/25,2,.,課程介紹,總學(xué)時(shí)72，課堂講授62實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)10學(xué)分4,平時(shí)15實(shí)驗(yàn)15考試70星期一交作業(yè)前續(xù)課程：大學(xué)物理，高等數(shù)學(xué)后續(xù)課程：航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理；氣體動(dòng)力學(xué)Textbook：1、工程熱力學(xué)嚴(yán)家錄等編；高教出版社2、傳熱學(xué)-理論基礎(chǔ)及工程應(yīng)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(xué)是一門研究熱能有效利用及熱能和其它形式能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué),2020/4/25,5,.,能源轉(zhuǎn)換利用的關(guān)系,熱能,電能,機(jī)械能,風(fēng)能,水能,化學(xué)能,核能,地?zé)崮?太陽能,一次能源(天然存在),二次能源,光電轉(zhuǎn)換,燃料電池,光熱,聚變,裂變,燃燒,水車,水輪機(jī),風(fēng)車,熱機(jī),電動(dòng)機(jī),發(fā)電機(jī),90%,轉(zhuǎn)換,直接利用,供暖,2020/4/25,6,.,工程熱力學(xué)與節(jié)能,工程熱力學(xué)是一門研究熱能有效利用及熱能和其它形式能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué),2020/4/25,7,.,能源energysources的資源,2000.12.30世界能源報(bào)道,我國探明可開采儲(chǔ)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(bào)道,我國探明可開采儲(chǔ)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(bào)道,我國探明可開采儲(chǔ)量1145億噸可開采5481年,煤炭Coal,世界220年,2020/4/25,10,.,能源消費(fèi)水平,日、德、俄等56噸標(biāo)煤/人年,美國11噸標(biāo)煤/人年,我國規(guī)劃：20302050年2.53噸標(biāo)煤/人年,我國1噸標(biāo)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(dá)國家1kW/人,發(fā)達(dá)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(fēng)能、太陽能：1億kW,2020/4/25,13,.,EnergyandEnvironment,SO2、粉塵、CO2（酸雨）（溫室效應(yīng)）,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(yùn)輸業(yè)溫室氣體排放比例,民航溫室氣體排放占2%；IPCC預(yù)計(jì)到2050年會(huì)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(yuǎn)是我們的責(zé)任,2020/4/25,18,.,熱力學(xué)的分類,工程熱力學(xué)：熱能與機(jī)械能物理熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)生物熱力學(xué)溶液熱力學(xué),熱力學(xué),2020/4/25,19,.,熱機(jī)種類,發(fā)電（火力、核能）40%車輛發(fā)動(dòng)機(jī)（內(nèi)燃機(jī)）2535%輪船發(fā)動(dòng)機(jī)2535%航空發(fā)動(dòng)機(jī)2030%制冷空調(diào)(非熱機(jī)，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(diǎn),鍋爐,汽輪機(jī),發(fā)電機(jī),給水泵,凝汽器,過熱器,1、熱源，冷源2、工質(zhì)（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?xì)庋b置基本特點(diǎn),1、熱源，冷源2、工質(zhì)（燃?xì)猓?、膨脹做功4、循環(huán)(加壓、加熱、膨脹做功、放熱),壓氣機(jī),燃?xì)廨啓C(jī),燃燒室,空氣,廢氣,2020/4/25,22,.,內(nèi)燃機(jī)裝置,空氣、油,廢氣,吸氣,壓縮點(diǎn)火,膨脹,排氣,internalcombustionengine,2020/4/25,23,.,內(nèi)燃機(jī)裝置基本特點(diǎn),1、熱源，冷源2、工質(zhì)（燃?xì)猓?、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(diào)裝置基本特點(diǎn),1、熱源，冷源2、工質(zhì)（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(diǎn),1、熱源，冷源heatreservoir2、工質(zhì)medium3、容積變化功movingboundarywork4、循環(huán)cycle,2020/4/25,26,.,熱機(jī),高溫?zé)嵩?低溫?zé)嵩?Q1,Q2,W,動(dòng)力循環(huán)簡(jiǎn)圖,熱效率,Thermalefficiency,2020/4/25,27,.,思考題？,2、為何要有兩個(gè)熱源，能否不要低溫?zé)嵩?不放熱，W=Q是否可以進(jìn)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(dòng)機(jī)不能實(shí)現(xiàn)？,Perpetualmotionmachine,4、熱能和機(jī)械能通過什么介質(zhì)轉(zhuǎn)換,2020/4/25,28,.,工程熱力學(xué)的研究內(nèi)容,1、能量轉(zhuǎn)換的基本定律,2、工質(zhì)的基本性質(zhì)與熱力過程,3、熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備、工作原理,4、化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ),2020/4/25,29,.,過程,過程,化學(xué)反應(yīng)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(nèi)燃機(jī),外燃機(jī),柴油,汽油,燃?xì)廨啓C(jī),空氣壓縮,蒸氣壓縮,吸收,熱機(jī),蒸汽動(dòng)力,2020/4/25,30,.,工質(zhì),工質(zhì),種類,研究方法,狀態(tài)參數(shù)全微分特征,Maxwell式,理想氣體,實(shí)際氣體,混合氣體,比熱關(guān)系式,濕空氣,水蒸氣,制冷工質(zhì),微分關(guān)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(yàn)的總結(jié)特點(diǎn)：可靠，普遍，不能任意推廣經(jīng)典（宏觀,平衡）熱力學(xué)classical(macroscopic,equilibrium),工程熱力學(xué)研究方法,2020/4/25,32,.,2、微觀方法：從微觀粒子的運(yùn)動(dòng)及相互作用角度研究熱現(xiàn)象及規(guī)律特點(diǎn)：揭示本質(zhì)，模型近似微觀（統(tǒng)計(jì)）熱力學(xué)microscopic(statistical)thermodynamics,工程熱力學(xué)研究方法,2020/4/25,33,.,工程熱力學(xué)傳熱學(xué)HeatTransfer流體力學(xué)Hydrodynamics燃燒學(xué)Combustion熱物性學(xué)Thermophysicalproperty,工程熱力學(xué)所屬學(xué)科,工程熱物理,Engineeringthermophysics,2020/4/25,34,.,五個(gè)定律,能量轉(zhuǎn)化及使用熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律熱力性質(zhì)熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第三定律狀態(tài)公理,2020/4/25,35,.,1、有幾位科學(xué)家在熱力學(xué)作出了貢獻(xiàn)，獲諾貝爾獎(jiǎng)？,小知識(shí),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(rèn)可？,3、Maxwell妖是什么？,4、“吉布斯佯謬”又是什么？,2020/4/25,36,.,熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)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(qiáng)表示成臨界壓強(qiáng)的單調(diào)函數(shù)，體積表示成臨界體積的單調(diào)函數(shù)，溫度表示成臨界溫度的單調(diào)函數(shù)，、就可得到適用于所有物質(zhì)的物態(tài)方程的普遍形式.1910年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),2020/4/25,37,.,熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（2）,M.普朗克MaxPlanck(1858-1947)德國發(fā)現(xiàn)能量子（量子理論）物質(zhì)輻射（或吸收）的能量不是連續(xù)地、而是一份一份地進(jìn)行的，只能取某個(gè)最小數(shù)值的整數(shù)倍。這個(gè)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(dāng)時(shí)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(xué)獎(jiǎng),2020/4/25,38,.,熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（3）,W.H.能斯脫WaltherHermannNernst(1864-1941)德國熱化學(xué)，熵基準(zhǔn):絕對(duì)零度不可達(dá)到但可以無限趨近.在絕對(duì)零度，任何完美晶體的熵為零1920年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),2020/4/25,39,.,熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（4）,L.昂薩格LarsOnsager(1903-1976)美國不可逆過程熱力學(xué)理論:在描述各種不可逆過程的流（速率）和力（推動(dòng)力）之間的線性唯象關(guān)系中的唯象系數(shù)之間滿足一種對(duì)稱關(guān)系，這就是著名的昂薩格倒易關(guān)系。1968年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),2020/4/25,40,.,熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（5）,I.普里戈金IlyaPrigogine(1917-)比利時(shí)熱力學(xué)的耗散結(jié)構(gòu)理論:封閉沒有發(fā)展，平衡也沒有發(fā)展，這是耗散結(jié)構(gòu)理論的基本結(jié)論。基本公式：dS=deS+diS。一個(gè)遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)（不論它是物理、化學(xué)的，還是生物學(xué)、生態(tài)學(xué)的，乃至是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)或精神的），通過與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交換即通過物質(zhì)、能量和信息的耗散，從而就可能自發(fā)組織起來，實(shí)現(xiàn)從無序到有序的轉(zhuǎn)變，形成具有一定組織和秩序的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。1977年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),2020/4/25,41,.,熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（6）,K.G.威爾遜KennethG.Wilson(1936-)美國臨界重整化群理論:臨界點(diǎn)現(xiàn)象具有標(biāo)度變換不變這種對(duì)稱性可用重整化群來表示將關(guān)聯(lián)長度發(fā)散的臨界點(diǎn)與非線性變換的不動(dòng)點(diǎn)聯(lián)系起來，建立一種與傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)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(duì)連續(xù)相變的討論：分析這種非線性變換的不動(dòng)點(diǎn)和在不動(dòng)點(diǎn)附近線性化之后的本征值，以此計(jì)算臨界指數(shù)1982年諾貝爾物理獎(jiǎng),2020/4/25,42,.,參考書,1、工程熱力學(xué)沈維道等高