工程熱力學(xué)課件

1、Engineering Thermodynamics 工工 程程 熱熱 力力 學(xué)學(xué)一、工程熱力學(xué)是怎樣一門(mén)課程工程熱力學(xué)是怎樣一門(mén)課程? 熱力學(xué)熱力學(xué)是研究物質(zhì)的能量、能量傳遞和轉(zhuǎn)換規(guī)律以及能量與物質(zhì)性質(zhì)之間普遍關(guān)系的科學(xué)。工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)是熱力學(xué)的一個(gè)分支，著重研究的是熱能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換規(guī)律、方法及提高轉(zhuǎn)換效率的途徑及其工程應(yīng)用。 緒緒 論論 Introduction科學(xué)研究的思路科學(xué)研究的思路認(rèn)識(shí)規(guī)律認(rèn)識(shí)規(guī)律學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法體會(huì)思想體會(huì)思想開(kāi)拓創(chuàng)新開(kāi)拓創(chuàng)新認(rèn)識(shí)科學(xué)規(guī)律認(rèn)識(shí)科學(xué)規(guī)律掌握知識(shí)掌握知識(shí)學(xué)習(xí)研究問(wèn)題學(xué)習(xí)研究問(wèn)題的方法的方法深入體會(huì)研究深入體會(huì)研究問(wèn)題的思想問(wèn)題的思想舉一反三

2、舉一反三改進(jìn)創(chuàng)新改進(jìn)創(chuàng)新基礎(chǔ)基礎(chǔ)重點(diǎn)重點(diǎn)關(guān)鍵關(guān)鍵提高提高問(wèn)題什么是能量？什么是能源？舉例說(shuō)說(shuō)能量的利用、能源的消耗以及帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。二二 能量及其利用能量及其利用n能量能量 (E)： n能量是物質(zhì)的屬性，是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的度量。能量是物質(zhì)的屬性，是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的度量。n如機(jī)械能、風(fēng)能、水能、海浪、潮汐 熱能、電能、化學(xué)能、原子能、地?zé)?n能源能源 n能源 ：提供能量的物質(zhì)資源。 可以是物質(zhì)或物質(zhì)運(yùn)動(dòng)。n煤、石油、天然氣、生物等物質(zhì)n水流、風(fēng)流、海浪、潮汐等物質(zhì) n 運(yùn)動(dòng)當(dāng)今利用得最多的仍然是燃料 (石油、煤、 天然氣等)的化學(xué)能 。 地下燃料資源日益減少，不能滿(mǎn)足飛速發(fā)展的生產(chǎn)力對(duì)動(dòng)力的需求。 世

3、界各國(guó)對(duì)原子能、太陽(yáng)能、地?zé)崮埽?乃至海洋能、生物能等各種新能源正大 力開(kāi)展多方面的研究工作，以期找到新的能源出路。 內(nèi)燃機(jī)的工作過(guò)程熱能的動(dòng)力利用舉例：B、蒸汽動(dòng)力裝置工作過(guò)程能量的利用能量的利用人們?cè)谏a(chǎn)和生活中每時(shí)每刻都在利用能量、消耗能源。能量的利用過(guò)程就是能源的消耗過(guò)程，即能量由能源傳遞到環(huán)境。這種傳遞包括轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換，主要通過(guò)傳熱和作功這兩種方式。結(jié)果能量被利用，能源被消耗并導(dǎo)致環(huán)境污染。James Watt （1736-1819）17631784年間，英英國(guó)人瓦特國(guó)人瓦特對(duì)原始的蒸汽機(jī)作了重大改進(jìn)。瓦特的蒸汽機(jī)裝上曲軸、飛輪，活塞可以靠從兩邊進(jìn)來(lái)的蒸汽連續(xù)推動(dòng)，而不需要用

4、人力去調(diào)節(jié)活門(mén)，這樣世界上第一臺(tái)真正的蒸汽機(jī)誕生此后廣泛用于采礦于采礦、紡織、交通業(yè)。三、三、 熱力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史熱力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 SadiCarnot 1796-18321824年，法國(guó)工程師年，法國(guó)工程師卡諾研究熱機(jī)的效率提卡諾研究熱機(jī)的效率提出了卡諾定理和卡諾循出了卡諾定理和卡諾循環(huán)。環(huán)。 1842年，年， 邁耶通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定計(jì)算出熱功邁耶通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定計(jì)算出熱功當(dāng)量為當(dāng)量為1 卡等于卡等于 365 克米，相當(dāng)于克米，相當(dāng)于3.58J， 接接近于現(xiàn)代精確的熱功當(dāng)量值近于現(xiàn)代精確的熱功當(dāng)量值4.184 J， 提出能提出能量守恒原理，認(rèn)為熱是能量的一種量守恒原理，認(rèn)為熱是能量的一種 形式，可形式，可以

5、與機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換。邁耶是科以與機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換。邁耶是科 學(xué)史上第一學(xué)史上第一個(gè)發(fā)表能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的人個(gè)發(fā)表能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的人 Rudolf Clausius(1822-1888）1850 年，德國(guó)物理學(xué)家德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯克勞修斯在研究卡諾理論的基礎(chǔ)上，提出提出“一個(gè)一個(gè)自行動(dòng)作的機(jī)器，不可自行動(dòng)作的機(jī)器，不可能把熱從低溫物體傳能把熱從低溫物體傳到高溫物體中去到高溫物體中去”。這就是熱力學(xué)第二定律的“克勞修斯表述”。W. Thomson (Lord Kelvin）1824-19071851 年，英國(guó)物理學(xué)家英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文開(kāi)爾文也獨(dú)立地從卡諾的工作中發(fā)現(xiàn)了熱力學(xué)第二定律, 提出了一

6、條新的普通原理：不可從單一不可從單一熱源吸取熱量，使之完熱源吸取熱量，使之完全變成有用的功而不產(chǎn)全變成有用的功而不產(chǎn)生其他影響。生其他影響。這就是熱熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述。表述。Walther Nernst 1864-19411906-1912年，德國(guó)物理化學(xué)家能斯特根據(jù)低溫下化學(xué)反應(yīng)中大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，歸納出熱力學(xué)第熱力學(xué)第三定律即絕對(duì)零三定律即絕對(duì)零度不能達(dá)到度不能達(dá)到，使熱力學(xué)理論更趨完善。J. H. Keenan19001977 1942年，美國(guó)的凱美國(guó)的凱南南在熱力學(xué)的基礎(chǔ)上提出了有效能的提出了有效能的概念概念，使人們對(duì)能源利用和節(jié)能認(rèn)識(shí)又上了一個(gè)臺(tái)階。Jame

7、s Prescott Joule (1818-1889)1850年焦耳以精確實(shí)驗(yàn)結(jié)果證證明了能量守恒定明了能量守恒定律律。至此，熱質(zhì)說(shuō)被最后否定，能量守恒定律成為科學(xué)界公認(rèn)的自然規(guī)律。在18世紀(jì)初，對(duì)熱的認(rèn)識(shí)是熱質(zhì)說(shuō)熱質(zhì)說(shuō) .熱質(zhì)熱質(zhì) 說(shuō)認(rèn)為：說(shuō)認(rèn)為：熱是一種沒(méi)有質(zhì)量的流體，稱(chēng)為熱是一種沒(méi)有質(zhì)量的流體，稱(chēng)為 熱質(zhì)，可以進(jìn)入一熱質(zhì)，可以進(jìn)入一切物體中，不生不滅；切物體中，不生不滅； 物體的熱和冷決定于物體所物體的熱和冷決定于物體所含熱質(zhì)的多少。含熱質(zhì)的多少。 熱質(zhì)說(shuō)是 18 世紀(jì)占統(tǒng)治地位的觀點(diǎn) 它力 圖從自然本身去說(shuō)明自然，并且成功地解 釋了許多熱現(xiàn)象，但熱熱質(zhì)說(shuō)是一種錯(cuò)誤的質(zhì)說(shuō)是一種錯(cuò)誤的

8、學(xué)說(shuō)，不能解釋大家熟知的摩擦生學(xué)說(shuō)，不能解釋大家熟知的摩擦生熱的現(xiàn)象，最終在一個(gè)多世紀(jì)后被科學(xué)界否定熱的現(xiàn)象，最終在一個(gè)多世紀(jì)后被科學(xué)界否定。 三、工程熱力學(xué)的主要內(nèi)容和三、工程熱力學(xué)的主要內(nèi)容和 研究方法研究方法 工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)研究熱能與機(jī)械能之間相轉(zhuǎn)換規(guī)律和方法、提高轉(zhuǎn)換效率的途徑,以提高能源利用的經(jīng)濟(jì)性。 主要內(nèi)容主要內(nèi)容基本概念熱力學(xué)基本定律工質(zhì)的熱力性質(zhì)工程應(yīng)用熱力過(guò)程和循環(huán)能 量 轉(zhuǎn) 換二、研究方法二、研究方法 從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法研究大量分子亂運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均性質(zhì)，導(dǎo)出熱力學(xué)定理，可從微觀機(jī)理解釋熱現(xiàn)象的本質(zhì)。 但模型假設(shè)有近似性，且分析計(jì)算繁復(fù)。2. 微觀方法微觀方法統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)把物質(zhì)看作一個(gè)連續(xù)的整體，不考慮物質(zhì) 的微觀結(jié)構(gòu)。建立在大量觀察及實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ) 上，結(jié)論是可靠、普遍適用的，但不能解釋熱現(xiàn)象的微觀本質(zhì)。 1. 宏觀方法宏觀方法 經(jīng)典熱力學(xué)經(jīng)典熱力學(xué)工程上要求簡(jiǎn)單、可靠，故以宏觀方 法為主。 工程熱力學(xué)常采用抽象、概括、理想化的方法，這種略去次要因素，抓住事物本質(zhì)的科學(xué)方法非常實(shí)用。 教材與教學(xué)參考書(shū)：n1.沈維道 蔣智敏 童鈞耕合編 童鈞耕合編 工程熱 n