工程热力学 建环系 吕静 Engineering Thermodynamics

工程热力学：热能与机械能 物理热力学 化学热力学 生物热力学 溶液热力学 热力学 热力学： 研究与热现象有关的能量转换规律的科学。

何谓《工程热力学》 《工程热力学》是从工程的观点出发， 研究物质的热力性质、能量转换规律、 以及热能的直接利用等问题。

能源的种类： 一 能源的种类： 煤炭、石油、天然气、水力、原子核能、 能量的种类： 太阳能、海洋能、风能及地热能等。 机械能、热能、电能、辐射能、化学能、核能。 能源的种类 煤炭 23.3%、石油35.7%、天然气20.3%、水力2.3%、原子核能6.7%、太阳能、海洋能、风能及地热能等11.6%。 1998年世界一次能源供给比例

能源转换利用的关系 光电转换 燃料电池 光热 聚变 裂变 燃烧 水车 水轮机 风车 电动机 发电机 转换 直接利用 热 能 电 能 热 能 电 能 机 械 能 风 能 水 化 学 核 地 热 太 阳 一次能源 (天然存在) 二次能源 再生能源 非再生能源 （燃料） 热机

燃料热能 的利用方式 直接利用 间接利用 换热器 （热效率） 工业锅炉、工业炉窖、 加热器、冷却器、蒸 发器、冷凝器等。 效率 蒸汽动力装置 25~55% 提高热效率是 我们的主要目标 燃气动力装置 间接利用 火箭发动机 将燃料的热能通过 各种形式的发动机 及发电机，使热能 变为机械能或电能 内燃机

热 机 种 类 能量利用率  发电（火力、核能） 40%  车辆发动机（内燃机） 25~35%  轮船发动机 25~35%  航空发动机 20~30%  制冷、空调 >200%

水力发电

火力发电装置基本特点 1、热源，冷源 2、工质（水，蒸 汽） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热) 过热器 汽轮机 锅 炉 发电机 凝汽器 给水泵

制冷空调装置 基本特点： 1、热源，冷源 2、工质（制冷剂） 3、得到容积变化功 4、循环 (加压、放热、 膨胀、吸热)

我国的能源政策是：节能与开发并重，缺一不可！ 每创造一美元国民产值的能耗 说明：管理水平、设备、工艺和技术落后，造成能源 损失大、浪费大、节能潜力大。 我国的能源政策是：节能与开发并重，缺一不可！

节能的重要性（1） 我国 0.2 kW/ 人 中等发达国家 1 kW/人 发达国家 6 kW/ 人 电力为例：我国电力 2 亿 5 千万千瓦 我国 0.2 kW/ 人 中等发达国家 1 kW/人 发达国家 6 kW/ 人 2050 年  1 kW/人  15 亿千瓦

节能的重要性（2） 2050 年  1 kW/人  15 亿千瓦 水能： 3 亿 7 千 6 百 kW 核能：2 亿 kW

本课程的研究对象及主要内容 研究对象： 与热现象有关的能量利用与转换规律的科学。 研究内容： （1）．研究能量转换的客观规律，即热力 学第一与第二定律。 （2）．研究工质的基本热力性质。 （3）．研究各种热工设备中的工作过程。 （4）．研究如何提高热工设备的效率问题。

能量分析、 提高效率 工质性质 应用 动力循环、 制冷循环、 水蒸气、湿空气、 气体和蒸汽的流动 热力学 第一定律 热力学 第二定律

三. 热力学与资源、环境的关系 近代科技发展引起的三次技术革命。 第一次.18-19世纪初蒸汽机的发明。 三. 热力学与资源、环境的关系 近代科技发展引起的三次技术革命。 第一次.18-19世纪初蒸汽机的发明。 第二次.19世纪中后期，发电机和发动机的发明。 第三次.本世纪中期以来原子能、电子计算机，新 兴材料以及空间技术、生命科学等方面突飞猛进的 发展。

环境的影响 1.温室效应 2.热污染 3.酸雨 4.破坏臭氧层

燃煤：SO2、粉尘、CO2 （酸雨） （温室效应） 57%城市总悬浮颗粒超标 48个城市SO2浓度超标 82%城市出现过酸雨 目前

报考热能、低温、制冷、空调等专业硕士、博士研究生的必考科目。 基础技术课或专业基础课： 热能与动力工程、 建筑环境与设备工程 四 学习本课程意义 21世纪的要求 人类面临问题：环境、能源 学科交叉 选优、考研课程 报考热能、低温、制冷、空调等专业硕士、博士研究生的必考科目。 基础技术课或专业基础课： 热能与动力工程、 建筑环境与设备工程

“课程难与不难？” 难 课程特点—概念活，公式多，理论抽象 研究对象—气体（远较刚体复杂） 不难 使用的数学工具 物理基础 课程内容比较

如何学好工程热力学： 参考书目： 上课认真听讲并思考 自己完成作业 看一、二本参考书 1 工程热力学——廉乐明编著，建工出版社 2 工程热力学理论概要和习题——童钧耕等， 上海交通大学出版社 3工程热力学精要分析及典型题精解——何雅玲编， 西安交通大学出版社， 4.工程热力学——刘宝兴等，中国机械工业出版社， 5 工程热力学——沈维道等，高等教育出版社

作业规范： 第一步：写出物理表达式 P1 =Pb + F1 / A 第二步：代入原始数据 第三步：给出结果

五.工程热力学研究方法 1、宏观方法：连续体，用宏观物理量描述其状态，其基本规律是无数经验的总结 特点：可靠，普遍，不能任意推广 宏观热力学，平衡热力学 2、微观方法：从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象及规律 特点：揭示本质，模型近似 统计热力学