工程热力学绪论课件ppt.ppt

工程热力学绪论本讲内容CH0 绪论1 工程热力学简介工程热力学简介2 热力学发展史热力学发展史3 教学安排与学习要求教学安排与学习要求思考题CH0 绪论 1 了解工程热力学发展简史； 2 理解热能和机械能连续转换需要满足的条件CH0 绪论0.1 工程热力学简介课程性质研究对象研究内容研究方法0.2 热力学发展史理论热力学四大定律 实践热机热力学领域的科学大家0.3 教学安排与学习要求0.1 工程热力学简介工程热力学：是一门从工程观点来论述热力学普遍原理及其各种应用的基础性应用学科本课程的性质：专业基础课节能分析的理论基础过程装备设计的理论基础之一工程热力学：工程热力学： 热能与机械能转换热能与机械能转换物理热力学物理热力学化学热力学化学热力学生物热力学生物热力学溶液热力学溶液热力学热热力力学学传热传热学学热热工工基基础础世界能源状况全球能源消费增长迅速 全球能源危机石油价格波动热力学第二定律 18541855年 S汽车工作介质气体或者蒸汽内燃机：煤气机、汽油机、柴油机从微观粒子的运动及相互作用角度以研究热现象及规律最早的内燃机煤气机Kenneth G.他还提出热力学能U和熵S的概念1920年诺贝尔化学奖1862年，法国工程师德罗沙提出等容燃烧四冲程循环：进气、压缩、燃烧和膨胀、排气。

理论热力学四大定律1897年提出了实用的Diesel 内燃机循环中国平均供电耗煤量的变化常见能量转换设备的能量利用率热力学领域的科学大家：发现能量子（量子理论） 热二律1924年，美国康明斯公司正式采用了泵喷油器，这一发明有效地降低了柴油机的质量 常见能量转换设备的能量利用率原则:检查参与教学活动的情况勾股定理 微生物的存在 血液循环 物种进化 基因1924年，在柏林汽车展览上，MAN公司展示了一台装备柴油机的卡车，这是第一台装有柴油机的汽车开尔文说法）不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响工程热力学主要研究热能的有效利用以及热能和其它形式能量转换规律热力学领域的科学大家：汽车 制冷空调 (非热机） 200%热力学第一定律 18401850年 E1968年诺贝尔化学奖从微观粒子的运动及相互作用角度以研究热现象及规律本质：在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性中国能源需求与生产差额中国与世界工业能耗比较g / kW. hg / kW. h中国平均供电耗煤量的变化冶金化肥耗煤量比较节能是我们的责任我国主要部门节能潜力：钢铁工业钢铁工业 24%建材工业建材工业 13-22%石化石化 10-24%合成氨合成氨 6-18%有色金属有色金属 4-10%交通部门交通部门: 公路公路 20-50% 铁路铁路 10-30% 民航民航 16-34% 政府机构：政府机构： 15-20%节能是近年来的基本国策节能是近年来的基本国策“开发和节约并重开发和节约并重”节能任重道远！节能任重道远！节能是我们的责任！节能是我们的责任！0.1 工程热力学简介工程热力学的研究对象： 工程热力学主要研究工程热力学主要研究热能的有效利用热能的有效利用以及以及热能和其它热能和其它形式能量转换规律形式能量转换规律。

热是人类最早发现的一种自然力，是地球上一切生命热是人类最早发现的一种自然力，是地球上一切生命的源泉 恩格斯恩格斯能源转换利用的关系热热 能能电电 能能机机 械械 能能 风风能能水水能能化化学学能能核核能能地地热热能能太太阳阳能能一次能源一次能源( (天然存在天然存在) )二次能源二次能源 光光电电转转换换燃燃料料电电池池光光热热聚聚变变裂裂变变燃燃烧烧水水车车水水轮轮机机风风车车热机热机电电动动机机发发电电机机85%转转换换直接利用直接利用利利用用生物质生物质生活中常见的能量转换设备锅炉 冰箱 汽车汽轮机 空调 飞机蒸汽动力装置 热电厂蒸汽机车(化学能热能机械能电能)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)燃气轮机装置 飞机坦克(化学能热能机械能）1、热源，冷源2、工质（燃气） 3、膨胀做功4、循环 (加压、加热、膨胀做功、放热)内燃机装置 汽车火车(化学能热能机械能）空气、油空气、油废气废气吸气吸气压缩压缩点火点火膨胀膨胀排气排气1、热源，冷源2、工质（燃气）3、膨胀做功4、循环 (加压、加热、膨胀做功、放热)制冷装置 冰箱 空调 (电能机械能热能) 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)热能与其他形式能之间转换的条件1.热源、冷源2.工作介质气体或者蒸汽3.容积变化4.循环 吸热（蒸发）膨胀（节流）压缩 冷凝（放热）常见能量转换设备的能量利用率 发电（火力、核能） 40% 车辆发动机（内燃机） 2535% 轮船发动机 2535%航空发动机 2030% 制冷空调 (非热机） 200%(18321891)应用：有效解决了计算平衡常数问题和许多工业生产难题。

本质：在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性常见能量转换设备的能量利用率过程装备设计的理论基础之一中国中文版机械工程教材的奠基者1830年，法国萨迪卡诺：“准确地说，能量既不会创生也不会消灭，实际上，它只改变了它的形式3工程热力学教学安排与学习要求1876年，德国人奥托(Nicolaus Auguest Otto) 发明了四冲程煤气机，热效率相当于当时蒸汽机的两倍 本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用热力学领域的科学大家：1847年，亥姆霍兹（H.内燃机：煤气机、汽油机、柴油机1897年，狄塞尔制成了第一台压缩点火的“狄塞尔”内燃机，即柴油机17961832)0.1 工程热力学简介工程热力学的研究内容：1）基本概念、基本定律；2）工质的热力性质；3）热力过程、热力循环；4）热功转换设备、工作原理；5）节能分析6）溶液热力学！7）化学热力学！0.1 工程热力学简介工程热力学的研究方法：1、宏观方法： 将研究对象看作连续体，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 应用：经典 （宏观,平衡）热力学 化工装备及过程领域2、微观方法： 从微观粒子的运动及相互作用角度以研究热现象及规律。

特点：揭示本质，模型近似 应用：微观（统计）热力学 宏观基本实验规律宏观基本实验规律热现象规律热现象规律逻辑推理逻辑推理对微观结构提出模型、假设对微观结构提出模型、假设统计方法统计方法热现象规律热现象规律0.2 热力学发展史理论发展热力学四大定律：1.热力学第零定律 1931年 T2.热力学第一定律 18401850年 E3.热力学第二定律 18541855年 S4.热力学第三定律 1906年 S 基准人类最伟大的十个科学发现：勾股定理 微生物的存在 血液循环 物种进化 基因牛顿运动定律物质的结构电流热力学四大定律 光的波粒二象性热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931）如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡热力学第零定律是温度测量的理论基础 B 温度计热力学第零定律对温度的研究1593年，伽利略利用空气热胀冷缩的性质，制成了温度计的雏形1702年，阿蒙顿制成空气温度计，但不准确1724年，荷兰工人华伦海特在他的论文中，建立了华氏温标，首先使用水银代替酒精1742年，瑞典的摄尔修斯定义水的沸点为0度，冰的熔点为100度，后施勒默尔将两个固定点倒过来建立了摄氏温标。

1779年，全世界有温标19种1848年，开尔文发表论文建立在卡诺热动力理论基础上的绝对温标1854年，开尔文提出的开氏温标，得到世界公认热力学第一定律内容：热可以转变为功，功也可以转变为热；消耗一定的功必产生一定的热，一定的热消失时，也必产生一定的功本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用 能量守恒和转化定律是自然界基本规律，恩格斯曾将它和进化论、细胞学说并列为三大发现成因： 理论迈耶 实验焦耳 数学形式亥姆霍兹热力学第一定律的发展1830年，法国萨迪卡诺：“准确地说，能量既不会创生也不会消灭，实际上，它只改变了它的形式1836年，俄国的赫斯说：“不论用什么方式完成化合，由此发出的热总是恒定的1842年，迈耶（J.R. Mayer）发表了论无机性质的力的论文，表述了物理、化学过程中各种力（能）的转化和守恒的思想迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律并计算出热功当量的人，但当时没有引起重视1847年，亥姆霍兹（H.L. Helmholtz）发表著名论文力的守恒，把能量概念从机械运动推广到普遍的能量守恒1840-1849年，焦耳（Joule）用多种实验的一致性证明热一律，于1950年发表并得到公认。

1909年，C. Caratheodory最后完善热一律热力学第二定律内容： 各种说法等价（克劳修斯说法）热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体 （开尔文说法）不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响本质：在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性条件：只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程，并且该系统是线性的、各向同性的而不适用于少量的微观体系，也不能把它推广到无限的宇宙热力学第二定律的发展1832年，卡诺谈谈火的动力和能发动这种动力的机器1834年，克拉派隆（Benoit Paul Emile Clapeyron）论热的动力1850年，克劳修斯从热量传递的方向性角度提出了热力学第二定律的表述 1851年，开尔文从热功转换的角度提出了热力学第二定律的另一种说法 1859年，麦克斯韦（James Clerk Maxwell）用统计方法导出了处于热平衡态中的气体分子的“麦克斯韦速率分布律”1877年，奥地利物理学家玻尔兹曼（Ludwig Eduard Boltzmann）发现了宏观的熵与体系的热力学几率的关系 热力学第三定律及其发展内容：在绝对零度，任何完美晶体的熵为零。

应用：有效解决了计算平衡常数问题和许多工业生产难题发展：1906年，德国物理化学家能斯特（Walther Hermann Nernst）根据对低温现象的研究得出了能斯特热定理 1911年，德国物理学家普朗克也提出了对热力学第三定律的表述，即“与任何等温可逆过程相联系的熵变，随着温度的趋近于零而趋近于零” 1912年，能斯特进一步推论出绝对零度不能达到原理0.2 热力学发展史实践发展热机：蒸汽机蒸汽机内燃机：煤气机、汽油机、柴油机内燃机：煤气机、汽油机、柴油机燃气轮机燃气轮机蒸汽机的发展 “蒸汽机是一个真正的国际发明，而这个事实又证实了一个巨大的历史进步1695年，法国人巴本第一个发明蒸汽机，但操作不便， 不安全1705年，钮科门和科里制造了新的蒸汽机，有一定实用价值，但用水冷 却气缸，能量损失很大1769年，英国技工瓦特改进了钮科门机，加了冷凝器，使机器运作由断 续变连续，蒸汽机的使用价值大大提高，导致了欧洲工业革命1785年，蒸汽机机被应用于纺织1807年，蒸汽机机被美国人富尔顿应用于轮船1825年，蒸汽机被用于火车和铁路内燃机的发展最早的内燃机煤气机18241824年年，法国工程师卡诺(Sadi Carnot) 发表热力发动机的经典理论卡诺定理。

18601860年年，法国莱诺制成了第一台实用内燃机单缸、二冲程、无压缩和电点火的煤气机，热效率为4%18621862年年，法国工程师德罗沙提出等容燃烧四冲程循环：进气、压缩、燃烧和膨胀、排气18761876年年，德国人奥托(Nicolaus Auguest Otto) 发明了四冲程煤气机，热效率相当于当时蒸汽机的两倍 把三个关键的技术思想：内燃、压缩燃气、四冲程融为一体 等容燃烧四冲程循环由奥托实现,也被称为奥托循环Kenneth G.热力过程 （4学时） 他还提出热力学能U和熵S的概念中国能源需求与生产差额Ilya 。