严家騄版工程热力学绪论ppt课件

2020/4/25,1,.,工程热力学EngineeringThermodynamics,杨晓军（PatrickYoung）北教3210Xjyang24092415-606,CollegeofAeronauticalEngineeringCivilAviationUniversityofChina,2020/4/25,2,.,课程介绍,总学时72，课堂讲授62实验学时10学分4,平时15实验15考试70星期一交作业前续课程：大学物理，高等数学后续课程：航空发动机原理；气体动力学Textbook：1、工程热力学严家录等编；高教出版社2、传热学-理论基础及工程应用曹红奋编；人民交通出版社Onlinelearning:,2020/4/25,3,.,Preface,Thermodynamicscanbedefinedasthescienceofenergy,heat,Therme,dynamis,power,(Greekwords),热能,ThermalEnergy,2020/4/25,4,.,绪论,工程热力学是一门研究热能有效利用及热能和其它形式能量转换规律的科学,2020/4/25,5,.,能源转换利用的关系,热能,电能,机械能,风能,水能,化学能,核能,地热能,太阳能,一次能源(天然存在),二次能源,光电转换,燃料电池,光热,聚变,裂变,燃烧,水车,水轮机,风车,热机,电动机,发电机,90%,转换,直接利用,供暖,2020/4/25,6,.,工程热力学与节能,工程热力学是一门研究热能有效利用及热能和其它形式能量转换规律的科学,2020/4/25,7,.,能源energysources的资源,2000.12.30世界能源报道,我国探明可开采储量32.74亿吨可开采1520年,石油Petroleum,世界40-50年,2020/4/25,8,.,能源的资源,2000.12.30世界能源报道,我国探明可开采储量11704亿m3可开采2858年,天然气NaturalGas,世界60年,2020/4/25,9,.,能源的资源,2000.12.30世界能源报道,我国探明可开采储量1145亿吨可开采5481年,煤炭Coal,世界220年,2020/4/25,10,.,能源消费水平,日、德、俄等56吨标煤/人年,美国11吨标煤/人年,我国规划：20302050年2.53吨标煤/人年,我国1吨标煤/人年,2020/4/25,11,.,发电为例,我国电力2亿5千万千瓦,中等发达国家1kW/人,发达国家6kW/人,2050年1kW/人15亿千瓦,我国0.2kW/人,2020/4/25,12,.,电的来源,煤：9亿kW,2050年1kW/人15亿千瓦,水能：3亿7千6百kW,核能：2亿kW,风能、太阳能：1亿kW,2020/4/25,13,.,EnergyandEnvironment,SO2、粉尘、CO2（酸雨）（温室效应）,acidrain,Greenhouseeffect,燃煤：,车辆：,NOx、HC、CO,O3,雾Smog,SUN,缺氧,2020/4/25,14,.,全球温室气体排放及运输业温室气体排放比例,民航温室气体排放占2%；IPCC预计到2050年会占到3%,2020/4/25,15,.,中国平均供电耗煤量的变化,g/kW.h,2020/4/25,16,.,中国与日本工业能耗比较,2020/4/25,17,.,节能EnergySaving,节能是近年来的基本国策“开发和节约并重”节能任重道远是我们的责任,2020/4/25,18,.,热力学的分类,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,2020/4/25,19,.,热机种类,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，同理）200%,能量利用率,heatengine,Energyefficiency,2020/4/25,20,.,火力发电装置基本特点,锅炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,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),2020/4/25,21,.,燃气装置基本特点,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),压气机,燃气轮机,燃烧室,空气,废气,2020/4/25,22,.,内燃机装置,空气、油,废气,吸气,压缩点火,膨胀,排气,internalcombustionengine,2020/4/25,23,.,内燃机装置基本特点,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),2020/4/25,24,.,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),2020/4/25,25,.,热力装置共同基本特点,1、热源，冷源heatreservoir2、工质medium3、容积变化功movingboundarywork4、循环cycle,2020/4/25,26,.,热机,高温热源,低温热源,Q1,Q2,W,动力循环简图,热效率,Thermalefficiency,2020/4/25,27,.,思考题？,2、为何要有两个热源，能否不要低温热源,不放热，W=Q是否可以进行？,3、发电厂效率高的只有40%左右，可否有途径提高，最高效率是否有极限？极限为多少？,1、为什么永动机不能实现？,Perpetualmotionmachine,4、热能和机械能通过什么介质转换,2020/4/25,28,.,工程热力学的研究内容,1、能量转换的基本定律,2、工质的基本性质与热力过程,3、热功转换设备、工作原理,4、化学热力学基础,2020/4/25,29,.,过程,过程,化学反应过程,热力过程,闭口系热力过程,开口系热力过程,循环,制冷热泵,内燃机,外燃机,柴油,汽油,燃气轮机,空气压缩,蒸气压缩,吸收,热机,蒸汽动力,2020/4/25,30,.,工质,工质,种类,研究方法,状态参数全微分特征,Maxwell式,理想气体,实际气体,混合气体,比热关系式,湿空气,水蒸气,制冷工质,微分关系式,状态方程,2020/4/25,31,.,1、宏观方法：连续体(continuum)，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，不能任意推广经典（宏观,平衡）热力学classical(macroscopic,equilibrium),工程热力学研究方法,2020/4/25,32,.,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，模型近似微观（统计）热力学microscopic(statistical)thermodynamics,工程热力学研究方法,2020/4/25,33,.,工程热力学传热学HeatTransfer流体力学Hydrodynamics燃烧学Combustion热物性学Thermophysicalproperty,工程热力学所属学科,工程热物理,Engineeringthermophysics,2020/4/25,34,.,五个定律,能量转化及使用热力学第一定律热力学第二定律热力性质热力学第零定律热力学第三定律状态公理,2020/4/25,35,.,1、有几位科学家在热力学作出了贡献，获诺贝尔奖？,小知识,2、中国哪位教授与美国教授合作提出的状态方程得到普遍认可？,3、Maxwell妖是什么？,4、“吉布斯佯谬”又是什么？,2020/4/25,36,.,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（1）,J.D.范.德瓦尔斯JohannesvanderWaals(1837-1923)荷兰气体和液体状态方程:如果压强表示成临界压强的单调函数，体积表示成临界体积的单调函数，温度表示成临界温度的单调函数，、就可得到适用于所有物质的物态方程的普遍形式.1910年诺贝尔物理学奖,2020/4/25,37,.,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（2）,M.普朗克MaxPlanck(1858-1947)德国发现能量子（量子理论）物质辐射（或吸收）的能量不是连续地、而是一份一份地进行的，只能取某个最小数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子，辐射频率是的能量的最小数值=h。其中h，普朗克当时把它叫做基本作用量子，现在叫做普朗克常数。1918年诺贝尔物理学奖,2020/4/25,38,.,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（3）,W.H.能斯脱WaltherHermannNernst(1864-1941)德国热化学，熵基准:绝对零度不可达到但可以无限趋近.在绝对零度，任何完美晶体的熵为零1920年诺贝尔化学奖,2020/4/25,39,.,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（4）,L.昂萨格LarsOnsager(1903-1976)美国不可逆过程热力学理论:在描述各种不可逆过程的流（速率）和力（推动力）之间的线性唯象关系中的唯象系数之间满足一种对称关系，这就是著名的昂萨格倒易关系。1968年诺贝尔化学奖,2020/4/25,40,.,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（5）,I.普里戈金IlyaPrigogine(1917-)比利时热力学的耗散结构理论:封闭没有发展，平衡也没有发展，这是耗散结构理论的基本结论。基本公式：dS=deS+diS。一个远离平衡的开放系统（不论它是物理、化学的，还是生物学、生态学的，乃至是社会、经济或精神的），通过与环境进行物质、能量和信息的交换即通过物质、能量和信息的耗散，从而就可能自发组织起来，实现从无序到有序的转变，形成具有一定组织和秩序的动态结构。1977年诺贝尔化学奖,2020/4/25,41,.,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（6）,K.G.威尔逊KennethG.Wilson(1936-)美国临界重整化群理论:临界点现象具有标度变换不变这种对称性可用重整化群来表示将关联长度发散的临界点与非线性变换的不动点联系起来，建立一种与传统的统计方法不同的分析途径，这种途径不直接配分函数，而是研究保持配分函数形式不变的变换特性。对连续相变的讨论：分析这种非线性变换的不动点和在不动点附近线性化之后的本征值，以此计算临界指数1982年诺贝尔物理奖,2020/4/25,42,.,参考书,1、工程热力学沈维道等高