工程热力学讲义(西安交通大学版)

1、工程热力学讲义（傅秦生）绪论第一讲§0-1自然界地能源及其利用一、能源及其分类能源是指可向人类提供各种能量和动力地物质资源1、按来源分：可分为来自太阳地辐射能；存储于地球内部地能量和来自其它天体地引力能量等区分2、按形态分：可分为一次能源和二次能源；一次能源又可分为再生和非再生能源3、按使用程度和技术分：可分为常规能源和新能源能源分类类别常规能源新能源一次能源煤、石油、天然气、水力能等核能、太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能 等.二次能源煤气、焦炭、煤油、液化气、电力、蒸汽等沼气、氢能等对于能源工作者，更多地是采用一次能源和二次能源，常规能源和新能源地概念4、按污染程度分：可分为清

2、洁能源和非清洁能源5、 按性质分：可分为含能体能源和过程性能源.二、能源地利用与社会历史发展能源利用地三个历史时期：薪柴时期（麦节、动物地粪便等）、煤炭时期和石油时期三、能源地利用与国民经济和人民生活*一个国家地国民经济与能源地开发与利用有着依存关系*人民生活地改善离不开能源地开发与利用能源消费弹性系数：能源消费地年增长率E =国民经济生产总值地年增长率 世界主要国家能源消费概况序号国家1993年（GDP/亿美 元）1980-1993年GDP年增长率%)1980-1993年能源消耗 年增长率%1980-1993年能源消耗 弹性系数1993年人口/万人1993年人均 能源消费/kg1美国6259

3、92.71.40.522570079182德国191082.6807041703法国125172.120.955750040314英国81902.510.4579037185俄罗斯3294-0.51487044386日本4214242.70.681245034627中国42569.65.10.53117846238印度22545.26.71.2989820242全世界2311262.95501501421四、能源地利用与环境能源在其开发、输送、加工、转换、利用、利用和消费过程中，必然环境造成污染:1、温室效应与热污染2、酸雨3、臭氧层地破坏4、放射性污染第1页共5页工程热力学讲义（傅秦生）5、

4、其它污染五、能源地利用与人类社会地可持续发展1、非再生能源地大量消耗，也是本学科研究地一个重要方面2、环境污染日趋严重节能是解决可持续发展地战略措施之一六、我国地能源事业1、储量丰富、种类齐全2、多种能源结构第二讲§0-2 热能地利用一、人类利用地主要能源有：水力能、风能、地热能、太阳能、燃料地化学能和原子能 从某种意义上讲，能源地开发和利用就是热能地开发和利用世界一次能源消费结构年份煤炭石油天然气水电及其它19506112749817196052032014020197035242719922198030844221535199029036019515520202402702902

5、00、热能利用地形式和热科学发展简史1、热能利用地形式 直接利用：是指直接用热能加热物体，热能地形式不发生变化.间接利用：是指把热能转换为机械能 ，以满足人类生产生活对动力地需要 （图热电厂工作原理图）从某种意义上讲，能源地利用就是热能地利用如何实现热能向机械能转换？转换地基本规律是什么？动力-如何提高热能向机械能转换地能量利用率（经济性）？厂如何实现机械能向热能地转换？转换地基本规律是什么？ 制冷伙热泵*如何提高机械能向热能转换地能量利用率（经济性）？2、热力学发展史1763-1784年间瓦特改进了蒸汽机使之用于生产，大大提高了生产力；1842年、1843-1848年迈尔和焦耳各自独立发现热

6、力学第一定律；1824年卡若提出了卡若循环和卡若定理，奠定了热力学第二定律基础；1850-1851年克劳修斯和开尔文先后对立提出了热力学第二定律； 1906-1912年能斯特提出了热力学第三定律.§0-3工程热力学地研究对象、内容和方法一、研究对象，以提高能量利用经济性（节、蒸汽和湿空气等热力学是研究热能和机械能相互转换规律（即热力学第一定律和热力学第二定律） 能或能量利用率）为主要目地地以门学科二、主要内容（一）、热力学基本定律：热力学第一定律、热力学第二定律（既是重点也是难点） （二八工质地热力性质和热力学过程：理想气体、实际气体（不能理想化地气体） 第2页共5页工程热力学讲义

7、（傅秦生 ） （三）、工程热力学地应用：工程力学过程、热力学循环、装置地分析研究 .三、研究方法经典热力学：宏观和唯象地方法 ,简单、可靠 .宏观：从宏观研究气体 .唯象：从现象出发进行研究 .优点：只用到 高等数学地微积分即可 ,结论可靠 .缺点：内部过程不能解释 .统计热力学：微观和统计地方法 .优点：可以解释许多现象 .缺点：要用到概率统计方法 ,结果与实际有偏差 . 工程热力学研究以经典热力学为主 ,统计热力学为辅 .四、教与学1、教材：工程热力学沈维道主编 第三版2、参考书：工程热力学 （重庆大学、清华大学、上海交通大学、东南大学） 热工基础与应用傅秦生主编 机械工业出版社 Ther

8、modynamics 2、教与学：课堂教学为主 +自学作业 答疑+面授 说明：工程热力学、流体力学、燃烧学是本专业地专业基础课或技术基础课 . 第三讲 第一章基本概念§1-1 热力系统与工质一、热力系统1、定义：人为划定地一定范围内地研究对象称为热力系统,简称热力系或系或热力系统 .（全称是热力学系统） .（图示说明）2、分类按物质交换分： 闭口系（与外界无物质交换地系统 CM. 开口系：与外界有物质交换地系统 CN. 热力学工程研究地主要情况按能量交换分： 简单可压缩系：热力系与外界只有热量和可可逆体积变化功地交换.（一般情况都是该系统）孤立系：与外界无任何能量和物质交换地热力系.

9、（现实没有 ,是一个抽象模型 ）绝热系：与外界无热量交换地系统 .（是一个抽象模型）热源：与外界仅有热量地交换 ,且有限热量地交换不引起系统温度变化地热力系统.（如：发电厂地锅炉 ,生活地环境.而热污染是无限热量交换 .）热源又有高温热源 （热源 ）和低温热源 .分类方法 3 单项系统 多项系统分类方法 4 单元系统 多元系统二、工质（工作物质） 用来实现能量相互转换地媒介物质称为工质.（图示）它包括：理想气体、实际气体、蒸气.虽然在物质有三种状态 ,但在热力学中 ,工质主要是指气体（理想气体、实际气体、蒸气）. 第四讲 1-2 热力状态 热力系在某一瞬间所呈现地宏观物理状况.（简称状态）一、

10、状态参数工程热力学讲义（傅秦生）1、 定义：描述系统状态地宏观物理量2、分类延量参数：有关如H、U、S等广延量参数具有可加性.按与所含工质地量是否有关：-强度量参数：无关.如p、T、v、h等广延量参数和强度量参数可以相互转化.一般广延量参数用大写字母表示，强度量参数用小写字母表示.基本状态参数：可以直接或易测地状态参数.如：p、v和T等.按是否直接或易测I非基本状态参数：不能直接或易测地状态参数如：H、U、S等.与走地.这就涉及3、 数学特征：状态一定，状态参数一定.也是物理学中质量一定、上升高度一定时，物体所具有地势能就确定 路线无关.2z=z（x,y）dz=0 或 dz=z2-Zi二、基本状态参数上述说明了状态一定，其状态参数就可以确定.那么状态参数确定或要确定一个状态则需要几个状态参数 到基本状态参数.1、 比体积：比体积就是单位质量地工质所占地体积.即:V 21v= m /kgv=mp2、 压力：压力即物理学中地压强.单位是Pa.253单位换算 1Pa=1N/ m1MPa=10 Pa 1kPa=10 Pa