热工基础与应用

1、热工基础与应用主讲人：赵红玉tel一章 能源概述（绪论）第一节 自然界的能源及其利用能源及其分类能源及其分类 能源能源 (Energy Sources)(Energy Sources)提供提供能量能量 （EnergyEnergy）和和动力（动力（powerpower）的的物质物质资源。资源。）（热能热能地热能太阳能热能裂变（聚变）核燃料热能（化学能）燃烧（植物）生物质天然气石油煤9085 机械能海洋潮汐能风能水力能 自然界的能源自然界的能源能源转换利用的关系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

2、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 光电转换光电转换燃料电池燃料电池光热光热聚变聚变裂变裂变燃烧燃烧水车水车水轮机水轮机风车风车热机热机电动机电动机发电机发电机90%转转换换直接利用直接利用利用利用生物质生物质能源的利用与社会的发展 薪柴时期 煤炭时期 石油时期 核能与其他新能源能源现状 2000.12.30世界能源报道世界能源报道：石油石油 Petroleum 世界世界40-50年年我国探明可开采储量我国探明可开采储量32.74亿吨亿吨 可开采可开采1520年年能源现状 2000.12.30世界能源报道世界能源报道 天然气天然气 Natural Gas 世界世界

3、60年年我国探明可开采储量我国探明可开采储量1170411704亿亿m m3 3 可开采可开采2858年年能源现状 2000.12.30世界能源报道世界能源报道煤煤炭炭 Coal 世界世界220年年我国探明可开采储量我国探明可开采储量1145亿吨亿吨 可开采可开采5481年年项目 中国 日本 美国 英国 总的能源利用效率 30 57 51 40 其中：工业 35 78 77 67 电力 24 30 30 27 交通 15 25 25 20 民用 25 80 30 70 各国能源利用效率各国能源利用效率 能源与环境能源与环境SO2、 粉尘、粉尘、 CO2（酸雨）（酸雨） （温室效应）（温室效应）

4、acid rainGreenhouse effect燃煤：燃煤：车辆：车辆： NOx、 HC 、 COO3雾雾SmogSUN缺氧缺氧第二节第二节 热能的合理利用热能的合理利用热能的合理利用热能的合理利用 直接利用直接利用冶金、化工、食品、干燥等工业和生活应用。冶金、化工、食品、干燥等工业和生活应用。 间接利用间接利用热能热能机械能（或电能）机械能（或电能） (Thermal Energy (Thermal Energy Mechanical Energy)Mechanical Energy)如：热力发电厂、车辆、船舶、飞机等动力装如：热力发电厂、车辆、船舶、飞机等动力装置。置。能量转换装置 热

5、能动力装置 制冷装置Power Plant火力发电（火力发电（蒸汽动力蒸汽动力）装置简图装置简图蒸汽动力装置蒸汽动力装置原理原理图图(Turbine)(Boiler)(Feed Pump)(Condenser)蒸汽动力蒸汽动力装置基本特点装置基本特点发电机发电机 锅锅炉炉汽轮机汽轮机 给水泵给水泵 凝凝汽汽器器过热器过热器 锅锅炉炉汽轮机汽轮机 给水泵给水泵 凝凝汽汽器器过热器过热器 1、热源，冷源热源，冷源2、工质、工质（水，蒸汽）（水，蒸汽）3、膨胀做功、膨胀做功4、循环、循环 ( (加压、加热、膨加压、加热、膨胀做功、放热胀做功、放热) )内燃机装置internal combustion

6、 engine内燃机内燃机装置装置空气、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internal combustion engine内燃机内燃机装置装置基本特点基本特点1、热源，冷源热源，冷源2、工质工质（燃气）（燃气）3、膨胀做功膨胀做功4、循环循环 (加压、加热、膨加压、加热、膨胀做功、放热胀做功、放热)热机热机 高温热源高温热源 低温热源低温热源 Q1Q2W1WQ收 益代 价动力循环简图动力循环简图热效率热效率 Thermal efficiency压缩压缩制冷装置制冷装置 冰箱冰箱refrigerator空调空调(Air-condition)制冷系数制冷系数net2WQ

7、Coefficient of Performance (COP)制冷空调制冷空调装置装置基本特点基本特点1、热源，冷源热源，冷源2、工质工质（制冷剂）（制冷剂）3、得到容积变化功得到容积变化功4、循环循环 (加压、放热、加压、放热、 膨膨胀、吸热胀、吸热)热力热力装置装置/ /制冷空调装置制冷空调装置共同基本共同基本特点特点热源，冷源热源，冷源 heat reservoir工质工质 medium, working substance容积变化功容积变化功 moving boundary work循环循环 cycle 热热 机机 种种 类类 发电（火力、核能）发电（火力、核能） 40% 车辆发动机

8、（内燃机）车辆发动机（内燃机） 2535% 轮船发动机轮船发动机 2535% 航空发动机航空发动机 2030% 制冷空调制冷空调(非热机，同理）非热机，同理） 200% 能量利用率能量利用率heat engineEnergy efficiency第三节第三节 热工基础的研究对象、热工基础的研究对象、内容和方法内容和方法热工基础的课程目的与内容 课程目的课程目的 是讲授是讲授热能和机械能相互转换基本理论热能和机械能相互转换基本理论和和热量热量传递规律传递规律、以提高热能利用完善程度的一门技、以提高热能利用完善程度的一门技术基础课。术基础课。 课程内容课程内容 工程热力学工程热力学 传热学传热学

9、工程热力学工程热力学是一门研究是一门研究热能有效利用热能有效利用及及热能热能和其它形式能量转换规律和其它形式能量转换规律的科学的科学。其研究。其研究内容包括：内容包括： 热能与机械能转换的基本原理与规律热能与机械能转换的基本原理与规律热力热力学第一定律和热力学第二定律。学第一定律和热力学第二定律。 工质的基本性质工质的基本性质 热力过程与热力循环热力过程与热力循环 工程热力学的主要研究方法是工程热力学的主要研究方法是宏观方法宏观方法。其特点是：其特点是： 不考虑物质的微观结构，把物质视为一个宏观不考虑物质的微观结构，把物质视为一个宏观的连续的整体，并且用宏观物理量（如：压力、的连续的整体，并且

10、用宏观物理量（如：压力、温度、体积、质量）对其状态进行描述。温度、体积、质量）对其状态进行描述。 通过大量的实验和观察总结出基本规律，再以通过大量的实验和观察总结出基本规律，再以基本规律为依据，经过严密的逻辑推导，导出基本规律为依据，经过严密的逻辑推导，导出描述物质性质的宏观物理量之间的普遍关系及描述物质性质的宏观物理量之间的普遍关系及其他一些重要推论。其他一些重要推论。 由于热力学基本定律是无数经验的总结，因而由于热力学基本定律是无数经验的总结，因而具有高度的可靠性和普遍性具有高度的可靠性和普遍性。 但是，宏观研究不涉及物质的微观结构，因此但是，宏观研究不涉及物质的微观结构，因此不能解释热现象的本质不能解释热现象的本质。 传热学传热学是是研究研究热量传递规律热量传递规律的一门科学的一门科学。其基本内容包括：其基本内容包括： 导热导热 对流换热对流换热 热辐射及辐射换热热辐射及辐射换热 传热过程与换热器传热过程与换热器 研究方法：研究方法： 理论分析理论分析 数值计算数值计算 实验研究实验研究传热学与工程热力学的关系 工程热力学： 热能的性质、热能与机械能及其他形式能量之间相互转换的规律 热力学研究平衡态 以热力学第一定律和第二定律为基础 传热学： 热量Q 传递过程的规律 传热学研究过程和非平衡态 以热力学第一定律和第二定律为基础本章小结本章主要