工程热力学北航教学课件电子版共三套

工程热力学

EngineeringThermodynamics北京航空航天大学说明办公室：北航新主楼C座10层电话：82316035考核方法总成绩（100）平时成绩（20）出勤（10）作业（10）考试成绩（80）期末考试（80）绪论工程热力学属于应用科学（工程科学）的范畴，是工程科学的重要领域之一。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工程热力学所属学科绪论的主要内容能源与热能利用工程热力学研究对象工程热力学研究内容热力学研究方法热力学的应用领域能源能源：用来产生各种所需能量的自然资源。一次能源：直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源。二次能源：由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品。是人类赖以生存和发展所必须的燃料和动力来源，是发展生产和提高生活水平的重要物质基础。就目前技术水平而言，在今后相当长的时期内，主要能源仍将以煤炭、石油及天然气等化石燃料为主。

问题：下面哪些能源属于一次能源，那些属于二次能源？

原煤、原油、天然气、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、焦炭、油页岩、酒精、蒸汽、沼气、氢气、核能、太阳能、电力、水力、风力、波浪能、潮汐能、地热、生物质能、海洋温差能国际能源现状美国预测全球能源消费总量将从2001年的102.4亿吨油当量增加到2025年162亿吨油当量，世界能源消费在2001-2025年将增加54%。全球化石能源的枯竭是不可避免的，将在本世纪内基本开采殆尽。《BP世界能源统计2006》的数据表明，全球石油探明储量可供生产40多年，天然气和煤炭则分别可以供应65年和155年。我国能源现状我国是世界第二大能源生产国和第二大能源消费国，占世界能源消费总量的13.6%，能源消费主要靠国内供应，能源自给率为94%。从人均水平来看，2004年中国人均一次能源消费量1.08吨油当量，为世界平均水平1.63吨油当量的66%，是美国人均8.02吨油当量的13.4%，日本人均3.82吨油当量的28.1%。从能源结构来看，2004年一次能源消费中，煤炭占67.7%，石油占22.7%，天然气占2.6%，水电等占7.0%；一次能源生产总量中，煤炭占75.6%，石油占13.5%，天然气占3.0%，水电等占7.9%。我国能源现状据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭速度。未来5-10年，中国煤炭国内生产量基本能够满足国内消费量，原油和天然气的生产则不能满足需求，特别是原油的缺口最大。

注重能源资源的节约，提高能源利用效率，加快可再生能源的开发利用，对于中国来说既重要又迫切。能源利用状况尽管我国近几年的经济发展一直以10%左右的GDP在增长，但如果考虑可持续发展和绿色GDP，我们是一个高耗能、低产出的国家。如果以产生一美元的等值物来计算，日本耗费的是一份能源，而美国要耗费三份能源，中国最差，几乎要耗费八份能源。从1973年至今日本的工业部门几近提高了三倍的产量，但是其能量消耗却几乎保持不变。如今，生产如同日本一样的工业产量，中国的耗能是日本的11.5倍，而目前广东省万元产值能耗是日本的6.2倍。中国与日本工业能耗比较中国平均供电耗煤量的变化g/KW·h节能开源：开发和利用新能源

可再生能源，清洁能源，核能，潮汐能，生物能源等节流：节能降耗

提高能源的利用效率，减少能源消耗量

工程热力学是节能的理论基础能量转化的一般模式一次能源电能机械能热能问题：下面哪些是热机，哪些不是？燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、发电机、电动机能量转化的一般模式工程热力学研究对象工程热力学从工程的观点出发，研究物质的热力性质、能量转化以及热能的直接利用等问题。它是设计和分析各种动力装置、制冷机、热泵空调机组、锅炉及各种热交换器的理论基础。工程热力学研究内容热力学的研究内容工质的热物理性质能量品质评价能源转换的量的规律能量转换的方向与程度实际的动力、制冷循环基本理论基本理论的应用

热机种类

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(非热机，同理）>200%

能量利用率heatengineEnergyefficiency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)燃气轮机装置基本特点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)压气机燃气轮机燃烧室空气废气内燃机装置空气、油废气吸气压缩点火膨胀排气internalcombustionengine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)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)热力装置共同基本特点1、热源，冷源

heatreservoir

2、工质

medium,workingsubstance

3、容积变化功

moving

boundarywork

4、循环

cycle热机

高温热源低温热源Q1Q2W动力循环简图热效率Thermalefficiency工程热力学研究方法1、宏观方法：把物质看作是连续的整体(continuum)

，从宏观现象出发，对热现象进行直接观察和试验，从而总结出一些普遍的规律，在此基础上演绎推论出高度普遍性的结论。

特点：可靠，普遍，不能解释热现象本质经典（宏观,平衡）热力学classical

(macroscopic,equilibrium)

thermodynamics工程热力学研究方法2、微观方法：从物质内部微观结构出发，借助物质的原子模型及描述物质微观行为的量子力学，利用统计方法去研究大量随机运动的粒子，从而得到物质的统计平均性质，并得出热现象的基本规律。

特点：揭示本质，模型近似，不如宏观方法可