工程热力学课程

演讲人：日期：工程热力学课程目录CONTENTS工程热力学基础工质的热力性质热力过程与循环分析热能转换与利用技术工程热力学实验方法工程热力学前沿动态与未来趋势01工程热力学基础热力系统是指用于研究热能转换和传递的物体或物质的集合体，分为开口系统、封闭系统和绝热系统。状态是指系统中某一时刻的宏观性质，状态参数是用来描述这些状态的物理量，如压力、温度、体积等。热力系统在没有外界影响的条件下，其内部各部分宏观性质不随时间发生变化的状态。过程是指系统从一种状态转变为另一种状态的历程，循环是指系统经历一系列过程后又回到初始状态的过程。热力学基本概念热力系统状态与状态参数平衡状态过程与循环应用于热工设备热力学第一定律是热工设备能量转换和守恒的基本依据，可用于分析热工设备的能量平衡和效率。能量守恒定律能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转换为另一种形式，或从一个物体传递到另一个物体，在转换或传递过程中，能量的总量保持不变。内能、做功和热传递内能是系统内部微观粒子热运动的能量总和，做功是能量转换的一种方式，热传递是热量从高温物体向低温物体传递的过程。热力学第一定律表达式ΔU=Q-W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。热力学第一定律熵与熵增原理熵是系统无序度的量度，熵增原理表明在一个自发过程中，系统的熵总是增加的，即系统趋于无序。热力学第二定律的应用热力学第二定律在工程领域具有广泛的应用，如制冷机的工作原理、热电站的能源转换效率等。卡诺循环与效率卡诺循环是一种理论上的可逆循环，由两个等温过程和两个绝热过程组成，其效率最高，可用来评价实际循环的效率。热力学第二定律的表述热量不能自发地从低温物体传导到高温物体，这是热力学第二定律的一种表述，也称为克劳修斯表述。热力学第二定律02工质的热力性质理想气体及其性质理想气体定义理想气体是一种假想的气体，其分子间无相互作用力，且分子体积可忽略不计。理想气体定律包括波义耳定律、查理定律和盖-吕萨克定律，描述了理想气体的压力、体积、温度之间的关系。理想气体状态方程PV=nRT，其中P为压力，V为体积，n为物质的量，R为气体常数，T为热力学温度。理想气体的内能和焓理想气体的内能和焓只是温度的函数，与压力和体积无关。实际气体及其性质实际气体与理想气体的偏差01实际气体分子间存在相互作用力，且分子体积不可忽略，导致实际气体与理想气体存在偏差。范德瓦尔斯方程02范德瓦尔斯方程考虑了分子间的引力和分子体积的影响，能更准确地描述实际气体的行为。实际气体的液化与固化03实际气体在足够低的温度下会液化或固化，且液化或固化时体积会发生显著变化。压缩因子04压缩因子Z表示实际气体与理想气体的偏差程度，Z>1表示实际气体比理想气体更易被压缩。水蒸气及其性质水蒸气的生成01水在加热过程中会蒸发成水蒸气，水蒸气是水在气态下的表现形式。水蒸气的性质02水蒸气具有与理想气体相似的性质，如可压缩性、可膨胀性等，但同时也具有其独特的性质，如湿度、饱和蒸汽压等。水蒸气的湿度与含湿量03湿度表示空气中水蒸气含量的多少，含湿量表示单位质量干空气所含有的水蒸气质量。水蒸气的饱和蒸汽压与温度的关系04饱和蒸汽压是水蒸气与液态水处于平衡状态时的压力，随着温度的升高而增大。了解这一关系对于蒸汽锅炉、蒸汽轮机等设备的设计和运行至关重要。03热力过程与循环分析基本热力过程分析热力学第一定律能量守恒原理在热力过程中的应用，涉及内能、功和热量的计算。热力学第二定律熵的概念及其在热力过程中的变化，不可逆过程的熵增原理。热力学状态方程理想气体状态方程及其变形，用于描述气体状态的变化。能量转换效率热能与机械能之间的转换效率，包括热效率和热机效率等。卡诺循环理想可逆循环，包括等温、绝热、等压和等容过程，用于分析热机效率。蒸汽轮机循环包括朗肯循环和再热循环，涉及蒸汽的加热、膨胀和冷凝过程。制冷循环如蒸汽压缩制冷循环，涉及制冷剂在蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀中的状态变化。内燃机循环包括奥托循环和狄塞尔循环，涉及内燃机的进气、压缩、燃烧和排气过程。典型热力循环分析04热能转换与利用技术介绍热电偶和热电器件的工作原理，以及将热能直接转换为电能的技术应用。阐述蒸汽轮机、内燃机和燃气轮机等传统热机的工作原理及其在能源领域的应用。介绍热泵循环的基本原理，以及空气源热泵、水源热泵等在实际中的应用和节能效果。探讨热化学转换的过程，包括热解、气化、燃烧等化学反应中能量的转换和利用。热能转换方式简介热电转换热机转换热泵技术热化学转换发电行业分析燃煤电厂、燃气电厂和核电厂的能源转换效率，以及余热回收和热电联产等技术的实际应用。介绍混合动力汽车、电动汽车和氢燃料电池汽车等新型交通工具的热能利用和排放减少情况。讨论钢铁、石化、化工等工业领域中的热能利用案例，包括余热发电、工艺加热和冷却等环节的节能措施。分析建筑领域的热能利用，包括供暖、通风、空调和热水供应等方面的节能技术和设备应用。热能利用领域案例分析工业生产交通运输建筑节能05工程热力学实验方法介绍压力计、压力传感器、压力变送器等。压力测量介绍流量计、流速计、流量传感器等。流量测量01020304介绍温度计、热电偶、红外测温仪等。温度测量介绍热量计、热电堆、热敏电阻等。热量测量实验测量技术与仪器设备介绍典型实验项目操作指导测定气体比热容实验介绍实验目的、步骤、数据处理方法等。喷管流量实验介绍实验装置、操作要点、数据记录等。冷凝器传热性能实验介绍实验原理、操作步骤、传热系数测定等。燃烧热值测定实验介绍实验方法、燃料选择、热值计算等。06工程热力学前沿动态与未来趋势新型工质研究进展低温工质研究在低温条件下，新型工质的热力学性质和热稳定性，以及其在低温工程领域的应用。02040301热能储存工质研究热能储存密度大、热稳定性好、热传导性能优良的新型热能储存工质。高效制冷工质研究具有高制冷系数、低GWP（全球变暖潜能值）和零ODP（臭氧层破坏潜能）的新型制冷工质。环保型工质研究对环境友好、无污染或低污染的新型工质，以替代对环境有害的传统工质。先进能量转换技术展望高效热电转换技术研究基于热电效应的热电转换技术，包括热电材料的研发、热电转换效率的提升以及热电系统的优化。燃料电池技术研究燃料电池的发电原理、电极材料、电解质