熱工基礎(chǔ)(第二版)-張學(xué)學(xué)(1)緒論課件

1、熱 工 學(xué)9/15/20221緒論1.能量 0-1 能量與能源 能量是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的度量。 能量是人類社會(huì)生存、發(fā)展的動(dòng)力。 世界是由物質(zhì)構(gòu)成的，一切物質(zhì)都處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以一切物質(zhì)都具有能量。9/15/20222能量的主要形式 :機(jī)械能：物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與位能之和，即不涉及化學(xué)變化和核反應(yīng)的熱力學(xué)能，也稱為內(nèi)熱能；電能化學(xué)能核能輻射能: 物體的動(dòng)能與勢能；熱能：與電荷的運(yùn)動(dòng)和積蓄有關(guān)的能量；：通過化學(xué)反應(yīng)釋放的能量；：通過核反應(yīng)釋放的能量；：物體以電磁波的形式發(fā)射的能量。9/15/202232. 能源 能源是指能夠直接或間接提供能量的物質(zhì)資源。 （1）能源分類 1）按開發(fā)利用的情況：常規(guī)能源：

2、煤、石油、天然氣、水能、核能等。新能源：太陽能、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能、 地?zé)崮堋?核聚變?nèi)剂系取?2）按開發(fā)的步驟：一次能源: 煤、石油、天然氣、風(fēng)能、水能、 太陽能、 地?zé)崮?、海洋能等?二次能源: 電力、煤氣、汽油、沼氣、氫氣、甲醇、酒精等。9/15/202243）按能否再生：可再生能源：水能、太陽能、風(fēng)能、海洋能、 生物質(zhì)能、地?zé)崮艿龋?非再生能源：煤、石油、天然氣、核能等。 4）按開發(fā)利用過程中對環(huán)境的污染情況：清潔能源：太陽能、風(fēng)能、水能、海洋能等；非清潔能源：煤、石油、天然氣等。（2）能源對人類社會(huì)發(fā)展的重要意義 能源是人類社會(huì)生存的基礎(chǔ)，能源的開發(fā)和利用是人類社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力，能

3、源開發(fā)和利用水平是人類社會(huì)文明的重要標(biāo)志之一。9/15/20225（3）我國能源利用的現(xiàn)狀及主要問題 正常情況下，每個(gè)國家能源消費(fèi)總量及增長速度與其國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值及增長速度成正比，而能源的人均消費(fèi)量的多少則反映國民生活水平的高低。 1）人均儲(chǔ)備量少，遠(yuǎn)低于世界平均水平 原煤：95 噸/人（世界人均 209 噸/人）； 原油：3 噸/人（世界人均 28 噸/人）； 天然氣：1416 m3/人（世界人均 28400 m3/人）。我國能源利用現(xiàn)狀及存在的主要問題：9/15/20227 我國大陸地區(qū)年總發(fā)電量 2.5 億千瓦，人均 0.2 千瓦/（人年）；臺灣地區(qū)人均 1.0千瓦/ （人年）； 歐、美

4、、日本等發(fā)達(dá)國家 6 千瓦/人年） 。 我國的人均能源消費(fèi)水平低，并且遠(yuǎn)低于世界發(fā)達(dá)國家的水平： 人均能源消費(fèi)水平9/15/20228中國與日本工業(yè)能耗比較9/15/202210中國發(fā)電的平均耗煤量g / (kW. h)9/15/2022113）環(huán)境污染嚴(yán)重 工業(yè)的發(fā)展帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染，據(jù)調(diào)查，我國57%的城市空氣中總懸浮顆粒超標(biāo)；48個(gè)大中城市空氣中的SO2濃度超標(biāo)；82%城市出現(xiàn)過酸雨； 我國的CO2排放量僅次于美國，居世界第二，占世界總排放量的13.6%。 據(jù)世界銀行報(bào)導(dǎo)，我國城市空氣污染對人體健康和生產(chǎn)造成的損失估計(jì)每年200億美元；酸雨使農(nóng)作物減產(chǎn)每年損失達(dá)50億美元。9/15/

5、2022123. 能量的轉(zhuǎn)換與利用能量的利用過程，實(shí)質(zhì)上是能量的傳遞與轉(zhuǎn)換過程。 氫、酒精等二次能源 燃料電池 電 能 機(jī)械能 輻射能熱 能風(fēng)能、水能、海洋能 機(jī) 械 機(jī)械能直接利用發(fā)電機(jī) 煤、石油、天然氣 熱 能熱機(jī)直接利用核 能核反應(yīng) 太陽能光合作用生物質(zhì)能燃燒食物利用集熱器光電池90燃燒9/15/202214 據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前通過熱能形式利用的能源在我國占總能源利用的90以上，世界其它各國平均也超過85。由此可見，在能量轉(zhuǎn)換與利用過程中，熱能不僅是最常見的形式，而且具有特殊重要的作用。熱能的有效利用對于解決我國的能源問題乃至對人類社會(huì)的發(fā)展有著重大意義。 9/15/2022150-2 熱工基

6、礎(chǔ)的研究內(nèi)容 熱 工 基 礎(chǔ)（熱工理論基礎(chǔ)）工程熱力學(xué)篇傳熱學(xué)篇主要研究內(nèi)容： 熱工基礎(chǔ)主要研究熱能利用的基本規(guī)律、提高熱能利用率的方法以及熱能利用過程及自然界所有熱現(xiàn)象中熱量傳遞的基本規(guī)律。 9/15/2022171.工程熱力學(xué)的研究內(nèi)容與研究方法（1）研究內(nèi)容 工程熱力學(xué)主要研究熱能和機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律及提高能量轉(zhuǎn)換經(jīng)濟(jì)性的途徑和技術(shù)措施 。（2）研究方法 工程熱力學(xué)采用經(jīng)典熱力學(xué)的宏觀（不涉及微觀，整體對待）研究方法，還普遍采用抽象、概括、理想化和簡化處理方法。 9/15/202218熱機(jī)工作過程示意圖高溫?zé)嵩次鼰酫1熱機(jī)作功W機(jī)械能放熱Q2低溫?zé)嵩村仩t汽輪機(jī)冷凝器水泵冷卻水過熱蒸

7、汽乏汽循環(huán)水發(fā)電機(jī) 如何提高熱機(jī)的熱能利用率（熱效率）是工程熱力學(xué)的主要研究內(nèi)容之一 。9/15/2022192.傳熱學(xué)的研究內(nèi)容與研究方法（1）研究內(nèi)容 傳熱學(xué)以熱力學(xué)第一、第二定律為基礎(chǔ)，研究熱量傳遞的規(guī)律。 所謂熱量，是指在溫差的作用下傳遞的熱能的數(shù)量。由于在人們的日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中溫差幾乎無處不在，所以熱量傳遞是普遍存在的物理現(xiàn)象。 傳熱學(xué)的應(yīng)用非常廣泛，傳熱學(xué)知識在能源、電力、冶金、動(dòng)力機(jī)械、石油化工、低溫工程、環(huán)境與建筑等工業(yè)領(lǐng)域以及在許多高科技領(lǐng)域都發(fā)揮著極其重要的作用。9/15/202220（2）研究方法 傳熱學(xué)主要采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的研究方法。 一切熱能

8、利用過程都離不開傳熱，熱能利用率和傳熱過程密切相關(guān)。 工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)對同一現(xiàn)象或過程在研究中各有側(cè)重，例如一杯水放在桌上冷卻，工程熱力學(xué)研究可提供熱水溫度下降到室溫放出的熱量，傳熱學(xué)研究熱量如何傳出、放熱過程的快慢等。 9/15/202221熱工理論發(fā)展簡史 第一次工業(yè)革命的到來催生了熱工理論的建立與高速發(fā)展。 19世紀(jì)中葉，以邁耶和焦耳為代表的科學(xué)家提出了能量守恒的理論，建立了熱力學(xué)第一定律；在尋求發(fā)展大型、高效的熱機(jī)的過程中，卡諾提出了卡諾定理，克勞修斯和開爾文建立了熱力學(xué)第二定律。熱力學(xué)第一定律和第二定律奠定了熱力學(xué)理論基礎(chǔ)。 20世紀(jì)初，能斯特歸納出熱力學(xué)第三定律，指出絕對熱力學(xué)零度不能達(dá)到，從而使熱力學(xué)理論更臻完善。隨著可用能的概念和方法的建立，現(xiàn)在對熱能裝置的分析已從能量數(shù)量發(fā)展到能量質(zhì)量方面。9/15/202222熱工基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)主要有兩個(gè)目的 （1）掌握工程熱力學(xué)的基本概念、基本定律和基本分析方法，掌握熱能和機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律及提高轉(zhuǎn)換經(jīng)濟(jì)性的方法和技術(shù)措施，樹立節(jié)約能源、合理用能的觀念； （2）掌握傳熱學(xué)的基本概念、基本理論與基本分析計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究方法，為今后研究、處理、解決實(shí)際的傳熱工程問題奠定必要的技術(shù)理論基礎(chǔ)。9/15/202224 熱工基礎(chǔ)是現(xiàn)代工程技術(shù)人才必備的技術(shù)基礎(chǔ)知識，是21世紀(jì)工科各類專業(yè)人才工程素質(zhì)的重要組成部分。