熱工基礎(chǔ)(第二版)-張學(xué)學(xué)(1)緒論

熱工學(xué)9/11/20231緒論1.能量

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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。9/11/20232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(shì)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。9/11/202332.

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：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⒑司圩內(nèi)剂系取?/p>

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?/p>

二次能源:

電力、煤氣、汽油、沼氣、氫氣、甲醇、酒精等。9/11/202343）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?/p>

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(duì)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(duì)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。9/11/20235能源問題是全世界關(guān)注的重大問題，從20世紀(jì)70年代起，就被列入世界5大問題之一。全世界關(guān)注的5大問題：1）能源2）人口3）糧食4）環(huán)境5）資源能源建設(shè)也是我國(guó)四化建設(shè)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。

9/11/20236（3）我國(guó)能源利用的現(xiàn)狀及主要問題

正常情況下，每個(gè)國(guó)家能源消費(fèi)總量及增長(zhǎng)速度與其國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值及增長(zhǎng)速度成正比，而能源的人均消費(fèi)量的多少則反映國(guó)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：1416m3/人（世界人均28400m3/人）。我國(guó)能源利用現(xiàn)狀及存在的主要問題：9/11/20237我國(guó)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(tái)灣地區(qū)人均1.0千瓦/（人·年）；歐、美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家6

千瓦/人·年）

。

我國(guó)的人均能源消費(fèi)水平低，并且遠(yuǎn)低于世界發(fā)達(dá)國(guó)家的水平：

人均能源消費(fèi)水平9/11/202382）能源開發(fā)利用設(shè)備和技術(shù)落后，能源利用效率低，浪費(fèi)嚴(yán)重

我國(guó)能源的終端利用效率為32％

～33％；發(fā)達(dá)國(guó)家能源的終端利用效率大于42％。我國(guó)每萬元GDP的能耗是日本的6倍、美國(guó)的3倍、韓國(guó)的4.5倍。我國(guó)單位產(chǎn)品的能耗平均比發(fā)達(dá)國(guó)家高40％左右。9/11/20239中國(guó)與日本工業(yè)能耗比較9/11/202310中國(guó)發(fā)電的平均耗煤量g/(kW.h)9/11/2023113）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(guó)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(guó)的CO2排放量?jī)H次于美國(guó)，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(guó)城市空氣污染對(duì)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。9/11/202312我國(guó)的能源建設(shè)要走可持續(xù)發(fā)展的道路，必須兩條腿走路：（1）合理利用能源，提高能源利用率。主要途徑就是改造或更新技術(shù)落后的能源利用終端設(shè)備；（2）大力開發(fā)對(duì)環(huán)境無污染或污染很小的新能源，如太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、生物質(zhì)能以及核能等。

9/11/2023133.

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9/11/202314

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前通過熱能形式利用的能源在我國(guó)占總能源利用的90％以上，世界其它各國(guó)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(duì)于解決我國(guó)的能源問題乃至對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展有著重大意義。9/11/202315熱能利用的基本方式（1）

熱利用：燒飯、采暖、烘干、熔煉等；（2）動(dòng)力利用：

通過熱機(jī)將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或者再通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能加以利用。

由于熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的有效利用程度（即熱機(jī)的熱效率）較低，早期蒸汽機(jī)的熱效率只有1％

2％，現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)裝置的熱效率大約只有37％

42％，蒸汽電站的熱效率也只有40％左右。因此，如何更有效地實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換，提高熱機(jī)的熱效率，是十分重要的課題。9/11/2023160-2