熱工基礎(chǔ)基本概念.ppt

熱工學(xué),張小軍2015-03-03,BasisofHeatEnergyEngineering,風(fēng)電站,水電站,太陽能熱水器,太陽能電動(dòng)汽車,能源轉(zhuǎn)換利用的關(guān)系,熱能,電能,機(jī)械能,風(fēng)能,水能,化學(xué)能,核能,地?zé)崮?太陽能,一次能源(天然存在),二次能源,光電轉(zhuǎn)換,燃料電池,光熱,聚變,裂變,燃燒,水車,水輪機(jī),風(fēng)車,熱機(jī),電動(dòng)機(jī),發(fā)電機(jī),90%,轉(zhuǎn)換,直接利用,供暖,節(jié)能EnergySaving,節(jié)能是近年來的基本國策“開發(fā)和節(jié)約并重”節(jié)能任重道遠(yuǎn)是我們的責(zé)任,動(dòng)力循環(huán)簡圖,熱效率,Thermalefficiency,熱機(jī)種類（heatengin）,發(fā)電（火力、核能）40%車輛發(fā)動(dòng)機(jī)（內(nèi)燃機(jī)）2535%輪船發(fā)動(dòng)機(jī)2535%航空發(fā)動(dòng)機(jī)2030%制冷空調(diào)(非熱機(jī)，同理）200%,能量利用率,Energyefficiency,中國與日本工業(yè)能耗比較,0.緒論,熱工學(xué)是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,熱工學(xué)是機(jī)械工程類專業(yè)開設(shè)的必修課程。,工程熱力學(xué)與節(jié)能,工程熱力學(xué)是一門研究熱能有效利用及熱能和其它形式能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué),熱工學(xué)是重要的技術(shù)基礎(chǔ)課,四大力學(xué),理論力學(xué)：機(jī)械系統(tǒng)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)：熱力系統(tǒng)電動(dòng)力學(xué)：電、磁系統(tǒng)量子力學(xué)：微觀系統(tǒng),工程熱力學(xué)物理熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)生物熱力學(xué)溶液熱力學(xué),熱工學(xué)的研究內(nèi)容,(1)能量轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律,(3)工質(zhì)的基本性質(zhì)與熱力過程,(4)熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備、工作原理,(2)能量轉(zhuǎn)移的基本規(guī)律,理論分析與建模：試驗(yàn)研究：數(shù)值模擬及分析：,熱工學(xué)研究方法,宏觀模型：連續(xù)體(continuum)，用宏觀物理量描述其狀態(tài)，其基本規(guī)律是無數(shù)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)特點(diǎn)：可靠，普遍，不能任意推廣經(jīng)典（宏觀、平衡）classical(macroscopic,equilibrium),熱工學(xué)研究方法,微觀模型：從微觀粒子的運(yùn)動(dòng)及相互作用角度研究熱現(xiàn)象及規(guī)律特點(diǎn)：揭示本質(zhì)，模型近似微觀（統(tǒng)計(jì)）熱力學(xué)microscopic(statistical)thermodynamics,工程熱力學(xué)研究方法,學(xué)習(xí)要求,上課做好筆記、課堂作業(yè)(出勤)；作業(yè)每周第一次課(周二)交作業(yè)；成績平時(shí)成績(30%)和期末成績(70%),相互配合，共同進(jìn)步！,授課信息,教材：熱工基礎(chǔ)，主編：張學(xué)學(xué)，清華大學(xué)出版社，2006年第二版。辦公地址：基礎(chǔ)樓1109房間Telmail:xjzhang,第一章基本概念,機(jī)電學(xué)院張小軍2015-03-03,內(nèi)容提要,1.1熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的過程1.2熱力系統(tǒng)1.3熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)1.4平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程與坐標(biāo)圖1.5工質(zhì)的狀態(tài)變化過程（準(zhǔn)平衡與可逆）1.6功量與熱量,熱電站,涉及內(nèi)容：(1)熱源，冷源(2)工質(zhì)（水，蒸汽）(3)膨脹做功(4)循環(huán)(加壓、加熱、膨脹做功、放熱),火力發(fā)電基本原理,1.1熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的過程,(1)熱動(dòng)力裝置蒸汽動(dòng)力裝置燃?xì)鈩?dòng)力裝置(2)熱動(dòng)力機(jī)(熱機(jī)),熱機(jī),1.1熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的過程,(3)工質(zhì)：實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)。如：燃?xì)?、煙氣、水蒸氣、氟利昂、空氣?4)熱源：在能量轉(zhuǎn)換中與工質(zhì)有熱量交換的物系。對于空調(diào)工作過程來說，高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩捶謩e是什么？,1.2熱力系統(tǒng),熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng))：人為地研究對象,(1)系統(tǒng)的定義,system,Aquantityofmatteroraregioninspacechosenforstudy,1.2熱力系統(tǒng),真實(shí)、虛構(gòu),固定、活動(dòng),fixed、movable,real、,imaginary,邊界的特性,邊界(boundary)：系統(tǒng)與外界的分界面,1.2熱力系統(tǒng),分類：(1)閉口系統(tǒng)：只有能量交換，而無質(zhì)量交換(2)開口系統(tǒng)：有能量交換，也有質(zhì)量交換。(3)絕熱系統(tǒng)：無熱量交換。(4)孤立系統(tǒng)：既無能量交換，又無質(zhì)量交換。,以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：,有無是否傳質(zhì)開口系閉口系,是否傳熱非絕熱系絕熱系,是否傳熱、質(zhì)非孤立系孤立系,1.2熱力系統(tǒng),1,2,3,4,m,Q,W,1開口系,1.2熱力系統(tǒng),非孤立系相關(guān)外界孤立系,1+2閉口系,1+2+3絕熱閉口系,1+2+3+4孤立系,1.2熱力系統(tǒng),內(nèi)燃機(jī)工作的不同階段，熱力系統(tǒng)有何區(qū)別？,1.3熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),狀態(tài)：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況,狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系狀態(tài)的宏觀物理量。,結(jié)論：,狀態(tài)一定，則狀態(tài)參數(shù)也一定，反之亦然。,狀態(tài)參數(shù)變換，則狀態(tài)一定發(fā)生變化。,壓力p、溫度T、比容v(容易測量)：基本狀態(tài)參數(shù)。,1.3熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),(1)壓力p(pressure)物理中壓強(qiáng)，單位:Pa(Pascal),N/m2,常用單位Units：1kPa=103Pa1bar=105Pa1MPa=106Pa1mmHg/mmH2O1atm=760mmHg=1.013105N/m21at=0.981105N/m2,壓力測量值：絕對壓力與環(huán)境壓力的相對值。,1.3熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),絕對壓力與相對壓力,當(dāng)ppb,表壓力pe,當(dāng)ppb,真空度pv,relativepressure,absolutepressure,1.3熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),(2)溫度T,宏觀：冷熱程度的度量。,微觀：大量基本微粒做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的激烈程度。,1.3熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),熱力學(xué)第零定律（R.W.Fowlerin1931）如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個(gè)系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。,1.3熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),(2)溫度T,（溫度計(jì)測溫的基本原理）,熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對溫標(biāo)）Kelvinscale（Britisher,L.Kelvin,1824-1907）,攝氏溫標(biāo)Celsiusscale(Swedish,A.Celsius,1701-1744）,華氏溫標(biāo)Fahrenheitscale(German,G.Fahrenheit,1686-1736),1.3熱力學(xué)狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),(2)溫度T溫標(biāo),常用溫標(biāo)之間的關(guān)系,絕對K,攝氏,100,373.15,0.01,273.16,