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1、会计学1热工基础热工基础(jch)绪论绪论第一页，共33页。绪 论1-1 为什么要学习热工基础？1-2 能源及其利用()1-3 研究的主要内容和方法(fngf)()1-4 发展简史第1页/共33页第二页，共33页。1-1 为什么要学习(xux)热工基础？生活(shnghu)领域请思考：为了使热量从低温(dwn)物体传给高温物体，是否一定要以消耗功或热作为代价？第2页/共33页第三页，共33页。请思考(sko)：这是为什么？第3页/共33页第四页，共33页。第4页/共33页第五页，共33页。工业(gngy)领域第5页/共33页第六页，共33页。航空航天第6页/共33页第七页，共33页。高新技术(
2、o xn j sh)：电子器件(din z q jin)第7页/共33页第八页，共33页。看了以上(yshng)各个领域的热工现象，同学们有什么感受？第8页/共33页第九页，共33页。1-2 能源(nngyun)及其利用能能 源源指提供各种能量和动力的物质源。指提供各种能量和动力的物质源。可按来源、形态、使用程度和技术、污染可按来源、形态、使用程度和技术、污染程度、性质等进行程度、性质等进行(jnxng)(jnxng)分类。分类。一次能源一次能源自然界以自然形态存在的、可资利自然界以自然形态存在的、可资利用的能源。用的能源。如：风能、水利能、太阳能、如：风能、水利能、太阳能、地热能、核能、化学
3、能等。地热能、核能、化学能等。二次能源二次能源由一次能源加工转换后的能源。由一次能源加工转换后的能源。如：热能、机械能、电能。如：热能、机械能、电能。u以热能以热能(rnng)(rnng)形式形式利用的能量超利用的能量超过过85%85%！第9页/共33页第十页，共33页。热热热热机机机机太太太太阳阳阳阳能能能能电电电电 能能能能光光光光电电电电反反反反应应应应热热热热用用用用户户户户风风车车燃燃燃燃料料料料电电电电池池池池传传传传热热热热传传传传热热热热能量的转换和传递(chund)过程水水水水力力力力机机机机械械械械水水水水车车车车燃燃燃燃烧烧烧烧聚聚聚聚变变变变裂裂裂裂变变变变磁磁磁磁流流
4、流流体体体体发发发发电电电电温温温温差差差差发发发发电电电电电电电电动动动动机机机机发发发发电电电电机机机机核核核核能能能能地地地地热热热热能能能能水水力力能能热热热热 能能能能机机机机 械械械械 能能能能风风风风能能能能一一次次能能源源(y c nn yun)二二次次能能源源化化化化学学学学能能能能第10页/共33页第十一页，共33页。热能热能(rnng)的利用：的利用：.热热 利利 用用将热能直接用于加热物体，以满足将热能直接用于加热物体，以满足 烘干、采暖、熔炼等需要。烘干、采暖、熔炼等需要。.动力利用动力利用(lyng)通过各种热能动力装置将热能转换通过各种热能动力装置将热能转换 成机
5、械能或者转换成电能加以利用成机械能或者转换成电能加以利用(lyng)，为人类的日常生活、工农业生产及为人类的日常生活、工农业生产及 交通运输提供动力。交通运输提供动力。第11页/共33页第十二页，共33页。1-3 热工基础的研究对象、内容(nirng)和方法 研究对象、内容研究对象、内容 工程热力学、传热学工程热力学、传热学1、工程热力学主要研究热能与机械能、工程热力学主要研究热能与机械能相互转换的规律，以及合理有效利用热相互转换的规律，以及合理有效利用热能的基本理论能的基本理论(lln)；2、传热学是研究不同温度的物体，或、传热学是研究不同温度的物体，或同一物体的不同部分之间热量传递规律同一
6、物体的不同部分之间热量传递规律的学科。的学科。第12页/共33页第十三页，共33页。工程热力学工程热力学1、研究能量转换的客观规律，即热力、研究能量转换的客观规律，即热力学第一定律与第二学第一定律与第二 定律；定律；2、研究工质的基本热力学性质；、研究工质的基本热力学性质；3、研究工质在各种热工设备中的工作、研究工质在各种热工设备中的工作过程。过程。将热力学基本理论应用将热力学基本理论应用(yngyng)于工程实际，对不同的过于工程实际，对不同的过程和程和 循环进行分析和计算，循环进行分析和计算，探讨影响能探讨影响能量转换的规律及提量转换的规律及提 供转换效果的途径。供转换效果的途径。第13页
7、/共33页第十四页，共33页。传热学传热学u导热(dor)Heat Conduction；u对流Convection；u热辐射Thermal Radiation。第14页/共33页第十五页，共33页。研究研究(ynji)方法：方法：研究方法研究方法1.宏观研究方法宏观研究方法2.微观研究方法微观研究方法把物质视为连续体，用宏把物质视为连续体，用宏观物理量描述物质的性质、观物理量描述物质的性质、行为，以大量观察、实验行为，以大量观察、实验中总结出的定律为依据，中总结出的定律为依据，通过推理、演绎通过推理、演绎(yny)得出具有可靠的和普遍的得出具有可靠的和普遍的结论、公式、以解决热力结论、公式、
8、以解决热力过程中的能量转换与传递过程中的能量转换与传递问题。问题。n实验研究实验研究n 是基本方法是基本方法n理论分析理论分析n 建立建立(jinl)(jinl)（偏微分）方程，（偏微分）方程，分析求解等分析求解等n数值模拟数值模拟n FLUENTAdina FLUENTAdina等等第15页/共33页第十六页，共33页。课程(kchng)特点概念抽象、系统性、实践性很强的一门科学是一门专业基础课，联系基础课和专业课的纽带热工转换/热量传递，提高效率及经济性是贯穿全书(qun sh)的主线！如何如何(rh)学好热工基础：学好热工基础：第16页/共33页第十七页，共33页。学习方法(fngf)建
9、议1.作好(zu ho)听课笔记2.重视对基础概念和基本理论的理解3.加强实践训练，理论和实际相结合4.独立完成作业，及时复习和小结5.看几本参考书第17页/共33页第十八页，共33页。教材教材教材教材1.1.1.1.傅秦生主编傅秦生主编傅秦生主编傅秦生主编.热工基础及应用（面向热工基础及应用（面向热工基础及应用（面向热工基础及应用（面向21212121世纪教材），世纪教材），世纪教材），世纪教材），西安交通大学出版社西安交通大学出版社西安交通大学出版社西安交通大学出版社推荐辅助教材推荐辅助教材推荐辅助教材推荐辅助教材1.1.1.1.沈维道，蒋智敏，童钧耕合编沈维道，蒋智敏，童钧耕合编沈维道，
10、蒋智敏，童钧耕合编沈维道，蒋智敏，童钧耕合编.工程工程工程工程(gngchng)(gngchng)(gngchng)(gngchng)热力热力热力热力学学学学(第三版第三版第三版第三版).).).).北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社2.2.2.2.杨世铭，传热学（第四版），高等教育出版社杨世铭，传热学（第四版），高等教育出版社杨世铭，传热学（第四版），高等教育出版社杨世铭，传热学（第四版），高等教育出版社 教材教材(jioci)与参考书与参考书第18页/共33页第十九页，共33页。主要参考书主要参考书主要参考书主要参考书1 1 1 1严家騄严家騄
11、严家騄严家騄.工程热力学（第三版）工程热力学（第三版）工程热力学（第三版）工程热力学（第三版）.北京北京北京北京:高教出版高教出版高教出版高教出版 社社社社,2000 2000 2000 2000 2 2 2 2童钧耕等童钧耕等童钧耕等童钧耕等.工程热力学总复习工程热力学总复习工程热力学总复习工程热力学总复习 理论理论理论理论(lln)(lln)(lln)(lln)概要和习概要和习概要和习概要和习题题题题.上海上海上海上海:上海交通大学出版社上海交通大学出版社上海交通大学出版社上海交通大学出版社,2001,2001,2001,2001 3.3.3.3.章熙民，等章熙民，等章熙民，等章熙民，等.
12、传热学（第四版）传热学（第四版）传热学（第四版）传热学（第四版）.北京北京北京北京:中国建筑工业出版社，中国建筑工业出版社，中国建筑工业出版社，中国建筑工业出版社，20012001200120014.4.4.4.张奕张奕张奕张奕.传热学（第四版）传热学（第四版）传热学（第四版）传热学（第四版）.南京南京南京南京:东南大学出版社，东南大学出版社，东南大学出版社，东南大学出版社，20042004200420045.5.5.5.王秋旺王秋旺王秋旺王秋旺.传热学要点与解题传热学要点与解题传热学要点与解题传热学要点与解题.西安西安西安西安:西安交通大学出版社西安交通大学出版社西安交通大学出版社西安交通大
13、学出版社,2006 2006 2006 2006 6.Michael J,et al.Fundamentals of Engineering 6.Michael J,et al.Fundamentals of Engineering 6.Michael J,et al.Fundamentals of Engineering 6.Michael J,et al.Fundamentals of Engineering Thermodynamics Thermodynamics Thermodynamics Thermodynamics（4th.Edition4th.Edition4th.Editi
14、on4th.Edition）.JOHN WILEY&SONS,.JOHN WILEY&SONS,.JOHN WILEY&SONS,.JOHN WILEY&SONS,INC.2000 INC.2000 INC.2000 INC.2000 第19页/共33页第二十页，共33页。考试(kosh)与作业v考核方式：考核方式：v 考试；考试；v 平时成绩占平时成绩占20%30%（包括作（包括作业、实验、学习态度、创新意识、以业、实验、学习态度、创新意识、以及思维能力等）及思维能力等）v作业：作业：v 每周交一次每周交一次v主要实践主要实践(shjin)教学环节：教学环节：v 实验实验/实习实习第20页/
15、共33页第二十一页，共33页。1-4 1-4 发展发展(fzhn)(fzhn)简史简史 热力学是研究能量、能量转换以及与能量热力学是研究能量、能量转换以及与能量热力学是研究能量、能量转换以及与能量热力学是研究能量、能量转换以及与能量转换有关的物性间相互关系的科学。转换有关的物性间相互关系的科学。转换有关的物性间相互关系的科学。转换有关的物性间相互关系的科学。热力学热力学热力学热力学(thermodynamics)(thermodynamics)一词的意思一词的意思一词的意思一词的意思(y s)(y s)是热是热是热是热(thermo)(thermo)和动力和动力和动力和动力(dynamics)
16、(dynamics)，既由热产生，既由热产生，既由热产生，既由热产生动力，反映了热力学起源于对热机的研究。动力，反映了热力学起源于对热机的研究。动力，反映了热力学起源于对热机的研究。动力，反映了热力学起源于对热机的研究。从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能来推动机器作工成为重要的研究课题。来推动机器作工成为重要的研究课题。来推动机
17、器作工成为重要的研究课题。来推动机器作工成为重要的研究课题。第21页/共33页第二十二页，共33页。17981798年年年年，英英英英 国国国国 物物物物 理理理理 学学学学 家家家家 和和和和 政政政政 治治治治 家家家家 Benjamin Benjamin Thompson Thompson(1753-1814)(1753-1814)通通通通过过过过炮炮炮炮膛膛膛膛钻钻钻钻孔孔孔孔实实实实验验验验开开开开始始始始(kish(kish)对功转换为热进行定量研究。对功转换为热进行定量研究。对功转换为热进行定量研究。对功转换为热进行定量研究。17991799年年年年，英英英英国国国国化化化化学学
18、学学家家家家 Humphry Humphry Davy Davy(1778-1829)(1778-1829)通通通通过冰的摩擦实验研究功转换为热。过冰的摩擦实验研究功转换为热。过冰的摩擦实验研究功转换为热。过冰的摩擦实验研究功转换为热。第22页/共33页第二十三页，共33页。根根根根据据据据热热热热力力力力学学学学第第第第一一一一定定定定律律律律热热热热功功功功可可可可以以以以按按按按当当当当量量量量转转转转化化化化，而而而而根根根根据据据据卡卡卡卡诺诺诺诺原原原原理理理理热热热热却却却却不不不不能能能能全全全全部部部部变变变变为为为为功功功功，当当当当时时时时不不不不少少少少人人人人认认认认
19、为为为为二二二二者者者者之之之之间间间间 存存存存 在在在在(cnzi)(cnzi)着着着着 根根根根 本本本本 性性性性 的的的的 矛矛矛矛 盾盾盾盾。18501850年年年年，德德德德 国国国国 物物物物 理理理理 学学学学 家家家家 Rudolf Rudolf J.J.Clausius Clausius(1822(1822-1888)1888)进进进进一一一一步步步步研研研研究究究究了了了了热热热热力力力力学学学学第第第第一一一一定定定定律律律律和和和和克克克克拉拉拉拉佩佩佩佩隆隆隆隆转转转转述述述述的的的的卡卡卡卡诺诺诺诺原原原原理理理理，发发发发现现现现二二二二者者者者并并并并不不不
20、不矛矛矛矛盾盾盾盾。他他他他指指指指出出出出，热热热热不不不不可可可可能能能能独独独独自自自自地地地地、不不不不付付付付任任任任何何何何代代代代价价价价地地地地从从从从冷冷冷冷物物物物体体体体转转转转向向向向热热热热物物物物体体体体，并并并并将将将将这这这这个个个个结结结结论论论论称称称称为为为为热热热热力力力力学学学学第第第第二二二二定定定定律律律律。克克克克劳劳劳劳胥胥胥胥斯斯斯斯在在在在18541854年年年年给给给给出出出出了了了了热热热热力力力力学学学学第第第第二二二二定定定定律律律律的的的的数数数数学学学学表表表表达达达达式，式，式，式，1865 1865年提出年提出年提出年提出“
21、熵熵熵熵”的概念。的概念。的概念。的概念。Clausius(1822-1888)第23页/共33页第二十四页，共33页。1824年年，法法国国陆陆军军 工工 程程 师师 Nicholas Lonard Sadi Carnot发发表表了了“关关于于火火的的动动力研究力研究”的论文。的论文。他他通通过过对对自自己己构构想想的的理理想想热热机机的的分分析析得得出出结结论论：热热机机必必须须在在两两个个热热源源之之间间工工作作，理理想想热热机机的的效效率率只只取取决决与与两两个个热热源源的的温温度度，工工作作在在两两个个一一定定热热源源之之间间的的所所有有热热机机，其其效效率率都都超超不不过过可可逆逆
22、热热机机，热热机机在在理理想想状状态态(zhungti)下下也也不不可可能能达达到到百百分分之之百百。这这就是卡诺定理。就是卡诺定理。Carnot(1796-1832)第24页/共33页第二十五页，共33页。卡诺的论文发表后，没有马上引起卡诺的论文发表后，没有马上引起卡诺的论文发表后，没有马上引起卡诺的论文发表后，没有马上引起(y(y nqnq)人人人人们的注意。过了十年，法国工程师们的注意。过了十年，法国工程师们的注意。过了十年，法国工程师们的注意。过了十年，法国工程师Benlt Paul Benlt Paul Emile Clapeyron(1799-1864)Emile Clapeyro
23、n(1799-1864)把卡诺循环以解把卡诺循环以解把卡诺循环以解把卡诺循环以解析图的形式表示出来，并用卡诺原理研究了汽析图的形式表示出来，并用卡诺原理研究了汽析图的形式表示出来，并用卡诺原理研究了汽析图的形式表示出来，并用卡诺原理研究了汽液平衡，导出了克拉佩隆方程。液平衡，导出了克拉佩隆方程。液平衡，导出了克拉佩隆方程。液平衡，导出了克拉佩隆方程。第25页/共33页第二十六页，共33页。1842 1842 年年年年，德德德德 国国国国 医医医医 生生生生(yshng)Julius(yshng)Julius Robert Robert Mayer Mayer(1814(1814-1878)18
24、78)主主主主要要要要受受受受病病病病人人人人血血血血液液液液颜颜颜颜色色色色在在在在热热热热带带带带和和和和欧欧欧欧洲洲洲洲的的的的差差差差异异异异及及及及海海海海水水水水温温温温度度度度与与与与暴暴暴暴风风风风雨雨雨雨的的的的启启启启发发发发，提提提提出出出出了了了了热热热热与与与与机机机机械械械械运运运运动动动动之之之之间间间间相相相相互互互互转转转转化化化化的的的的思想。思想。思想。思想。Mayer(1814-1878)第26页/共33页第二十七页，共33页。1847 1847年，年，年，年，德国物理学家和生物学德国物理学家和生物学德国物理学家和生物学德国物理学家和生物学家家家家 He
25、rmann Ludwig von Hermann Ludwig von Helmholtz(1821-1894)Helmholtz(1821-1894)发表了发表了发表了发表了“论力的守衡论力的守衡论力的守衡论力的守衡”一文，全面一文，全面一文，全面一文，全面论证了能量守衡和转化论证了能量守衡和转化论证了能量守衡和转化论证了能量守衡和转化(zhu(zhu nhu)nhu)定律。定律。定律。定律。Helmholtz(1821-1894)第27页/共33页第二十八页，共33页。1843-1848 1843-1848年，年，年，年，英国酿酒商英国酿酒商英国酿酒商英国酿酒商 James Prescot
26、t Joule(1818-1889)James Prescott Joule(1818-1889)以确凿无疑的定量实验结果为基以确凿无疑的定量实验结果为基以确凿无疑的定量实验结果为基以确凿无疑的定量实验结果为基础，论述了能量受恒和转化定律础，论述了能量受恒和转化定律础，论述了能量受恒和转化定律础，论述了能量受恒和转化定律(dngl(dngl)。焦耳的热功当量实验是。焦耳的热功当量实验是。焦耳的热功当量实验是。焦耳的热功当量实验是热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律(dngl(dngl)的实验基的实验基的实验基的实验基础。础。础。础。Joule(1818-1889)第28页/
27、共33页第二十九页，共33页。1851 1851年，英国物理学家年，英国物理学家年，英国物理学家年，英国物理学家 Lord Kelvin(1824-l907)Lord Kelvin(1824-l907)指出，指出，指出，指出，不可能从单一热源取热使之完全不可能从单一热源取热使之完全不可能从单一热源取热使之完全不可能从单一热源取热使之完全(wnqun)(wnqun)变为有用功而变为有用功而变为有用功而变为有用功而不产生其他影响。不产生其他影响。不产生其他影响。不产生其他影响。这是热力学第二定律的另一种说法。这是热力学第二定律的另一种说法。这是热力学第二定律的另一种说法。这是热力学第二定律的另一种
28、说法。1853 1853年，他把能量转化与物系的内能联系起来，给出了年，他把能量转化与物系的内能联系起来，给出了年，他把能量转化与物系的内能联系起来，给出了年，他把能量转化与物系的内能联系起来，给出了热力学第一定律的数学表达式。热力学第一定律的数学表达式。热力学第一定律的数学表达式。热力学第一定律的数学表达式。第29页/共33页第三十页，共33页。18751875年年年年，美美美美国国国国耶耶耶耶鲁鲁鲁鲁大大大大学学学学数数数数学学学学物物物物理理理理学学学学教教教教授授授授 Josiah Josiah Willard Willard GibbsGibbs发发发发表表表表了了了了 “论论论论多
29、多多多相相相相物物物物质质质质之之之之平平平平衡衡衡衡”的的的的论论论论文文文文。他他他他在在在在熵熵熵熵函函函函数数数数的的的的基基基基础础础础上上上上，引引引引出出出出了了了了平平平平衡衡衡衡的的的的判判判判据据据据；提提提提出出出出热热热热力力力力学学学学势势势势的的的的重重重重要要要要概概概概念念念念，用用用用以以以以处处处处理理理理多多多多组组组组分分分分的的的的多多多多相相相相平平平平衡衡衡衡问问问问题题题题；导导导导出出出出相相相相律律律律，得得得得到到到到一一一一般般般般条条条条件件件件下下下下多多多多相相相相平平平平衡衡衡衡的的的的规规规规律律律律。吉吉吉吉布布布布斯斯斯斯的
30、的的的工工工工作作作作，把把把把热热热热力力力力学学学学和和和和化化化化学学学学(huxu)(huxu)在在在在理理理理论论论论上上上上紧紧紧紧密密密密结结结结合合合合起起起起来来来来，奠奠奠奠定定定定了了了了化化化化学学学学(huxu)(huxu)热热热热力力力力学学学学的的的的重重重重要基础。要基础。要基础。要基础。Gibbs(1839-1903)第30页/共33页第三十一页，共33页。热热热热力力力力学学学学基基基基本本本本定定定定律律律律反反反反映映映映了了了了自自自自然然然然界界界界的的的的客客客客观观观观规规规规律律律律,以以以以这这这这些些些些定定定定律律律律为为为为基基基基础础
31、础础进进进进行行行行演演演演绎绎绎绎、逻逻逻逻辑辑辑辑推推推推理理理理而而而而得得得得到到到到的的的的热热热热力力力力学学学学关关关关系系系系与与与与结结结结论论论论,显显显显然然然然具具具具有有有有高高高高度度度度的的的的普普普普遍遍遍遍性性性性、可可可可靠靠靠靠性性性性与与与与实实实实用用用用性性性性,可可可可以以以以应应应应用用用用于于于于机机机机械械械械工工工工程程程程、化化化化学学学学、化化化化工工工工等等等等各各各各个个个个领领领领域域域域,由由由由此此此此形形形形成成成成了了了了化化化化学学学学热热热热力力力力学学学学、工工工工程程程程热热热热力力力力学学学学、化化化化工工工工热
32、热热热力力力力学学学学等等等等重重重重要要要要的的的的分分分分支支支支。化化化化学学学学热热热热力力力力学学学学主主主主要要要要讨讨讨讨论论论论热热热热化化化化学学学学、相相相相平平平平衡衡衡衡和和和和化化化化学学学学平平平平衡衡衡衡理理理理论论论论。工工工工程程程程热热热热力力力力学学学学主主主主要要要要研研研研究究究究热热热热能能能能动动动动力力力力装装装装置置置置中中中中工工工工作作作作介介介介质质质质(jizh)(jizh)的的的的基基基基本本本本热热热热力力力力学学学学性性性性质质质质、各各各各种种种种装装装装置置置置的的的的工工工工作作作作过过过过程程程程以以以以及及及及提提提提高高高高能能能能量量量量转转转转化化化化效效效效率率率率的的的的途途途途径径径径。化化化化工工工工热热热热力力力力学学学学是是是是以以以以化化化化学学学学热热热热力力力力学学学学和和和和工工工工程程程程热热热热力力力力学学学学为为为为基础，结合化工实际过程逐步形成的学科。基础，结合化工实际过程逐步形成的学科。基础，结合化工实际过程逐步形成的学科。基础，结合化工实际过程逐步形成的学科。第31页/共33页第三十二页，共33页。完第32页/共33页第三十三页，共33页。