第一次课基本概念.pptx

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1、学习要求学习要求上课上课做好笔记、课堂作业(出勤)；作业作业每周第一次课(周一周一)交作业；成绩成绩平时成绩(30%)和期末成绩(70%)相互配合，共同进步！相互配合，共同进步！第1页/共50页能源转换利用的关系能源转换利用的关系热 能电 能机 械 能 风能水能化学能核能地热能太阳能一次能源(天然存在)二次能源 光光电电转转换换燃燃料料电电池池光光热热聚聚变变裂裂变变燃燃烧烧水水车车水水轮轮机机风风车车热机热机电电动动机机发发电电机机90%转换直接利用直接利用供供暖暖第2页/共50页空调、冷库空调、冷库制冷设备制冷设备第3页/共50页 图6-15 单缸汽油机构造示意图-火花塞 2-气缸盖 3-

2、出水口 4-气缸 5-活塞 6-水套 7-水泵 8-活塞销 9-进水口 10-连杆 11-飞轮 12-曲轴 13-机油管 14-曲轴箱 15-机油泵 16-曲轴正时齿轮 17-凸轮正时齿轮 18-凸轮轴 19-排气管20-进气管 21-进气门 22排气门 23-化油器内燃机内燃机第4页/共50页空气、油空气、油废气废气吸气吸气压缩压缩点火点火膨胀膨胀排气排气内燃机工作原理内燃机工作原理第5页/共50页热电站热电站第6页/共50页涉及内容：涉及内容：(1)(1)热源，冷源热源，冷源(2)(2)工质（水，蒸汽）工质（水，蒸汽）(3)(3)膨胀做功膨胀做功(4)(4)循环循环(加压、加热、加压、加热

3、、膨胀做功、放热膨胀做功、放热)锅锅炉炉汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝凝汽汽器器过热器过热器 火力发电基本原理火力发电基本原理第7页/共50页太阳能热水器太阳能热水器第8页/共50页太阳能电动汽车太阳能电动汽车第9页/共50页 水电站水电站第10页/共50页风风电电站站第11页/共50页0.绪绪 论论热工学热工学是重要的是重要的专业基础课专业基础课热工学热工学 是是机械工程类专业机械工程类专业开设的必修课程。开设的必修课程。必要性必要性第12页/共50页能源的资源能源的资源2000.12.30世界能源报道世界能源报道 我国我国探明可开采储量探明可开采储量32.74亿吨亿吨 可开采

4、可开采1520年年 石油石油 Petroleum世界世界40-50年年第13页/共50页能源的资源能源的资源2000.12.30世界能源报道世界能源报道 我国我国探明可开采储量探明可开采储量11704亿亿m3 可开采可开采2858年年 天然气天然气 Natural Gas世界世界60年年第14页/共50页能源的资源能源的资源2000.12.30世界能源报道世界能源报道 我国我国探明可开采储量探明可开采储量1145亿吨亿吨 可开采可开采5481年年 煤煤炭炭 Coal世界世界220220年年能源短缺能源短缺第15页/共50页能源消费水平能源消费水平 日、德、日、德、俄俄等等 5 6吨标煤吨标煤/

5、人人年年 美国美国11吨标煤吨标煤/人人年年我国规划：我国规划：2030 2050 年年 2.5 3吨标煤吨标煤/人人年年 我国我国 1吨标煤吨标煤/人人年年第16页/共50页发电为例发电为例我国电力我国电力 2 亿亿 5 千万千瓦千万千瓦 中等发达国家中等发达国家 1 kW/人人 发达国家发达国家 6 kW/人人2050 年年 1 kW/人人 15 亿千瓦亿千瓦 我国我国 0.2 kW/人人第17页/共50页电的来源电的来源 煤煤：9 亿亿 kW 2050 年年 1 kW/人人 15 亿千瓦亿千瓦 水能水能：3 亿亿 7 千千 6 百百 kW 核能核能：2 亿亿 kW 风能、太阳能风能、太阳

6、能：1 亿亿 kW第18页/共50页Energy and Environment SO2、粉尘、CO2 （酸雨）（温室效应）acid rainGreenhouse effect燃煤：车辆：NOx、HC、COO3雾SmogSUN氧紧缺氧紧缺第19页/共50页中国平均供电耗煤量的变化中国平均供电耗煤量的变化g/kW.hg/kW.h第20页/共50页中国与日本工业能耗比较中国与日本工业能耗比较第21页/共50页热热 机机 种种 类（类（heat engin）发电（火力、核能）发电（火力、核能）40%车辆发动机（内燃机）车辆发动机（内燃机）2535%轮船发动机轮船发动机 2535%航空发动机航空发动机

7、 2030%能量利用率Energy efficiency第22页/共50页 热机热机 高温热源高温热源 低温热源低温热源 Q1Q2W动力循环简图动力循环简图热效率热效率 Thermal efficiency第23页/共50页 节节 能能 Energy Saving节能是近年来的基本国策节能是近年来的基本国策“开发和节约并重开发和节约并重”节能任重道远节能任重道远是我们的责任是我们的责任第24页/共50页工程热力学与节能工程热力学与节能工程热力学工程热力学 是一门研究是一门研究热能热能有效利用及有效利用及热能热能和其它形式和其它形式能量能量转换规律的科学转换规律的科学建立节能建立节能理论及技术理

8、论及技术热工学热工学是重要的是重要的技术基础课技术基础课第25页/共50页 四大力学四大力学u理论力学理论力学：机械系统：机械系统u热力热力学与统计物理学学与统计物理学：热力系统：热力系统u电动力学：电、磁系统电动力学：电、磁系统u量子力学：微观系统量子力学：微观系统工程热力学工程热力学物理热力学物理热力学化学热力学化学热力学生物热力学生物热力学溶液热力学溶液热力学重要性重要性第26页/共50页热工学的研究内容热工学的研究内容(1)(1)能量转换的基本规律能量转换的基本规律(3)(3)工质的基本性质与热力过程工质的基本性质与热力过程(4)(4)热功转换设备、工作原理热功转换设备、工作原理(2)

9、(2)能量转移的基本规律能量转移的基本规律工工程程热热力力学学传热学传热学第27页/共50页理论分析与建模理论分析与建模：试验研究试验研究：数值模拟及分析数值模拟及分析：热工学研究方法热工学研究方法第28页/共50页宏观模型：宏观模型：连续体连续体(continuum)，用宏观物，用宏观物理量描述其状态，其基本规律是无数经验的理量描述其状态，其基本规律是无数经验的总结总结 特点特点：可靠，普遍，不能任意推广可靠，普遍，不能任意推广 经典经典（宏观宏观、平衡平衡）classical(macroscopic,equilibrium)热工学研究方法热工学研究方法第29页/共50页微观模型：微观模型：

10、从微观粒子的运动及相互作用角从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象及规律度研究热现象及规律 特点：特点：揭示本质，模型近似揭示本质，模型近似 微观微观（统计统计）热力学热力学 microscopic(statistical)thermodynamics工程热力学研究方法工程热力学研究方法第30页/共50页第一章第一章 基本概念基本概念机电学院机电学院 张小军张小军2012-02-18第31页/共50页内容提要内容提要1.1 热能转变为机械能的过程热能转变为机械能的过程1.2 热力系统热力系统1.3 热力学状态及基本状态参数热力学状态及基本状态参数1.4 平衡状态、状态方程与坐标图平衡状态、状

11、态方程与坐标图1.5 工质的状态变化过程工质的状态变化过程（准平衡准平衡与与可逆可逆）1.6 功量与热量功量与热量 第32页/共50页1.1 热能转变为机械能的过程热能转变为机械能的过程(1)热动力装置热动力装置蒸汽动力装置蒸汽动力装置燃气动力装置燃气动力装置(2)热动力机热动力机(热机热机)锅锅炉炉汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝凝汽汽器器过热器过热器 热机热机第33页/共50页1.1 热能转变为机械能的过程热能转变为机械能的过程(3)工质：实现热能与机械能转换的媒介物质。工质：实现热能与机械能转换的媒介物质。如：燃气、烟气、水蒸气、氟利昂、空气。如：燃气、烟气、水蒸气、氟利昂、

12、空气。(4)热源：在能量转换中与工质有热量交换的物系。热源：在能量转换中与工质有热量交换的物系。对于空调工作过程来说，高温热源和低温热源分别是什么？对于空调工作过程来说，高温热源和低温热源分别是什么？第34页/共50页1.2 热力系统热力系统热力系统热力系统(热力系、系统热力系、系统)：人为地研究对象：人为地研究对象(1)系统系统的定义的定义systemA quantity of matter or a region in space chosen for study第35页/共50页1.2 热力系统热力系统真实、虚构真实、虚构固定、活动固定、活动fixed、movablereal、imagi

13、nary边界的特性边界的特性边界边界(boundary)：系统与外界的分界面：系统与外界的分界面第36页/共50页1.2 热力系统热力系统分类：分类：(1)闭口系统闭口系统：只有能量交换，而无质量交换：只有能量交换，而无质量交换(2)开口系统开口系统：有能量交换，也有质量交换。：有能量交换，也有质量交换。(3)绝热系统绝热系统：无热量交换。：无热量交换。(4)孤立系统孤立系统：既无能量交换，又无质量交换。：既无能量交换，又无质量交换。第37页/共50页以系统与外界关系划分：以系统与外界关系划分：有有 无无是否传质是否传质 开口系开口系 闭口系闭口系是否传热是否传热 非绝热系非绝热系 绝热系绝热

14、系是否传热、质是否传热、质 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系1.2 热力系统热力系统第38页/共50页1234mQW1 开口系开口系1.2 热力热力系统系统非孤立系相关外界非孤立系相关外界孤立系孤立系1+2 闭口系闭口系1+2+3 绝热闭口系绝热闭口系1+2+3+4 孤立系孤立系第39页/共50页1.2 热力系统热力系统内燃机工作的不同阶段，热力系统有何区别？内燃机工作的不同阶段，热力系统有何区别？第40页/共50页1.3 热力学状态及基本状态参数热力学状态及基本状态参数状态：状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况某一瞬间热力系所呈现的宏观状况状态参数：状态参数：描述热力系状态的宏观物理量。描述热

15、力系状态的宏观物理量。结论：结论：状态一定，则状态参数也一定，反之亦然。状态一定，则状态参数也一定，反之亦然。状态参数变换，则状态一定发生变化状态参数变换，则状态一定发生变化。压力压力 p、温度、温度 T、比容、比容 v(容易测量容易测量)：基本状态参数基本状态参数。第41页/共50页1.3 热力学状态及基本状态参数热力学状态及基本状态参数(1)压力压力 p (pressure)物理中压强物理中压强，单位单位:Pa(Pascal),N/m2常用单位常用单位Units：1 kPa=103 Pa 1bar=105 Pa 1 MPa=106 Pa 1 mmHg/mmH2O 1 atm=760 mmH

16、g=1.013105 N/m2 1 at=0.981105 N/m2第42页/共50页压力测量值：绝对压力与环境压力的压力测量值：绝对压力与环境压力的相对值相对值。注意：注意：只有只有绝对压力绝对压力 p 才才是是状态参数。状态参数。1.3 热力学状态及基本状态参数热力学状态及基本状态参数第43页/共50页绝对压力与相对压力绝对压力与相对压力当当 p pb表压力表压力 pe当当 p pb真空度真空度 pvpbpeppvprelative pressureabsolute pressure1.3 热力学状态及基本状态参数热力学状态及基本状态参数第44页/共50页(2)温度温度T宏观：冷热程度的度

17、量。宏观：冷热程度的度量。微观：大量基本微粒做无规则热运动的激烈程度。微观：大量基本微粒做无规则热运动的激烈程度。1.3 热力学状态及基本状态参数热力学状态及基本状态参数第45页/共50页热力学第零定律热力学第零定律（R.W.Fowler in 1931）如果两个系统分别与如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处则两个系统彼此必然处于热平衡于热平衡。1.3 热力学状态及基本状态参数热力学状态及基本状态参数(2)温度温度T（温度计测温的基本原理）（温度计测温的基本原理）第46页/共50页 热力学温标（绝对温标）热力学温标（绝对温标）Kelvin scal

18、e （Britisher,L.Kelvin,1824-1907）摄氏温标摄氏温标Celsius scale (Swedish,A.Celsius,1701-1744）华氏温标华氏温标Fahrenheit scale (German,G.Fahrenheit,1686-1736)1.3 热力学状态及基本状态参数热力学状态及基本状态参数(2)温度温度T温标温标第47页/共50页常用温标之间的关系常用温标之间的关系绝对绝对K摄氏摄氏 100373.150.01273.160273.150-273.1537.8冰熔点冰熔点水三相点水三相点水沸点水沸点1.3 热力学状态及基本状态参数热力学状态及基本状态参数第48页/共50页(3)比体积比体积 v (specific volume)m3/kg表征工质聚集的疏密程度表征工质聚集的疏密程度物理上常用密度物理上常用密度density kg/m31.3 热力学状态及基本状态参数热力学状态及基本状态参数第49页/共50页感谢您的观看！第50页/共50页