熱工基礎基本概念.ppt

熱工學,張小軍2015-03-03,BasisofHeatEnergyEngineering,風電站,水電站,太陽能熱水器,太陽能電動汽車,能源轉換利用的關系,熱能,電能,機械能,風能,水能,化學能,核能,地熱能,太陽能,一次能源(天然存在),二次能源,光電轉換,燃料電池,光熱,聚變,裂變,燃燒,水車,水輪機,風車,熱機,電動機,發(fā)電機,90%,轉換,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)能任重道遠是我們的責任,動力循環(huán)簡圖,熱效率,Thermalefficiency,熱機種類（heatengin）,發(fā)電（火力、核能）40%車輛發(fā)動機（內燃機）2535%輪船發(fā)動機2535%航空發(fā)動機2030%制冷空調(非熱機，同理）200%,能量利用率,Energyefficiency,中國與日本工業(yè)能耗比較,0.緒論,熱工學是重要的專業(yè)基礎課,熱工學是機械工程類專業(yè)開設的必修課程。,工程熱力學與節(jié)能,工程熱力學是一門研究熱能有效利用及熱能和其它形式能量轉換規(guī)律的科學,熱工學是重要的技術基礎課,四大力學,理論力學：機械系統(tǒng)熱力學與統(tǒng)計物理學：熱力系統(tǒng)電動力學：電、磁系統(tǒng)量子力學：微觀系統(tǒng),工程熱力學物理熱力學化學熱力學生物熱力學溶液熱力學,熱工學的研究內容,(1)能量轉換的基本規(guī)律,(3)工質的基本性質與熱力過程,(4)熱功轉換設備、工作原理,(2)能量轉移的基本規(guī)律,理論分析與建模：試驗研究：數(shù)值模擬及分析：,熱工學研究方法,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)經驗的總結特點：可靠，普遍，不能任意推廣經典（宏觀、平衡）classical(macroscopic,equilibrium),熱工學研究方法,微觀模型：從微觀粒子的運動及相互作用角度研究熱現(xiàn)象及規(guī)律特點：揭示本質，模型近似微觀（統(tǒng)計）熱力學microscopic(statistical)thermodynamics,工程熱力學研究方法,學習要求,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)；成績平時成績(30%)和期末成績(70%),相互配合，共同進步！,授課信息,教材：熱工基礎，主編：張學學，清華大學出版社，2006年第二版。辦公地址：基礎樓1109房間Telmail:xjzhang,第一章基本概念,機電學院張小軍2015-03-03,內容提要,1.1熱能轉變?yōu)闄C械能的過程1.2熱力系統(tǒng)1.3熱力學狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)1.4平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程與坐標圖1.5工質的狀態(tài)變化過程（準平衡與可逆）1.6功量與熱量,熱電站,涉及內容：(1)熱源，冷源(2)工質（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熱能轉變?yōu)闄C械能的過程,(1)熱動力裝置蒸汽動力裝置燃氣動力裝置(2)熱動力機(熱機),熱機,1.1熱能轉變?yōu)闄C械能的過程,(3)工質：實現(xiàn)熱能與機械能轉換的媒介物質。如：燃氣、煙氣、水蒸氣、氟利昂、空氣。(4)熱源：在能量轉換中與工質有熱量交換的物系。對于空調工作過程來說，高溫熱源和低溫熱源分別是什么？,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、虛構,固定、活動,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，而無質量交換(2)開口系統(tǒng)：有能量交換，也有質量交換。(3)絕熱系統(tǒng)：無熱量交換。(4)孤立系統(tǒng)：既無能量交換，又無質量交換。,以系統(tǒng)與外界關系劃分：,有無是否傳質開口系閉口系,是否傳熱非絕熱系絕熱系,是否傳熱、質非孤立系孤立系,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),內燃機工作的不同階段，熱力系統(tǒng)有何區(qū)別？,1.3熱力學狀態(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熱力學狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),(1)壓力p(pressure)物理中壓強，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熱力學狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),絕對壓力與相對壓力,當ppb,表壓力pe,當ppb,真空度pv,relativepressure,absolutepressure,1.3熱力學狀態(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)則熱運動的激烈程度。,1.3熱力學狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),熱力學第零定律（R.W.Fowlerin1931）如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。,1.3熱力學狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),(2)溫度T,（溫度計測溫的基本原理）,熱力學溫標（絕對溫標）Kelvinscale（Britisher,L.Kelvin,1824-1907）,攝氏溫標Celsiusscale(Swedish,A.Celsius,1701-1744）,華氏溫標Fahrenheitscale(German,G.Fahrenheit,1686-1736),1.3熱力學狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù),(2)溫度T溫標,常用溫標之間的關系,絕對K,攝氏,100,373.15,0.01,273.16,