清大熱工基礎(chǔ)課件00緒論VIP

熱工基礎(chǔ)張學(xué)學(xué)教授主講6/23/20251《傳熱學(xué)》楊世銘陶文銓編高等教育出版社出版教材：《熱工基礎(chǔ)》張學(xué)學(xué)李桂馥編

高等教育出版社出版參考書：《工程熱力學(xué)》朱明善等編清華大學(xué)出版社出版6/23/20252熱工基礎(chǔ)課程的考核方法與學(xué)習(xí)要求考核方法：百分制1.平時作業(yè)成績占40％；2.期末考試占60％。學(xué)習(xí)要求：

1.按時、獨立、認真完成作業(yè)（每人準(zhǔn)備2本作業(yè)本），如果不交作業(yè)次數(shù)超過半數(shù)，則取消期末考試資格；

2.認真聽課，遵守課堂紀(jì)律。3次抽查點名，2次無故曠課者按未修處理。6/23/20253緒論1.能量

0-1能量與能源

能量是物質(zhì)運動的度量。世界是由物質(zhì)構(gòu)成的，一切物質(zhì)都處于運動狀態(tài)，所以一切物質(zhì)都具有能量。能量是人類社會進步的動力。

6/23/20254能量的主要形式

:機械能：物質(zhì)分子熱運動動能與位能之和，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:物體的動能與勢能；熱能：與電荷的運動和積蓄有關(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。6/23/202552.

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?）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。6/23/202563）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）能源對人類社會發(fā)展的重要意義：

能源是人類社會生存的基礎(chǔ)，能源的開發(fā)和利用是人類社會發(fā)展的動力，能源開發(fā)和利用水平是人類社會文明的重要標(biāo)志之一。6/23/20257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)也是我國四化建設(shè)的戰(zhàn)略重點之一。

6/23/20258（3）我國能源利用的現(xiàn)狀及主要問題：

正常情況下，每個國家能源消費總量及增長速度與其國民經(jīng)濟總產(chǎn)值及增長速度成正比，而能源的人均消費量的多少則反映國民生活水平的高低。

1）人均儲備量少，遠低于世界平均水平：

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）。6/23/20259我國大陸地區(qū)總發(fā)電量2.5億千瓦，人均0.2

千瓦/人；臺灣地區(qū)人均1.0千瓦/人；

歐、美、日本等發(fā)達國家6千瓦/人。

我國的人均能源消費水平低，遠低于世界發(fā)達國家的水平：

人均能源消費水平：6/23/2025102）能源開發(fā)利用設(shè)備和技術(shù)落后，能源利用效率低，浪費嚴重

我國能源的終端利用效率為32～33％；發(fā)達國家能源的終端利用效率大于42％。我國每萬元國民經(jīng)濟產(chǎn)值（GDP）的能耗是日本的6倍，是美國的3倍，是韓國的4.5倍。我國單位產(chǎn)品的能耗平均比發(fā)達國家要高40％左右。6/23/202511中國與日本工業(yè)能耗比較6/23/202512中國發(fā)電的平均耗煤量g/kW.h6/23/2025133）環(huán)境污染嚴重

工業(yè)的發(fā)展帶來了嚴重的環(huán)境污染，據(jù)調(diào)查，我國有57%的城市空氣中總懸浮顆粒超標(biāo)；有48個大中城市空氣中的SO2濃度超標(biāo)；有82%城市出現(xiàn)過酸雨；我國的CO2排放量僅次于美國，居世界第二，占世界總排放量的13.6%。據(jù)世界銀行報導(dǎo)，我國城市空氣污染對人體健康和生產(chǎn)造成的損失估計每年200億美元；酸雨使農(nóng)作物減產(chǎn)每年損失達50億美元。6/23/202514

我國的能源建設(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?、海洋能、生物質(zhì)能以及核能等。

6/23/2025153.

能量的轉(zhuǎn)換與利用能量的利用過程，實質(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

電能機械能輻射能熱能風(fēng)能、水能、海洋能

機械

機械能直接利用發(fā)電機煤、石油、天然氣

熱能熱機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6/23/202516

據(jù)統(tǒng)計，目前通過熱能形式被利用的能源在我國占總能源利用的90％以上，世界其它各國平均也超過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。熱能的有效利用對于解決我國的能源問題乃至對人類社會的發(fā)展有著重大意義。

6/23/202517熱能利用的基本方式：（1）

熱利用：燒飯、采暖、烘干、熔煉等；（2）動力利用：通過熱機將熱能轉(zhuǎn)換成機械能或者再通過發(fā)電機轉(zhuǎn)換成電能加以利用。

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

2％，現(xiàn)代燃氣輪機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，如何更有效地實現(xiàn)熱能和機械能之間的轉(zhuǎn)換，提高熱機的熱效率，是十分重要的課題。6/23/2025180-2

熱工基礎(chǔ)的研究內(nèi)容

熱工基礎(chǔ)（熱工理論基礎(chǔ)）工程熱力學(xué)傳熱學(xué)主要研究內(nèi)容：

熱工基礎(chǔ)主要研究熱能利用的基本規(guī)律以及熱能利用過程及其它熱現(xiàn)象中熱量傳遞的基本規(guī)律。

6/23/2025191.工程熱力學(xué)的研究內(nèi)容與研究方法（1）研究內(nèi)容:

工程熱力學(xué)主要研究熱能和機械能之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律及提高能量轉(zhuǎn)換經(jīng)濟性的途徑和技術(shù)措施。（2）研究方法:

工程熱力學(xué)采用經(jīng)典熱力學(xué)的宏觀研究方法，還普遍采用抽象、概括、理想化和簡化處理方法。

6/23/202520熱機工作過程示意圖高溫?zé)嵩次鼰酫1熱機作功W機械能放熱Q2低溫?zé)嵩村仩t汽輪機冷凝器水泵冷卻水過熱蒸汽乏汽循環(huán)水發(fā)電機6/23/2025212.傳熱學(xué)的研究內(nèi)容與研究方法（1）研究內(nèi)容:傳熱學(xué)主要研究熱量傳遞的規(guī)律。

所謂熱量，是指在溫差的作用下傳遞的熱能的數(shù)量。由于在人們的日常生活和生產(chǎn)實踐中溫差幾乎無處不在，所以熱量傳遞是普遍存在的物理現(xiàn)象。

一切熱能利用過程都離不開傳熱，熱能利用率和傳熱過程密切相關(guān)。

6/23/202522

傳熱學(xué)的應(yīng)用非常廣泛，傳熱學(xué)知識在能源、電力、冶金、動力機械、石油化工、低溫工程、環(huán)境與建筑等工業(yè)領(lǐng)域以及在許多高科技領(lǐng)域都發(fā)揮著極其重要的作用。如：電子信息工程、航空航天、醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)等。（2）研究方法:

傳熱學(xué)主要采用理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究相結(jié)合的研究方法。

6/23/202523熱工基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)主要有兩個目的：（1）掌握工程熱力學(xué)的基本概念、基本定律和基本分析方法，掌握熱能和機械能之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律及提高轉(zhuǎn)換經(jīng)濟性的方法和技術(shù)措施，樹立節(jié)約能源、合理用能的觀念；（2）掌握傳熱學(xué)的基本概念、基本理論與基本分析計算和實驗研究方法，為今后研究、處理、解決實際的傳熱工程問題奠定必要的技術(shù)理論基礎(chǔ)。6/23/202524