工程热力学讲义(西安交通大学版)

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1、工程热力学讲义(傅秦生)绪论[第一讲]§0-1自然界的能源及其利用一、能源及其分类能源是指可向人类提供各种能量和动力的物质资源。1、按来源分：可分为来自太阳的辐射能；存储于地球内部的能量和来自其它天体的引力能量等区分。2、按形态分：可分为一次能源和二次能源；一次能源又可分为再生和非再生能源。3、按使用程度和技术分：可分为常规能源和新能源。能源分类类别常规能源新能源一次能源煤、石油、天然气、水力能等。核能、太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能等。二次能源煤气、焦炭、煤油、液化气、电力、蒸汽等。沼气、氢能等。对于能源工作者，更多的是采用一

2、次能源和二次能源，常规能源和新能源的概念。4、按污染程度分：可分为清洁能源和非清洁能源。5、按性质分：可分为含能体能源和过程性能源。二、能源的利用与社会历史发展能源利用的三个历史时期：薪柴时期（麦节、动物的粪便等）、煤炭时期和石油时期。三、能源的利用与国民经济和人民生活*一个国家的国民经济与能源的开发与利用有着依存关系*人民生活的改善离不开能源的开发与利用能源消费弹性系数：能源消费的年增长率ξ=国民经济生产总值的年增长率世界主要国家能源消费概况序号国家1993年（GDP/亿美元）1980-1993年GDP年增长率%）1980-1993

3、年能源消耗年增长率%1980-1993年能源消耗弹性系数1993年人口/万人1993年人均能源消费/kg1美国625992.71.40.522570079182德国191082.6\807041703法国125172.120.955750040314英国81902.510.4579037185俄罗斯3294-0.5\1487044386日本4214242.70.681245034627中国42569.65.10.53117846238印度22545.26.71.2989820242全世界2311262.95501501421四、

4、能源的利用与环境能源在其开发、输送、加工、转换、利用、利用和消费过程中，必然环境造成污染：1、温室效应与热污染2、酸雨3、臭氧层的破坏4、放射性污染第5页共5页工程热力学讲义(傅秦生)5、其它污染一、能源的利用与人类社会的可持续发展1、非再生能源的大量消耗2、环境污染日趋严重节能是解决可持续发展的战略措施之一，也是本学科研究的一个重要方面。二、我国的能源事业1、储量丰富、种类齐全2、多种能源结构[第二讲]§0-2热能的利用一、人类利用的主要能源有:水力能、风能、地热能、太阳能、燃料的化学能和原子能。从某种意义上讲，能源的开发和利用就是

5、热能的开发和利用。世界一次能源消费结构年份煤炭石油天然气水电及其它1950611274981719605203201402019703524271992219803084422153519902903601951552020240270290200二、热能利用的形式和热科学发展简史1、热能利用的形式直接利用：是指直接用热能加热物体，热能的形式不发生变化。间接利用：是指把热能转换为机械能，以满足人类生产生活对动力的需要。（图热电厂工作原理图）从某种意义上讲，能源的利用就是热能的利用。如何实现热能向机械能转换？转换的基本规律是什么？动力如

6、何提高热能向机械能转换的能量利用率（经济性）？如何实现机械能向热能的转换？转换的基本规律是什么？制冷伙热泵如何提高机械能向热能转换的能量利用率（经济性）？2、热力学发展史1763---1784年间瓦特改进了蒸汽机使之用于生产，大大提高了生产力；1842年、1843---1848年迈尔和焦耳各自独立发现热力学第一定律；1824年卡若提出了卡若循环和卡若定理，奠定了热力学第二定律基础；1850---1851年克劳修斯和开尔文先后对立提出了热力学第二定律；1906---1912年能斯特提出了热力学第三定律。§0-3工程热力学的研究对象、内容

7、和方法一、研究对象热力学是研究热能和机械能相互转换规律（即热力学第一定律和热力学第二定律），以提高能量利用经济性（节能或能量利用率）为主要目的的以门学科。二、主要内容（一）、热力学基本定律：热力学第一定律、热力学第二定律（既是重点也是难点）。（二）、工质的热力性质和热力学过程：理想气体、实际气体（不能理想化的气体）、蒸汽和湿空气等。第5页共5页工程热力学讲义(傅秦生)（三）、工程热力学的应用：工程力学过程、热力学循环、装置的分析研究。一、研究方法经典热力学：宏观和唯象的方法，简单、可靠。宏观：从宏观研究气体。唯象：从现象出发进行研究。

8、优点：只用到高等数学的微积分即可，结论可靠。缺点：内部过程不能解释。统计热力学：微观和统计的方法。优点：可以解释许多现象。缺点：要用到概率统计方法，结果与实际有偏差。工程热力学研究以经典热力学为主，统计热力学为辅。二、教