最新清华大学热工基础课件工程热力学加传热学1绪论教学讲义PPT.ppt

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1、清华大学热工基础课件工程热力学加传热学1绪论能量的主要形式:机械能：物质分子热运动动能与位能之和，即不涉及化学变化和核反应的热力学能，也称为内热能；电能化学能核能辐射能:物体的动能与势能；热能：与电荷的运动和积蓄有关的能量；：通过化学反应释放的能量；：通过核反应释放的能量；：物体以电磁波的形式发射的能量。8/18/202122.能源能源是指能够直接或间接提供能量的物质资源。（1）能源分类1）按开发利用的情况：常规能源：煤、石油、天然气、水能、核能等。新能源：太阳能、风能、海洋能、生物质能、地热能、核聚变燃料等。2）按开发的步

2、骤：一次能源:煤、石油、天然气、风能、水能、太阳能、地热能、海洋能等。二次能源:电力、煤气、汽油、沼气、氢气、甲醇、酒精等。8/18/20213我国大陆地区年总发电量2.5亿千瓦，人均0.2千瓦/（人·年）；台湾地区人均1.0千瓦/（人·年）；欧、美、日本等发达国家6千瓦/人·年）。我国的人均能源消费水平低，并且远低于世界发达国家的水平：人均能源消费水平8/18/202172）能源开发利用设备和技术落后，能源利用效率低，浪费严重我国能源的终端利用效率为32％～33％；发达国家能源的终端利用效率大于42％。我国每万元GDP的能

3、耗是日本的6倍、美国的3倍、韩国的4.5倍。我国单位产品的能耗平均比发达国家高40％左右。8/18/20218中国与日本工业能耗比较8/18/20219中国发电的平均耗煤量g/(kW.h)8/18/2021103）环境污染严重工业的发展带来了严重的环境污染，据调查，我国57%的城市空气中总悬浮颗粒超标；48个大中城市空气中的SO2浓度超标；82%城市出现过酸雨；我国的CO2排放量仅次于美国，居世界第二，占世界总排放量的13.6%。据世界银行报导，我国城市空气污染对人体健康和生产造成的损失估计每年200亿美元；酸雨使农作物减产

4、每年损失达50亿美元。8/18/202111我国的能源建设要走可持续发展的道路，必须两条腿走路：（1）合理利用能源，提高能源利用率。主要途径就是改造或更新技术落后的能源利用终端设备；（2）大力开发对环境无污染或污染很小的新能源，如太阳能、风能、水能、地热能、海洋能、生物质能以及核能等。8/18/2021123.能量的转换与利用能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。氢、酒精等二次能源燃料电池电能机械能辐射能热能风能、水能、海洋能机械机械能直接利用发电机煤、石油、天然气热能热机直接利用核能核反应太阳能光合作用生物质能燃烧

5、食物利用集热器光电池90％燃烧8/18/202113据统计，目前通过热能形式利用的能源在我国占总能源利用的90％以上，世界其它各国平均也超过85％。由此可见，在能量转换与利用过程中，热能不仅是最常见的形式，而且具有特殊重要的作用。热能的有效利用对于解决我国的能源问题乃至对人类社会的发展有着重大意义。8/18/202114热能利用的基本方式（1） 热利用：烧饭、采暖、烘干、熔炼等；（2）动力利用：通过热机将热能转换成机械能或者再通过发电机转换成电能加以利用。由于热能转换为机械能的有效利用程度（即热机的热效率）较低，早期蒸汽机的

6、热效率只有1％2％，现代燃气轮机装置的热效率大约只有37％42％，蒸汽电站的热效率也只有40％左右。因此，如何更有效地实现热能和机械能之间的转换，提高热机的热效率，是十分重要的课题。8/18/2021150-2热工基础的研究内容热工基础（热工理论基础）工程热力学篇传热学篇主要研究内容：热工基础主要研究热能利用的基本规律以及热能利用过程及自然界所有热现象中热量传递的基本规律。8/18/2021161.工程热力学的研究内容与研究方法（1）研究内容工程热力学主要研究热能和机械能之间相互转换的规律及提高能量转换经济性的途径和技术

7、措施。（举例）（2）研究方法工程热力学采用经典热力学的宏观研究方法，还普遍采用抽象、概括、理想化和简化处理方法。（举例说明）8/18/202117热机工作过程示意图高温热源吸热Q1热机作功W机械能放热Q2低温热源锅炉汽轮机冷凝器水泵冷却水过热蒸汽乏汽循环水发电机如何提高热机的热能利用率（热效率）是工程热力学的主要研究内容之一。8/18/2021182.传热学的研究内容与研究方法（1）研究内容传热学主要研究热量传递的规律。所谓热量，是指在温差的作用下传递的热能的数量。由于在人们的日常生活和生产实践中温差几乎无处不在，所以热量传

8、递是普遍存在的物理现象。一切热能利用过程都离不开传热，热能利用率和传热过程密切相关。8/18/202119传热学的应用非常广泛，传热学知识在能源、电力、冶金、动力机械、石油化工、低温工程、环境与建筑等工业领域以及在许多高科技领域都发挥着极其重要的作用。如电子信息工程、航空航天、医学和生命科