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1、黄玥 助理教授 物理机电航空大楼313 18250894250 物理与机电工程学院 厦门大学工程热力学32学时Engineering Thermodynamics Lecture #1/Motivation September 17, 2014主要内容主要内容基本概念：基本概念： 热力系统 热力循环 功量、热量与熵 状态、过程和状态参数 主要内容：主要内容： 热力学第一定律 理想气体的性质与过程 热力学第二定律 水蒸汽 湿空气 气体和蒸汽的流动 工程工程热力学的应用：热力学的应用： 蒸汽动力循环 制冷循环教材和参考书教材和参考书（1）朱明善等）朱明善等 工程热力学工程热力学(第第2版版).
2、北京北京 清清 华大学出版社华大学出版社, 2011. （2）杨海, 车驰东, 张小卿编译（双语教材), 工程热力学，国防工业出版社，2009. （3）沈维道, 童钧耕主编，工程热力学（第 4版），高等得教育出版社，2007. （4）Cengel, Yunus A., and Michael A. Boles. Thermodynamics: an engineering approach. Vol. 5. New York: McGraw-Hill, 2011.工程热力学工程热力学目的目的和要求和要求：通过教学，学生应掌握热力学的基本理论知识，并培养解决热工的工 程实际问题的能力。考核办法：
3、考核办法：闭卷考试闭卷考试学生考核成绩包括平时成绩（20%）、期中测验（15%）、大作业 （20%）和期末考试卷面成绩（45%）两部分。无故旷课，平时成绩取消！免期末免期末考试！考试！1、平时作业平时作业全交全交2、期中考试期中考试成绩成绩前前15%3、大作业大作业优秀优秀免期末考试条件免期末考试条件人数控制在总人数的15%之内 免期末考试同学，需参加口试！ 如果对口试成绩不满意，可参加期末 考试，成绩以最后一次为准。答疑和助教答疑和助教答疑：答疑： 为了弥补课堂教学的不足，工程热力学每周可以答疑。答 疑时间：每周四周四晚8点-9点 （先预约）助教信息：助教信息： 姓名：阮灿（研一） QQ：1
4、019979834 手机号码：18559774880 如果有任何关于本课的问题和困难，请联系助教。绪绪论论工程热力学是重要的技术基础课工程热力学是一门研究热能有效利用及 热能和其它形式能量转换规律 的科学绪论 1 学习工程热力学的动机 2 工程热力学与能源的关系 3 工程热力学应用实例 4 研究内容和方法绪论 1 学习工程热力学的动机 2 工程热力学与能源的关系 3 工程热力学应用实例 4 研究内容和方法1 学习的动机Some application areas of thermodynamics.1. 石油耗尽 2. 全球气温变化新型航空动力装置新型航空动力装置FFC/GDP is fund
5、amentally constrained by the 2ndLaw of Thermodynamics!化石燃料耗尽化石燃料耗尽 (A Matter of WHENnot IF)各国化石燃料消耗量各国化石燃料消耗量哈伯特哈伯特顶点顶点 （石油（石油峰值峰值论）论）The End of the Oil Age?Campbell, C. J. (2012). The Anomalous Age of Easy Energy. Energy, Transport and the Environment, Springer. 哈伯特顶点哈伯特顶点 “Anomalous Age of Easy Oi
6、l” is Nearing its End美国能源美国能源前景前景 Fossil Fuels Will Continue to Dominate非非常规液态化石燃料常规液态化石燃料 Substantial Resources Still Exist for GTL or CTLEnhanced oil recoveryPotential Liquid Hydrocarbon Production (Gbbl)Brandt, A. R and Farrell, A. E. (2007). Scraping the bottom of the barrel: greenhouse gas emis
7、sion consequences of a transition to low-quality and synthetic petroleum resources. Climate Change, 84, pp. 241-263.探明化石燃料储量探明化石燃料储量 Oil, Gas and Other0200400600800100012001400OilGasCoalGt CReserve growthProven reserves*Emissions (CDIAC)EIAIPCCCO2 (ppmv)6004002001003000500*Oil uncertain, could be la
8、rgeOtherMethane HydratesShale OilTar Sands? *环境效应环境效应 Role of Anthropogenic Greenhouse CO2EmissionsKeeling Curve, CO2at Mauna Loa （莫纳罗亚山） Red line is 57% of fossil fuel CO2emissions环境效应环境效应 Role of Anthropogenic Greenhouse CO2Emissions环境效应环境效应 Role of Anthropogenic Greenhouse CO2Emissions环境效应环境效应 Di
9、sappearing Glaciers: Patagonia Glacier环境效应环境效应 Disappearing Glaciers: Mt. Kilimanjaro环境效应环境效应 Melting of the Polar Ice Sheet环境效应环境效应 Predicted Rise in Sea Level绪论 1 学习工程热力学的动机 2 工程热力学与能源的关系 3 工程热力学应用实例 4 研究内容和方法PrefaceThermodynamics can be defined as the science of energyheatThermedynamispower(Greek
10、 words)热能 Thermal Energy能源转换利用的关系热热能能电能机 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 电 转 换燃 料 电 池光 热聚 变裂 变燃 烧水 车水 轮 机风 车热机电 动 机发 电 机90%转 换直接利用利 用生物质工程热力学与节能工程热力学与节能 工程热力学是一门研究热能有效利用及 热能和其它形式能量转换规律 的科学 建立节能的理论基础能源能源energy sources的资源的资源2000.12.30世界能源报道我国探明可开采储量32.74亿吨 可开采1520年 石油 Petroleum世界40-50年能源的资
11、源能源的资源2000.12.30世界能源报道我国探明可开采储量11704亿m3 可开采2858年 天然气 Natural Gas世界60年能源的资源能源的资源2000.12.30世界能源报道我国探明可开采储量1145亿吨 可开采5481年 煤炭 Coal世界220年能源短缺Energy and EnvironmentSO2、粉尘、CO2 （酸雨）（温室效应） acid rainGreenhouse effect燃煤：车辆：NOx、 HC 、 COO3 雾SmogSUN缺氧中国平均供电耗煤量的变化中国平均供电耗煤量的变化0 010010020020030030040040050050060060
12、0606070708080919120002000中国中国 世界先进世界先进g / kW. h中国与日本工业能耗比较中国与日本工业能耗比较0 00.50.51 11.51.52 22.52.53 33.53.5吨煤/吨钢吨煤/吨钢吨煤/吨合成氨吨煤/吨合成氨总利用率总利用率中国中国 日本日本钢铁工业24% 建材工业13-22% 石化10-24% 合成氨6-18% 有色金属4-10% 交通部门: 公路20-50% 铁路10-30% 民航16-34% 政府机构：15-20%我国主要部门节能潜力节 能 Energy Saving节能是近年来的基本国策 “开发和节约并重” 节能任重道远 是我们的责任可
13、持续发展 科学发展观绪论 1 学习工程热力学的动机 2 工程热力学与能源的关系 3 工程热力学应用实例 4 研究内容和方法热 机 种 类 发电（火力、核能）40% 车辆发动机（内燃机）2535% 轮船发动机2535% 航空发动机2030% 制冷空调(非热机，同理）200%能量利用率heat engineEnergy efficiency火力发电装置基本特点火力发电装置基本特点锅 炉汽轮机发电机给水泵凝 汽 器过热器1、热源，冷源 2、工质（水，蒸汽） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热)燃气装置基本特点燃气装置基本特点1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、循环
14、 (加压、加热、 膨胀做功、放热)压 气 机燃 气 轮 机燃烧室空 气废 气内燃机内燃机装置装置空气、油废气吸气压缩 点火膨胀排气internal combustion engine内燃机装置基本特点1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热)制冷空调装置基本特点1、热源，冷源 2、工质（制冷剂） 3、得到容积变化功 4、循环 (加压、放热、 膨胀、吸热)热力装置共同基本特点1、热源，冷源heat reservoir2、工质medium, working substance3、容积变化功moving boundary work4、循环cycle热机
15、高温热源低温热源Q1Q2W动力循环简图热效率Thermal efficiency思 考 题 ？2、为何要有两个热源，能否不要低 温热源, 不放热，W=Q是否可以 进行？ 3、发电厂效率高的只有40%左右，可否 有途径提高，最高效率是否有极 限？极限为多少？1、为什么永动机不能实现？ Perpetual motion machine4、热能和机械能通过什么介质转换绪论 1 学习工程热力学的动机 2 工程热力学与能源的关系 3 工程热力学应用实例 4 研究内容和方法热力学的分类工程热力学：热能与机械能物理热力学化学热力学生物热力学溶液热力学热 力 学工程热力学的研究内容工程热力学的研究内容1、能量转换的基本定律 2、工质的基本性质与热力过程3、热功转换设备、工作原理4、化学热力学基础1、宏观方法：连续体(continuum)，用宏观 物理量描述其状态，其基本规律是无数经验 的总结特点：可靠，普遍，不能任意推广经典 （宏观,平衡）热力学 classical (macroscopic, equilibrium)工程热力学研究方法2、微观方法：从微观粒子的运动及相互作 用角度研究热现象及规律特点：揭示本质，模型近似微观（统计）热力学 microscopic (statistical) thermodyn
