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1、绪论1.能量能量 0-1 能量与能源能量与能源能量是物质运动的度量。能量是人类社会进步的动力。 世界是由物质构成的，一切物质都处于 运动状态，所以一切物质都具有能量。Date1能量的主要形式能量的主要形式: :机械能：物质分子热运动动能与位能之和，即不涉：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及化学变化和核反应的热力学能热力学能，也称为，也称为内内 热能热能；电能化学能核能辐射能: : 物体的物体的动能动能与与势能势能；热能：与电荷的运动和积蓄有关的能量；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；通过化学反应释放的能量；：通过核反应释放的能量；通过核反应释放的
2、能量；：物体以电磁波的形式发射的能量。物体以电磁波的形式发射的能量。Date22. 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。Date33）按能否再生： 可再生能源：水能、太阳能、风能、海洋能、生物质能、地热能等； 非再生能源：煤、石油、天然气、核能等。 4）按开发利用过程中对环境的污染情况
3、：清洁能源：太阳能、风能、水能、海洋能等；非清洁能源：煤、石油、天然气等。 （2）能源对人类社会发展的重要意义 能源是人类社会生存的基础，能源的开发和 利用是人类社会发展的动力，能源开发和利用水 平是人类社会文明的重要标志之一。Date4能源问题是全世界关注的重大问题，从20世 纪70年代起，就被列入世界5大问题之一。 全世界关注的5大问题：1）能源2）人口3）粮食4）环境5）资源能源建设也是我国四化建设的战略重点之一。 Date5（3 3）我国能源利用的现状及我国能源利用的现状及主要问题主要问题正常情况下，每个国家能源消费总量及增 长速度与其国民经济总产值及增长速度成正比 ，而能源的人均消费
4、量的多少则反映国民生活 水平的高低。1）人均储备量少，远低于世界平均水平人均储备量少，远低于世界平均水平原煤：95 吨/人（世界人均 209 吨/人）；原油：3 吨/人（世界人均 28 吨/人）；天然气：1416 m3/人（世界人均 28400 m3/人）。我国能源利用现状及存在的我国能源利用现状及存在的主要问题主要问题：Date6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： 人均能源消费水平人均能源消费水平Date72 2）
5、能源开发利用设备和技术落后，能源利能源开发利用设备和技术落后，能源利 用效率低，浪费严重用效率低，浪费严重 我国能源的终端利用效率为我国能源的终端利用效率为32 32 3333；发达国家能源的终端利用效率大于发达国家能源的终端利用效率大于4242。我国每万元我国每万元GDPGDP的能耗是日本的的能耗是日本的6 6倍倍、美国美国 的的3 3倍倍、韩国的韩国的4.54.5倍。倍。我国单位产品的能耗平均比发达国家高我国单位产品的能耗平均比发达国家高4040 左右。左右。Date8中国与日本工业能耗比较Date9中国发电的平均耗煤量g / (kW. h)g / (kW. h)Date103 3）环境污
6、染严重环境污染严重 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 作物减产每年损失达50亿美元。Date11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
7、质能以及核能等。 Date123. 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食物利用集热器光电池90燃烧Date13据统计，目前通过热能形式利用的能源在我据统计，目前通过热能形式利用的能源在我 国占总能源利用的国占总能源利用的9090以上，世界其它各国平均以上，世界其它各国平均 也超过也超过8585。由此可见，在能量转换与利用过程。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
8、具有特殊重中，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。问题乃至对人类社会的发展有着重大意义。 Date14热能利用的基本方式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
9、的转换，提 高热机的热效率，是十分重要的课题。Date150-2 热工基础的研究内容热工基础的研究内容 热 工 基 础（热工理论基础）工程热力学篇工程热力学篇传热学篇传热学篇主要研究内容：主要研究内容：热工基础主要研究热能利用的基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。有热现象中热量传递的基本规律。 Date161.工程热力学的研究内容与研究方法工程热力学的研究内容与研究方法（1）研究内容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 济性的途径和技术措施 。（举例）（2）研究方法
10、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）Date17热机工作过程示意图高温热源高温热源吸热吸热Q Q1 1热机热机作功作功WW 机械能放热放热Q Q2 2低温热源低温热源锅 炉汽轮机汽轮机冷凝器冷凝器水泵水泵冷却水冷却水过热蒸汽过热蒸汽乏汽乏汽循环水循环水发电机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 。Date182.传热学的研究内容与研究方法传热学的研究内容与研究方法（1）研究内容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
11、生产 实践中温差几乎无处不在，所以热量传递是 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。 Date19传热学的应用非常广泛，传热学知识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、石油化在能源、电力、冶金、动力机械、石油化 工、低温工程工、低温工程、环境与建筑等工业领域以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、医学作用。如电子信息工程、航空航天、医学 和生命科学等和生命科学等 。（举例）。（举例） （2）研究方法研究方法传热学主要采用理论分析、数值
12、模拟和传热学主要采用理论分析、数值模拟和 实验研究相结合的研究方法。实验研究相结合的研究方法。 Date20热工基础课程的学习主要有两个目的热工基础课程的学习主要有两个目的（1 1）掌握工程热力学的基本概念、基本定）掌握工程热力学的基本概念、基本定 律和基本分析方法，掌握律和基本分析方法，掌握热能和机械能之间热能和机械能之间 相互转换的规律相互转换的规律及提高转换经济性的方法和及提高转换经济性的方法和 技术措施，树立节约能源、合理用能的观念技术措施，树立节约能源、合理用能的观念 ； （2 2）掌握传热学的基本概念、基本理论与）掌握传热学的基本概念、基本理论与 基本分析计算和实验研究方法，为今后
13、研究基本分析计算和实验研究方法，为今后研究 、处理、解决实际的传热工程问题奠定必要、处理、解决实际的传热工程问题奠定必要 的技术理论基础。的技术理论基础。Date21热工基础是现代工程技术人才必备的技热工基础是现代工程技术人才必备的技 术基础知识，是术基础知识，是2121世纪工科各类专业人才工世纪工科各类专业人才工 程素质的重要组成部分。除了能源、动力类程素质的重要组成部分。除了能源、动力类 专业学生必须进一步深入学习工程热力学与专业学生必须进一步深入学习工程热力学与 传热学之外，热工基础课程应该是机械类、传热学之外，热工基础课程应该是机械类、 交通运输类、航空航天类、武器类、土建类交通运输类、航空航天类、武器类、土建类 、材料类、化工与制药类、轻工纺织食品类、材料类、化工与制药类、轻工纺织食品类 、环境与安全类等各类专业大学本科生必修、环境与安全类等各类专业大学本科生必修 的一门技术基础课。的一门技术基础课。热工基础课程在人才培养中的地位与作用热工基础课程在人才培养中的地位与作用Date22
