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1、毕业论文题目：运用概念图理论探讨题目：运用概念图理论探讨工程热力学工程热力学实施双语教学实施双语教学的可行性的可行性 学 院 河北工业大学 专 业 热能与动力工程 学 生 姓 名 指 导 老 师 二零一二年四月二号工程热力学的基本概念热力学是研究热现象中，物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系， 以及状态发生变化时，系统与外界相互作用的学科。工程热力学是热力学最先 发展的一个分支，它主要研究热能与机械能和其他能量之间相互转换的规律及 其应用，是机械工程的重要基础学科之一。 工程热力学的基本任务是：通过对热力系统、热力平衡、热力状态、热力 过程、热力循环和工质的分析研究，改进和完善热力发动机
2、、制冷机和热泵的 工作循环，提高热能利用率和热功转换效率。为此，必须以热力学基本定律为 依据，探讨各种热力过程的特性；研究气体和液体的热物理性质，以及蒸发和 凝结等相变规律；研究溶液特性也是分析某些类型制冷机所必需的。现代工程 热力学还包括诸如燃烧等化学反应过程，溶解吸收或解吸等物理化学过程，这 就又涉及化学热力学方面的基本知识。工程热力学是关于热现象的宏观理论，研究的方法是宏观的，它以归 纳无数事实所得到的热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律作为 推理的基础，通过物质的压力 、温度、比容等宏观参数和受热、冷却、膨胀、 收缩等整体行为，对宏观现象和热力过程进行研究。 这种方法，把与物
3、质内部结构有关的具体性质，当作宏观真实存在的物性 数据予以肯定，不需要对物质的微观结构作任何假设，所以分析推理的结果具 有高度的可靠性，而且条理清楚。这是它的独特优点。 古代人类早就学会了取火和用火，不过后来才注意探究热、冷现象的实质。 但直到 17 世纪末，人们还不能正确区分温度和热量这两个基本概念的本质。在 当时流行的“热质说”统治下，人们误认为物体的温度高是由于储存的“热质”数 量多。17091714 年华氏温标和 17421745 年摄氏温标的建立，才使测温有 了公认的标准。随后又发展了量热技术，为科学地观测热现象提供了测试手段， 使热学走上了近代实验科学的道路。 1798 年，朗福德
4、观察到用钻头钻炮筒时，消耗机械功的结果使钻头和筒身 都升温。1799 年，英国人戴维用两块冰相互摩擦致使表面融化，这显然无法由 “热质说”得到解释。1842 年，迈尔提出了能量守恒理论，认定热是能的一种形 式，可与机械能互相转化，并且从空气的定压比热容与定容比热容之差计算出 热功当量。 英国物理学家焦耳于 1840 年建立电热当量的概念，1842 年以后用不同方 式实测了热功当量。1850 年，焦耳的实验结果已使科学界彻底抛弃了“热质说”。 公认能量守恒、能的形式可以互换的热力学第一定律为客观的自然规律。能量 单位焦耳就是以他的名字命名的。 热力学的形成与当时的生产实践迫切要求寻找合理的大型、
5、高效热机有关。 1824 年，法国人卡诺提出著名的卡诺定理，指明工作在给定温度范围的热机所 能达到的效率极限，这实质上已经建立起热力学第二定律。但受“热质说”的影 响，他的证明方法还有错误。1848 年，英国工程师开尔文根据卡诺定理制定了 热力学温标。1850 年和 1851 年，德国的克劳修斯和开尔文先后提出了热力学 第二定律，并在此基础上重新证明了卡诺定理。 18501854 年，克劳修斯根据卡诺定理提出并发展了熵的概念。热力学第 一定律和第二定律的确认，对于两类“永动机”的不可能实现作出了科学的最后 结-4- 论，正式形成了热现象的宏观理论热力学。同时也形成了“工程热力学”这门技 术科学
6、，它成为研究热机工作原理的理论基础，使内燃机、汽轮机、燃气轮机 和喷气推进机等相继取得迅速进展。 与此同时，在应用热力学理论研究物质性质的过程中，还发展了热力学的 数学理论，找到了反映物质各种性质的相应的热力学函数，研究了物质在相变、 化学反应和溶液特性方面所遵循的各种规律 。1906 年，德国的能斯脱在观察 低温现象和化学反应中发现热定理；1912 年，这个定理被修改成热力学第三定 律的表述形式。 二十世纪初以来，对超高压、超高温水蒸汽等物性，和极低温度的研究不 断获得新成果。随着对能源问题的重视，人们对与节能有关的复合循环、新型 的复合工质的研究发生了很大兴趣。-5-目录绪论1泵与风机的基
7、本概念4变频技术在电厂泵与风机系统中应用的节能分析5结论13参考文献14致谢15绪论热能与动力工程是以工程热物理学科为主要理论基础，以内燃机和正在发展 中的其它新型动力机械及系统为研究对象，运用工程力学、机械工程学、自动 控制、计算机、环境科学、微电子技术等学科的知识和内容，研究如何把燃料 的化学能和液体的动能安全、高效、低（或无）污染地转换成动力的基本规律 和过程，研究转换过程中的系统和设备的自动控制技术。随着常规能源的日渐 短缺，人类环境保护意识的不断增强，节能、高效、降低或消除污染排放物、 发展新能源及其它可再生能源成为本学科的重要任务，在能源、交通运输、汽 车、船舶、电力、航空宇航工程
8、、农业工程和环境科学等诸多领域获得越来越 广泛的应用，在国民经济各部门发挥着越来越重要的作用。这方面人才在加强学生基础理论和综合素质教育的同时，加强计算机及自 动控制技术的应用，强化专业实践教学，注重全能训练，全面提高自己的实践 动手能力和科学研究潜力.我国能源动力类专业形成于 20 世纪 50 年代。以交通大学为例，1952 年院系调 整时，当时设在机械系中的动力组就单独成立了动力机械系。由于受当时苏联 教育体制的影响，在该学科的发展过程中，专业面曾一度越分越细。50 年代初 期只有锅炉、气轮机、内燃机等专业，以后又先后办起制冷专业与风机专业， 制冷专业又细分出压缩机，制冷及低温专业。在 5
9、0 年代末又创办了核能专业， 在 6070 年代有些学校先后设立了工程热物理专业。这样能源动力学科中的专 业就先后包括有锅炉、涡轮机、电厂热能、风机、压缩机、制冷、低温、内燃 机、工程热物理，水力机械以及核能工程等 11 个专业，形成了明显的以产品带 教学的基本格局。热能与动力工程专业中包含的水利水电动力工程专业的前身为水电站动力装置 专业。该专业形成于 20 世纪 50 年代。新中国成立以后，随着国家对水患的治 理和经济建设的发展，国家设立了华东水利学院、武汉水利水电学院、华北水 利水电学院等一些专门的水利院校，1958 年起在这些院校和西安交通大学水利 系（西安理工大学水电学院的前身）设立
10、了水电站动力装置专业，以满足国家 对水电建设人才的迫切需求。1977 年恢复高考招生后，该专业更名为水电站动 力设备专业。1984 年该专业更名为水利水电动力工程专业，涵盖了原水能动力 工程、水电站动力装置、水电站动力设备、水能动力及其自动化、机电排灌工 程、水能动力与提水工程等专业，昆明工业学院、成都科技大学等一些院校都 设置了该专业。1998 年，按照国家教育部颁布的新的专业目录，水利水电动力 工程专业并入热能与动力工程专业，新的热能与动力工程专业包含了原来的热 力发动机、流体机械及流体工程、热能工程与动力机械、热能工程、制冷与低 温技术、能源工程、工程热物理、水利水电动力、工程冷冻冷藏工
11、程等 9 个专 业。-1- 客观上说，这种专业划分与当时我国计划经济的体制以及工业发展的实际 情况，在一定程度上是相适应的。过窄的专业面，但却培养了专业工作能力较 强的学生。因此，在当时对我国经济的发展和工业体系的重建，曾经起到过积 极的作用。 但随着社会经济向现代化方向的发展和高新科学技术的进步，特别是我国 改革开放以后，国外先进科技、管理体系的大量引进，学科的交叉融合不断产 生新的经济增长点，当时实际存在的过细过窄的工科专业设置，总体上已不能 适应新的形势和发展对人才的需要，必须进行专业调整。因此，在 1993 年原国 家教委进行的专业目录调整中，将能源动力学科的上述前 10 个专业压缩为
12、 4 个 专业，即热能工程，热力发动机，制冷与低温工程，流体机械与流体工程，核 工程与核技术保留。1998 年，教育部颁布了新的专业目录，将上述前 4 个专业 进一步合并为热能与动力工程专业，核工程与核技术专业单独设立，而在引导 性的专业目录中，则建议将热能工程与核能工程合并。但当时我国大多数学校 还是采用了热能工程与核能工程单独设专业的方案。因此，在 2000 年教育部设 立的新一轮教学指导委员中，在能源动力学科教学指导委员会下分设了三个委 员会：热能动力 工程，核工程与核技术以及热工基础课程教学指导分委员 会。 能源动力工业是我国国民经济与国防建设的重要基础和支柱型产业，同时 也是涉及多个
13、领域高新技术的集成产业，在国家经济建设与社会发展中一直起 着极其重要的作用。近年来，随着我国各个方面改革的深化发展，包括市场经 济的逐步建立，国有大中型企业机制的转换，加入 WTO 后面临的挑战，以及能 源动力领域技术的发展，并考虑到我国核科技工业“十一五”以及到 2020 年发 展所面临的形势与任务，我国能源动力类以及核相关专业人才的培养面临着严 峻的挑战。能源动力及环境是目前世界各国所面临的头等重大的社会问题，我国能源工业 面临着经济增长、环境保护和社会发展的重大压力。我国是世界上最大的煤炭 生产和消费国，煤炭占商品能源消费的 76，已成为我国大气污染的主要来源。 已经探明的常规能源剩余储
14、量(煤炭、石油、天然气等)及可开采年限十分有限， 2000 年的统计资料表明，我国化石能源剩余可储采比煤炭为 92 年，石油 20.5 年，仅为世界储采比的一半；天然气为 63 年，优质能源十分匮乏。我国已成为 世界第二大石油进口国，对国际石油市场的依赖度逐年提高，能源安全面临挑 战，存在着十分危险的潜在危机，比世界总的能源形势更加严峻。现在，能源 资源的国际间竞争愈演愈烈，从伊拉克战争及战后重建，到中日双方在俄罗斯 输油管线走向上的角逐等一系列国际问题，无不是国家间能源战略利益冲突、 斗争的具体反映。因此开发利用可再生能源、实现能源工业的可持续发展具有 应该说更加迫切、更具重大意义。我们应该
15、清楚地认识到：我国的能源资源是 有限的，我国现有能源开发利用程度与效率很低，在清洁能源开发、能源综合 高效利用和环境保护领域内，与发达国家存在着较大的差距：我国水能资源理 论蕴藏量（未包括台湾省）为 6.76 亿 KW，可开发容量 3.78 亿 KW,相应年发电 量 19200 亿 KWh，均居世界第 一；至 2003 年底水电装机容量达到 9139 万 KW，年电量 2710 亿 KWh，开发率按 电量算只有 14，按装机容量算只有 24.2，远远落后于美国、加拿大、西欧 等发达国家，也落后于巴西、埃及、印度等发展中国家。高耗能产品能源单耗 比发达国家平均水平高 40%左右，单位产值能耗是世
16、界平均水平的 2.3 倍。同 时，-2- 实施可持续发展战略对能源发展提出了更高的要求。长期以来，粗放型的增长 方式使能源发展与保护环境、资源之间的矛盾日益尖锐。未来能源发展中，如 何充分利用天然气、水电、核电等清洁能源，加快新能源与可再生能源开发， 推广应用洁净煤技术，逐步降低用于终端消费煤炭的比重，实现能源、经济、 环境的可持续发展将是“十五“以及中长期能源发展面临的重要选择。特别地， 我国核科技工业是国家的战略行业。完善的核科技工业体系是确立一个国家核 大国地位的基本条件。它既是国家战略威慑力量和国防科技工业的重要组成部 分，是国家政治、国防安全的重要保障和外交利益所在，同时又是国民经济的 重要产业。核军工、核能、核燃料和核应用技术产业，是我国核科技工业的主 要组成部分
