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1、能源与动力工程学院 Shool of Jet Propulsion,Engineering Thermodynamics,尹幸愉 2011.10.19,工 程 热 力 学,教学团队,丁水汀老师,尹幸愉老师,黄丹萍 助教,程会川 助教,彭于博 助教,张传杰 助教,13811035687,18810601247,18810601235,15910652261,110414110416,100417，111311，111312,100411100413,111313 ，111314,其它,答疑时间：,周五下午4：30 5：30,答疑地点：,吴宏老师,孙纪宁老师,北航学院路校区三馆,3,绪论,0-1.
2、 什么是工程热力学,0-2. 工程热力学的发展,0-3. 课程内容及学习方法,4,0-1. 什么是工程热力学,Therme(heat) + dynamis(force),Thermodynamics,希腊语,热力学：,研究能量及其相互转换规律的科学,从工程技术观点出发,研究热能与其它形式能量转换规律及工程应用的科学,工程热力学：,是什么?为什么?,是什么?怎么做?,系统引起外界变化的能力,热量 heat,热能 thermal energy,5,据统计，经过热能形式而被利用的能量在我国占90以上，世界上其它国家也超过85,能源利用的形式,在所有能源中，除了风能、水能和海洋潮汐能是以机械能（Mec
3、hanical Energy）的形式直接被人们利用以外，其它各种能源都是直接或间接地转变为热能（Heat Energy）的形式后，才被予以利用。,热能向机械能和电能的转化是能源利用的主要形式,能源是能够获得或转换成热能、机械能、电磁能、光能等等各种能量的资源,热学（Thermal Physics ）,热力学(thermodynamics),统计物理学(统计热力学) (statistical physics),(1)平衡态热力学（经典热力学） (2)非平衡热力学,工程热力学,平衡态热力学及推广 +热能工程应用技术,宏观法(系统法、唯象法、),微观法(结构法),0-1. 什么是工程热力学,传热学
4、(heat transfer),可逆,不可逆,一、,一、宏观方法，又称热力学方法或系统法。 以归纳无数事实所得到的热力学第一定律和热力学第二定律为分析和推理的基础，对开放式或封闭式的热力系统，当与外界有热量交换，或功交换时，通过描述系统特征的状态性质诸如温度、压力和比容的变化，对物体的宏观现象和宏观过程进行研究。 二、微观方法，又称统计热力学方法 从物质的微观结构出发，应用力学的普遍规律来研究单个分子的运动，并根据概率论和统计平均的方法，研究大量微观粒子运动时所表现出来的宏观热现象所服从的规律。,.热力学的两种研究方法,第零定律,工程热力学的基本定律及应用,第一定律,第二定律,第三定律,状态公
5、理,热机,制冷机,热平衡的传递性,能量守恒,能量品质，过程的方向、条件、限度,绝对零度的熵特性,状态参数的独立变量,冰箱、空调、热泵、,蒸汽机、内燃机、燃气轮机、,热能转换装置,基本定律,9,0-2. 工程热力学的发展,0-2-1 量测技术的发展是物理定律建立的基础,1593,伽利略 温度计,1724,华伦海特 华氏温标,1742,摄尔修斯 摄氏温标,荷兰,瑞典,意大利,1780,J.Black,布莱克,英国,热的强度（温度）不同于和热的数量（热量）不同，比热、潜热 概念。,我国 用红、橙、黄、白、青判别炼铜火温,春秋晚期,10,0-2-2 第一定律在与永动机、热质说较量中产生,彭塞利,182
6、9,法国,法国,1792-1843,科里奥利,术语“功”,动能表达式,1799,戴维H.Davy,英国,宣布不再审查永动机设计,1775,法国科学院,两块冰摩擦实验,宣告热质说失败,德国,迈尔,守恒思想、理论热功当量,1842,焦耳,论热功当量、实测热功当量,1849,英国,11,0-2-3 第二定律发现更深刻揭示了热的本质,基南,美国,1848,开尔文,英国,开尔文说法,德国,卡诺,1824,法国,卡诺定理,1850,克劳修斯,克劳修斯说法、熵,1877,玻尔滋曼,熵与热力学概率关系,意大利,1941,可用能,12,0-2-4 第三定律给出最低绝对温度特性和熵零点,1912,能斯特,1906
7、,绝对零度熵等,1927,普郎克,完美晶体熵零,能斯特,绝对零度达不到,13,0-2-5 第零定律与状态公理的建立,福勒,1931,第零定律完备了温度的定义,1662-1834,波义耳、马略特、盖.吕萨克、克拉贝隆,理想气体方程的建立,简单可压缩物质的状态公理,1875,吉布斯,吉布斯相律:多元复相的状态公理,14,0-2-6 热机的发展,1690,法国 丹尼斯巴本,世界上第一台活塞式蒸汽机 （模型机）,高压锅,(1681年）,锅炉（吸热部件）、冷凝器（放热部件）、汽缸(膨胀作功部件)、泵(压缩部件) 四件合并,水（工质）,15,0-2-6 热机的发展,1696,英国 马斯.萨费里,“矿工之友
8、” 蒸汽水泵,吸热部件与放热、膨胀作功、压缩部件分离,水泵与蒸汽机合并,16,0-2-6 热机的发展,1712,英国 托马斯.纽可门,大气压力活塞式蒸汽机,吸热部件、压缩部件分离,水泵与蒸汽机分离,放热与作功部件合并 热量损失大,17,0-2-6 热机的发展,1763-1784,英国 瓦特,第一台具有现代意义的双向活塞式蒸汽机,冷凝器,吸热、放热、作功、压缩部件全分离,汽缸,活塞式蒸汽机传动机构复杂，随转速的提高，其不平衡惯性力会产生振动,18,从汽转球到蒸汽轮机,公元一世纪,古希腊 赫隆,世界上第一台蒸汽轮机（汽转球）,小涡轮,蒸汽轮机,19,热机外燃机蒸汽轮机,采用蒸汽动力的火力发电厂,冷
9、凝器,汽轮机,锅炉,水泵,21,4,3,2,1,T,s,蒸汽动力循环,火电厂主要设备示意,蒸汽机体积大，启动慢，热效率低,23,1876,德国 奥托,点燃式内燃机（煤气）,内燃机(煤气机、汽油机、柴油机)的燃烧在工质内部,内燃机（活塞式）,1.1.2 基本术语,1.上止点：活塞离曲轴回转中心最远处，通常指活塞上行到最高位置。 2.下止点：活塞离曲轴回转中心最近处，通常指活塞下行到最低位置。 3.活塞行程(S)：上、下两止点间的距离(mm)。 4.曲柄半径(R)：与连杆下端(即连杆大头)相连的曲柄销中心到曲轴回转中心的距离(mm)。 曲轴每转一转，活塞移动两个行程。 5.气缸工作容积(h)：活塞
10、从上止点到下止点所让出的空间容积(L)。 h =D2S/(4106) (L) 式中：D气缸直径(mm)。 6.发动机排量(L)：发动机所有气缸工作容积之和(L)。设发动机的气缸数为i，则 L =h i (L) 7.燃烧室容积(C)：活塞在上止点时，活塞上方的空间叫燃烧室，它的容积叫燃烧室容积(L)。 8.气缸总容积(a)：活塞在下止点时，活塞上方的容积称为气缸总容积(L)。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和，即 a =h +C,25,吸气,四冲程汽油机,燃烧及膨胀,压缩,排气,吸热与作功,放热,点燃式内燃机的爆燃,压缩比过大产生爆燃,正常燃烧,压缩比 =总容积/燃烧室容积,27,汽油标号,是实
11、际汽油抗爆性与标准汽油的抗爆性的比值。 标号越高，抗爆性能就越强。标准汽油是由异辛烷和正庚烷组成。异辛烷的抗爆性好，其辛烷值定为100；正庚烷的抗爆性差，在汽油机上容易发生爆震，其辛烷值定为0。如果汽油的标号为90，则表示该标号的汽油与含异辛烷90%、正庚烷10%的标准汽油具有相同的抗爆性。并不是标号越高越好，要根据发动机压缩比合理选择汽油标号。,28,0-2-6 热机的发展,1897,德国 狄塞尔,压燃式内燃机（柴油）,从走马灯到燃气轮机,公元十二世纪南宋,中国,走马灯,进气道,压气机,燃烧室,涡轮,尾喷管,风扇,外涵道,内涵道,30,0-2-6 热机的发展,1872,美国 布雷顿,燃汽轮机
12、（地面）,航空发动机,二战前,活塞式发动机,二战后,燃汽轮机,涡喷式,涡扇式,燃气轮机装置示意图,利用高温燃气直接推动燃气涡轮（透平）产生旋转运动的动力机械。,压气机(compressor) 燃烧室 (combustion chamber) 燃气轮机(gas turbine),喷气发动机,冷凝器（大气）,33,制冷机 (冰箱),从热机发展到制冷机,34,制冷循环,T,s,1,2,3,4,4,1,2,3,蒸发器,冷凝器,压缩机,节流阀,冷藏室,环境,35,工质,(working substance; working medium),定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。,不同性质的工质对能量
13、转换的效果有直接影响，工质性质的研究是本学科的重要内容之一。原则上气、液、固三态物质都可作为工质，但热力学中热能与机械能之间的相互转换是通过物质的体积变化来实现的，为使能量有效而迅速的转换，常选气态物质作为工质。,36,热能转换的特点及研究问题,工质连续周期性（循环）改变状态，经历升压、膨胀以及向热源吸（放）热等过程，实现能量转换.,能量、热量（能）、热源、状态及状态量、过程及过程量、循环、功。的确切含义？,热机可否只吸热不放热？,制冷机可否不耗能，实现热量低温到高温的传递？,如何提高热能装置的效率？,。,工质的性质对转换的影响？,37,0-3. 课程内容及学习方法,绪论,基本概念及定义,第一
14、章,热力学第一定律,第二章,2-1 to 2-7,气体和蒸汽的性质,第三章,3-1 to 3-7,气体和蒸汽的基本热力过程,第四章,4-1 to 4-7,第五章,热力学第二定律,38,0-3. 课程内容及学习方法,第六章,气体动力循环,第九章,6-1 to 6-4,第十章,10-1 to 10-5,实际气体的性质,蒸汽动力装置循环,第十二章,理想气体混合物及湿空气,39,建议的学习方法参考文献法,从课堂接受问题,通过参考文献弄清问题,消化归纳总结问题,要点是自主学习！课程是学懂的，不是听懂的!,以问题为中心,0.2 课程特点,40,教学网站与考核方式,163邮箱,考核方式,平时成绩20 无迟交作业和缺课得满分 迟交两次以上0分。期末考试80,绪论2012.ppt，,邮址,gongre_,密码,123456123456,工热课件,office公式升级软件MathType,
