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1、2023/10/8 绪绪 论论2023/10/8主要内容主要内容一、能源概述一、能源概述二、本课程的性质二、本课程的性质 、研究对象及主要内容、研究对象及主要内容三、教材特色三、教材特色四、学习本课程的几点要求四、学习本课程的几点要求2023/10/8一、能源概述一、能源概述1.1.能源及其分类能源及其分类 能源：能源：指可向人类提供各种能量和动力的物指可向人类提供各种能量和动力的物质资源。质资源。能源是人类社会生存的基础，能源的开发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。用水平是人
2、类社会文明的重要标志之一。2023/10/8（1）按照来源分）按照来源分 地球本身蕴藏的能源地球本身蕴藏的能源:来自地球以外天体的能源来自地球以外天体的能源:来自月球和太阳等天体对地球的引力来自月球和太阳等天体对地球的引力:原子核能、地热能原子核能、地热能太阳能、风能、水能、海洋波浪能、生物质能、化石能太阳能、风能、水能、海洋波浪能、生物质能、化石能海洋的潮汐能海洋的潮汐能能源分类能源分类2023/10/8能源分类能源分类一次能源一次能源二次能源二次能源:（2）按照开发的步骤分）按照开发的步骤分可再生能源可再生能源:非再生能源非再生能源:太阳能、风能、地热能、水力能、太阳能、风能、地热能、水力
3、能、海洋能、生物质能海洋能、生物质能煤炭、石油、天然气、原子核能煤炭、石油、天然气、原子核能电力、高温蒸汽、汽油、电力、高温蒸汽、汽油、沼气沼气、氢气氢气、甲醇甲醇、酒精酒精 2023/10/8能源分类能源分类（3）按照使用程度和技术分）按照使用程度和技术分 常规能源常规能源:新能源新能源:煤炭、石油、天然气、水力能煤炭、石油、天然气、水力能 太阳能、风能、生物质能、地热能、海太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能洋能、原子核能、原子核能 2023/10/8能源分类能源分类（4）按照开发利用过程中对环境的污染程度分）按照开发利用过程中对环境的污染程度分 清洁能源清洁能源:非清洁能源非清洁能源:
4、（5）按照性质分按照性质分 含能体能源含能体能源含能体能源含能体能源:过程性能源过程性能源过程性能源过程性能源:太阳能、风能、水力能、海洋能太阳能、风能、水力能、海洋能煤炭、石油、天然气煤炭、石油、天然气煤炭、石油、天然气、原子核能煤炭、石油、天然气、原子核能水力能、风能水力能、风能、潮汐能、潮汐能2023/10/8表表0-l能源分类能源分类类别类别常常规规能源能源新能源新能源一次能源一次能源煤炭、石油、天然气、水力煤炭、石油、天然气、水力能等能等原子核能、太阳能、原子核能、太阳能、风风能、地能、地热热能、海洋能、生物能、海洋能、生物质质能等能等二次能源二次能源煤气、焦炭、汽油、柴油、煤气、焦
5、炭、汽油、柴油、液化石油气、液化石油气、电电力、蒸汽等力、蒸汽等沼气、沼气、氢氢能等能等2023/10/8 2.2.能源与国民经济和人民生活能源与国民经济和人民生活动力源动力源:珍贵的化工原料珍贵的化工原料:能源消费弹性系数能源消费弹性系数 机械化、电气化和自动化机械化、电气化和自动化石油石油2023/10/8 能源问题是全世界关注的重大问题，从能源问题是全世界关注的重大问题，从2020世世纪纪7070年代起，就被列入世界年代起，就被列入世界5 5大问题之一。大问题之一。全世界关注的全世界关注的5 5大问题：大问题：1）能源）能源2 2）人口）人口3 3）粮食）粮食4 4）环境）环境5 5）资
6、源）资源3.3.我国的能源建设面临的主要问我国的能源建设面临的主要问题及发展思路题及发展思路2023/10/8（1 1）人均）人均能源占有率低能源占有率低，远低于世界平均水平，远低于世界平均水平 煤炭：煤炭：90.45 吨吨/人（世界人均人（世界人均 162.48吨吨/人）；人）；石油：石油：2.59 吨吨/人（世界人均人（世界人均 23.25 吨吨/人）；人）；天然气：天然气：1079.90 m3/人（世界人均人（世界人均 24661.32 m3/人）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：2023/10/8（2 2）能源开发利用设备和技术落后，能源利）能源开发
7、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 2000 2000年，我国能源效率（指使用能源过程中年，我国能源效率（指使用能源过程中年，我国能源效率（指使用能源过程中年，我国能源效率（指使用能源过程中所得有效能源与实际输入能源的比）仅为所得有效能源与实际输入能源的比）仅为所得有效能源与实际输入能源的比）仅为所得有效能源与实际输入能源的比）仅为33.433.4，比发达国家低，比发达国家低，比发达国家低，比发达国家低10102020；单位产品的能；单位产品的能；单位产品的能；单位产品的能耗平均比发达国家高约耗平均比发达国家高约耗平均比发达国家高约耗平均比发达国家高约4040。20
8、012001年，单位国民经济产值的能耗是日本的年，单位国民经济产值的能耗是日本的年，单位国民经济产值的能耗是日本的年，单位国民经济产值的能耗是日本的6.586.58倍，德国的倍，德国的倍，德国的倍，德国的4.494.49倍，美国的倍，美国的倍，美国的倍，美国的3.653.65倍，巴西的倍，巴西的倍，巴西的倍，巴西的2.352.35倍，印度的倍，印度的倍，印度的倍，印度的1.241.24倍。倍。倍。倍。2023/10/8中国与日本工业能耗比较2023/10/8中国发电的平均耗煤量g/(kW.h)g/(kW.h)2023/10/8（3 3）环境污染严重）环境污染严重 据世界银行统计资料，我国城市空
9、气污染对据世界银行统计资料，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人体健康和生产造成的损失估计每年1600亿元人亿元人民币；酸雨使农作物减产每年损失达民币；酸雨使农作物减产每年损失达400亿元人民亿元人民币。币。全全世世界界2001年年由由化化石石燃燃料料所所排排放放的的CO2达达到到236.83亿亿吨吨，其其中中我我国国的的排排放放量量达达到到30亿亿吨吨，占占世世界界总总排排放放量量的的13，仅仅次次于于美美国国，居居世世界界第第二位。二位。2023/10/8 我国的能源建设应走可持续发展的道路：我国的能源建设应走可持续发展的道路：坚持节能优先，降低能耗。坚持节能优先，降低能耗
10、。推进能源结构多元化，增加能源供应。推进能源结构多元化，增加能源供应。促进煤炭的清洁高效利用，降低环境污染。促进煤炭的清洁高效利用，降低环境污染。促进煤炭的清洁高效利用，降低环境污染。促进煤炭的清洁高效利用，降低环境污染。加强对能源装备引进技术的消化、吸收和再创新。加强对能源装备引进技术的消化、吸收和再创新。加强对能源装备引进技术的消化、吸收和再创新。加强对能源装备引进技术的消化、吸收和再创新。提高能源区域优化配置的技术能力。提高能源区域优化配置的技术能力。提高能源区域优化配置的技术能力。提高能源区域优化配置的技术能力。2023/10/84.4.能量的转换与利用能量的转换与利用能量的利用过程，
11、实质上是能量的传递与转换过程。能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。氢、酒精等二次能源氢、酒精等二次能源 燃料电池燃料电池 电电 能能 机械能机械能 辐射能辐射能热热 能能风能、水能、海洋能风能、水能、海洋能 机机 械械 机械能机械能直接利用直接利用发电机发电机 煤、石油、天然气煤、石油、天然气 热热 能能热机热机直接利用直接利用核核 能能核反应核反应 太阳能太阳能光合作用光合作用生物质能生物质能燃烧燃烧食物利用食物利用集热器集热器光电池光电池90燃烧燃烧2023/10/8 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据统计，目前通过热能形式利用的能源在
12、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国占总能源利用的国占总能源利用的90909090以上，世界其它各国平均以上，世界其它各国平均以上，世界其它各国平均以上，世界其它各国平均也超过也超过也超过也超过85858585。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。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，而且具有特殊重中，热能不仅是最常见的形式，而且具有特殊重中，热能不仅是最常见的形式，而且具有特殊重中，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
13、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。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。2023/10/8热能利用的基本方式热能利用的基本方式直接利用直接利用烧饭、采暖、烘干、熔炼等；烧饭、采暖、烘干、熔炼等；间接利用间接利用通过热机将热能转换成机械能或者再通过发电机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。转换成电能加以利用。由由于于热热能能转转换换为为机机械械能能的的有有效效利利用用程程度度（即即
14、热热机机的的热热效效率率）较较低低，现现代代燃燃气气轮轮机机装装置置的的热热效效率率大大约约只只有有3737 4242，蒸蒸汽汽电电站站的的热热效效率率也也只只有有4040左左右右。如如何何更更有有效效地地实实现现热热能能和和机机械械能能之之间间的的转转换换，提提高高热热机机的的热热效效率率，是是十分重要的课题。十分重要的课题。2023/10/8二、本课程的性质二、本课程的性质、研究对象及主要内容、研究对象及主要内容 主要的专业基础课主要的专业基础课 工程热力学工程热力学三部分组成三部分组成 传热学传热学 以热机工作过程为例以热机工作过程为例:化学能化学能热能热能机械能机械能流体力学流体力学2
15、023/10/8热机工作过程示意图热机热机 锅锅炉炉汽轮机汽轮机冷凝器冷凝器水泵水泵水泵水泵冷却水冷却水冷却水冷却水过热蒸汽过热蒸汽过热蒸汽过热蒸汽乏汽乏汽乏汽乏汽循环水循环水循环水循环水发电机发电机发电机发电机 如蒸汽机、蒸汽轮机、如蒸汽机、蒸汽轮机、如蒸汽机、蒸汽轮机、如蒸汽机、蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机和喷气燃气轮机、内燃机和喷气燃气轮机、内燃机和喷气燃气轮机、内燃机和喷气发动机等。发动机等。发动机等。发动机等。能将热能转换为能将热能转换为机械能的机器。机械能的机器。2023/10/8 工程热力学主要研究热能与机械能相互转换的规律、方工程热力学主要研究热能与机械能相互转换的规律、方 法及
16、提高转化率的途径，比较集中地表现为能量方程。法及提高转化率的途径，比较集中地表现为能量方程。流体力学是研究流体在平衡和运动时所遵守的规律及其流体力学是研究流体在平衡和运动时所遵守的规律及其 在工程中的应用。在工程中的应用。传热学主要研究热量传递的规律和方法，以及根据工程传热学主要研究热量传递的规律和方法，以及根据工程 需要，研究提高传热效果或削弱传热以减小热损失的方需要，研究提高传热效果或削弱传热以减小热损失的方 法和途径。法和途径。2023/10/8 （1 1）基本概念与基本定律，如工质、热力系、热力状态、）基本概念与基本定律，如工质、热力系、热力状态、）基本概念与基本定律，如工质、热力系、热力状态、）基本概念与基本定律，如工质、热力系、热力状态、状态参数及热力过程、热力学第一定律、热力学第二定律等状态参数及热力过程、热力学第一定律、热力学第二定律等状态参数及热力过程、热力学第一定律、热力学第二定律等状态参数及热力过程、热力学第一定律、热力学第二定律等等，这些基本概念和基本定律是全部工程热力学的基础。等，这些基本概念和基本定律是全部工程热力学的基础。等，这些基本概念和基本定律是全部工
