工程热力学课件绪论

课程：工程热力学能源与环境工程学院 一、目的：能源热能汽轮机、蒸汽机电or机械能提高热能的有效利用率煤石油天然气有机物水力风力太阳能地热海洋能热能的利用内燃机、燃气轮机电or机械能原子能燃料燃烧热能水蒸气：燃气：直接：间接：传递传热学转换工程热力学绪论 二、热力学发展简史：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。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（当时流行“热质说”）。1709～1714年华氏温标和1742～1745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。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，并且计算出热功当量。英国物理学家焦耳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。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。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，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。 热力学方面获得诺贝尔奖的科学家W.H.能斯脱WaltherHermannNernst(1864-1941)德国热化学，熵基准1920年诺贝尔化学奖J.D.范.德瓦尔斯JohannesvanderWaals(1837-1923)荷兰气体和液体状态方程1910年诺贝尔物理学奖L.昂萨格LarsOnsager(1903-1976)美国不可逆过程热力学理论1968年诺贝尔化学奖 M.普朗克MaxPlanck(1858-1947)德国发现能量子（量子理论）热力学第二定律1918年诺贝尔物理学奖I.普里戈金IlyaPrigogine(1917-)比利时热力学的耗散结构理论1977年诺贝尔化学奖 三、研究对象和内容：1对象热力学：是一门研究能量的科学，是一门研究与热现象有关的能量转换规律及物质的热力性质的科学运动物质能量工程热力学为其中一个分支工程热力学：研究工程中工质的热力性质，热能和其他形式能量转换规律及影响转换的各种因素的技术科学。本课是一门技术基础课（专业基础课）热力学气象生物化工......凡涉及热现象的过程、装置及系统都是工程热力学研究对象 2主要内容（1）基本理论基本理论+具体应用（2）具体应用根据热力学基本定律、结合工质热力性质，分析计算：研究热能和其他形式能量转换的基本概念与定律研究参与能量转换的物质——工质的基本热力性质气体与蒸汽动力循环制冷（热泵）循环喷管扩压管的热力过程等 四、研究方法：宏观方法：微观方法：唯象的，经典热力学方法统计的，统计热力学方法工程热力学主要采用宏观方法，但也引用气体分子运动学说和统计热力学基本观点与研究成果。宏观方法不足处微观方法局限性 杂谈课程性质：基础技术课或专业基础课学习本课程意义与国际接轨热工教学指导委员会调查情况MIT机械系教学计划21世纪的要求人类面临问题：粮食、环境、和平能源学科交叉选优、考研课程密歇根机械系 各类课程的关系数理化技术基础2技术基础1技术基础3技术基础4专业课4专业课1专业课3专业课2专业课5工程应用经生实践环节课程设计 课程特点—“课程难与不难？”难概念活研究对象—气体（远较刚体复杂）不难使用的数学工具物理基础课程内容比较 如何学好工程热力学：上课认真听讲并思索自己完成作业看一、二本参考书参考书目：工程热力学题型分析—朱明善等编，清华出版社工程热力学—严家騄编著，高教出版社ThermodynamicsJ.P.Holman工程热力学理论概要和习题—童钧耕等，上海交通大学出版社ThermodynamicsWark•Richards 作业规范：写出物理表达式代入原始数据给出结果