北京化工大学：《工程热力学》课程电子教案（课件讲稿）绪论 Introduction（负责人：马润梅）

2016-6-6 绪论 纯程装备与控制工程专业： 图常、然、换热每等（材料强皮、刷 设 股氯、压凯等统件动材。 瓦特 工程热力学是 瓦特蒸汽机 器的女酸 工程热力学是一门研究热能有效利用及热能和其它形 式能量转换规律的科学 能源转换利用的关系 热机种类 能量利用率 发电（火力、核能） 40% ·车辆发动机（内燃机） 25-35% 能 90 ·轮船发动机 25-35% ◆航空发动机 20-30% ◆制冷、空调 >200% 火力发电装置 火力发电装置 基本特点： 锅炉 汽轮机 过热 汽轮机 1、热源，冷源 工质（水，蒸 汽) 水泵 发电机 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热 膨胀做功、放热) 给水泵

2016-6-6 1 绪 论 过程装备与控制工程专业： 过 程 设 备 静设备：塔、储罐、换热器等（材料强度、刚 度） 动设备：泵 压缩机等（流体流动 材料强度 工程热力学是 重要的专业基 础课 备 动设备：泵、压缩机等（流体流动，材料强度、 刚度） 瓦特蒸汽机 瓦特 工程热力学是一门研究热能有效利用及热能和其它形 式能量转换规律的科学 能源转换利用的关系 风 能 水 能 化 学 能 核 能 地 热 能 太 阳 能 光电 转 燃料电 池 燃烧 聚变 裂变 光热 水 车 水轮 风 车 转 换 热 能 电 能 机械能 转 换 池 车 车 机 热机 发电机 电动机 90% 热机种类  发电（火力、核能） 40% 车辆发动机（内燃机） 能量利用率  车辆发动机（内燃机） 25~35%  轮船发动机 25~35%  航空发动机 20~30%  制冷、空调 >200% 火力发电装置 锅 炉 汽轮机 给水泵 凝 汽 器 火力发电装置 锅 炉 过热器 汽轮机 基本特点： 1、热源，冷源 2、工质（水，蒸 汽） 膨胀做功 炉 B T 发电机 给水泵 凝 汽 器 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热) C P

2016-6-6 燃气发电装置 航空发动机（燃气循环） 燃气装置 内燃机工作原理 基本特点： 燃烧室 1234 做功 暴做 加 放热) 内燃机装置 内燃机装置 基本特点： d h 1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨张做功 4、循环 压、加热、 膨胀微功、放热) 影胀 2

2016-6-6 2 燃气发电装置 航空发动机（燃气循环） 活塞 燃气装置 基本特点： 1、热源，冷源 2、工质（燃气） 燃烧室 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热) 压 气 机 燃 气 轮 机 废 气 内燃机工作原理 内燃机装置 空气、油 废气 吸气 点火 膨胀 排气 内燃机装置 基本特点： 1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热)

2016-6-6 制冷空调装置 动力装置 基本特点 冷将器 热源， 共同基本特点： 压缩机 2、工质（制冷剂） 1、热源，冷源 3、得到容积变化以 2、工质 发器 4循环 (加压、放热、 3、容积变化功 膨胀、吸热) 4、循环 动力循环简图 制冷（热泵）装置 高湿热源 热效率 基本特点： 1、热源，冷源 2、工质 3、容积变化功 4、循环 低温热源 制冷（热泵）循环简图 思考题？ 制冷系数 高温热源 1可否不要热源而作功？或者不作功而 实现制冷？ 器- 0 不要有隔要任温热 热泵系数 8=收益Q 货生药鲜套新板限原跨 多少？ 代价W 低温热源 4动力循环或制冷循环可否用别的工质？

2016-6-6 3 制冷空调装置 基本特点： 1、热源，冷源 2、工质（制冷剂） 3、得到容积变化功 4、循环 (加压、放热、 膨胀、吸热) 动力装置 共同基本特点： 1、热源，冷源 2、工质 3、容积变化功 4、循环 高温热源 Q1 动力循环简图 热效率 热机 低温热源 Q2 W 制冷（热泵）装置 基本特点： 1、热源，冷源 2、工质 3、容积变化功 4、循环 高温热源 Q1 制冷（热泵）循环简图 制冷系数 W Q2   代价 收益  热机 低温热源 Q2 W 代价 W 热泵系数 W Q1    代价 收益  1.可否不要热源而作功 ？或者不作功而 实现制冷？ 思考题？ 2.为何要有两个热源，能否不要低温热源？ 不放热，W=Q是否可以进行？ 3.发电厂效率高的只有40%，可否 有途 径提高，最高效率是否有极限？极限为 多少？ 4.动力循环或制冷循环可否用别的工质？

2016-6-6 工程热力学的研究内容 工程热力学的研究内容 基本规律 工程应 粮量特编的基本规排 气体动力循乐熟力掌分精(5幸) 幸熟力学基本瓶★(1章) 内然机动力量乐 热力学第一定律(2幸)：额衣、应用 来燃气轮机动力储环 图形分 燕汽动力储环热力学穷新(7幸) 工质熟方性质实化 制冲（数不）请环数力学守机(8津) *庭气体(3、9幸)：生成、状走变化 *卖际汽体(10章)：生质、状底夹化 11章：气体流动× *相夹工质(6幸)：使反、状克夹化 12幸：化学热力学× 工程热力学研究方法 工程热力学所属学科 宏观方法：连续体，用宏观物理量描述 其状态，其基本规律是无数经验的总结 国家一级学科： 工程热力学 特点：可靠，普遍，不能任意推广 宏观热力学，平衡热力学 传热学 动力工程与 2、徽观方法：从微观粒子的运动及相互作 工程热物理 流体力学 用角度研究热现象及规律 燃烧学 热物性学 小知识(1) 热力学方面获诺贝尔奖的科学家(1) D范瓦东斯 东你到学家在热力学作曲了贸欧 (1837-1923 2、Maxwel纸是什么？ g73年，博士论文“0n山 3、“吉布斯样谬”又是什么？ 实气体 (p+a/v-)AV-b)=NRT 。1910年诺贝尔物理学关 4

2016-6-6 4 工程热力学的研究内容 *热力学第一定律（2章）：概念、应用 *热力学基本概念（1章） 能量转换的基本规律 基本规律 *热力学第二定律（4章）：概念、应用 *理想气体（3、9章）：性质、状态变化 *实际气体（10章）：性质、状态变化 *相变工质（6章）：性质、状态变化 注意 研究 方法 不同 工质热力性质变化规律 工程热力学的研究内容 *内燃机动力循环 *燃气轮机动力循环 原理、 图形分 析 热 气体动力循环热力学分析（5章） 工程应用 、 力计算 11章：气体流动 12章：化学热力学 × × 蒸汽动力循环热力学分析（7章） 制冷（热泵）循环热力学分析（8章） 1、宏观方法：连续体，用宏观物理量描述 其状态，其基本规律是无数经验的总结 特点：可靠，普遍，不能任意推广 宏观热力学，平衡热力学 工程热力学研究方法 2、微观方法：从微观粒子的运动及相互作 用角度研究热现象及规律 特点：揭示本质，模型近似 统计热力学，非平衡热力学 工程热力学 传热学 工程热力学所属学科 动力工程与 国家一级学科! 流体力学 燃烧学 热物性学 动力工程与 工程热物理 1、有几位科学家在热力学作出了贡献， 获诺贝尔奖？ 小 知 识（1） 2、Maxwell 妖是什么？ 3、“吉布斯佯谬”又是什么？ 热力学方面获诺贝尔奖的科学家（1） J.D.范.德瓦尔斯 Johannes van der Waals (1837-1923) 荷兰 1873年，博士论文“On the continuity of the gas and continuity of the gas and liquid state”提出实际气体 和液体状态方程 1910年诺贝尔物理学奖 ( p  a /V )/(V  b)  NkRT 2

2016-6-6 热力学方面获诺贝尔奖的科学家 热力学方面获诺贝尔奖的科学家(3) (2) M普朗克 1858-1947) 德国1864-191 学， hird law 18年诺贝尔物理 定 活贝尔化学奖热力学第 热力学方面获诺贝尔奖的科学家(4) 热力学方面获诺贝尔奖的科学家(5) L昂萨格 象1普里戈金 1903-1976) 袋美国 ®不可逆过程热力学理论 比利时 1968年诺贝尔化学奖 ●热力学的耗散 参1977年诺贝尔化学奖 考 书 考试成绩 1.工程热力学沈维道等高教出版社2007 2.工程热力学曾丹苓等高教出版社 3.热力学分折朱明普等高教出版社 1.平时作业+课堂小测验—20% 4.工程热力学题型分析朱明普等清华出版社 2期末考试—80% 5工程热力学辅要分析典型题解（新版）何雅玲 西安交大出 社2008 电于 entals of Classical Thermodynamics Gordon J.et al.Fifth ed 5

2016-6-6 5 热力学方面获诺贝尔奖的科学家 （2） M.普朗克 Max Planck (1858-1947) 德国 发现能量子（量子 理论） 热二律 1918年诺贝尔物理 学奖 热力学方面获诺贝尔奖的科学家（3） W.H.能斯脱 Walther Hermann Nernst 德国(1864-1941) 热化学，熵基准（1906年Nerst heat theorem or the third law of thermodynamics: At the absolute zero of temperature the entropy of every chemically homogeneous solid or liquid body has a zero value.) 1920年诺贝尔化学奖(热力学第 三定律） 热力学方面获诺贝尔奖的科学家（4） L.昂萨格 Lars Onsager (1903-1976) 美国 不可逆过程热力学理论 1968年诺贝尔化学奖 （确立了线性非平衡态热力学的一个重 要结果——即在描述各种不可逆过程的 流（速率）和力（推动力）之间的线性 唯象关系中的唯象系数之间满足一种对 称关系，这就是著名的昂萨格倒易关系 (Onsager reciprocal relations in nonequilibrium thermodynamics） 热力学方面获诺贝尔奖的科学家（5） I.普里戈金 Ilya Prigogine (1917-2003) 比利时 热力学的耗散结构理论 1977年诺贝尔化学奖 1945年他基于Onsager互易关系，在线性 耗散热力学领域推导出了熵产最小原理 参考书 １.工程热力学 沈维道等 高教出版社 2007 ２.工程热力学 曾丹苓等 高教出版社 ３.热力学分析 朱明善等 高教出版社 ４.工程热力学题型分析 朱明善等 清华出版社 ５.工程热力学精要分析典型题解 工程热力学精要分析典型题解（新版）何雅玲 西安交大出版社 2008 6.工程热力学(英文版）（美）切盖尔，（美）博 尔斯著，何雅玲 改编 电子工业出版社 2009 7.Fundamentals of Classical Thermodynamics Gordon J. et al. Fifth ed 考试成绩 1.平时作业+课堂小测验——20% 2.期末考试——80%