1、工程热力学 Engineering Thermodynamics,清华大学热能工程系,Tsinghua University Dept. of Thermal Engineering,教师介绍（1）,史 琳，博士，教授, 博士生导师热能工程系工程热物理研究所 中国能源研究会热力学及工程应用委员会委员 中国工程热物理学会工程热力学分会委员 中国计量测试学会热物性分会委员 中科院精密铜管工程研究中心技术委员会委员,教师介绍（2）,节能理论和技术 主要研究方向 环保工质工质热物性,教师介绍（3）,办公地址：热能工程系系馆西门1楼A107 电话号码：62787613 电子邮件: ,绪 论,工程热力学是
2、重要的技术基础课,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,Preface,Thermodynamics can be defined as the science of energy,heat,Therme,dynamis,power,(Greek words),热能,Thermal Energy,能源转换利用的关系,热 能,电 能,机 械 能,风 能,水 能,化 学 能,核 能,地 热 能,太 阳 能,一次能源 (天然存在),二次能源,光电转换,燃料电池,光热,聚变,裂变,燃烧,水车,水轮机,风车,热机,电动机,发电机,90%,转换,直接利用,供暖,工程热力学与节
3、能,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energy sources的资源,2000.12.30世界能源报道,我国探明可开采储量32.74亿吨可开采1520年, 石油 Petroleum,世界40-50年,能源的资源,2000.12.30世界能源报道,我国探明可开采储量11704亿m3可开采2858年, 天然气 Natural Gas,世界60年,能源的资源,2000.12.30世界能源报道,我国探明可开采储量1145亿吨 可开采5481年, 煤炭 Coal,世界220年,能源消费水平, 日、德、俄等 5 6吨标煤/ 人年, 美国11吨标煤/ 人年,我国规划
4、：2030 2050 年 2.5 3吨标煤/ 人年, 我国 1吨标煤/ 人年,发电为例,我国电力 2 亿 5 千万千瓦, 中等发达国家 1 kW/人, 发达国家 6 kW/ 人,2050 年 1 kW/人 15 亿千瓦, 我国 0.2 kW/ 人,电的来源, 煤： 9 亿 kW,2050 年 1 kW/人 15 亿千瓦, 水能： 3 亿 7 千 6 百 kW, 核能： 2 亿 kW, 风能、太阳能： 1 亿 kW,Energy and Environment,SO2、 粉尘、 CO2（酸雨） （温室效应）,acid rain,Greenhouse effect,燃煤：,车辆：,NOx、 HC
5、、 CO,O3,雾Smog,SUN,缺氧,中国平均供电耗煤量的变化,g / kW. h,中国与日本工业能耗比较,节 能 Energy Saving,节能是近年来的基本国策 “开发和节约并重” 节能任重道远 是我们的责任,热力学的分类,工程热力学：热能与机械能 物理热力学 化学热力学 生物热力学 溶液热力学,热力学,热 机 种 类, 发电（火力、核能） 40% 车辆发动机（内燃机） 2535% 轮船发动机 2535% 航空发动机 2030% 制冷空调(非热机，同理） 200%,能量利用率,heat engin,Energy efficiency,火力发电装置基本特点,锅 炉,汽轮机,发电机,给水
6、泵,凝汽器,过热器,1、热源，冷源 2、工质（水，蒸汽） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热),燃气装置基本特点,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),压气机,燃气轮机,燃烧室,空气,废气,内燃机装置,空气、油,废气,吸气,压缩点火,膨胀,排气,internal combustion engine,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),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),
7、热力装置共同基本特点,1、热源，冷源 heat reservoir2、工质 medium3、容积变化功 moving boundary work4、循环 cycle,热机,高温热源,低温热源,Q1,Q2,W,动力循环简图,热效率,Thermal efficiency,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%左右，可否有途径提高，最高效率是否有极限？极限为多少？,1、为什么永动机不能实现？,Perpetual motion machine,4、热能和机械能通过什么介质转换,工程热力学的研究内容,1、能量转换的基本定律,2
8、、工质的基本性质与热力过程,3、热功转换设备、工作原理,4、化学热力学基础,1、宏观方法：连续体(continuum)，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，不能任意推广经典 （宏观,平衡）热力学classical (macroscopic, equilibrium),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，模型近似微观（统计）热力学 microscopic (statistical) thermodynamics,工程热力学研究方法,工程热力学 传热学 Heat Transfer 流体力学 Hydrodyn
9、amics 燃烧学 Combustion 热物性学 Thermophysical property,工程热力学所属学科,工程热物理,Engineering thermophysics,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、中国哪位教授与美国教授合作提出的状态方程得到普遍认可？,3、Entropy和Enthalpy是清华哪位教授译为“熵”和“焓”？,4、为什么恩格斯说“卡诺定理”是头重脚轻的定理？,1、Maxwell 妖是什么？,小 知 识（2）,2、“吉布斯佯谬”又是什么？,3、哪位清华校友提出的HFC-125状态方程被评为国际标准方程？,4、哪位清华博士获国
10、际制冷学会热力学“卡诺”奖？,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)荷兰气体和液体状态方程1910年诺贝尔物理学奖,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(1864-1941)德国热化学，熵基准1920年诺贝尔化学奖,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
11、不可逆过程热力学理论1968年诺贝尔化学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（5）,I.普里戈金Ilya Prigogine(1917-)比利时热力学的耗散结构理论1977年诺贝尔化学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（6）,K.G.威尔逊Kenneth G. Wilson(1936-)美国临界重整化群理论1982年诺贝尔物理奖,参 考 书,1、工程热力学 沈维道等 高教出版社 2、工程热力学 曾丹苓等 高教出版社 3、工程热力学 刘桂玉等 高教出版社 4、工程热力学 庞麓鸣等 高教出版社 5、热力学分析 朱明善等 高教出版社 6、工程热力学题型分析 朱明善等 清华出版社 7、Fundamental
12、s of Classical ThermodynamicsGordon J. et al. Fifth ed 8 、Thermodynamics, Yunus A. Gengel et al. Fourth Edition,教学要求,1、弄清基本概念，注意每章后的思考题2、独立完成作业，每周二按时交 3、发挥主观能动性，积极完成大作业 4、有问题及时解决，不要拖至考试 5、校级一类课，积极配合,clear understanding and firm grasp of the basic principles,考试成绩,1、平时作业15% 2、期中考试20% 3、大作业15% 4、期末考试50% 5、免期末考试,免期末考试条件,1、平时作业全交 2、期中考试成绩 85分 3、大作业优秀,人数控制在20人之内 免期末考试，进行口试,绪 论 完 End of Preface,
