工程熱力學0緒論

1、工程熱力學Engineering Thermodynamics,張小彬哈爾濱工程大學建筑工程學院建筑環(huán)境與設(shè)備工程教研室（11#1016）電話：15945197291E-mail：zxb7283@hotmail.com,緒 論,一、課程的性質(zhì),工程熱力學是建筑環(huán)境與設(shè)備工程、飛行器動力工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)必修課，是學習其他專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)。,二、課程的意義,,學習本課程的重要意義,,人類面臨的危機,,糧

2、食,環(huán)境,和平,學科交叉,繼續(xù)深造的基礎(chǔ) （工作和學習）,后續(xù)課程的基礎(chǔ),,能源,現(xiàn)有能源種類,化學能風能水能太陽能地熱能原子能,煤炭、石油、天然氣,汽車、電池,風力發(fā)電,水力發(fā)電,熱泵,核電廠、核動力,熱能的利用,熱能是能源利用的主要形式直接利用熱利用間接利用動力利用,取暖、做飯,汽車、輪船、飛機等,三、研究內(nèi)容,工程熱力學是研究熱能與其它形式能量相互轉(zhuǎn)換規(guī)律的學科研究的主要對象是能量轉(zhuǎn)換，特別是熱能轉(zhuǎn)化成機械能的

3、規(guī)律和方法，以及提高轉(zhuǎn)化效率的途徑，以提高能源利用的經(jīng)濟性研究內(nèi)容：能量轉(zhuǎn)換的客觀規(guī)律；工質(zhì)的基本熱力性質(zhì)；熱工設(shè)備的工作過程；,三、研究內(nèi)容,1、基本概念與基本定律熱力系統(tǒng)、狀態(tài)參數(shù)、平衡態(tài)、熱力學第一定律、熱力學第二定律等。 2、能量的轉(zhuǎn)化過程 熱能在熱機中轉(zhuǎn)化為機械能的過程 3、常用工質(zhì)的性質(zhì) 4、化學熱力學方面的問題,四、研究方法,1、宏觀研究方法特點：以熱力學第一定律和第二定律等基本定律為基礎(chǔ)采用抽象、概

4、括、理想化和簡化的方法，抽出共性、突出本質(zhì)、建立分析模型，推倒有用的公式，得到若干重要結(jié)論。優(yōu)點：可靠 有大量的實驗作為基礎(chǔ)缺點：不能給出“為什么”工程熱力學又稱為經(jīng)典熱力學、宏觀熱力學,四、研究方法,2、微觀研究方法應(yīng)用統(tǒng)計法則和概率法則溫度的高低壓力統(tǒng)計熱力學和微觀熱力學優(yōu)點：可以解決熱現(xiàn)象的本質(zhì)缺點：復(fù)雜，不直觀,五、熱力學發(fā)展簡史,1、十七、十八世紀“熱質(zhì)說”占統(tǒng)紿地位； 熱是一種無質(zhì)量、無體積的流質(zhì)，叫熱

5、質(zhì)或熱素。高溫物體內(nèi)部熱質(zhì)多，低溫物體的熱質(zhì)少。當熱質(zhì)從高溫物體流入低溫物體，前者溫度降低，后者溫度升高。 1798年，英籍物理學家倫福德在一篇題為《摩擦產(chǎn)生熱的來源的調(diào)研》中講述了他的機械功生熱的實驗。 1799年，英車科學家戴維進行了這樣的實驗：在一個同周圍環(huán)境隔離開來的真空容器里，合兩塊冰互相摩擦熔解為水，而水的比熱比冰還高。,2、溫標的出現(xiàn)：促進了量熱技術(shù)的發(fā)展 1714年 華氏溫標：

6、 定義 水的冰點：32°F，汽點212 °F 1742年 攝氏溫標： 定義 水的冰點：0°C，汽點100 °C3、蒸汽機發(fā)明 1784 英國 瓦特4、19世紀上半葉，基于改進蒸汽機的實踐要求-“熱力學”出現(xiàn) 1840-1851： 邁耶、焦耳等人建立 熱力學第一定律 1850-1851：克勞修斯、湯姆遜等

7、提出 熱力學第二定律5、20世紀上半葉：熱力學發(fā)展了物理熱力學、化學熱力學、生物熱力學和統(tǒng)計熱力學等,學習方法,建議在學習中 掌握幾個“基本”：基本概念，基本定律，基本方法，基本應(yīng)用。 抓好幾個環(huán)節(jié)：預(yù)習/聽課；筆記/復(fù)習；習題/小結(jié)。建議學習方法抓住主線索深刻理解工程熱力學的宏觀研究方法重視習題,教材及參考書,教材： 沈維道、蔣智敏、童鈞耕編，工程熱力學（第三版），高等教育出版社，2

8、001.6 手冊： 嚴家騄、余曉福著，水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表，高等教育出版社，1995.5 參考書： 曾丹苓、敖越、張新銘、劉朝編，工程熱力學（第三版），高等教育出版社，2002.12 何雅玲編，工程熱力學精要分析及典型題精解，西安交通大學出版社，2000.4,代表性科學家,瓦特（James Watt, 1736-1819)改進了蒸汽機，研制出高于大氣壓的蒸氣和配有獨立冷凝器的單缸蒸汽機，大大提高了蒸汽機的效率。,代表性的科

9、學家,薩迪·卡諾(N．L．Sadi Carnot，1796－1832年)。 法國科學家，其主要貢獻是創(chuàng)立理想熱機理論。1824年6月12日發(fā)表《關(guān)于火的動力》一書，在這部著作中提出了“卡諾熱機”和“卡諾循環(huán)”的概念及“卡諾原理”（現(xiàn)在稱為“卡諾定理”）。 1831年，卡諾開始研究氣體和蒸汽的物理性質(zhì)。 1832年8月24日染上霍亂而病逝,代表性的科學家,邁耶(J. R. Mayer，1814－1878年

10、)德國物理學家。1851年邁耶出版了《論熱的機械當量》一書，詳細地總結(jié)了他的工作。1878年3月20日邁爾因右臂結(jié)核感染在海爾布逝世。邁耶從一般哲學方面即自然力的相互聯(lián)系方面提出能量守恒的概念，焦耳從實驗方面1843年測定了熱功當量值，而亥姆霍茲則是從物理理論方面論證了能量轉(zhuǎn)換的規(guī)律性。所以，提出能量守恒定律的榮譽通常歸之于亥姆霍茲、邁耶和焦耳三人。 邁耶公式,代表性的科學家,開爾文,英國物理學家、發(fā)明家。 熱力學的主要奠基人

11、之一。 1848年創(chuàng)立了熱力學溫標。開爾文(開氏)溫標 1851年他提出熱力學第二定律； 1852年他與焦耳合作發(fā)現(xiàn)了焦耳－湯姆孫效應(yīng)。 威廉·湯姆森 他一生發(fā)表論文多達600余篇，取得70種發(fā)明專利,代表性的科學家,克勞修斯(R. J. E. Clausius，1

12、822～1888年)，德國物理學家。將熱力學過程遵守的能量守恒定律歸結(jié)為熱力學第一定律，并第一次引人熱力學的一個新函數(shù)U；熱力學第二定律克勞修斯說法提出了熵，同時提出克勞修斯不等式和“熵增原理”，1851年從熱力學理論論證了克拉珀龍方程。,代表性的科學家,朗肯(W.J.M. Rankine，1820~1872年)，英國科學家。1859年出版《蒸汽機和其它動力機手冊》，是第一本系統(tǒng)闡述蒸汽機理論的經(jīng)典著作。朗肯計算出一個熱力學