热工基础-1-绪论.ppt

1、Engineering Thermodynamics and Heat Transfer 热工基础热工基础陕西科技大学机电工程学院陕西科技大学机电工程学院主讲教师：袁主讲教师：袁主讲教师：袁主讲教师：袁 越越越越 锦锦锦锦绪 论1-1 为什么要学习热工基础？1-2 能源及其利用()1-3 研究的主要内容和方法()1-4 发展简史1-1 为什么要学习热工基础？生活领域请思考：为了使热量从低温物体传给高温物体，是否一定要以消耗功或热作为代价？请思考：这是为什么？工业领域航空航天高新技术：电子器件看了以上各个领域的热工现象，同学们有什么感受？1-2 能源及其利用能能 源源指提供各种能量和动力的物质源

2、。指提供各种能量和动力的物质源。可按可按来源、形态、使用程度和技术、污染程度、性质来源、形态、使用程度和技术、污染程度、性质等进行分类。等进行分类。一次能源一次能源自然界以自然界以自然形态存在自然形态存在的、可资利用的能源。的、可资利用的能源。如：风能、水利能、太阳能、如：风能、水利能、太阳能、地热能、核能、化学能等。地热能、核能、化学能等。二次能源二次能源由一次能源由一次能源加工转换后加工转换后的能源。的能源。如：热能、机械能、电能。如：热能、机械能、电能。u以热能形式以热能形式利用的能量超利用的能量超过过85%85%！热热热热机机机机太太太太阳阳阳阳能能能能电电电电 能能能能光光光光电电电

3、电反反反反应应应应热热热热用用用用户户户户风风车车燃燃燃燃料料料料电电电电池池池池传传传传热热热热传传传传热热热热能量的转换和传递过程水水水水力力力力机机机机械械械械水水水水车车车车燃燃燃燃烧烧烧烧聚聚聚聚变变变变裂裂裂裂变变变变磁磁磁磁流流流流体体体体发发发发电电电电温温温温差差差差发发发发电电电电电电电电动动动动机机机机发发发发电电电电机机机机核核核核能能能能地地地地热热热热能能能能水水力力能能热热热热 能能能能机机机机 械械械械 能能能能风风风风能能能能一一次次能能源源二二次次能能源源化化化化学学学学能能能能热能的利用：热能的利用：.热热 利利 用用将热能直接用于加热物体，以满足将热能直

4、接用于加热物体，以满足 烘干、采暖、熔炼等需要。烘干、采暖、熔炼等需要。.动力利用动力利用通过各种热能动力装置将热能转换通过各种热能动力装置将热能转换 成机械能或者转换成电能加以利用，成机械能或者转换成电能加以利用，为人类的日常生活、工农业生产及为人类的日常生活、工农业生产及 交通运输提供动力。交通运输提供动力。1-3 热工基础的研究对象、内容和方法 研究对象、内容研究对象、内容 工程热力学、传热学工程热力学、传热学1 1、工程热力学工程热力学主要研究热能与机械能相互转主要研究热能与机械能相互转换的规律，以及合理有效利用热能的基本换的规律，以及合理有效利用热能的基本理论；理论；2 2、传热学传

5、热学是研究不同温度的物体，或同一物是研究不同温度的物体，或同一物体的不同部分之间热量传递规律的学科。体的不同部分之间热量传递规律的学科。工程热力学工程热力学1、研究能量转换的客观规律，即热力学第一定律与第二、研究能量转换的客观规律，即热力学第一定律与第二 定律；定律；2、研究工质的基本热力学性质；、研究工质的基本热力学性质；3、研究工质在各种热工设备中的工作过程。、研究工质在各种热工设备中的工作过程。将热力学基本理论应用于工程实际，对不同的过程和将热力学基本理论应用于工程实际，对不同的过程和 循环进行分析和计算，循环进行分析和计算，探讨影响能量转换的规律及提探讨影响能量转换的规律及提 供转换效

6、果的途径。供转换效果的途径。传热学传热学u导热Heat Conduction；u对流Convection；u热辐射Thermal Radiation。研究方法：研究方法：研究方法研究方法1.宏观研究方法宏观研究方法2.微观研究方法微观研究方法把物质视为把物质视为连续体连续体，用用宏观物理量宏观物理量描述物描述物质的性质、行为质的性质、行为，以以大量观察、实验中总大量观察、实验中总结出的定律为依据，结出的定律为依据，通过推理、演绎得出通过推理、演绎得出具有可靠的和普遍的具有可靠的和普遍的结论、公式、以解决结论、公式、以解决热力过程中的能量转热力过程中的能量转换与传递问题。换与传递问题。n实验研究

7、实验研究 是基本方法是基本方法n理论分析理论分析 建立（偏微分）方程，分析求解等建立（偏微分）方程，分析求解等n数值模拟数值模拟 FLUENTAdinaFLUENTAdina等等课程特点概念抽象、系统性、实践性很强的一门科学是一门专业基础课，联系基础课和专业课的纽带热工转换/热量传递，提高效率及经济性是贯穿全书的主线！如何学好热工基础：如何学好热工基础：学习方法建议1.作好听课笔记2.重视对基础概念和基本理论的理解3.加强实践训练，理论和实际相结合4.独立完成作业，及时复习和小结5.看几本参考书教材教材教材教材1.1.1.1.傅秦生主编傅秦生主编傅秦生主编傅秦生主编.热工基础及应用热工基础及应

8、用热工基础及应用热工基础及应用（面向（面向（面向（面向21212121世纪教材）世纪教材）世纪教材）世纪教材），西安交通大学出版社，西安交通大学出版社，西安交通大学出版社，西安交通大学出版社推荐辅助教材推荐辅助教材推荐辅助教材推荐辅助教材1.1.1.1.沈维道，蒋智敏，童钧耕合编沈维道，蒋智敏，童钧耕合编沈维道，蒋智敏，童钧耕合编沈维道，蒋智敏，童钧耕合编.工程热力学工程热力学工程热力学工程热力学(第三版第三版第三版第三版).).).).北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社2.2.2.2.杨世铭，杨世铭，杨世铭，杨世铭，传热学传热学传热学传热学（第（

9、第（第（第四四四四版）版）版）版），高等教育出版社，高等教育出版社，高等教育出版社，高等教育出版社 教材与参考书教材与参考书主要参考书主要参考书主要参考书主要参考书1 1严家騄严家騄.工程热力学（第三版）工程热力学（第三版）.北京北京:高教出版高教出版 社社,2000,2000 2 2童钧耕等童钧耕等.工程热力学总复习工程热力学总复习 理论概要和习理论概要和习题题.上海上海:上海交通大学出版社上海交通大学出版社,2001,2001 3.3.章熙民，等章熙民，等.传热学（第四版）传热学（第四版）.北京北京:中国建筑工中国建筑工业出版社，业出版社，200120014.4.张奕张奕.传热学（第四版）

10、传热学（第四版）.南京南京:东南大学出版社，东南大学出版社，200420045.5.王秋旺王秋旺.传热学要点与解题传热学要点与解题.西安西安:西安交通大学西安交通大学出版社出版社,2006,2006 6.6.Michael J,et al.Fundamentals of Engineering Thermodynamics（4th.Edition）.JOHN WILEY&SONS,INC.2000 考试与作业v考核方式：考核方式：考试；考试；平时成绩占平时成绩占20%30%（包括（包括作业、实验、作业、实验、学习态度、创新意识、以及思维能力学习态度、创新意识、以及思维能力等）等）v作业：作业：

11、每周交一次每周交一次v主要实践教学环节：主要实践教学环节：实验实验/实习实习1-4 发展简史 热力学热力学是研究能量、能量转换以及与能量是研究能量、能量转换以及与能量转换有关的物性间相互关系的科学。转换有关的物性间相互关系的科学。热力学热力学(thermodynamics)一词的意思是热一词的意思是热(thermo)和动力和动力(dynamics)，既由热产生动力，既由热产生动力，反映了热力学反映了热力学起源于对热机的研究起源于对热机的研究。从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能来

12、推动机器作工成为重要的研究课题。来推动机器作工成为重要的研究课题。1798年年，英英国国物物理理学学家家和和政政治治家家 Benjamin Thompson(1753-1814)通通过过炮炮膛膛钻钻孔孔实实验验开开始始对对功转换为热进行定量研究。功转换为热进行定量研究。1799年年，英英国国化化学学家家 Humphry Davy(1778-1829)通过冰的摩擦实验研究功转换为热。通过冰的摩擦实验研究功转换为热。根根据据热热力力学学第第一一定定律律热热功功可可以以按按当当量量转转化化，而而根根据据卡卡诺诺原原理理热热却却不不能能全全部部变变为为功功，当当时时不不少少人人认认为为二二者者之之间间

13、存存在在着着根根本本性性的的矛矛盾盾。1850年年，德德国国物物理理学学家家Rudolf J.Clausius(1822-1888)进进一一步步研研究究了了热热力力学学第第一一定定律律和和克克拉拉佩佩隆隆转转述述的的卡卡诺诺原原理理，发发现现二二者者并并不不矛矛盾盾。他他指指出出，热热不不可可能能独独自自地地、不不付付任任何何代代价价地地从从冷冷物物体体转转向向热热物物体体，并并将将这这个个结结论论称称为为热热力力学学第第二二定定律律。克克劳劳胥胥斯斯在在1854年年给给出出了了热热力力学学第第二二定定律律的的数数学学表表达达式式，1865年年提提出出“熵熵”的概念。的概念。Clausius(

14、1822-1888)1824年年，法法国国陆陆军军工工程程师师Nicholas Lonard Sadi Carnot发发表表了了“关关于于火火的的动动力力研研究究”的的论文。论文。他他通通过过对对自自己己构构想想的的理理想想热热机机的的分分析析得得出出结结论论：热热机机必必须须在在两两个个热热源源之之间间工工作作，理理想想热热机机的的效效率率只只取取决决与与两两个个热热源源的的温温度度，工工作作在在两两个个一一定定热热源源之之间间的的所所有有热热机机，其其效效率率都都超超不不过过可可逆逆热热机机，热热机机在在理理想想状状态态下下也也不不可可能能达达到到百百分分之之百百。这这就是卡诺定理。就是卡

15、诺定理。Carnot(1796-1832)卡诺的论文发表后，没有马上引起人们卡诺的论文发表后，没有马上引起人们的注意。过了十年，法国工程师的注意。过了十年，法国工程师Benlt Paul Emile Clapeyron(1799-1864)把卡诺循环把卡诺循环以解析图的形式表示出来，并用卡诺原理研以解析图的形式表示出来，并用卡诺原理研究了汽液平衡，导出了克拉佩隆方程。究了汽液平衡，导出了克拉佩隆方程。1842 年年，德德 国国 医医 生生Julius Robert Mayer(1814-1878)主主要要受受病病人人血血液液颜颜色色在在热热带带和和欧欧洲洲的的差差异异及及海海水水温温度度与与暴

16、暴风风雨雨的的启启发发，提提出出了了热热与与机机械械运运动动之之间相互转化的思想。间相互转化的思想。Mayer(1814-1878)1847年，年，德国物理学家和生德国物理学家和生物学家物学家 Hermann Ludwig von Helmholtz(1821-1894)发表了发表了“论力的守衡论力的守衡”一文，一文，全面论证了能量守衡和转化定律。全面论证了能量守衡和转化定律。Helmholtz(1821-1894)1843-1848年，年，英国酿酒英国酿酒商商 James Prescott Joule(1818-1889)以确凿无疑的以确凿无疑的定量实验结果为基础，论述了定量实验结果为基础，论述了能量受恒和转化定律。焦耳的能量受恒和转化定律。焦耳的热功当量实验是热功当量实验是热力学第一定热力学第一定律律的实验基础。的实验基础。Joule(1818-1889)1851年，英国物理学家年，英国物理学家 Lord Kelvin(1824-l907)指出，不可能从单一热源取热使之完指出，不可能从单一热源取热使之完全变为有用功而不产生其他影响。全变为有用功而不产生其他影响。这是热力学第这是热力