工程热力学绪论
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工程热力学与传热学(英文) 绪论
3. Basic Principles
（1）The first law of thermodynamics （2）The second law of thermodynamics
4. Main Contents
（1）The thermal properties of substances （2）Processes and cycles （3）Ways and technical measures to enhance the energy conversion efficiency
0-1 Energy
0-1-1 Energy
1. Energy（能量）:
The measurement of the substance movement.
2. Various forms of energy
（1）Mechanical energy （2）Thermal energy
（3）Electrical energy
3. Research Approaches
Three basic approaches and their combination • Theory analysis • Numerical simulation • Experiment research
思考题
什么是能量？目前被人们认识和利用的能量形式有哪些？ 什么是能源？能源是如何分类的？ 热能利用的两种形式是什么？ 热工基础的研究是什么？ “热工基础”课与节能有怎样的关系？ 以任意一种热能动力装置为例，分析其在热功转换过程 中所经历的过程。 7. 你能够从各种热能动力装置的工作过程中，初步概括出 它们在实现热功转换时的某些共同特性吗？ 1. 2. 3. 4. 5. 6.
高等工程热力学_1_绪论
H.-C. Zhang (张昊春） zhc5@ Advanced Engineering Thermodynamics
8
Applications for many domains
Environmental Entropy Information Entropy Numerical Entropy Economic Entropy Biological Entropy Social Entropy
为什么是第零定律？
第零定律是在第一和第二定律出现后才发现的，并且， 他解释了比第一和第二定律更要的事情，所以称之为 第零定律
如果能灵活运用上述三个定律，就可以完全掌握 热力学
H.-C. Zhang (张昊春） zhc5@ Advanced Engineering Thermodynamics
…
H.-C. Zhang (张昊春）
zhc5@
Advanced Engineering Thermodynamics
15
15条创新标准：
1.
2. 3. 4.
5. 6. 7. 8.
第一次用书面文字的形式把新信息的主要部分记录 下来； 继续前人做出的独创性工作； 进行导师设计的独创性工作； 在即使并非独创性的研究工作中，提出一个独创性 的方法，视角或结果； 含有其他研究生提出的独创性观点、方法和解释； 在证明他人的观点中表现出独创性； 进行前人尚未做过的实证性研究工作； 首次对某一问题进行综合性表述；
H.-C. Zhang (张昊春） zhc5@ Advanced Engineering Thermodynamics
14
我们目前应该遵循的几条基本物理定律
1. 2. 3. 4. 5.
质量守恒定律； 牛顿第二定律; 热力学第一定律； 热力学第二定律； 传热、传质定律；
8
Applications for many domains
Environmental Entropy Information Entropy Numerical Entropy Economic Entropy Biological Entropy Social Entropy
为什么是第零定律？
第零定律是在第一和第二定律出现后才发现的，并且， 他解释了比第一和第二定律更要的事情，所以称之为 第零定律
如果能灵活运用上述三个定律，就可以完全掌握 热力学
H.-C. Zhang (张昊春） zhc5@ Advanced Engineering Thermodynamics
…
H.-C. Zhang (张昊春）
zhc5@
Advanced Engineering Thermodynamics
15
15条创新标准：
1.
2. 3. 4.
5. 6. 7. 8.
第一次用书面文字的形式把新信息的主要部分记录 下来； 继续前人做出的独创性工作； 进行导师设计的独创性工作； 在即使并非独创性的研究工作中，提出一个独创性 的方法，视角或结果； 含有其他研究生提出的独创性观点、方法和解释； 在证明他人的观点中表现出独创性； 进行前人尚未做过的实证性研究工作； 首次对某一问题进行综合性表述；
H.-C. Zhang (张昊春） zhc5@ Advanced Engineering Thermodynamics
14
我们目前应该遵循的几条基本物理定律
1. 2. 3. 4. 5.
质量守恒定律； 牛顿第二定律; 热力学第一定律； 热力学第二定律； 传热、传质定律；
工程热力学 第0章 绪论 图文
南京航空航天大学
工程热力学的研究方法
采用经典热力学的宏观研究方法，有时利用分子运动论和 统计热力学基本观点和研究成果 还普遍采用抽象、概括、理想化和简化处理方法
南京航烧系统(Combustion systems) –动力的产生——发动机，电厂等。（ Power
按开发的步骤 ➢ 一次能源：煤、石油、天然气、风能、水能、太阳能等 ➢ 二次能源：电力、煤气、汽油、沼气、氢气、酒精等
其他分类….
南京航空航天大学
能量的转化与利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转化过程
燃料电池
氢、酒精等二次能源
电能
机械能 辐射能
光电池
发电机
机械
风能、水能、海洋能
机械能
热能 直接利用
式的推导。 • 明确各章节的作用和相互的联系，解决什么问
题，得出什么结论。 • 热力学的直观语言很重要：p-v图、T-s图、h-s
煤、石油、天然气
核能
核反应
燃烧 集热器
热机 90％
热 能 直接利用
燃烧
太阳能 光合作用
生物质能 食物利用
南京航空航天大学
0-2 热力学发展简史
南京航空航天大学
“冷”、“热”的概念 钻木取火：最早的人为的热-功转换
南京航空航天大学
最早的热-功转换机械
（hero engine ）
南京航空航天大学
Thomas Savery的蒸汽机
南京航空航天大学
工程热力学涉及的领域
–流体压缩和运动——风机，泵，压缩机等。 （Fluid compression and movement — fans, pumps, compressors, etc.)
–供热通风与空调工程——制冷系统，热泵等。 （HVAC — refrigeration systems, heat pumps, etc.）
工程热力学的研究方法
采用经典热力学的宏观研究方法，有时利用分子运动论和 统计热力学基本观点和研究成果 还普遍采用抽象、概括、理想化和简化处理方法
南京航烧系统(Combustion systems) –动力的产生——发动机，电厂等。（ Power
按开发的步骤 ➢ 一次能源：煤、石油、天然气、风能、水能、太阳能等 ➢ 二次能源：电力、煤气、汽油、沼气、氢气、酒精等
其他分类….
南京航空航天大学
能量的转化与利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转化过程
燃料电池
氢、酒精等二次能源
电能
机械能 辐射能
光电池
发电机
机械
风能、水能、海洋能
机械能
热能 直接利用
式的推导。 • 明确各章节的作用和相互的联系，解决什么问
题，得出什么结论。 • 热力学的直观语言很重要：p-v图、T-s图、h-s
煤、石油、天然气
核能
核反应
燃烧 集热器
热机 90％
热 能 直接利用
燃烧
太阳能 光合作用
生物质能 食物利用
南京航空航天大学
0-2 热力学发展简史
南京航空航天大学
“冷”、“热”的概念 钻木取火：最早的人为的热-功转换
南京航空航天大学
最早的热-功转换机械
（hero engine ）
南京航空航天大学
Thomas Savery的蒸汽机
南京航空航天大学
工程热力学涉及的领域
–流体压缩和运动——风机，泵，压缩机等。 （Fluid compression and movement — fans, pumps, compressors, etc.)
–供热通风与空调工程——制冷系统，热泵等。 （HVAC — refrigeration systems, heat pumps, etc.）
热工基础 第4章 工程热力学绪论和基本概念
一、状态和状态参数
状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观物理状况。 状态参数：描述热力系状态的物理量。 状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只
与初终态有关。 3、状态参数的微分特征：全微分
1.2 状态和状态参数
状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终
温度测量的理论基础
温度的热力学定义： 处于同一热平衡状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此 相同，用于描述此宏观特征的物理量⎯温度。 温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量。
1.2 状态和状态参数
温标：温度的数值表示。
基准点 温标三要素 测温物质的性质
分度方法 绝对温标：符号T，单位K 新摄氏温标：符号t，单位℃ t(℃)=T(K)-273.15
态有关。
2
2
2
∫dz = ∫ dz = ∫dz = z2 − z1
1 1,a 1,b
∴ ∫ dz = 0
例：温度变化、山的高度变化
1
a
2 b
状态参数的微分特征：设 z =z (x , y)，dz是全微分。 可判断是否 是状态参数
dz
=
⎛ ⎜⎝
∂z ∂x
⎞ ⎟⎠
y
dx
+
⎛ ⎜ ⎝
∂z ∂y
⎞ ⎟ ⎠x
耗散效应
通过摩擦使功 变热的效应(摩阻， 电阻，非弹性变性， 磁阻等）
1.4 准静态过程、可逆过程
3、典型的不可逆过程
不等温传热
自由膨胀
T1
QT1>T2T2源自•• ••• ••
•• •
•• ••
•••
状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观物理状况。 状态参数：描述热力系状态的物理量。 状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只
与初终态有关。 3、状态参数的微分特征：全微分
1.2 状态和状态参数
状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终
温度测量的理论基础
温度的热力学定义： 处于同一热平衡状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此 相同，用于描述此宏观特征的物理量⎯温度。 温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量。
1.2 状态和状态参数
温标：温度的数值表示。
基准点 温标三要素 测温物质的性质
分度方法 绝对温标：符号T，单位K 新摄氏温标：符号t，单位℃ t(℃)=T(K)-273.15
态有关。
2
2
2
∫dz = ∫ dz = ∫dz = z2 − z1
1 1,a 1,b
∴ ∫ dz = 0
例：温度变化、山的高度变化
1
a
2 b
状态参数的微分特征：设 z =z (x , y)，dz是全微分。 可判断是否 是状态参数
dz
=
⎛ ⎜⎝
∂z ∂x
⎞ ⎟⎠
y
dx
+
⎛ ⎜ ⎝
∂z ∂y
⎞ ⎟ ⎠x
耗散效应
通过摩擦使功 变热的效应(摩阻， 电阻，非弹性变性， 磁阻等）
1.4 准静态过程、可逆过程
3、典型的不可逆过程
不等温传热
自由膨胀
T1
QT1>T2T2源自•• ••• ••
•• •
•• ••
•••
(1)热力学绪论共16页PPT资料
基本概念：热力系统、状态参数、平衡状态等 基本定律：热力学第一定律、热力学第二定律等
正确理解这些概念和定义，并运用它们作为判断
热数和的力推理量学理 解问第的 ，一题工 这定具 对律，于解在学决反好的复本是应课能用程量中是传加至递关深和重对转要概换的念过。及程定中义的
热力学第二定律解决的是能量传递和转换过程中的
热机种类
发电（火力、核能）
能量利用率 40%
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(非热机，同理）
三、工程热力学的研究内容
1、基本概念与基本定律
2、能量的转化过程特别是热能
转化为机械能的过程 3、常用工质的性质 4、化学热力学基础
1、基本概念与基本定律
能源转换利用的关系
风 能
水 能
化 学 能
燃
料 电 池
风 车
水水
轮 机
车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
能 90%
一次能源 (天然存在)
光 电 转 换
机械能
发
电
电
动
机
机
热机 电
直接利用 能
二次能源
二、工程热力学的研究对象
• 能量转换，特别是热能转换成机械 能的规律和方法，以及提高转化效 率的途径，以提高能源利用的经济 性
绪论
• 什么是工程热力学？工程热力学的研究背 景
• 工程热力学的研究对象 • 工程热力学的研究内容 • 工程热力学的研究方法 • 如何才能学好工程热力学
一、什么是工程热力学
热力学是一门研究物质的能量、能量传递和转 换以及能量与物质性质之间普遍关系的科学。
正确理解这些概念和定义，并运用它们作为判断
热数和的力推理量学理 解问第的 ，一题工 这定具 对律，于解在学决反好的复本是应课能用程量中是传加至递关深和重对转要概换的念过。及程定中义的
热力学第二定律解决的是能量传递和转换过程中的
热机种类
发电（火力、核能）
能量利用率 40%
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(非热机，同理）
三、工程热力学的研究内容
1、基本概念与基本定律
2、能量的转化过程特别是热能
转化为机械能的过程 3、常用工质的性质 4、化学热力学基础
1、基本概念与基本定律
能源转换利用的关系
风 能
水 能
化 学 能
燃
料 电 池
风 车
水水
轮 机
车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
能 90%
一次能源 (天然存在)
光 电 转 换
机械能
发
电
电
动
机
机
热机 电
直接利用 能
二次能源
二、工程热力学的研究对象
• 能量转换，特别是热能转换成机械 能的规律和方法，以及提高转化效 率的途径，以提高能源利用的经济 性
绪论
• 什么是工程热力学？工程热力学的研究背 景
• 工程热力学的研究对象 • 工程热力学的研究内容 • 工程热力学的研究方法 • 如何才能学好工程热力学
一、什么是工程热力学
热力学是一门研究物质的能量、能量传递和转 换以及能量与物质性质之间普遍关系的科学。
宁波大学工程传热力学(1)绪论
2019/12/25
20
热工基础课程的学习主要有两个目的
（1）掌握工程热力学的基本概念、基本 定律和基本分析方法，掌握热能和机械能 之间相互转换的规律及提高转换经济性的 方法和技术措施，树立节约能源、合理用 能的观念；
（2）掌握传热学的基本概念、基本理论与 基本分析计算和实验研究方法，为今后研究、 处理、解决实际的传热工程问题奠定必要的 技术理论基础。
工业的发展带来了严重的环境污染，据调查，
我国57%的城市空气中总悬浮颗粒超标； 48个大中城市空气中的SO2浓度超标； 82%城市出现过酸雨；
我国的CO2排放量仅次于美国，居世界第二，占 世界总排放量的13.6%。
据世界银行报导，我国城市空气污染对人体健 康和生产造成的损失估计每年200亿美元；酸雨使农 作物减产每年损失达50亿美元。来自中国与日本工业能耗比较
3.5 3
2.5 2
1.5 1
0.5 0 吨煤/吨钢
2019/12/25
吨煤/吨合成氨
总利用率
中国 日本
9
中国发电的平均耗煤量
g / (kW. h) 600
500
400
300
200
100
0 1960
2019/12/25
1970
1980
1991
1997
中国 世界先进
10
3）环境污染严重
全世界关注的5大问题： 1）能源 2）人口 3）粮食 4）环境 5）资源
能源建设也是我国四化建设的战略重点之一。
2019/12/25
5
（3）我国能源利用的现状及主要问题
正常情况下，每个国家能源消费总量及增 长速度与其国民经济总产值及增长速度成正比， 而能源的人均消费量的多少则反映国民生活水 平的高低。
工程热力学 课件 第0章 绪 论
➢工程热力学的研究对象是能量转换，特别是 热能转化成机械能的规律和方法，以及提高 转化效率的途径，以提高能源利用的经济性
➢工程热力学的主要内容 ▪ 基本概念与基本定律 ▪ 过程和循环的分析研究及计算方法 ▪ 常用工质的性质 ▪ 化学热力学方面的有关内容：燃烧、化学平衡与
平衡常数、化学反应方向判据及平衡条件、热力 学第三定律等
第二定律
▪ 1842年，迈耶提出能量守恒原理，1850年，焦
耳以实验结果证实了热力学第一定律
▪ 1912年，能斯特提出热力学第三定律 ▪ 1942年，凯南提出有效能概念
ห้องสมุดไป่ตู้工程热力学的主要内容及研究方法
➢工程热力学从工程的观点出发，研究物质的 热力性质、能量转换及热能的直接利用。是 设计计算和分析动力装置、制冷机、热泵空 调机组、锅炉及热交换器的理论基础
工程热力学 课件 第0章 绪 论
❖热力学发展简史
➢ 热力学是研究物质的能量、能量传递和转换以及能 量与物质性质之间普遍关系的科学
➢热力学第一及第二定律 ▪ 1763~1784年间，瓦特发明蒸气机，引起第一次
工业革命
▪ 1824年，卡诺提出了卡诺定理和卡诺循环 ▪ 1850~1851年间，克劳修斯和汤姆逊提出热力学
➢热力学的研究方法：宏观研究方法和微观研 究方法
➢工程热力学的主要内容 ▪ 基本概念与基本定律 ▪ 过程和循环的分析研究及计算方法 ▪ 常用工质的性质 ▪ 化学热力学方面的有关内容：燃烧、化学平衡与
平衡常数、化学反应方向判据及平衡条件、热力 学第三定律等
第二定律
▪ 1842年，迈耶提出能量守恒原理，1850年，焦
耳以实验结果证实了热力学第一定律
▪ 1912年，能斯特提出热力学第三定律 ▪ 1942年，凯南提出有效能概念
ห้องสมุดไป่ตู้工程热力学的主要内容及研究方法
➢工程热力学从工程的观点出发，研究物质的 热力性质、能量转换及热能的直接利用。是 设计计算和分析动力装置、制冷机、热泵空 调机组、锅炉及热交换器的理论基础
工程热力学 课件 第0章 绪 论
❖热力学发展简史
➢ 热力学是研究物质的能量、能量传递和转换以及能 量与物质性质之间普遍关系的科学
➢热力学第一及第二定律 ▪ 1763~1784年间，瓦特发明蒸气机，引起第一次
工业革命
▪ 1824年，卡诺提出了卡诺定理和卡诺循环 ▪ 1850~1851年间，克劳修斯和汤姆逊提出热力学
➢热力学的研究方法：宏观研究方法和微观研 究方法
工程热力学读书笔记(完整版)
工程热力学读书笔记（完整版）第一部分：绪论1、工程热力学工程热力学是研究热能有效利用及其热能与其他形式能量转换规律的科学。
2、热力学分类工程热力学（热能与机械能），物理热力学，化学热力学等3、热力装置的共同特点热源和冷源、工质、容积变化功、循环4、热效率1WQ η==收益代价5、工程热力学研究内容能量转换的基本定律，工质的基本性质和热力过程，热工转换设备及其工作原理，化学热力学基础。
6、工程热力学研究方法（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（如：热力学第一定律）。
特点：可靠，普遍，不能任意推广经典（宏观,平衡）热力学（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）热力学第一章：基本概念1、热力系统（1）热力系统(热力系、系统)：人为指定的研究对象（如：一个固定的空间）；（2）外界：系统以外的所有物质；（3）边界(界面)：系统与外界的分界面；（4）系统与外界的作用都通过边界；（5）以系统与外界关系划分：有无是否传质开口系闭口系是否传热非绝热系绝热系是否传功非绝功系绝功系是否传热、功、质非孤立系孤立系（6）简单可压缩系统只交换热量和一种准静态的容积变化功；2、状态和状态参数（1）状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况（2）状态参数：描述热力系状态的物理量（3）状态参数的特征：●状态确定，则状态参数也确定，反之亦然●状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关●状态参数的微分特征：全微分（4）强度参数与广延参数●强度参数：与物质的量无关的参数，如压力p、温度T●广延参数：与物质的量有关的参数可加性,如质量m、容积V、内能（也称之为：热力学能）U、焓H、熵S3、基本状态参数（1）压力p(pressure)●物理中压强，单位:Pa(Pascal),N/m2。
●绝对压力与环境压力的相对值——相对压力；●只有绝对压力p才是状态参数；●大气压随时间、地点变化；（2）温度T(Temperature)传统：冷热程度的度量。