哈工大 热能转换装置 热能转换装置 第1章 绪论解析
热工基础-1-绪论
1824 年 ， 法 国 陆 军 工 程 师 Nicholas Léonard Sadi Carnot 发表了 “ 关于火的动力研究” 的 论文。 他通过对自己构想的理想热机 的分析得出结论：热机必须在两个 热源之间工作，理想热机的效率只 Carnot 取决与两个热源的温度，工作在两 个一定热源之间的所有热机，其效 (1796 - 1832) 率都超不过可逆热机，热机在理想 状态下也不可能达到百分之百。这 就是卡诺定理。
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Benôlt Paul
Emile Clapeyron (1799 - 1864)把卡诺循环 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。
1842 年 ， 德 国 医 生 Julius Robert Mayer (1814 - 1878) 主要受病人 血液颜色在热带和欧洲的差 异及海水温度与暴风雨的启 发，提出了热与机械运动之 间相互转化的思想。
热力学基本定律反映了自然界的客观 规律,以这些定律为基础进行演绎、逻辑推 理而得到的热力学关系与结论,显然具有高 度的普遍性、可靠性与实用性,可以应用于 机械工程、化学、化工等各个领域,由此形 成了化学热力学、工程热力学、化工热力 学等重要的分支。化学热力学主要讨论热 化学、相平衡和化学平衡理论。工程热力 学主要研究热能动力装置中工作介质的基 本热力学性质、各种装置的工作过程以及 提高能量转化效率的途径。化工热力学是 以化学热力学和工程热力学为基础，结合 化工实际过程逐步形成的学科。
主讲教师：袁 越 锦 yuanyj@
绪 论
1-1 为什么要学习热工基础？ 1-2 能)
1-4 发展简史
1-1 为什么要学习热工基础？
1.1.2 热能转变为机械能的过程—工质与热源
放热Q2 低温热源
作功Wnet
喷气 发动机
蒸汽 轮机
辽宁号航母
2. 工质(working substance; working medium)
热能
媒介
物质
机械能
定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。
2. 工质(working substance; working medium)
常用工质
空气 燃气
烟气 水蒸汽 氟里昂
物质三态中气态最适宜
空调
3. 热源 (heat source; heat reservoir)
定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。
分类
高温热源—热源 低温热源—冷源
恒温热源 变温热源
工质： 水蒸气
从锅炉中的烟气吸热 向冷凝器中的冷却水放热
小结
高温热源
吸热Q1
热机
热能动力装置工作可以概括为：工质从高温热源 吸热，在热机中将其中一部分转化为机械能，把 另一部分热量传给低温热源。
工程热力学
基本概念
热能转变为机械能的过程—工质与热源
主讲：张克舫
中国石油大学（华东） 储运与建筑工程学院
能源与动力工程系
1. 热机（heat engines）
燃料的化学能 燃烧 热能
将热能转换为机械能的机器
热机 机械能
热力发动机(热机)
1. 热机（heat engines）
内燃机
蒸汽机
燃气 轮机
热力学的规律解析热能转化与热力学循环
热力学的规律解析热能转化与热力学循环热能转化是热力学的基本概念之一，描述了热能如何从一个物体转移到另一个物体或转化为其他形式的能量。
而热力学循环则是一种系统中热能的循环转化过程，通过一系列的热力学过程，将热能转化为功或反过来。
热力学律在热能转化和热力学循环中起到了关键作用。
本文将针对热能转化和热力学循环中的几条重要的热力学规律进行解析，包括热力学第一定律、热力学第二定律和卡诺循环等。
1. 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒原理在热学中的具体体现。
它表明在热能转化过程中，能量既不会被创造也不会被毁灭，只会从一个物体转移到另一个物体或转化为其他形式的能量。
简单来说，能量的输入等于输出加上储存在系统中的能量变化。
以热机为例，热机的工作原理就是将热能转化为机械能。
根据热力学第一定律，热机的输入热量等于输出的功加上机器吸收或释放的热量。
这个过程中，热机的效率与输入热量和输出功之间的关系密切相关。
2. 热力学第二定律热力学第二定律是描述热能转化不可逆性的定律。
它指出自然界中所有热能转化过程都具有一定的方向性，热量无法从低温物体自发地传递给高温物体，也就是热量不会自行从冷区流向热区。
这个定律可以用来解释热力学循环中的不可逆性。
在实际的循环过程中，总会有一些能量损失，无法完全将热能转化为功。
这个损失被称为不可逆损失，是热力学第二定律中所描述的。
3. 卡诺循环卡诺循环是一种理想化的热力学循环过程，用于研究热机的最大功输出和最大效率。
它由两个等温过程和两个绝热过程组成，通过将热能从高温区吸收，转化为功，并将剩余的热能排放到低温区。
卡诺循环中的绝热过程是不可逆的，但是却能够达到最大效率。
根据热力学第二定律，任何其他具有相同高低温热源的循环过程都无法超过卡诺循环的效率。
结语热力学的规律对于热能转化和热力学循环有着重要的指导意义。
热力学第一定律告诉我们能量的守恒原理，在热能转化过程中起到了基本的约束作用。
热力学第二定律则在不可逆性和能量损失方面提供了实践和理论的支持。
工程热力学第1章
指过程产生的效 果相当于举起重 物，并不要求真 的举起重物。
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▲功的计算式中符号是工质参数
▲功是过程量（只有在能量传递过程中才有所谓的 功和热，没有能量的传递过程也就没有功和热。说 物系在某一状态下有多少功或多少热量，这是毫无 意义的，错误的。）
定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力 的整套设备。 气体动力装臵(combustion gas power plant) 内燃机(internal combustion gas engine) 燃气轮机装臵(gas turbine power plant) 喷气发动机(jet power plant) …… 蒸气动力装臵 (steam power plant)
温度的定义： 测温的基础—热力学零定律 (zeroth law of thermodynamics) 热力学温标和国际摄氏温标 (thermodynamics scale; Kelvin scale;absolute temperature scale and internal Celsius temperature scale)
• 系统(thermodynamic system, system) 人为分割出来，作为热力学 研究对象的有限物质系统。 • 外界(surrounding )： 与体系发生质、能交换的物系。 • 边界(boundary)：
系统与外界的分界面（线）。
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二、系统及边界示例
• 汽车发动机
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• 汽缸-活塞装臵（闭口系例）
第一章 基本概念
Basic Concepts and Definition
1-1 热能和机械能相互转换过程
1-2 热力系统
1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数 1-4 平衡状态 1-5 工质的状态变化过程
热能转换原理
热能转换原理一、教学目标1.让学生了解热能转换的基本概念和原理。
2.通过实验和实例，使学生掌握热能转换为机械能、电能等不同形式能量的方法。
3.培养学生的观察能力、实验操作能力和创新能力。
二、教学内容1.热能转换的基本概念2.热能转换为机械能的原理3.热能转换为电能的原理4.热能转换在其他领域的应用5.实验和案例分析三、教学过程1.导入“同学们，你们知道我们日常生活中使用的电能、机械能是从哪里来的吗？其实，它们大多数都是通过热能转换而来的。
今天，我们就来学习一下热能转换的原理。
”2.热能转换的基本概念“我们要了解什么是热能。
热能是指物体内部微观粒子的动能和势能之和。
当物体温度升高时，其内部粒子的运动加剧，热能增加。
那么，热能转换又是什么呢？热能转换就是将热能转化为其他形式的能量，如机械能、电能等。
”3.热能转换为机械能的原理“我们来看一下热能是如何转换为机械能的。
最常见的例子就是蒸汽机。
蒸汽机的工作原理是：燃料在锅炉中燃烧，产生高温高压的蒸汽，蒸汽推动活塞做功，将热能转换为机械能。
内燃机、喷气发动机等都是利用热能转换为机械能的。
”4.热能转换为电能的原理“那么，热能又是如何转换为电能的呢？这里我们要提到一种叫做热电偶的装置。
热电偶是由两种不同金属或半导体材料组成的，当两种材料接触时，由于温度差会产生热电势，从而产生电流。
这就是热能转换为电能的原理。
太阳能电池也是利用光能转换为电能的一种方式。
”5.热能转换在其他领域的应用“热能转换的应用非常广泛，除了我们刚刚提到的蒸汽机、内燃机、喷气发动机和热电偶，还有许多其他领域。
比如，地热能发电、核能发电等都是利用热能转换为电能的。
而在生活中，我们使用的电热水器、空调等也都是利用热能转换的原理。
”6.实验和案例分析“为了让大家更好地理解热能转换的原理，我们来进行一个简单的实验。
请大家准备好实验器材：酒精灯、烧杯、温度计、金属棒、导线、电流表等。
我们将通过实验观察热能如何转换为电能。
热能转换系统培训教材
热能转换系统培训教材
简介
本教材旨在为热能转换系统的培训提供指导和支持。
通过本教材，学员将了解热能转换系统的基本原理、组成部分以及操作维护方法。
目标
- 理解热能转换系统的工作原理和基本概念
- 熟悉热能转换系统的组成部分和各部分的功能
- 掌握热能转换系统的操作和维护方法
- 提高对于能源转换效率的认识
内容
1. 热能转换系统概述
- 定义和分类
- 可持续能源与非可持续能源
- 热能转换的重要性
2. 热能转换系统的组成部分
- 热源
- 热能转换装置
- 冷却装置
- 控制系统
3. 热能转换系统的工作原理- 热态方程和热力学循环理论- 热力学过程与特性
4. 热能转换系统的操作和维护- 启动流程和关机流程
- 安全操作和事故预防
- 维护计划和维护方法
5. 热能转换系统的性能评估- 热效率和制冷效率
- 应用案例分析
结语
通过本教材的研究，学员将对热能转换系统有更深入的了解，能够熟练操作和维护系统，并提高能源利用效率。
祝您在热能转换系统培训中取得好成绩！
（以上为简要内容，具体内容可根据培训需求进行调整和完善。
）
备注
本文档中的内容旨在提供教学参考，不可用于任何商业目的。
热能转换原理
热能转换原理热能转换原理是指将热能转化为其他形式的能量的基本原理。
在自然界和人类活动中，热能的转化是非常常见和重要的过程。
本文将就热能转换原理展开分析。
一、热能与能量转换热能是一种物体内部粒子运动所具有的能量。
在物体的温度差异存在的情况下，热能会以热传导、热辐射或者热对流的方式传递，使温度趋于均匀或改变物体的状态。
热能可以通过多种方式转换为其他形式的能量。
最常见的是热能转化为机械能。
例如蒸汽机的工作原理，当热能通过燃料燃烧进行蒸汽的产生后，蒸汽机通过在活塞上施加压力，将热能转化为机械能。
类似地，汽车引擎的工作原理也是通过将热能转化为机械能进行驱动。
此外，热能还可以转化为电能。
例如燃煤发电厂中，燃烧煤炭产生高温的烟气，经过锅炉加热水，产生蒸汽驱动汽轮发电机，将热能转化为机械能，再经由发电机转化为电能。
二、热能转换的基本原理热能的转换需要遵循能量守恒定律和热力学的基本原理。
能量守恒定律指出能量在转换过程中不会产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
而热力学的基本原理则进一步规定了热能转换的限制和规律。
其中最重要的是热力学第一定律，即能量守恒定律。
这一定律表明热能转化为机械能或其他形式的能量时，其总量保持不变。
因此，在热能转换的过程中，务必要重视能量损耗和能量效率的问题。
三、热能转换技术的应用热能转换原理在现代科技和工业中有着广泛的应用。
下面将介绍几个重要的热能转换技术和应用。
1. 热电式热能转换技术热电式热能转换技术利用热电材料的热电效应将热能直接转化为电能。
这种技术在太阳能电池板、汽车尾气能量回收等领域有着广泛的应用。
2. 热交换器技术热交换器是一种利用热量传导和对流现象实现热能转换的装置。
在锅炉、汽车冷却系统、暖通空调系统等领域，热交换器技术都得到了广泛的应用。
3. 高效热能转换技术为了提高能源利用效率和减少能量损耗，研究人员不断致力于开发高效热能转换技术。
例如超临界流体动力循环技术、热泵技术等，都是为了在热能转换过程中提高能源利用效率。
热能转换的基本概念和基本定律
以得到确定的pdV和∫ pdV ，但是它是否就等于系统与外界交换
的膨胀功？
•结论：只有在可逆过程中才有
δW = pdV
W = ∫12 pdV
δw = pdv
w = ∫12 pdv
•以后在p－v图及T－s图中凡是用 实线画出的过程都表示可逆过程。
热流科学与工程系
2、热量
热量是系统与外界之间在温差的推动下，通过微观粒子 无序运动的方式与外界交换的能量。
• Q : 表示系统与外界交换的热量。
• 若过程可逆则：
δQ = TdS δq = Tds
Q = ∫12 TdS q = ∫12 Tds
• w和q都是过程量而不是状态量
热流科学与工程系
第三节 热力循环
• 工质从某一初态出发，经历一系列热力状态后，又回 到原来初态的热力过程称为热力循环，即封闭的热力 过程，简称循环。
1、正循环（动力循环）(顺时针方向)
吸热q1，放热q2，对外作功wnet ， 且wnet = q1 - q2，热效率为ηt
η t= wnet / q1
2、逆循环（制冷循环） (逆时针方向)
• 温标： 热力学第零定律是温标的理论依据。
a、热力学温标: 水的三相点为 273.16 K,单位“开尔 文” 是水有三相点温度的1／273。16
T 单位 K， T = 273.15 + t b、摄氏温标
水的三相点为0.01 ℃，水的标准沸点为100 ℃。 t 单位 ℃ t = T - 273.15
放热q1，吸热q2 ，外界输入功wnet ， 且wnet = q1 - q2，制冷系数为ε
ε= q2 / wnet