1、課程的教學目標 本課程為機械設計制造及其自動化專業學生設置的專業基礎課。 通過課程講授和實踐，以期達到如下目標目標：n1、掌握能源轉換、利用，特別是熱能轉換成機械能的原理、途徑及提高轉換效率的方法； n2、明白熱能利用的廣泛性和特殊性；掌握工程熱力學的研究內容和研究方法；了解本課程與后續專業課程乃至專業培養目標的關系；n3、培養學生科學地抽象、簡化、分析的能力，解決工程上熱能利用的一般問題。學習本課程的意義學習本課程的意義21世紀的要求人類面臨的問題：糧食、環境、和平能源學科交叉發展與國際接軌：國際上工科院校熱工類課程所占學分很高！陰魂不散的永動機：本課程將告訴你們永動機為什么不存在！難課程特

2、點概念活課程內容比較多使用的數學工具“課程難與不難？”研究對象氣體(遠較剛體復雜)不難物理基礎上課認真聽講并思考 自己完成作業 利用網絡資源教學內容與要求n1.基本概念(2學時)；n2.過程和能量守恒原理-熱力學第一定律(4學時)；n3.氣體和蒸氣的性質、基本熱力過程(5學時)；n4.過程方向條件及限度-熱力學第二定律(6學時)；n5.實際氣體性質及熱力學一般關系式(2學時)；n6.氣體和蒸汽的流動(3學時)；n7.壓氣機的熱力過程、氣體動力循環、蒸汽動力循環裝置(4學時)；n8.制冷循環、濕空氣、化學熱力學基礎(4學時)；n115周上課，16周參觀推進實驗室、復習考試。 考核方式成績按照下面

3、的比例確定：n30% 平時作業和上課參與程度n70% 期末考試參考書目主要參考教材n工程熱力學(第四版), 童鈞耕編, 高等教育出版社, 2007其他參考書目n工程熱力學(第三版), 曾丹苓等編, 高等教育出版社, 2002;n工程熱力學總復習理論概要和習題, 童鈞耕等編, 上海交大出版社, 2001 ;n工程熱力學學習輔導與習題解答,童鈞耕編, 高等教育出版社nThermodynamics-An Engineering Approach, YUNUS A. CENGEL MICHAEL A. BOLES McGraw-Hill Publishing Company ;nThermodynam

4、ics 6th. Edition, KENNETH WARK DONALA E. RICHARDS, McGraw-Hill Publishing Company, 1999.參考書目Introduction0-1 熱能及其利用0-2 熱力學發展簡史 0-3 工程熱力學主要內容及研究方法自然界的能源及其利用凡是能直接或者經過轉換而獲取某種凡是能直接或者經過轉換而獲取某種能量的自然資源統稱為能源能量的自然資源統稱為能源。0-1 熱能及其利用一、能源及其分類 能源可以根據來源、形態、使用程度和技術、污染程度以及性質等進行分類。 按地球上的能量來源分：按地球上的能量來源分：來自地球外天體的能源來自地

5、球外天體的能源直接獲得：直接獲得：宇宙射線、太陽能宇宙射線、太陽能間接獲得：間接獲得：水力能、風能、波浪能、生物質能、水力能、風能、波浪能、生物質能、海洋溫差能、化石燃料（煤炭、石油、天然氣）海洋溫差能、化石燃料（煤炭、石油、天然氣）地球本身蘊藏的能源地球本身蘊藏的能源核能（核燃料）、地熱能（溫泉、巖漿等）核能（核燃料）、地熱能（溫泉、巖漿等）地球與其它天體（月球等）相互作用的能源地球與其它天體（月球等）相互作用的能源海洋的潮汐能海洋的潮汐能可直接利用、未改變形態的自然界現存的能源可直接利用、未改變形態的自然界現存的能源 可再生能源：風能、水能、地熱能、太陽能等可再生能源：風能、水能、地熱能、

6、太陽能等 非再生能源：煤、石油、天然氣、核燃料等非再生能源：煤、石油、天然氣、核燃料等二次能源二次能源 一次能源直接或間接轉換而來的能源一次能源直接或間接轉換而來的能源 電、高溫蒸汽、焦炭、煤氣、氫、汽油等電、高溫蒸汽、焦炭、煤氣、氫、汽油等二、能源利用與社會歷史發展人類利用能源的歷史，也就是人類認識和征服自然的歷史。(1)火的發現和利用(2)畜力、風力、水力等自然動力的利用(3)化石燃料的開發和熱的利用(4)電的發現及開發利用(5)原子核能的發現及開發利用三、能源與經濟、日常生活三、能源與經濟、日常生活國民經濟年增長率能源消費年增長率 能源消費彈性系數 從一個國家人民的能耗量就可以看出一從一

7、個國家人民的能耗量就可以看出一個國家人民的生活水平。例如生活最富裕的個國家人民的生活水平。例如生活最富裕的北美地區比貧窮的南亞地區每年每人的平均北美地區比貧窮的南亞地區每年每人的平均能耗要高出能耗要高出5555倍。倍。 能源消耗與日常生活的關系 全球環境惡化主要表現在全球環境惡化主要表現在:大氣和江海污染大氣和江海污染加劇加劇、大面積土地退化大面積土地退化、森林面積急劇減少森林面積急劇減少、淡淡水資源日益短缺水資源日益短缺、大氣層臭氧空洞擴大大氣層臭氧空洞擴大、生物多生物多樣化受到威脅樣化受到威脅等多方面等多方面; 其中能源有直接關系的其中能源有直接關系的溫室效應溫室效應、酸雨酸雨、臭臭氧層破

8、壞氧層破壞、熱污染熱污染、放射性污染放射性污染，等等。，等等。0.8CGlobal Warming and CO2 Atmospheric Concentration 加拿大冰山區域不斷縮小 中新網北京11月16日消息: 設在華盛頓的地球政策研究所15日說，由于溫室效應造成海平面上升，大洋洲島國圖瓦盧的居民將被迫舉國搬遷。氣溫上升、冰川熔化、海平面上升。五、能源現狀五、能源現狀 能源是國民經濟的命脈，與人民生活和能源是國民經濟的命脈，與人民生活和人類的生存環境休戚相關，在社會可持續發展人類的生存環境休戚相關，在社會可持續發展中起著舉足輕重的作用。從中起著舉足輕重的作用。從7070年代以來，年代

9、以來，能源能源就與就與人口、糧食、環境、資源人口、糧食、環境、資源被列為世界上的被列為世界上的五大問題。人們要在愈來愈惡劣的環境下求得五大問題。人們要在愈來愈惡劣的環境下求得發展，并讓子孫后代生活得更好，首先就要解發展，并讓子孫后代生活得更好，首先就要解決這五大問題。決這五大問題。 世界經濟的現代化，得益于化石能世界經濟的現代化，得益于化石能源，如石油、天然氣、煤炭與核裂變能源，如石油、天然氣、煤炭與核裂變能的廣泛應用。因而它是建筑在化石能源的廣泛應用。因而它是建筑在化石能源基礎之上的一種經濟。基礎之上的一種經濟。 然而，由于這一然而，由于這一經濟的資源載體將在經濟的資源載體將在2121世紀上

10、半葉迅速世紀上半葉迅速地接近枯竭。地接近枯竭。 根據BP世界能源統計，全球化石燃料可用情況如下：40.6年164年65.1年1636億噸 179.8萬億立方米 9091億噸 儲量儲采比化石燃料面臨枯竭危險BP世界能源統計2006 而世界人均的能量消耗則不斷上升，在過去一世紀中總能耗增長到25.8倍！ 1kg標準煤的發熱值=29308kJ 年份 總人口 人均能耗 (億） t 標準煤/(人.年) 1900 15.71 0.493 1950 25.01 1.026 2000 60.50 3.300 探明的化石燃料藏量有限，而工業與生活所需數值不斷增長， 這是世界能源所面臨的主要問題之一。 1 1、人

11、均能源資源相對不足，資源質量較差，人均能源資源相對不足，資源質量較差，探明程度低探明程度低 我國人均能源擁有量僅為世界平均值的一半，化石燃料的儲采比低于世界平均值; 但工業能耗又高于工業發達國家, 2003年我國國民經濟的GDP僅占世界總值的 3.9，而主要資源的消耗已經列世界前茅。2、能耗水平高，能源利用率低下、能耗水平高，能源利用率低下 據有關部門的調查測算，我國能源系統的總據有關部門的調查測算，我國能源系統的總效率不及發達國家的一半。產業結構的不合理、能效率不及發達國家的一半。產業結構的不合理、能源品質低下，管理落后等是造成能耗水平較高的重源品質低下，管理落后等是造成能耗水平較高的重要原

12、因。要原因。 項 目 中 國 日 本 美 國 英 國 總 的 能 源 利 用 效 率 30 57 51 40 其 中 ： 工 業 35 78 77 67 電 力 24 30 30 27 交 通 15 25 25 20 民 用 25 80 30 70 各國能源利用效率 *百萬噸當量石油; * 百萬噸No 資源名稱資源名稱 中國中國 世界世界 比例比例 排序排序 1 石油石油/ / * * 266.43641.8 7.3% 第二第二 2 煤炭煤炭/ / * * 834.72613.5 31.9 第一第一 3 鋼材鋼材/ /億噸億噸 2.7110.037 27% 第一第一 4水泥水泥/ /百萬噸百萬

13、噸 810 177645.6% 第一第一 5淡水淡水/ /1010億億 525.3 332515.8% 第一第一 6 排放排放/* 3719.4 2498314.9% 第二第二2003年我國主要資源消耗及環境狀況3m2CO3 3 以城市為中心的環境污染進一步加劇，并開始向農以城市為中心的環境污染進一步加劇，并開始向農村蔓延，生態破壞的范圍仍在繼續擴大。目前，在污染村蔓延，生態破壞的范圍仍在繼續擴大。目前，在污染環境的各因素中，環境的各因素中，70%70%以上的總懸浮顆粒物，以上的總懸浮顆粒物，90%90%以上的以上的二氧化硫，二氧化硫，60%60%以上的氮氧化合物，以上的氮氧化合物，85%85

14、%以上的礦物燃料以上的礦物燃料產生的二氧化碳均來自煤炭。產生的二氧化碳均來自煤炭。 4 4、從能源安全角度考慮，面臨嚴重挑戰、從能源安全角度考慮，面臨嚴重挑戰 能源安全是指保障能源可靠和合理的供應，特別能源安全是指保障能源可靠和合理的供應，特別是石油和天然氣的供應。我國自是石油和天然氣的供應。我國自19931993年從石油凈出口年從石油凈出口國變為凈進口國以來，石油進口依存度（凈進口量占國變為凈進口國以來，石油進口依存度（凈進口量占消費量的比重）呈上升趨勢。消費量的比重）呈上升趨勢。19931993年石油凈進口量為年石油凈進口量為920920萬噸，萬噸，20002000年已達到年已達到7000

15、7000余萬噸，進口依存度達余萬噸，進口依存度達到到3030，預計，預計20502050年將達到年將達到5050。這是我國能源領域。這是我國能源領域面臨的一項重大挑戰。面臨的一項重大挑戰。 0-1 熱能及其利用二二、熱能的利用形式、熱能的利用形式l 熱利用：冶金、化工、食品等工業和生活上應用；熱利用：冶金、化工、食品等工業和生活上應用；l 熱能的動力利用：熱能轉化成機械能或電能。熱能的動力利用：熱能轉化成機械能或電能。三、其他形式的能源利用三、其他形式的能源利用l 化學能；化學能；l 原子能；原子能；l 磁流體發電；磁流體發電；l 太能能電池；太能能電池；l 燃料電池；燃料電池；l 潮汐能；潮

16、汐能；l 風能。風能。0-2 熱力學發展簡史一、熱力學一、熱力學 定義：研究物質的能量、能量傳遞和轉換以及能量與定義：研究物質的能量、能量傳遞和轉換以及能量與物質性質之間普遍關系的科學。物質性質之間普遍關系的科學。是熱力學的工程分支，是在闡述熱力學普遍是熱力學的工程分支，是在闡述熱力學普遍原理的基礎上，研究這些原理的技術應用的學科，著重原理的基礎上，研究這些原理的技術應用的學科，著重研究的是：熱能與其他形式能量研究的是：熱能與其他形式能量(主要是機械能主要是機械能)之間的轉之間的轉換規律及其工程應用。換規律及其工程應用。二、發展簡史二、發展簡史1763-1784：英國人瓦特，對蒸汽機重大改進，

17、提高熱效率；：英國人瓦特，對蒸汽機重大改進，提高熱效率；1824：法國人卡諾，提出卡諾定理與卡諾循環，闡明了熱力學第二：法國人卡諾，提出卡諾定理與卡諾循環，闡明了熱力學第二定律的基本內容；定律的基本內容；0-2 熱力學發展簡史二、發展簡史二、發展簡史1842：邁耶，提出了能量守恒原理；：邁耶，提出了能量守恒原理；1850：焦耳，以各種精確的實驗結果充分證實了熱力學：焦耳，以各種精確的實驗結果充分證實了熱力學第一定律；第一定律；1850-1851：克勞修斯和湯姆遜先后獨立提出了熱力學第：克勞修斯和湯姆遜先后獨立提出了熱力學第二定律，指明了熱過程的方向性；二定律，指明了熱過程的方向性； 熱力學第一

18、定律宣告了第一類永動機熱力學第一定律宣告了第一類永動機(即不消耗能量的即不消耗能量的永動機永動機)是不可能實現的；熱力學第二定律則使制造第二是不可能實現的；熱力學第二定律則使制造第二類永動機類永動機(只從一個熱源吸熱的永動機只從一個熱源吸熱的永動機)的夢想破滅！的夢想破滅！1906：能斯特，歸納提出了熱力學第三定律：能斯特，歸納提出了熱力學第三定律(絕對零度不絕對零度不能達到原理能達到原理)；1942：凱南，提出了有效能的概念；：凱南，提出了有效能的概念； 。0-3 工程熱力學主要內容及研究方法一、主要研究對象：一、主要研究對象： 能量轉換，特別是熱能轉化成機械能的規律和方法，能量轉換，特別是熱能轉化成機械能的規律和方法，以及提高轉化效率的途徑，以提高能源利用的經濟性。以及提高轉化效率的途徑，以提高能源利用的經濟性。二、主要研究內容：二、主要研究內容： 基本概念與基本定律：熱力系統、狀態參數、平衡態、基本概念與基本定律：熱力系統、狀態參數、平衡態、熱力學第一定律、第二定律等；熱力學第一定律、第二