工程热力学
Engineering
Thermodynamics
清华大学热能工程系
Tsinghua University
Dept,of Thermal Engineering
教师介绍（ 1）
史 琳, 博士，教授,博士生导师
热能工程系工程热物理研究所
● 中国能源研究会热力学及工程应用委员会委员
● 中国工程热物理学会工程热力学分会委员
● 中国计量测试学会热物性分会委员
● 中科院精密铜管工程研究中心技术委员会委员
教师介绍（ 2）
节能理论和技术
主要研究方向 环保工质
工质热物性
教师介绍（ 3）
办公地址,热能工程系系馆西门
1楼 A107
电话号码,62787613
电子邮件, rnxsl@mail.tsinghua.edu.cn
绪 论
工程热力学 是重要的 技术基础课
工程热力学
是一门研究 热能 有效利用及
热能 和其它形式 能量 转换规律
的科学
Preface
Thermodynamics can be defined
as the science of energy
heat
Therme dynamis
power
(Greek words)
热能 Thermal Energy
能源转换利用的关系
热 能
电 能
机 械 能
风
能
水
能
化
学
能
核
能
地
热
能
太
阳
能
一次能源
(天然存在 )
二次能源
光
电
转
换
燃
料
电
池
光
热
聚
变
裂
变
燃
烧水车水轮
机
风
车
热机
电
动
机
发
电
机
90%
转
换
直接利用
供
暖
工程热力学与节能
工程热力学
是一门研究 热能 有效利用及
热能 和其它形式 能量 转换规律
的科学
建立节能的理论基础
能源 energy sources的资源
2000.12.30,世界能源报道,
我国 探明可开采储量 32.74亿吨
可开采 15~20年
? 石油 Petroleum
世界 40-50年
能源的资源
2000.12.30,世界能源报道,
我国 探明可开采储量 11704亿 m3
可开采 28~58年
? 天然气 Natural Gas
世界 60年
能源的资源
2000.12.30,世界能源报道,
我国 探明可开采储量 1145亿吨
可开采 54~81年
? 煤 炭 Coal
世界 220年
能源短缺
能源消费水平
? 日、德,俄 等 5 ~6吨标煤 / 人 ?年
? 美国 11吨标煤 / 人 ?年
我国规划,2030 ~2050 年
? 2.5 ~3吨标煤 / 人 ?年
? 我国 1吨标煤 / 人 ?年
发电为例
我国电力 2 亿 5 千万千瓦
? 中等发达国家 1 kW/人
? 发达国家 6 kW/ 人
2050 年 ? 1 kW/人 ? 15 亿千瓦
? 我国 0.2 kW/ 人
电的来源
? 煤, 9 亿 kW
2050 年 ? 1 kW/人 ? 15 亿千瓦
? 水能, 3 亿 7 千 6 百 kW
? 核能, 2 亿 kW
? 风能、太阳能, 1 亿 kW
Energy and Environment
SO2,粉尘,CO2
（酸雨） （温室效应）acid rain Greenhouse effect
燃煤：
车辆,NOx,HC, CO
O3
雾 Smog
SUN 缺氧
中国平均供电耗煤量的变化
0
100
200
300
400
500
600
60 70 80 91 2000
中国
世界先进
g / kW,h
中国与日本工业能耗比较
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
?? ?o / ?? ?? ?? ?o / ?? o? 3é °± ×ü à? ó? ?ê
?D 1ú
è? ±?
节 能 Energy Saving
节能是近年来的基本国策
“开发和节约并重”
节能任重道远
是我们的责任
热力学的分类
工程热力学,热能与机械能
物理热力学
化学热力学
生物热力学
溶液热力学
热
力
学
热 机 种 类
? 发电（火力、核能） 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） >200%
能量利用率heat engin
Energy efficiency
火力发电装置基本特点
锅
炉
汽轮机
发电机
给水泵
凝
汽
器
过热器
1,热源，冷源
2,工质（水，蒸
汽）
3,膨胀做功
4,循环
(加压、加热、
膨胀做功、放热 )
燃气装置基本特点
1,热源，冷源
2,工质（燃气）
3,膨胀做功
4,循环
(加压、加热、
膨胀做功、放热 )压气
机
燃
气
轮
机
燃烧室
空
气
废
气
内燃机 装置
空气、油 废气
吸气 压缩
点火 膨胀
排气
internal combustion engine
内燃机 装置 基本特点
1,热源，冷源
2,工质（燃气）
3,膨胀做功
4,循环
(加压、加热、
膨胀做功、放热 )
制冷空调 装置 基本特点
1,热源，冷源
2,工质（制冷剂）
3,得到容积变化功
4,循环
(加压、放热、
膨胀、吸热 )
热力 装置 共同基本特点
1,热源，冷源 heat reservoir
2,工质 medium
3,容积变化功 moving boundary
work
4,循环 cycle
热机
高温热源
低温热源
Q1
Q2
W
动力循环简图
热效率Thermal efficiency
思 考 题？
2、为何要有两个热源，能否不要低
温热源,不放热,W=Q是否可以
进行？
3、发电厂效率高的只有 40%左右，可否
有途径提高，最高效率是否有极
限？极限为多少？
1、为什么永动机不能实现？
Perpetual – motion machine
4、热能和机械能通过什么介质转换
工程热力学的研究内容
1,能量转换的基本定律
2,工质的基本性质与热力过程
3,热功转换设备、工作原理
4,化学热力学基础
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
特点, 可靠，普遍，不能任意推广
经典 （ 宏观,平衡 ） 热力学
classical (macroscopic,equilibrium)
工程热力学研究方法
√
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
microscopic (statistical) thermodynamics
工程热力学研究方法
工程热力学
传热学 Heat Transfer
流体力学 Hydrodynamics
燃烧学 Combustion
热物性学 Thermophysical
property
工程热力学所属学科
工
程
热
物
理
Engineering thermophysics
1、有几位科学家在热力学作出了贡献，
获诺贝尔奖？
小 知 识（ 1）
2、中国哪位教授与美国教授合作提出
的状态方程得到普遍认可？
3,Entropy和 Enthalpy是清华哪位教授
译为,熵,和,焓,？
4、为什么 恩格斯 说,卡诺定理,是头重
脚轻的定理？
1,Maxwell 妖是什么？
小 知 识（ 2）
2、“吉布斯佯谬”又是什么？
3、哪位清华校友提出的 HFC-125状态方
程被评为国际标准方程？
4、哪位清华博士获国际制冷学会热力
学,卡诺,奖？
热力学方面获诺贝尔奖的科学家
（ 1）
J.D.范,德瓦尔斯
Johannes van der Waals
(1837-1923)
荷兰
气体和液体状态方程
1910年诺贝尔物理学
奖
热力学方面获诺贝尔奖的科学家
（ 2）
M.普朗克
Max Planck
(1858-1947)
德国
发现能量子（量子
理论）
热二律
1918年诺贝尔物理
学奖
热力学方面获诺贝尔奖的科学家
（ 3）
W.H.能斯脱
Walther Hermann
Nernst
(1864-1941)
德国
热化学，熵基
准
1920年诺贝尔
化学奖
热力学方面获诺贝尔奖的科学家
（ 4）
L.昂萨格
Lars Onsager
(1903-1976)
美国
不可逆过程热力
学理论
1968年诺贝尔化
学奖
热力学方面获诺贝尔奖的科学家
（ 5）
I.普里戈金
Ilya Prigogine
(1917-)
比利时
热力学的耗散
结构理论
1977年诺贝尔
化学奖
热力学方面获诺贝尔奖的科学家
（ 6）
K.G.威尔逊
Kenneth G,Wilson
(1936-)
美国
临界重整化群理
论
1982年诺贝尔物
理奖
参 考 书
1,工程热力学 沈维道等 高教出版社
2,工程热力学 曾丹苓等 高教出版社
3,工程热力学 刘桂玉等 高教出版社
4,工程热力学 庞麓鸣等 高教出版社
5,热力学分析 朱明善等 高教出版社
6,工程热力学题型分析 朱明善等 清华出版社
7,Fundamentals of Classical Thermodynamics
Gordon J,et al,Fifth ed
8, Thermodynamics,Yunus A,Gengel et al,
Fourth Edition
教学要求
1,弄清基本概念，注意每章后的思考题
2,独立完成作业，每周二按时交
3,发挥主观能动性，积极完成大作业
4,有问题及时解决，不要拖至考试
5,校级一类课,积极配合
clear understanding and firm grasp
of the basic principles
考试成绩
1,平时作业 15%
2,期中考试 20%
3,大作业 15%
4,期末考试 50%
5,免期末考试
免期末考试条件
1,平时作业 全交
2,期中考试成绩 > 85分
3,大作业 优秀
人数控制在 20人之内
免期末考试，进行口试
绪 论 完
End of Preface
Engineering
Thermodynamics
清华大学热能工程系
Tsinghua University
Dept,of Thermal Engineering
教师介绍（ 1）
史 琳, 博士，教授,博士生导师
热能工程系工程热物理研究所
● 中国能源研究会热力学及工程应用委员会委员
● 中国工程热物理学会工程热力学分会委员
● 中国计量测试学会热物性分会委员
● 中科院精密铜管工程研究中心技术委员会委员
教师介绍（ 2）
节能理论和技术
主要研究方向 环保工质
工质热物性
教师介绍（ 3）
办公地址,热能工程系系馆西门
1楼 A107
电话号码,62787613
电子邮件, rnxsl@mail.tsinghua.edu.cn
绪 论
工程热力学 是重要的 技术基础课
工程热力学
是一门研究 热能 有效利用及
热能 和其它形式 能量 转换规律
的科学
Preface
Thermodynamics can be defined
as the science of energy
heat
Therme dynamis
power
(Greek words)
热能 Thermal Energy
能源转换利用的关系
热 能
电 能
机 械 能
风
能
水
能
化
学
能
核
能
地
热
能
太
阳
能
一次能源
(天然存在 )
二次能源
光
电
转
换
燃
料
电
池
光
热
聚
变
裂
变
燃
烧水车水轮
机
风
车
热机
电
动
机
发
电
机
90%
转
换
直接利用
供
暖
工程热力学与节能
工程热力学
是一门研究 热能 有效利用及
热能 和其它形式 能量 转换规律
的科学
建立节能的理论基础
能源 energy sources的资源
2000.12.30,世界能源报道,
我国 探明可开采储量 32.74亿吨
可开采 15~20年
? 石油 Petroleum
世界 40-50年
能源的资源
2000.12.30,世界能源报道,
我国 探明可开采储量 11704亿 m3
可开采 28~58年
? 天然气 Natural Gas
世界 60年
能源的资源
2000.12.30,世界能源报道,
我国 探明可开采储量 1145亿吨
可开采 54~81年
? 煤 炭 Coal
世界 220年
能源短缺
能源消费水平
? 日、德,俄 等 5 ~6吨标煤 / 人 ?年
? 美国 11吨标煤 / 人 ?年
我国规划,2030 ~2050 年
? 2.5 ~3吨标煤 / 人 ?年
? 我国 1吨标煤 / 人 ?年
发电为例
我国电力 2 亿 5 千万千瓦
? 中等发达国家 1 kW/人
? 发达国家 6 kW/ 人
2050 年 ? 1 kW/人 ? 15 亿千瓦
? 我国 0.2 kW/ 人
电的来源
? 煤, 9 亿 kW
2050 年 ? 1 kW/人 ? 15 亿千瓦
? 水能, 3 亿 7 千 6 百 kW
? 核能, 2 亿 kW
? 风能、太阳能, 1 亿 kW
Energy and Environment
SO2,粉尘,CO2
（酸雨） （温室效应）acid rain Greenhouse effect
燃煤：
车辆,NOx,HC, CO
O3
雾 Smog
SUN 缺氧
中国平均供电耗煤量的变化
0
100
200
300
400
500
600
60 70 80 91 2000
中国
世界先进
g / kW,h
中国与日本工业能耗比较
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
?? ?o / ?? ?? ?? ?o / ?? o? 3é °± ×ü à? ó? ?ê
?D 1ú
è? ±?
节 能 Energy Saving
节能是近年来的基本国策
“开发和节约并重”
节能任重道远
是我们的责任
热力学的分类
工程热力学,热能与机械能
物理热力学
化学热力学
生物热力学
溶液热力学
热
力
学
热 机 种 类
? 发电（火力、核能） 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） >200%
能量利用率heat engin
Energy efficiency
火力发电装置基本特点
锅
炉
汽轮机
发电机
给水泵
凝
汽
器
过热器
1,热源，冷源
2,工质（水，蒸
汽）
3,膨胀做功
4,循环
(加压、加热、
膨胀做功、放热 )
燃气装置基本特点
1,热源，冷源
2,工质（燃气）
3,膨胀做功
4,循环
(加压、加热、
膨胀做功、放热 )压气
机
燃
气
轮
机
燃烧室
空
气
废
气
内燃机 装置
空气、油 废气
吸气 压缩
点火 膨胀
排气
internal combustion engine
内燃机 装置 基本特点
1,热源，冷源
2,工质（燃气）
3,膨胀做功
4,循环
(加压、加热、
膨胀做功、放热 )
制冷空调 装置 基本特点
1,热源，冷源
2,工质（制冷剂）
3,得到容积变化功
4,循环
(加压、放热、
膨胀、吸热 )
热力 装置 共同基本特点
1,热源，冷源 heat reservoir
2,工质 medium
3,容积变化功 moving boundary
work
4,循环 cycle
热机
高温热源
低温热源
Q1
Q2
W
动力循环简图
热效率Thermal efficiency
思 考 题？
2、为何要有两个热源，能否不要低
温热源,不放热,W=Q是否可以
进行？
3、发电厂效率高的只有 40%左右，可否
有途径提高，最高效率是否有极
限？极限为多少？
1、为什么永动机不能实现？
Perpetual – motion machine
4、热能和机械能通过什么介质转换
工程热力学的研究内容
1,能量转换的基本定律
2,工质的基本性质与热力过程
3,热功转换设备、工作原理
4,化学热力学基础
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
特点, 可靠，普遍，不能任意推广
经典 （ 宏观,平衡 ） 热力学
classical (macroscopic,equilibrium)
工程热力学研究方法
√
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
microscopic (statistical) thermodynamics
工程热力学研究方法
工程热力学
传热学 Heat Transfer
流体力学 Hydrodynamics
燃烧学 Combustion
热物性学 Thermophysical
property
工程热力学所属学科
工
程
热
物
理
Engineering thermophysics
1、有几位科学家在热力学作出了贡献，
获诺贝尔奖？
小 知 识（ 1）
2、中国哪位教授与美国教授合作提出
的状态方程得到普遍认可？
3,Entropy和 Enthalpy是清华哪位教授
译为,熵,和,焓,？
4、为什么 恩格斯 说,卡诺定理,是头重
脚轻的定理？
1,Maxwell 妖是什么？
小 知 识（ 2）
2、“吉布斯佯谬”又是什么？
3、哪位清华校友提出的 HFC-125状态方
程被评为国际标准方程？
4、哪位清华博士获国际制冷学会热力
学,卡诺,奖？
热力学方面获诺贝尔奖的科学家
（ 1）
J.D.范,德瓦尔斯
Johannes van der Waals
(1837-1923)
荷兰
气体和液体状态方程
1910年诺贝尔物理学
奖
热力学方面获诺贝尔奖的科学家
（ 2）
M.普朗克
Max Planck
(1858-1947)
德国
发现能量子（量子
理论）
热二律
1918年诺贝尔物理
学奖
热力学方面获诺贝尔奖的科学家
（ 3）
W.H.能斯脱
Walther Hermann
Nernst
(1864-1941)
德国
热化学，熵基
准
1920年诺贝尔
化学奖
热力学方面获诺贝尔奖的科学家
（ 4）
L.昂萨格
Lars Onsager
(1903-1976)
美国
不可逆过程热力
学理论
1968年诺贝尔化
学奖
热力学方面获诺贝尔奖的科学家
（ 5）
I.普里戈金
Ilya Prigogine
(1917-)
比利时
热力学的耗散
结构理论
1977年诺贝尔
化学奖
热力学方面获诺贝尔奖的科学家
（ 6）
K.G.威尔逊
Kenneth G,Wilson
(1936-)
美国
临界重整化群理
论
1982年诺贝尔物
理奖
参 考 书
1,工程热力学 沈维道等 高教出版社
2,工程热力学 曾丹苓等 高教出版社
3,工程热力学 刘桂玉等 高教出版社
4,工程热力学 庞麓鸣等 高教出版社
5,热力学分析 朱明善等 高教出版社
6,工程热力学题型分析 朱明善等 清华出版社
7,Fundamentals of Classical Thermodynamics
Gordon J,et al,Fifth ed
8, Thermodynamics,Yunus A,Gengel et al,
Fourth Edition
教学要求
1,弄清基本概念，注意每章后的思考题
2,独立完成作业，每周二按时交
3,发挥主观能动性，积极完成大作业
4,有问题及时解决，不要拖至考试
5,校级一类课,积极配合
clear understanding and firm grasp
of the basic principles
考试成绩
1,平时作业 15%
2,期中考试 20%
3,大作业 15%
4,期末考试 50%
5,免期末考试
免期末考试条件
1,平时作业 全交
2,期中考试成绩 > 85分
3,大作业 优秀
人数控制在 20人之内
免期末考试，进行口试
绪 论 完
End of Preface
