熱工基礎張學學教授主講6/23/20251《傳熱學》楊世銘陶文銓編高等教育出版社出版教材：《熱工基礎》張學學李桂馥編

高等教育出版社出版參考書：《工程熱力學》朱明善等編清華大學出版社出版6/23/20252熱工基礎課程的考核方法與學習要求考核方法：百分制1.平時作業成績占40％；2.期末考試占60％。學習要求：

1.按時、獨立、認真完成作業（每人準備2本作業本），如果不交作業次數超過半數，則取消期末考試資格；

2.認真聽課，遵守課堂紀律。3次抽查點名，2次無故曠課者按未修處理。6/23/20253緒論1.能量

0-1能量與能源

能量是物質運動的度量。世界是由物質構成的，一切物質都處于運動狀態，所以一切物質都具有能量。能量是人類社會進步的動力。

6/23/20254能量的主要形式

:機械能：物質分子熱運動動能與位能之和，即不涉及化學變化和核反應的熱力學能，也稱為內熱能；電能化學能核能輻射能:物體的動能與勢能；熱能：與電荷的運動和積蓄有關的能量；：通過化學反應釋放的能量；：通過核反應釋放的能量；：物體以電磁波的形式發射的能量。6/23/202552.

能源能源是指能夠直接或間接提供能量的物質資源。

（1）能源分類：1）按開發利用的情況：常規能源：煤、石油、天然氣、水能、核能等。新能源：太陽能、風能、海洋能、生物質能、地熱能、核聚變燃料等。2）按開發的步驟：一次能源:

煤、石油、天然氣、風能、水能、太陽能、地熱能、海洋能等。

二次能源:

電力、煤氣、汽油、沼氣、氫氣、甲醇、酒精等。6/23/202563）按能否再生：可再生能源：水能、太陽能、風能、海洋能、生物質能、地熱能等；

非再生能源：煤、石油、天然氣、核能等。

4）按開發利用過程中對環境的污染情況：清潔能源：太陽能、風能、水能、海洋能等；非清潔能源：煤、石油、天然氣等。（2）能源對人類社會發展的重要意義：

能源是人類社會生存的基礎，能源的開發和利用是人類社會發展的動力，能源開發和利用水平是人類社會文明的重要標志之一。6/23/20257能源問題是全世界關注的重大問題，從20世紀70年代起，就被列入世界5大問題之一。全世界關注的5大問題：1）能源2）人口3）糧食4）環境5）資源能源建設也是我國四化建設的戰略重點之一。

6/23/20258（3）我國能源利用的現狀及主要問題：

正常情況下，每個國家能源消費總量及增長速度與其國民經濟總產值及增長速度成正比，而能源的人均消費量的多少則反映國民生活水平的高低。

1）人均儲備量少，遠低于世界平均水平：

原煤：95噸/人（世界人均209噸/人）；原油：3噸/人（世界人均28噸/人）；天然氣：1416m3/人（世界人均28400m3/人）。6/23/20259我國大陸地區總發電量2.5億千瓦，人均0.2

千瓦/人；臺灣地區人均1.0千瓦/人；

歐、美、日本等發達國家6千瓦/人。

我國的人均能源消費水平低，遠低于世界發達國家的水平：

人均能源消費水平：6/23/2025102）能源開發利用設備和技術落后，能源利用效率低，浪費嚴重

我國能源的終端利用效率為32～33％；發達國家能源的終端利用效率大于42％。我國每萬元國民經濟產值（GDP）的能耗是日本的6倍，是美國的3倍，是韓國的4.5倍。我國單位產品的能耗平均比發達國家要高40％左右。6/23/202511中國與日本工業能耗比較6/23/202512中國發電的平均耗煤量g/kW.h6/23/2025133）環境污染嚴重

工業的發展帶來了嚴重的環境污染，據調查，我國有57%的城市空氣中總懸浮顆粒超標；有48個大中城市空氣中的SO2濃度超標；有82%城市出現過酸雨；我國的CO2排放量僅次于美國，居世界第二，占世界總排放量的13.6%。據世界銀行報導，我國城市空氣污染對人體健康和生產造成的損失估計每年200億美元；酸雨使農作物減產每年損失達50億美元。6/23/202514

我國的能源建設要走可持續發展的道路，必須兩條腿走路：（1）合理利用能源，提高能源利用率。主要途徑就是改造或更新技術落后的能源利用終端設備；（2）大力開發對環境無污染或污染很小的新能源，如太陽能、風能、水能、地熱能、海洋能、生物質能以及核能等。

6/23/2025153.

能量的轉換與利用能量的利用過程，實質上是能量的傳遞與轉換過程。

氫、酒精等二次能源

燃料電池

電能機械能輻射能熱能風能、水能、海洋能

機械

機械能直接利用發電機煤、石油、天然氣

熱能熱機直接利用核能核反應太陽能光合作用生物質能燃燒食物利用集熱器光電池90％燃燒6/23/202516

據統計，目前通過熱能形式被利用的能源在我國占總能源利用的90％以上，世界其它各國平均也超過85％。由此可見，在能量轉換與利用過程中，熱能不僅是最常見的形式，而且具有特殊重要的作用。熱能的有效利用對于解決我國的能源問題乃至對人類社會的發展有著重大意義。

6/23/202517熱能利用的基本方式：（1）

熱利用：燒飯、采暖、烘干、熔煉等；（2）動力利用：通過熱機將熱能轉換成機械能或者再通過發電機轉換成電能加以利用。

由于熱能轉換為機械能的有效利用程度（即熱機的熱效率）較低，早期蒸汽機的熱效率只有1％

2％，現代燃氣輪機裝置的熱效率大約只有37％

42％，蒸汽電站的熱效率也只有40％左右。因此，如何更有效地實現熱能和機械能之間的轉換，提高熱機的熱效率，是十分重要的課題。6/23/2025180-2

熱工基礎的研究內容

熱工基礎（熱工理論基礎）工程熱力學傳熱學主要研究內容：

熱工基礎主要研究熱能利用的基本規律以及熱能利用過程及其它熱現象中熱量傳遞的基本規律。

6/23/2025191.工程熱力學的研究內容與研究方法（1）研究內容:

工程熱力學主要研究熱能和機械能之間相互轉換的規律及提高能量轉換經濟性的途徑和技術措施。（2）研究方法:

工程熱力學采用經典熱力學的宏觀研究方法，還普遍采用抽象、概括、理想化和簡化處理方法。

6/23/202520熱機工作過程示意圖高溫熱源吸熱Q1熱機作功W機械能放熱Q2低溫熱源鍋爐汽輪機冷凝器水泵冷卻水過熱蒸汽乏汽循環水發電機6/23/2025212.傳熱學的研究內容與研究方法（1）研究內容:傳熱學主要研究熱量傳遞的規律。

所謂熱量，是指在溫差的作用下傳遞的熱能的數量。由于在人們的日常生活和生產實踐中溫差幾乎無處不在，所以熱量傳遞是普遍存在的物理現象。

一切熱能利用過程都離不開傳熱，熱能利用率和傳熱過程密切相關。

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傳熱學的應用非常廣泛，傳熱學知識在能源、電力、冶金、動力機械、石油化工、低溫工程、環境與建筑等工業領域以及在許多高科技領域都發揮著極其重要的作用。如：電子信息工程、航空航天、醫學和生命科學等。（2）研究方法:

傳熱學主要采用理論分析、數值模擬和實驗研究相結合的研究方法。

6/23/202523熱工基礎課程的學習主要有兩個目的：（1）掌握工程熱力學的基本概念、基本定律和基本分析方法，掌握熱能和機械能之間相互轉換的規律及提高轉換經濟性的方法和技術措施，樹立節約能源、合理用能的觀念；（2）掌握傳熱學的基本概念、基本理論與基本分析計算和實驗研究方法，為今后研究、處理、解決實際的傳熱工程問題奠定必要的技術理論基礎。6/23/202524