工程热力学与能源转换与利用的关系

工程热力学学院：弘深学院班级：12级弘深机械姓名：李浩楠学号：20122642工程热力学与能源转换与利用的关系自然界中可供大量生产动力的主要能源有风能、水能、太阳能地热能、燃料化学能、原子能等。目前应用最多的仍然是矿物燃料的化学能。1众所周知，燃烧是最主要的利用，燃烧产生的热能再转化成为其它形式的能量或直接被利用，故中间环节热能成为最基本、最主要的形式。人们可以直接利用热能为生产和生活服务，例如冶炼分馏加热蒸煮烘干采暖等方面，但更大量的还是通过热机是这些热能部分地转变为机械能，或进一步转变为电能，以提供生产和生活中的大量需求。因此，对热能性质极其转换的规律的研究显得有着十分重要的意义。热力学是研究能量性质及其转化规律的科学，而工程热力学着重研究热能和机械能的转换规律。一个很现实的问题是——热能通过热机转换为机械能的效率较低，早期蒸汽机的热效率只有1％。2％，近代大型蒸汽动力发电装置的热效率也只有35％、40％。当今可再生资源日益减少，在开发新能源的通识，人们也逐渐意识到合理有效地实现热能与其他形式能量的转换、提高能源利用率显得相当的重要性。下面让我们来计算一下一辆汽车的能量转换效率提高1%会带来怎样的结果：以目前一汽大众买的最火爆的朗逸1.6L手动档为例，其百公里油耗为7.20L，整备质量为1245kg，最大功率为77kw，汽油热值42MJ/kg，换算过来是5.68×10^7J/L，朗逸最省油的时速为90——110，我们取110Km/h。那么：百公里的用时为：𝐭=𝟏𝟎𝟎𝟏𝟏𝟎×𝟑𝟔𝟎𝟎𝐬=𝟑.𝟐𝟕×𝟏𝟎𝟑𝒔：百公里的输出功为：𝐰=𝐩∗𝐭=𝟕𝟕×𝟏𝟎𝟑×𝟑.𝟐𝟕×𝟏𝟎𝟑𝐉=𝟐.𝟓𝟏𝟖×𝟏𝟎𝟖𝐉而7.20L汽油所含热量为：𝐐=𝐕∗𝐪=𝟕.𝟐𝟎×𝟓.𝟔𝟖×𝟏𝟎𝟕=𝟒.𝟎𝟖𝟗𝟔×𝟏𝟎𝟖𝑱因此朗逸1.6L手动档的相率为：𝛈=𝑾𝑸×𝟏𝟎𝟎%=𝟐.𝟓𝟏𝟖×𝟏𝟎𝟖𝟒.𝟎𝟖𝟗𝟔×𝟏𝟎𝟖×𝟏𝟎𝟎%=𝟔𝟏.𝟔%如果该汽车的能量转换效率提高1%，则：其百公里需要的热量为：𝐐′=𝐰𝛈+𝟏%=𝟒.𝟎𝟐𝟐𝟑×𝟏𝟎𝟖𝐉因此燃烧效率提高1%，能为我们省下能量：𝐖=𝐐−𝐐′=𝟔.𝟕𝟑×𝟏𝟎𝟔𝑱相当于汽油：𝐕=𝒘𝒒=𝟔.𝟕𝟑×𝟏𝟎𝟔𝟓.𝟔𝟖×𝟏𝟎𝟕𝑳=𝟎.𝟏𝟏𝟖𝟓𝑳也就是说因此朗逸1.6L手动档车百公里省下汽油0.1185𝐿，虽然计算比较粗略，但是从中我们可以看出提高燃烧效率给我们带来的巨大的潜在效益。根据经济学家和科学家的普遍估计，到本世纪中叶，也即2050年左右，石油资源将会开采殆尽，其价格升到很高，不适于大众化普及应用的时候，如果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球，尤以欧美极大依赖于石油资源的发达国家受害为重。最严重的状态，莫过于工业大幅度萎缩，或甚至因为抢占剩余1《工程热力学》高等教育出版社的石油资源而引发战争。因此在能源日益枯竭的今天，一方面我们要积极寻找新能源，寻找更多的可再生能源。另一方面，努力学习相关知识，提高能源的燃烧效率，作为当代的大学生，我们责无旁贷。