搜索
论学高等工程热力学后的感想张丽摘要：高等工程热力学作为暖通空调及热能动力等相关专业的核心基础课程，是研究生阶段所必须认真学习的关键学位课程，文章简要介绍了高等工程热力学的主要内容以及有关知识在相关领域的发展现状及前景。关键词：高等工程热力学、关键学位课、前景PerceptionsofAdvancedengineeringthermodynamicsZhangLiAbstract:Advancedengineeringthermodynamicsashvacandthermalenergyandpowerandrelatedprofessionalcorecourses,isthepostgraduatestagemustseriouslystudythekeydegreecourse,thispaperbrieflyintroducesthemaincontentofhigherengineeringthermodynamicsandrelevantknowledgeinthefieldsrelatedtothedevelopingsituationandprospects.Keywords:Advancedengineeringthermodynamics;keydegreecourse;prospects0引言高等工程热力学是热能与动力工程、建筑设备工程专业、能源、电力、化工、建筑、材料、水利及航空宇航科学与技术等相关科学的的专业课，它主要建立在大学工程热力学的基础上，从工程实际出发来研究物质的热力性质、能量转换的规律和方法以及有效合理利用热能的途径[1]。本学期学习主要是进一步学习了热力学的基本概念、几个主要定律、热力学微分方程、火用、以及氢气技术。同时了解了工程热力学在现今实际工程建设中的应用以及一些现今技术的发展前景。1.高等工程热力学的主要内容高等工程热力学主要研究热能与机械能之间的相互转化，基本原理是热力学第一定律和热力学第二定律，研究的工质主要是理想气体(空气)和实际气体(水蒸气)，研究的循环方式有正向循环和逆向循环，正向循环把热能转变为机械能的过程;逆向循环是热能与机械能的逆向转化即制冷循环过程。热力学第一定律研究和热现象有关的热力过程的能量守衡关系;热力学第二定律是进行热力过程深层次研究的手段，可以通过引入抽象的熵这一概念来判断热力过程能否进行和进行的完善程度。这两个定律是这门专业课程的核心内容，是解决生产和生活中与热现象相关问题的基本和重要方法。高等工程热力学研究的正向循环即动力循环过程包括气体动力循环和蒸汽动力循环.逆向循环即制冷循环过程包括压缩空气制冷循环和压缩蒸汽制冷循环。同时对一些常见重要工质的性质进行了研究.高等工程热力学还介绍了一些工程实际过程和热力循环，并应用工程热力学基本研究手段和方法进行分析和研究。另外，还有两个比较重要的方面，即火用和燃料电池技术。在给定环境下能量中可以转化为有用功的那部分能量即被称为火用。各种形态的能量，转换为“高级能量”的能力并不相同。如果以这种转换能力为尺度，就能评价出各种形态能量的优劣。但是转换能力的大小与环境条件有关，还与转换过程的不可逆程度有关。实际上采用在给定的环境条件下，理论上最大可能的转换能力作为量度能量品味高低的尺度，这种尺度称之为火用（Exergy）[2]。通常的热量平衡和能量转换效率并不能反映出火用的利用程度，因而我们引入了火用效率的概念。火用效率与能量转换效率由类似的定义，所不同的是，火用效率是收益火用与支付火用的比值。火用效率Ex为有了火用效率的概念，我们就可以针对某个热力系统建立火用平衡关系式，并对其进行火用分析，从而达到以下目的：（1）定量计算能量火用的各项收支、利用及损失情况。收支保持平衡是基础，能流的去向中包括收益项和各种损失项，根据各项的分配比例可以分清其主次。（2）通过计算效率，确定能量转换的效果和有效利用程度。（3）分析能量利用的合理性，分析各种损失大小和影响因素，提出改进的可能性及改进途径，并预测改进后的节能效果。[3]另外一个就是燃料电池技术了，燃料电池十分复杂，涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。总的来说，燃料电池具有以下特点：能量转化效率高他直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%。2.燃料电池的现状及发展前景这里主要讲的是质子交换膜燃料电池及固体氧化物燃料电池。质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefuelcell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极[4]。质子膜交换电池作为新一代发电技术，其广阔的应用前景可与计算机技术相媲美。经过多年的基础研究与应用开发，质子交换膜燃料电池用作汽车动力的研究已取得实质性进展，微型质子交换膜燃料电池便携电源和小型质子交换膜燃料电池移动电源已达到产品化程度，中、大功率质子交换膜燃料电池发电系统的研究也取得了一定成果。由于质子交换膜燃料电池发电系统有望成为移动装备电源和重要建筑物备用电源的主要发展方向，因此有许多问题需要进行深入的研究。就备用氢能发电系统而言，除质子交换膜燃料电池单电池、电堆质量、效率和可靠性等基础研究外，其应用研究主要包括适应各种环境需要的发电机集成制造技术，质子交换膜燃料电池发电机电气输出补偿与电力变换技术，质子交换膜燃料电池发电机并联运行与控制技术，备用氢能发电站制氢与储氢技术，适应环境要求的空气(氧气)供应技术，氢气安全监控与排放技术，氢能发电站基础自动化设备与控制系统开发，建筑物采用质子交换膜燃料电池氢能发电电热联产联供系统，以及质子交换膜燃料电池氢能发电站建设技术等等。采用质子交换膜燃料电池氢能发电将大大提高重要装备及建筑电气系统的供电可靠性，使重要建筑物以市电和备用集中柴油电站供电的方式向市电与中、小型质子交换膜燃料电池发电装置、太阳能发电、风力发电等分散电源联网备用供电的灵活发供电系统转变，极大地提高建筑物的智能化程度、节能水平和环保效益[5]。固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池的开发始于20世纪40年代，但是在80年代以后其研究才得到蓬勃发展。早期开发出来的SOFC的工作温度较高，一般在800～1000℃。目前科学家已经研发成功中温固体氧化物燃料电池，其工作温度一般在800℃左右。一些国家的科学家也正在努力开发低温SOFC，其工作温度更可以降低至650～700℃。工作温度的进一步降低，使得SOFC的实际应用成为可能[6]。3.结论通过一学期的学习，我对高等工程热力学中的一些基本概念，定律等又有了更深一层次的理解，同时了解到对建筑类专业，一方面集中供热、供暖的热源，常取自热电联产，空调的冷源来自制冷装置，这要涉及热与功的转换;另一方面湿空气、燃气、制冷剂、溶液等的热力性质，是供热、供燃气、通风与空调工程课程必须要用到的，可见建筑类专业对工程热力学知识的要求更多、更广。所以更进一步的深入学习相关知识，努力提高自己的专业知识是很重要的。[参考文献][1]曹建明、李跟宝主编，《高等工程热力学》，北京大学出版社，2011[2]郑宏飞，自然资源的火用分析观，北京理工大学学报，2003/02[3]杨东华，热工问题的火用分析，工程热物理学报，1981/01[4]刘志祥，钱伟，郭建伟，张杰，王城，毛宗强，质子交换膜燃料电池材料，化学进展，2011/Z1[5]苏林，燃料电池驱动世界，中国高校科技与产业化，2004/08[6]马欢，谢建，燃料电池及其应用前景，可再生能源，2004/03