工程熱力學意義精選(九篇)
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第1篇：工程熱力學意義范文
由于浮法玻璃的產量相當巨大，所以其嚴重影響到我國的經濟和相關產業。浮法玻璃制造工藝一向被公認為是玻璃生產工藝里面的規模生產技術水平最高的，但是它也存在諸多的問題，比如：其溶制時間很長、其溶制的溫度很高、其余熱和廢氣度環境的危害很大、能源和原材料的消耗量也很大等等。除此以外，生產出來的玻璃產品還依賴高溫、嚴格的氣氛控制以及長時間保溫等來確保錫槽和熔窯等生產設備的穩定。所以，對其的生產還需要做進一步研究，以促進發展的平衡。
化學熱力學就是一個能到做到全方位分析和研究的工具，不需要太多的數據就可以研究材料生產制備的熱加工過程和過程中材料的相結構以及其性能的嬗變規律。對于這一點，在鋼鐵材料的研究運用中最為顯著。然而，大家也都清楚，玻璃是典型的非晶態無定型的物質，并且它的結構極為復雜，和相結構和相組成比較簡單的金屬材料是大有不同。因此，所采用的模型、計算方法還有對應的數據庫以及其數據整理等都會不同，需要對此一一展開研究。本文是闡述通過嘗試使用化學熱力學方法來研究浮法玻璃的一些工作，希望可以啟到一定的作用。
化學熱力學計算的研究平臺MTDATA
MTDATA是一整套電子計算機軟件程序包和數據庫技術，是用于多項復雜體系化學熱力學、熱過程計算分析。它的工作原理就是以熱力學物理相平衡的原則。通過積累的簡單系統的熱力學數據和專門構建的數據庫來作為基礎，根據選擇的或者設計的模型來展開計算分析工作。全過程通過相變熱力學計算分析以及非平衡計算的模型方法和實際測量的數據，就可以氣相在內的體系各相間的真實相互轉變的關系，由此可以很清楚地知道材料的制備和加工的過程，從而找出可以提高產品質量的關鍵點和環保的途徑，這樣有助于可持續發展。針對平板玻璃而言，其結構的形成，產品性能的變化，玻璃氣泡與玻璃產品性能，其熔化制備過程中的硅酸鹽反應過程細節，氣氛與澄清，氣體成分分布以及熔窯侵蝕等對玻璃生產工藝過程很重要，可是傳統的方法卻很難深入到系統的研究，所以采用這種方法比較合適。
數據的采集和數據庫
之前就有提到說浮法玻璃的組成是非常的復雜的，而且整體體系的化學熱力學相變過程所涉及到的因素也很多。所以在這個計算處理的過程中，不能僅是簡單的數據疊加，需要專門設計計算的流程和模型以及專業的數據庫才可以滿足。所以，NPL的方法是和皮爾金頓等企業合作建設MTOX數據庫，并且不斷地升級，可以涵蓋研究中可以包含的所有的氣體系統。其數據庫的問題對于研究的結果是否具有準確性和實用性啟著關鍵的作用。在研究中，發現了浮法玻璃在高溫液態的時的氣態的含量對玻璃液的澄清和產品的光學性能影響較大。所有計算體系中，對采用的數據和數據庫需要進行部分實測和計算調整。因為一般的浮法玻璃都是氧化物體系，含氧類的氣體為主，通過氧化物的氣體傳感器，利用電化學原理，形成系統的裝置，實施實驗室和生產在線測量，經過整理、對比以及計算分析，便可以推算出玻璃窯和玻璃液中氣體的含量變化規律，以此作為化學熱力學計算的基礎數據之一。
玻璃形成的過程
普通硅酸鹽玻璃成分結構很復雜，玻璃結構的形成過程對于玻璃的研究者和制造者來說，十分重要。如果可以掌握玻璃結構的形成規律以及與制備環境條件和原料的組成的關系，就可以很全面地控制玻璃的改性、玻璃的生產以及其加工，找到工藝制度需要改進的地方和可以采用環保的生產的措施等等。雖然熱力學計算出的相比較復雜，但是它的結構變化是對應著普通平板玻璃液相形成的變化規律，這便可以結合現代的結構分析方法來分析總結出玻璃的結構和形成的特點。
玻璃生產中所用的澄清劑
玻璃澄清也就是將玻璃里面的氣泡清除掉。現在采用熱力學研究的方法就是，通過設計研制的探測器，定位安放和測量獲得氣體、氣泡的信息。進行計算，做好化學組成、溫度的研究，從而建立模型，掌握氣泡的衍生和變化的規律。從而專門研發相關的澄清劑和專門的數據庫，促進深入研究氣泡的形成變化。
總結
第2篇：工程熱力學意義范文
關鍵詞：數學物理；工程熱力學；教學
作者簡介：高蓬輝（1979-），男，山西興縣人，中國礦業大學力學與建筑工程學院，副教授；張東海（1977-），男，江蘇徐州人，中國礦業大學力學與建筑工程學院，副教授。（江蘇 徐州 221116）
基金項目：本文系中國礦業大學青年教師教學改革資助項目（項目編號：2001207）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）22-0087-02
“工程熱力學”為能源工程、機械工程、化學工程、材料工程以及航空航天工程等多門學科的發展奠定了基礎，熱工理論的研究與應用直接決定能源轉化效率、節能技術及環境保護實施的成效，對于人類社會的可持續發展具有重大意義。因此，作為高校工科專業的重要基礎課，加強“工程熱力學”的教學效果就尤為重要。我國近兩百所高校開設建筑環境與能源應用工程專業，全部將“工程熱力學”課程設置為主干專業基礎課之一。“工程熱力學”課程不僅是后續專業課程學習的理論基礎，同時直接為學生今后的科研和工作實踐提供理論指導，具有重要的學習意義和實際應用價值。[1]
筆者根據自身在“工程熱力學”課程教學過程中的切身體會和經驗，指出應注重將基礎數學、物理理論知識融會于“工程熱力學”課程講授過程中，促進學生對熱力學中抽象概念和過程的深入理解，達到提高和改善教學效果的重要作用和目的。
一、基礎數學物理知識在熱力學理論中的體現
熱力學的先修課程主要有高等數學和普通物理等課程，在教學中發現許多學生高等數學知識薄弱，需要在課堂教學中講解大量的高等數學知識，才能使課堂教學質量得到保證，然而卻浪費了“工程熱力學”課程自身的教學時數，因此探索基礎數學、物理知識體系與熱力學之間合理的聯系以及有機過渡的教學方法成為熱力學教學中必須重視的問題之一。
熱力學作為一門非常系統且抽象的學科，其科學性、嚴謹性主要是通過各個章節中貫穿其中的數學體系來構建而成的。如何科學、深入理解這些繁雜這些概念和數學結論，成為課堂教學活動中非常關鍵的一環。以下我們將例舉熱力學中非常重要的一些基于數理知識的基本概念和理論推導過程。
1.狀態參數
在熱力學的教學過程中，我們把系統中瞬間表現的工質熱力性質的總狀況，稱為工質的熱力狀態，簡稱為狀態。[2]熱力狀態反映了工質大量分子熱運動的平均特性，描述工質狀態特性的各種物理量稱為工質的狀態參數。而狀態參數是熱力系統狀態的單值函數，與熱力過程無關，狀態參數的這一特性的數學特征為點函數，表示為：
（1）
循環積分為：
（2）
在教學活動中，應將微分的理念融入到狀態參數概念的講解中，并通過全微分將熱力系統狀態參數為點函數的特性進一步闡述，使學生深入理解熱力狀態參數的特殊性。
2.微變量dh與變化量h的區別
在熱力學第一定律的學習過程中，對于焓有兩個非常相似的公式：
（3）
（4）
上式（3）和（4），從外形來看，非常相似，且學生在學習過程中，也容易忽視其細微差別。從數學角度來看，在教學過程中應對其進行區分。式（3）為焓的微分計算表達式，dh為焓的微變量值；式（4）為焓的改變量計算表達式，h為焓的變化量，即式（4）是通過對式（3）進行積分后得到的。這些細微概念上的差別，帶來完全不同的熱力學分析。通過上述的詳細講解和區別，可以加深學生對熱力學中相關公式和計算過程的理解。
3.卡諾循環與極限的概念
卡諾循環解決了在一定的高溫熱源T1和低溫熱源T2間，熱功轉換最大效率的問題。由于卡諾循環是典型的可逆循環，在整個熱力轉換過程中，沒有熵產，即沒有不可逆因素所引起的做功能力的損失，因此，該循環熱效率ηtc=1-T2/T1成為兩熱源T1、T2之間工作熱機的最大循環熱效率。
在課堂講解中，聯系實際工業生產和生活中的熱力機械，指出實際熱力機械的熱功轉換效率都低于卡諾循環熱效率ηtc，原因在于卡諾循環作為可逆循環，是一理想熱力循環，其熱效率為實際生產、生活中熱力循環效率的極限。[3]因此，實際生產和生活中的熱力循環效率只能小于卡諾循環的熱效率，不可能大于卡諾循環的熱效率。這樣從數學極限的角度也解釋了為什么卡諾循環效率是一定高、低溫熱源間工作熱機的最大效率的問題，使學生更加容易理解卡諾循環這節的相關概念和理論。
4.音速
研究流體在管道內流動時，我們提出了音速α，并且對定熵流動中音速用下面的公式進行計算：
（5）
在得到音速與溫度之間的函數關系時，指出理想氣體定熵過程方程式：
（6）
對式（6）進行變形，得到 （7）
在將式（7）代入式（5）時，遇到與是否等效的問題，從形式看，一為偏微分關系，另一為全微分關系。但從變量與因變量的角度來看，同樣反映出變量與因變量間的函數變化關系，在課堂教學過程中，需要對這一細微差別進行講解，以促進學生對物理過程以及數學關系的理解，不可一帶而過，從而造成學生概念以及數學關系理解上的斷層和缺失。
二、構筑基礎數理知識與“工程熱力學”課程有機結合的教學方法
“工程熱力學”課程的一個重要特點是基本理論多，基本概念抽象。為此，在課堂教學中針對基本理論部分，把講解重點放在基本理論和基本概念的深入理解上，如狀態參數、可逆過程、熱功轉換、熱力學第一、二定律、卡諾循環、卡諾定律、熵等，這些一定要詳細講解、分析透徹。特別是熱力學第二定律的課堂教學中，因為該部分內容概念抽象、原理費解，又不能用實驗來演示，所以學生學習非常困難，但熱力學第二定律作為“工程熱力學”課程的核心內容之一，非常重要。凡此種種，筆者作為“工程熱力學”課程的講授教師，在教學活動中，認為通過將基礎數理知識與“工程熱力學”課程有機結合的教學方法，可以提高和改善課堂教學效果，促進學生對“工程熱力學”課程內容的掌握和理解。教學活動中可以采取以下的方法，以實現將基礎數理知識與“工程熱力學”課程結合的教學：
1.課程準備階段
在“工程熱力學”課程的備課階段，先將本章節內容難以理解的概念、定理以及公式推導過程摘出來，同時考慮這些部分與哪些基礎數學、物理知識相關，并將這部分數理知識作為課堂講授內容的鋪墊部分準備到“工程熱力學”課程的課堂教學活動中，即將這部分基礎數理知識寫入課堂講義、PPT教學幻燈片中。
2.課堂講授階段
在“工程熱力學”課程的課堂講授過程中，將熱力學基本概念、原理和公式的推導與基礎數理知識結合起來，在講授過程中，實現熱力學本身內容與基礎數學、物理知識的互動講解，從而達到改善教學效果、使學生易于理解和掌握的教學目的，實現學生對復雜、難懂內容的系統把握和理解。
3.課后反饋階段
課后可以與學生圍繞課程教學內容進行溝通，對課堂教學不足之處進行查漏補缺，一方面可以掌握學生的掌握情況，另一方面可以對教學方法不斷改進，起到再次升華的作用。
三、結論
“工程熱力學”作為能源、機械和化工等眾多學科領域方面的一門基礎專業課，其重要性不言而喻。如何改進已有的教學方法，改善和提高現有的課堂教學效果，成為各高校“工程熱力學”課程教師所共同關注的關鍵問題之一。本文從筆者自身的教學體會出發，根據“工程熱力學”課程內容的特點，提出將基礎數理知識融入到“工程熱力學”的教學活動中，并給出了實現將基礎數理知識與“工程熱力學”課程結合的教學方法和途徑，為“工程熱力學”課程的講授提供了新的思路和方法，對其他課程的教學改革也有一定的借鑒意義。
參考文獻：
[1]歐陽琴，寇廣孝.建筑環境與設備工程專業“工程熱力學”課程改革探索[J].教育教學研究，2011，（12）：191-192.
第3篇：工程熱力學意義范文
關鍵詞：化工熱力學 教學 課程質量
中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0213-01
化工熱力學是是化學工程一個重要的基礎學科，是工程與工藝等各類化工專業的必修課程。該課程把熱力學的基本原理應用于化工技術領域，結合表征實際體系特性的狀態方程、活動系數模型進行各種熱力學性質的計算。由于該課程相對于其他課程而言理論性強，概念多、公式多，學生往往覺得抽象不易掌握。大篇幅的公式推導也讓學生望而生畏[1-2]。
如何引導學生掌握本課程的基本原理、應用及實驗技能，了解學科發展動態，培養學習的嚴謹作風，也是本課程教學必須回答的問題。本文試從以下幾個方面進行改進，以期提高化工熱力學的教學質量。
1 理論聯系實際，激發學生學習興趣
對日常生活中一些常見的現象用專業的化工熱力學知識給予科學的解釋。這樣可以使學生感受到該課程對生活實踐的指導意義，從而激發學生的學習熱情和興趣，達到既掌握了化工熱力學的知識又培養了學生分析問題和解決問題能力的目的。
例如：冰箱的工作原理與空調是否相同？夏天打開冰箱門是否能當空調？空調與取暖器哪個更省電？將冰箱和空調的工作原理與第六章的制冷循環相聯系。為何從天然植物中提取香精、色素等有效成分常用超臨界萃取技術？萃取劑為何常選CO2？在第二章PVT關系的應用當中著重介紹了超臨界萃取技術以及萃取劑的選擇[3-4]。在講到相關的理論知識時，適時的把這些學生感興趣的問題穿來，使理論知識不再那么枯燥。
比如說在講第六章熵增原理的時候，可以做適度的延伸，將熵增原理與宇宙的變化過程聯系起來。霍金[5]在《時間的方向》這一報告中，提出了熱力學時間箭頭、時間箭頭和宇宙學時間箭頭的一致性。根據熱力學第二定律，事物總是向無序狀態變化，稱為“熵”的不斷增大。因此，我們只能看見杯子打碎成碎片的過程，從來不會看見杯子的碎片復原成為杯子，相對來說，杯子是有序的狀態，碎片是無序的狀態。阿姆斯特丹大學理論物理學院埃里克.弗林德教授（Erik Verlinde）認為引力從本質上是一種熵力，如果一個物體在其它物體周圍發生微小移動會改變周圍的無序度，就會感受到引力。
通過這樣一些理論的提出，讓學生通過討論，首先能培養學生勤于思考、開拓創新的精神；其次將熱力學的理論與哲學、物理學等其他學科相聯系，能讓學生了解自然科學其實沒有學科的邊界，科學是相通的思想；三是介紹一些化工熱力學在實際生活中的應用。例如在講授范德華方程時，講述了萊頓低溫實驗室的創始人著名低溫物理學家卡末林-昂內斯如何利用范德華方程成功地把一種又一種“永久氣體”（氧氣、氫氣、氦氣等）液化，乃至作出對人類社會產生巨大影響的貢獻—— 超導電性的發現。最后如何利用超導電性實現磁懸浮列車，讓學生感受到化工熱力學在實際生活中的重大指導意義。
2 與時俱進，借助計算機軟件來輔助教學
在化工熱力學教學過程中，公式多，計算復雜成為嚴重影響教學效果的主要因素。為了使學生在今后的工作實際當中能更好的運用化工熱力學知識解決實際問題，我們在教學過程中，專門作了一個專題，介紹了目前應用較多的幾種軟件，包括Aspen Plus，Simulis Thermodynamics， HSC chemistry等。其中著重介紹了目前應用最廣的Aspen Plus （Advanced System for P
rocess Engineering）。該軟件美國AspenTech公司研制，由MIT主持、能源部資助、55個高校和公司參與開發。是基于序貫模塊法的穩態過程模擬軟件，并附帶有龐大的數據庫，包含了豐富的狀態方程和活度系數模型。在各章節的計算過程中，分別對這幾種軟件相關的熱力學計算部分進行了演示。
3 尊重傳統，培養學生嚴謹的學習作風
化工熱力學是一門嚴謹的課程，有人稱之為完美的學科，就是因為它的理論和公式都有嚴密的理論基礎，都是通過層層推導得到的。而本課程中最主要的內容就是熱力學性質的計算。盡管有相應的軟件工具可以進行輔助計算，但在教學過程中還是不能忽視學生的計算和推理能力的培養。通過日常的作業和課堂上的習題演練，讓學生在做題過程中領會化工熱力學的精髓，培養其嚴謹的學習態度和作風。
4 把握主線，縱觀全局，理清脈絡
化工熱力學課程主要由原理、模型和應用三部分所組成。原理是基礎，應用是目的，模型是應用中不可缺少的工具[7]。如果把化工熱力學比作一個大樹，那么原理就是它龐大的根系，模型是它的主干和枝丫，而應用這是化工熱力學所開出的花朵和果實。
因此在每一章學習之前，我們都會給學生提供兩副結構圖。一是本門課程所研究體系的框架圖。二是每章之間的關系及聯系圖。使學生能全面把握化工熱力學的整體框架，正確理解熱力學概念，靈活運用熱力學原理。在學習時能做到，“提起是一串，放下是一堆”的學習方式。
參考文獻
[1] 劉守軍，何秀麗.《化工熱力學》教學中應把握的幾個問題[J].太原理工大學學報：社會科學版，2001，19（1）：80-86.
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[4] 陸小華，馮新，吉遠輝，等.迎接化工熱力學的第二個春天[J].化工高等教育，2008（3）：19-21.
[5] 包科達.熱物理學基礎[M].高等教育出版社，2004.
第4篇：工程熱力學意義范文
關鍵詞 熱力學第一定律 熱力學第一定律 卡諾定理
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2015.04.039
Teaching of the First Law of Thermodynamics and
the Second Law of Thermodynamics
WU Hequan， XIE Wenhong
（College of Automative and Mechanical Engineering，
Changsha University of Science & Technology， Changsha， Hu'nan 410114）
Abstract Details of the emergence and development of the first law of thermodynamics， the second law of thermodynamics and the linkages between them. Further understanding of the process of teaching the knowledge of thermodynamics has played a good role in promoting， improving the quality of teaching.
Key words First Law of Thermodynamics; Second Law of Thermodynamics; Carnot theorem
0 引言
“工程熱力學及傳熱學”課程是主要研究熱能與機械能互相轉換以及熱量傳遞規律的一門學科。“工程熱力學及傳熱學”圍繞能量轉換與傳遞這一主線，是對工程熱力學及傳熱學兩個研究方向的綜合。其特點是涉及內容廣，知識點多，主要包括熱力學第一定律、熱力學第二定律、熱力過程計算、傳熱學的基本概念、換熱器熱計算等。它在社會生活中的應用是非常廣泛的，在很多領域包括現代工業、農業、交通運輸和國防建設等。雖然熱機發展一百多年，已經非常完善，很多熱力學理論已經在實踐中得到了應用。但是在面對如今國際社會能源短缺、環境污染等問題中，推進熱力學的研究，提高能源的利用效率是解決這些問題的一個關鍵。而熱力學第一和第二定律是熱力學基礎，學好并掌握這些基本理論，才能更好地研究熱能傳遞和轉換的規律并把它轉化成實際成果應用到社會生產生活之中。
1 熱力學第一定律概述
熱力學第一定律實質是能量守恒定律在熱現象上的應用。能量守恒定律可以表示為：自然界的一切物質都具有能量，能量有多種不同的表現形式，可以從一種形式轉化為另外一種形式，也可以從一個物體傳遞給另外的物體，在轉化和傳遞過程能量保持不變。熱力學第一定律則可以表述為：熱可以變為功，功也可以變為熱;當一定量的熱消失時，必產生等量的功;消耗一定量的功時，必產生與之相應數量的熱。表達式為： = +。熱力學第一定律否認了能量的無中生有，正因為如此那種不需要任何動力和燃料就能持續做功的第一類永動機只能是幻想。
能量轉換與守恒定律首先是從力學中以“活力守恒”的形式提出來的。系統吸熱，內能應增加;外界對系統做功，內能也增加。若系統既吸熱，外界又對系統做功，則內能增加等于這兩者之和。熱力學第一定律就是能量轉化和守恒定律。十九世紀中期，在長期生產實踐和大量科學實驗的基礎上，它才以科學定律的形式被確立起來。著名物理學笛卡爾在1644年就提出了“運動守恒”的概念，隨后德國數學家萊布尼茲引入了“活力”的概念，意大利物理學家伽利略研究斜面問題和擺的運動，斯蒂芬研究杠桿定理。伯努利的流體運動方程實際上就是流體運動中的機械能守恒定律，1834年愛爾蘭物理學家哈密頓《論動力學的普遍方法》，提出了哈密頓原理。至此能量守恒定律及其應用已經成為力學中的基本內容，為能量守恒定律的建立準備了條件。1841～1843年，德國科學家邁克爾和英文物理學家焦耳提出了熱能與機械能相互轉換的觀點，為熱力學第一定律的建立奠定了基礎。
熱力學第一定律的確立，突破了人們關于物質運動的機械觀念的范圍，從本質上表明了各種物質運動形式之間相互轉換的可能性，說明運動形式相互轉換的能力也是不滅的，是物質本身固有的。
2 熱力學第二定律
熱力學第一定律說明了熱能是可以轉換的，可以由熱能轉換成機械能，也可以由機械能轉換成熱能，而且能量不會消失。但是如果僅僅只是這樣，那有很多現象是解釋不了的。比如一輛小車給它一定動能，讓它在路上行駛，走了一段路程后，由于小車和路面有摩擦，小車速度逐漸減小，最后停止。原來的動能全部轉化為摩擦產生的熱能，然而反過來，這些熱能能還給小車，再重新讓它動起來嗎？再比如一個燒紅了的鍛件，放在空氣中便會慢慢冷卻。顯然，熱能從鍛件散發到周圍環境中了;周圍環境獲得的能量等于鍛件放出的熱量。反過來，這個已經冷卻了的鍛件能從周圍環境中收回那部分散失的熱量，重新赤熱起來嗎？這樣的過程都不違反熱力學第一定律。然而，經驗告訴我們，這是不可能的。
所以在熱能轉換為機械能這一問題中，除了要遵循熱力學第一定律，還要滿足其它約束條件。這就是熱力學第二定律的研究內容。熱力學第二定律的實質就是指出了一切自然過程的不可逆性，也就是說自然界中的過程具有方向性。過程總是自發地朝著一定的方向進行。機械能總是自發地轉變為熱能;熱量總是自發地從高溫物體傳向低溫物體等等。這些自發過程的反向過程（稱為非自發過程）是不會自發進行的。這種不可逆的過程可以用熵來描述。自然界的一切自發過程都是朝著熵增大的方向進行的。只有可逆過程，系統的熵保持不變。這就是熵增原理，這是熱力學第二定律的其中一種表述方式。
在熱力學第二定律告訴我們能量轉化具有方向性。即機械能可以百分之百的轉化為熱能，但熱能轉化為機械能的效率不可能達到百分之百。那么熱機的效率最高能達到多少呢？1824年，法國工程師卡諾提出了一種熱效率最高的循環――卡諾循環。它包括兩個等溫過程和兩個絕熱過程。如果把高溫熱源的溫度記為，低溫熱源的溫度記為，通過熱力學計算可以得到卡諾循環的熱效率表達式 = /。當高溫熱源的溫度足夠高，而低溫熱源的溫度足夠低的時候，卡諾循環的熱效率理論上可以無限的接近1，因此可以說卡諾循環的熱效率最高。從中可以得出以下結論：（1）卡諾循環的熱效率只決定于高溫熱源和低溫熱源的溫度，也就是工質吸熱和放熱時的溫度;（2）增大，減少，可以提高卡諾循環的熱效率;（3）卡諾循環的熱效率只能小于1，不能可能等于1。因高溫熱源的溫度不能等于無窮大，低溫熱源的溫度也不可能等于零。這就表明熱能不可能全部轉變為機械能;（4）當 = 時，卡諾循環的熱效率為零。這表明，在沒有溫差存在的熱力系統中，熱能不可能轉變為機械能。或者說，單熱源的熱機，即第二類永動機是不可能造成的。
在卡諾定理的基礎上，人們總結出了熱力學第二定律的兩種主要表述方式。克勞修斯說法：熱量不可能自發地、不付代價地從低溫物體傳至高溫物體。開爾文說法：不可能從單一熱源取熱使之完全變成有用功而不產生其它任何他影響。它們都說明了自發過程的不可逆性，可以證明這兩種表述方式是等價的。那種設想把海洋或空氣當作單一熱源，從中吸收熱量并完全轉化為有用功的第二類永動機是不可能實現的。
熱力學第二定律的意義實際已經遠遠超出了熱機熱效率的范疇，它指出了自然過程進行的方向性，說明了能量品質的高低。
3 結語
熱力學第一定律和熱力學第二定律是人們在日常社會生產實踐中總結出來的普遍規律，它們被許多實驗和具體實踐證明是正確的。熱力學第一定律和熱力學第二定律的建立，奠定了工程熱力學與傳熱學的理論基礎，也徹底了永動機的幻想。大學生在學習熱力學第一定律和熱力學第二定律時應該理解它的內容，實質，掌握它的重點和難點。了解熱力學第一定律和熱力學第二定律的發展過程，要學會自我歸納總結，做到獨立思考。教師應該把精力放在提高熱力學第一定律和熱力學第二定律的教學深度以及加強實踐應用上。熱力學第一定律和熱力學第二定律是自然界的普遍法則，蘊含了大道理，驗證了辯證唯物主義思想，所以教師應該把事物發展的科學道理在這一章充分展現出來。熱力學第一定律和熱力學第二定律是“工程熱力學及傳熱學”課程的重要內容，也是理工科學生必須掌握的基本知識，因此對它們進行深入研究有利于提高課程的教學質量。相信對熱力學第一定律和熱力學第二定律的研究一定會推動社會的進一步發展。
基金項目：長沙理工大學教改課題項目
參考文獻
[1] 李岳林，劉志強，武和全.工程熱力學與傳熱學[M].北京：人民交通出版社，2013.
[2] 沈維道，童鈞耕.工程熱力學[M].北京：高等教育出版社，2007.
第5篇：工程熱力學意義范文
關鍵詞：Aspen；化工熱力學教學；p-V-T關系；狀態方程
中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）21-0214-03
一、引言
化工熱力學是化學工程的基礎學科，是化學工程與工藝專業的必修課程，在化學工程的教學過程中占有極其重要的地位。
學習化工熱力學課程的目的是為了解決實際問題，物性數據的計算是本課程的重要內容，因為過程工程的研究、設計、操作與優化中都離不開物性數據。例如，為蒸餾、萃取、結晶等分離過程提供基礎數據；從容易測量的性質推算難測量的性質；從溫和條件的物性數據推算航天發射、深潛高壓等苛刻條件下所需的物性數據等等。
化工熱力學的研究對象更接近實際過程，實際過程所涉及的系統如此復雜，溫度、壓力范圍如此寬廣，化學工程師們不能再依靠簡單的理想氣體或理想溶液模型來計算物性了，而是需要適用范圍更廣、準確性更好、復雜性更高的模型，如PR等狀態方程，借助商業化的化工流程模擬軟件Aspen來促進化工熱力學教學是一個很好的選擇，對促進學生掌握概念，強化基礎，提高應用能力具有重要作用。同時對后續的化工設計、化工計算等課程的教學十分有益。化工熱力學教學中引入Aspen具有如下優點：
1.Aspen軟件中物性計算原理與本課程熱力學性質的計算原理是一致的，用該軟件輔助熱力學教學，能提高教學效率，簡化計算過程，激發學生的學習興趣。另一方面，也能使學生掌握Aspen軟件物性計算原理的內核，了解更多的基礎數據來源，提高應用能力，真正掌握“核心技術”，不至于再像從前那樣，只知計算結果，不知計算原理，不明所用的模型，不能分析結果。
2.國內許多高校的后續課程，如化工設計、化工計算等教學中也開始采用Aspen輔助教學，化工熱力學作為這些課程的基礎，采用Aspen進行熱力學性質計算，無疑會使得后續課程的基礎更加扎實。
用Aspen軟件指導化工熱力學的教學過程，在發達國家也受到高度重視，如Sandler等也出版了相關的教學指導材料[1]。但國內的化工熱力學教學與國外教學有相當的差異性，如，國內的教學課時數較少，教材內容更緊湊，因此，引入化學物性計算軟件來提高教學效率更加重要。
在之前的文章中已經就Aspen軟件輔助[2，3]化工熱力學教學進行簡單探索，但存在和課本知識與課堂教學不能較好匹配的問題，因此我們將基于Aspen軟件，結合化工熱力學課程教學，演示完成化工熱力學性質計算過程，包括典型的流體性質，如p-V-T性質、焓、熵、熱容、逸度、相平衡、穩定流動及循環過程的模擬計算等，能較全面地輔助化工熱力學為教學過程，是展示化學熱力學在相關過程中的應用，提升教學效果的一種嘗試。
本文用PR方程完成流體p-V-T性質計算。
二、流體p-V-T性質計算的原理
狀態方程是物質p-V-T關系的解析式。以經典的立方型狀態方程PR方程[4]為例，該方程描述為
其中，ai與bi是混合物中純組分I的模型參數，kij是二元相互作用參數[5]，其數值一般從混合物的實驗數據擬合得到，也可以通過從混合物的第二virial系數的數據來決定。
計算由Aspen自帶的數據庫就能提供相關的臨界參數等物性數據，以完成物性的推算。
三、流體的p-V-T性質計算
本文采用《化工熱力學》[6]中的兩個實例，對Aspen計算過程進行簡要說明。
實例一選自《化工熱力學》例題2-3，用PR方程計算異丁烷在380K的飽和氣、液相摩爾體積。利用Aspen計算過程如下：
1.啟動Aspen Plus User Interface，選擇Run type為Property analysis。
2.在Components>Specifications>Selection下設定組分為異丁烷。
3.在Property>Specifications>Global>Base method下選擇狀態方程為PENG-ROB。
4.在Property>Prop-Sets下新建一個物性集“PS-1”，在Property>Prop-Sets>PS-1>Properties下設定物性參數V，在Property>Prop-Sets>PS-1>Qualifiers設定Phase為Liquid和Vapor。
5.在Property>Analysis下新建一個物性分析“PT-1”，Select Type選擇GENERIC。
6.在Property>Analysis>PT-1>System下選擇Point（s） without flash，輸入異丁烷的摩爾流量為1kmol/hr。
7.在Property>Analysis>PT-1>Variable下輸入溫度為380K，在Adjusted variables下選擇Variable為Pressure，隨后點擊Range/List，輸入壓力值為22.5bar。
8.在Property>Analysis>PT-1>Tabulate下選擇第5步建立的物性集PS-1。
9.點擊NEXT，計算完畢，在Results查看結果。
將實例一的計算結果與教材結果對比，整理后如下表所示：
由此可見，Aspen計算結果與實驗值相差較小，在誤差允許范圍內。因此可認為計算結果可靠。
實例二選自《化工熱力學》例2-4，用PR方程計算由R12（CCl2F2）和R22（CHClF2）等物質的量的混合氣體在400K和1MPa，2MPa，3MPa，4MPa，5MPa時的摩爾體積。并假定二元交互參數kij為0。
該例在Aspen中的操作上與實例一基本一致，具體過程如圖1所示：
將實例二的計算結果與教材結果對比，整理后如下表所示：
由此可見，Aspen計算結果與教材值相差較小，在誤差允許范圍內。因此可認為計算結果可靠。
四、討論
在用Aspen計算上述兩個實例時，需要注意以下幾點：
1.在進行計算前，應先了解溫度、壓力等基本單位。在Setup>Specifications>Global下，可以設定輸入以及輸出的單位，在本例中，選用了SI-CABR單位集，默認溫度單位為℃，壓力單位為bar。
2.在實例二的計算中，題目中已假定兩物質的二元交互參數kij為0，因此在選好狀態方程后，可以在Property>Parameters>Binary Interaction>PRKBV-1中，查看各組分的二元交互參數，在Aspen中，PR方程中的kij由三個參數進行描述，即，可以看到在Aspen中R12與R22的這三個參數的默認值均為0，符合計算要求。而在實際生產中，可通過利用實驗數據得到回歸值，在相關位置進行修改后，使得計算值更貼近實際值。
3.實際過程測定混合物性質需要花費大量人力、物力和時間，但用Aspen軟件和化工熱力學原理，推算混合物的性質具有準確、高效的特點。
五、結論
利用Aspen軟件進行流體p-V-T性質計算，操作步驟簡單易行，計算結果比較準確。可以使學生對求體積根、混合法則的應用等方面有更深的理解，有利于教學過程。同時，進一步掌握了Aspen軟件的內核，還可以實現利用Aspen完成物性數據的計算，將化工過程的基礎計算、流程模擬統一起來，利用一個專業軟件解決多個課程的問題，增加將來在工作中應用物性推算解決實際問題的能力。
參考文獻：
[1]Sandler S I. Using Aspen Plus in Thermodynamics Instruction：A Step-by-Step Guide [M].New Jersey：John Wiley & Sons，Inc，2015.
[2]陳新志，趙倩，錢超.基于Aspen-Plus的化工熱力學教學（Ⅰ）均相性質計算[J].化工高等教育，2011，（05）：75-79.
[3]陳新志，趙倩，錢超.基于Aspen-Plus的化工熱力學教學（Ⅱ）純物質飽和性質計算[J].化工高等教育，2011，28（06）：58-60.
[4]Peng D Y，Robinson D B. A New Two-Constant Equation of State[J]. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals，1976，15（1）：59-64.
第6篇：工程熱力學意義范文
【關鍵詞】準靜態過程可逆過程
【中圖分類號】O414.1【文獻標識碼】A【文章編號】1006-9682(2009)12-0069-02
準靜態過程和可逆過程是熱力學中的兩個很重要的概念。目前國內很多教材對這兩個概念并不加以明顯的區分,很多文獻直接冠以準靜態過程的功、熱量的說法。對這兩個熱力學過程,筆者有一些自己的看法,在這里和同行們進行共同的探討。
一、準靜態過程的定義
就熱力系本身而言,熱力學僅對平衡狀態進行描述,“平衡”就意味著宏觀是靜止的;而要實現能量的轉換,熱力系又必須通過狀態的變化即過程來完成,“過程”就意味著變化,意味著平衡被破壞。“平衡”和“過程”這兩個矛盾的概念怎樣統一起來呢?這就需要引入準平衡過程。[1]
《中國大百科全書》(物理卷)中這樣定義準靜態過程:[2]準靜態過程是“熱力學系統在變化時經歷的一種理想過程,準靜態過程的每一個中間狀態都處于平衡態”。或者可以更明確的定義:熱力學系統狀態發生變化時,經歷的每一中間狀態都無窮接近于平衡態的熱力過程稱為準靜態過程。
盡管實際的熱力過程都是在有限的溫差和壓差下進行的,都是不平衡過程。但如果和弛豫時間相比,熱力過程進行的足夠緩慢的話,那么系統在實際過程中所經歷的狀態都十分接近于平衡態,以至我們可用無窮多個勢差為無窮小,前后相繼的平衡態來描述系統實際經過的熱力過程。顯然,這是一種理想化了的過程,但是這種與實際偏離、被理想化了的方法,為經典熱力學描述系統經歷的實際變化過程提供了可能,使得狀態變化能夠在熱力性質圖上用熱力過程曲線來描述。因此,準靜態過程是經典熱力中一類極為重要的過程。[3]
二、可逆過程的定義
可逆過程是熱力學中從另一個角度定義的一類理想過程。《中國大百科全書》(物理卷)對其這樣定義:“一個系統由某個狀態出發經過某一過程達到另一狀態,如果存在另一過程,能使系統回到原來的狀態,同時消除了原來的過程對外界所引起的一切影響,則原來的過程就稱為可逆過程”。
上述定義實際上包含了兩方面的意義。因為定義中的初態和終態是任意的,所以定義的第一個意義是系統經歷一個可逆過程后,可以嚴格地按照原來的途徑返回到最初的狀態,因此可逆過程必然是準靜態過程。該定義的另外一個意義是,可逆過程中不存在任何的耗散損失,因此,在按其反過程返回初態后,沒有給外界留下任何的痕跡。
引入可逆過程這個概念后,系統與外界功量和熱量的交換能用系統的參數來計算,而無需考慮不知道情況的外界參數,從而使問題簡化,而只需要把注意力放在系統,即系統內工質的狀態及狀態的變化描述上,這正是可逆過程的突出優點;可逆過程進行的結果不會產生任何能量損失,因而可逆過程可以作為實際過程中能量轉換效果比較的標準和極限;實際過程或多或少地存在著各種不可逆因素,所以實際過程都是不可逆的,為簡便起見常把實際過程當作可逆過程進行分析計算,然后再用一些經驗系數加以修正,這是可逆過程引入的實際意義所在。
三、準靜態過程和可逆過程聯系和區別
準靜態過程和可逆過程既有區別又有聯系,這要從兩者的實現條件談起。我們說,準靜態過程中,物系要隨時具有力、熱和化學的平衡,即處于完全平衡中,這樣才能保證準靜態過程的實現。而可逆過程的實現則要求過程沒有任何不可逆損失。不可逆損失可分為非平衡損失和耗散損失兩大類,非平衡損失是由物系的非平衡態所引起的,其中包括力、熱的和化學的不平衡損失。從這里可以看出,準靜態過程沒有不平衡損失。而耗散損失是因為機械摩擦阻力、流體粘性阻力以及電阻、磁阻等的作用產生的不可逆損失。對于不涉及電磁等其它現象的熱功轉換而言,最重要的不可逆損失是物系做宏觀運動時產生的粘性摩擦生熱。就熱力學而言,耗散損失是一種和物質性質有關的不可逆損失。有無非平衡損失取決于系統的狀態是否平衡,而有無耗散損失,損失的大小則視物性而定。
綜上所述,如既無非平衡損失又無耗散損失,過程就是可逆的。準靜態過程沒有非平衡損失,因此是實現可逆過程的前提條件,但準靜態過程并不一定就是可逆過程。比如化學純氣體在噴管內做絕熱穩定流動時,垂直于流動方向的各截面上氣體的壓力和溫度均勻一致,過程中氣體狀態隨時處于平衡,此時流動是準靜態過程,不會有非平衡損失出現。但同一截面上氣體的流速并不相等,流束中心的流速大于臨近管壁處的流速,因而會有流體的宏觀相對運動。由于流體的粘性作用,將使氣體的宏觀動能一部分轉化為熱能而產生粘性摩擦生熱的損失。這時這個流動過程是準靜態過程,而不是可逆過程。反過來說,可逆過程則一定是準靜態過程。
準靜態過程和可逆過程的區別還在于,準靜態過程的引入只是為了對系統的熱力過程進行描述,并沒有涉及到系統與外界功量和熱量的交換。也就是說,盡管所有準靜態過程都可以在熱力圖上表示出來,但準靜態過程在p-v上過程曲線下的面積∫pdv并不代表功,把它稱之為準靜態過程的功是沒有意義的。[4]那么,可以從理想氣體的兩種絕熱膨脹過程進行分析。一是理想氣體經過絕熱的準靜態的膨脹,但存在耗散損失;另外一種是理想氣體經過絕熱可逆膨脹。在這兩個過程中,理想氣體初態相同,在前一個過程中因為存在耗散,因此將有部分的機械能轉化為理想氣體的內能,因此其終態溫度要高于第二種情況,表現在圖上則如圖1所示,2′點的溫度要高于2點的溫度。如果準靜態過程曲線下面的面積代表功的話,在這樣的情況下,準靜態過程的功要大于可逆過程的功(圖1中12′3′′31的面積大于123′31的面積),我們說,這是不符合熱力學的規律的,因此,準靜態過程曲線下面的面積∫pdv并不恒代表功,只有可逆過程曲線下面的面積∫pdv才代表功。這是因為準靜態概念的提出側重于描述過程,并沒有涉及功熱轉換,而可逆過程用于分析外部條件對能量轉換的影響。
圖1準靜態過程和可逆過程絕熱過程線
四、結束語
準靜態過程和可逆過程是經典熱力中兩個重要的概念,搞清楚兩者之間的真正關系,不僅有助于對熱力中兩個基本概念的準確理解,澄清涉及這兩個概念的一些不正確的習慣觀點,而且能明確揭示不平衡自發趨于平衡現象與熵增現象之間的必然聯系,對我們用熱力學理論解決實際問題有很大的幫助。
參考文獻
1 蘇長蓀.高等工程熱力學[M].高等教育出版社,1996:32
2 楊本洛.經典熱力學中若干基本概念的探討[M].科學出版社,1996:104～105
第7篇：工程熱力學意義范文
關鍵詞：實物模型；科學史；綜合能力
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）06-0223-02
作為建筑環境與能源應用及相關專業的一門重要的專業基礎課，《工程熱力學》的任務是使學生了解熱能與機械能在相互轉換過程中的特點和規律，掌握不同工質和不同過程的分析方法，為后續的《暖通空調》、《制冷技術》和《建筑環境》等專業課程在基礎理論、基本知識和基本技能方面打下堅實基礎。《工程熱力學》這門課程的重要性是不言而喻的，但是鑒于傳統教學方法的一些弊端，比如以板書或多媒體授課為主，將課程內容以定論的形式展現給學生，使得學生學習興趣不高；課后作業和期末考試以理論考察為主，注重理論分析和解題技巧，卻忽視了動手能力和綜合能力的培養，最終未能達到良好的教學效果。每個學期都有不少同學未能通過考試，即便是那些通過考試的部分同學，在后續課程學習中也發覺自己并未達到應有的專業基礎知識和技能的要求。為了克服上述問題，進一步提高《工程熱力學》的教學效果，本文提出如下三點教改舉措。
一、課堂教學“動起來”，實物模型進課堂
目前數字投影儀應用很普及，課堂播放多媒體課件（PPT）已成為一些課程的主要教學手段。雖然在PPT上可以播放一些非常形象的圖片和頻，但由于它們終究不是實物，總有一層隔膜存在于學生的認知過程中。再加上現在智能手機的普及，網絡視頻的泛濫，學生已經對二維的電子視覺信息產生了審美疲勞，使得PPT上面的內容已經無法給學生帶來新鮮感，進而激不起學習興趣。甚至有些學生對于教師一味地在課堂上播放PPT產生了反感，他們覺得既然是這樣，那么課堂學習和自己看網絡視頻教學又有什么差別呢？始終找不到那種工程科學的“硬感覺”。
這個時候，如果能把一些精巧的實物模型帶到課堂來，反倒會給學生耳目一新的感覺。在講解熱能與機械能相互轉換的時候，筆者就把一個小巧的斯特林熱機模型帶到課堂來。先往燃料瓶里倒上酒精，然后點燃，將斯特林的熱缸加熱。剛開始的時候，熱機沒有轉動，撥動飛輪，熱機轉了幾下，又停了。但僅過了片刻，再次撥動飛輪，熱機就持續地動了起來，直到燃料燃盡，熱機才停了下來。這一演示過程，讓學生驚訝極了，也極大地激起了他們的好奇心和求知欲。對于他們中的大多數來說，這樣的熱機模型都是第一次見到。有了這一實物模型作為學生的認知輔助工具，他們瞬間就建立了熱能（酒精燃燒）和機械能（飛輪轉動）的直觀概念。這種效果遠比在課本上或PPT上觀看傳統熱機圖片要好的多。
當然，在展示實物模型時，也要給予學生必要的啟發與輔導，不是簡單地讓學生“看熱鬧”，而是要帶著問題去看，除了要了解模型的結構和功能，更要對模型背后的機理進行思考。比如演示斯特林熱機的時候，就可以啟發學生對如下幾個問題進行思考：（1）可否不要熱源做功？（2）為何需要兩個熱源，能否不要低溫熱源？（3）酒精釋放的熱能能否全部轉換成飛輪的機械能？（4）如果不能的話？都消耗在哪里？哪些可以消除？哪些無法消除？（5）可以通過什么途徑提高效率？（6）熱機效率有沒有極限。通過對這些問題進行討論，可以得出一系列答案，也許這些答案不盡相同，也沒有課本上的結論那么嚴密，但它們是學生自己通過觀察和思考得到的結論，這樣的教學效果要遠遠好于被動地接受和記憶。
二、教學科研“串起來”，本科生也可以做科研
與小學和中學不同，大學有著傳授和開拓人類知識新領域的雙重義務，培養人才和出研究成果是大學的雙重職能。教學和科研的結合，也已被大多數人所理解。然而，現在也存在很多誤解，那就是普遍認為對于本科教學來說，還是以知識傳授為主，進行科學研究那是研究生或者是大學教師的事情。本科生的專業基礎還未建立，怎么能夠進行研究呢？即便是本科生可以搞一些小的發明創造，那也和專業基礎課關系不大，意義不大。
然而實踐證明，鼓勵和引導正在學習《工程熱力學》的大二本科生積極參與科學研究，有助于本科生自學能力、創新能力和組織能力的大大提升。而且，與其他課程不同，《工程熱力學》課程內容本身就有著極強的工程應用背景，這樣也就更方便學生依托本課程專業知識進行選題和研究。近幾年來，筆者先后指導了十幾個本科生科研小組，開展了諸如：斯特林熱機模型、半導體制冷小冰箱、太陽能樹、溫濕度智能監測與控制等方面的研究。總結來看，參與科研項目的本科生們在科研能力提升的同時，對理論知識學習的興趣和渴求更加強烈了，因為他們真切感受到了專業基礎知識的重要性，不再覺得課本知識是無用的一堆公式和符號了，這樣一來，他們比那些未參加科研項目的同學的課程成績普遍要高一些。
此外，大學生參加科研項目，也有利于培養堅強的意志和遇事想辦法的良好態度，這一點對于當代的大學生來說尤為重要。隨著國民經濟的快速發展，這一代大學生的生活條件和學習條件一直都是處于很優越的狀態，或者說他們在物質上早已不再匱乏，欠缺的倒是吃苦精神和應對挫折的能力。本科生參加科研活動，能夠體驗到科研成果來之不易，從中磨煉了意志，學會了如何應對挫折。這些都將是學生在今后的學習和工作中，乃至人生發展過程中所需要具備的品質，也是單純的課堂教學無法給予的。
三、教材與科普書籍“銜起來”，科學史促進課堂教學
智能手機的普及，網絡游戲的風靡，使得大部分學生在網上花費的時間越來越多，僅剩的一點時間，又要做作業，又要參加社團活動，最后導致的結果就是無暇讀書，也不愛讀書。書讀得少，對專業課程的直接影響就是，要么學習興趣不大，只要能夠及格通過就萬事大吉；要么只為了追求高分數以方便出國和考研，終究不會對知識本身產生一種敬畏和熱愛。
那么如何引導學生進行閱讀，同時又促進課堂教學呢？一個比較切實可行的方法就是引導他們去讀一些科普的書籍，比如熱力學史，熱力學科學家和發明家的傳記，等等。于祿等所著的《邊緣奇跡：相變和臨界現象》、馮端等所著的《溯源探幽：熵的世界》、武際可所著《力學史》、閻康年所著《熱力學史》，以及卡羅?切爾齊納尼所著的《玻爾茲曼：篤信原子的人》，都是集知識與歷史于一體，藝術性、思想性及科學精神并重的優秀科普著作，也是筆者要求學生進行課外閱讀并遞交讀書報告的作品。通過溫習科學史的方法來學習熱力學，學生發現自己的學習過程不再枯燥無味，而是變得有趣極了。學習興趣提高了，教學效果自然上來了。
此外，但凡學習過或了解熱力學的人，無不為其中的一些基本概念所困擾。其中“熵”就是一個極其重要的物理量，但又以其難懂而聞名于世。如果學生能夠了解“熵”這一概念的產生歷史，就不會對其輕易放棄了。克勞修斯于1865年首先引入了“熵”這一概念，用來定量地闡明熱力學第二定律。他從明確地表述第二定律到正式引入“熵”的概念，足足經歷了15個春秋。克勞修斯本人也說過：“在頭腦中掌握第二定律要比第一定律困難得多。”一個基本概念，需要花費一個科學家15年的時光才得以完整建立，從這個角度來講，如果學生能有前輩科學家努力程度的百分之一，那么學習和理解基本概念肯定是不存在什么困難的，這也是提倡閱讀科學史的意義所在。
總而言之，“教學有法”，但“法無定法”。也許最好的方法就是那些最能契合課程特點，最能激起學習興趣，最能觸動學生心坎，最能兼顧到學生當前學習和長遠發展的方法。找到這樣的方法，需要探索，需要反思，更需要在教學實踐中不斷改善和提高，是我們教師和學生共同努力的方向。
參考文獻：
[1]孫紹蓉.高等教育方法概論[M].上海：華東師范大學出版社，2002.
第8篇：工程熱力學意義范文
【關鍵詞】原油儲運庫；儲油罐；能流模型；熱力學分析
能流結構模型的基本理論源于過程系統工程，它是對過程系統能量結構的宏觀概括。能量通過“守恒、降質”的方式推動過程系統的進行，在不同的系統中能量被利用的形式和方式、步驟及演變過程具有共同之處。正確描述過程系統的能流結構模型，可以揭示能量在過程系統中的演變規律，是對過程系統進行深入分析的基礎。
一、原油儲運庫的系統結構模型
系統結構圖是系統結構模型的一種，通過圖形的形式來表達單元設備之間的邏輯關系，從而使復雜系統中各個單元之間的關系以清晰、易于理解的方式表達出來。系統結構圖是由節點及有向邊組成的抽象形式的圖，它包含兩個最基本的內容：對象及其關系。節點表示對象，代表過程系統的單元設備；有向邊為兩個節點之間的連線，代表單元之間的流股（物流、能流），系統結構圖也稱為有向圖。以大慶油田某油庫為例，忽略閥門、流量計等設備部件，
圖中的實線代表原油的流向，虛線代表熱水的流向。對于熱水伴熱模塊（BR）指僅為原油提供熱量，并不表示物流的摻混。該油庫油罐為雙管流程，雖然可以實現靜止儲存、收油、發油和邊進邊出四種不同的工況，但是在實際運行中只采用兩組油罐輪流進行收、發油操作，即：當 1#油罐組（由 8 個 2×104m3油罐組成）處于收油狀態時，2#油罐組（由 2 個 5×104m3油罐組成）一定處于發油狀態。1#油罐組因單個體積較小、投產年限較長，在冬季需鍋爐提供熱水維溫；2#油罐組因罐內原油溫度較高，原來設置的熱油噴灑流程已停用。1#輸油管道為該油庫的主力外輸管道，長年運行；2#輸油管道負責向小煉化廠供油，間歇運行。
二、原油儲運庫的能流模型及用能分析內容
首先，運用系統模擬的方法來獲得原油儲運庫的運行參數，由于不同系統中能量的演變過程具有共同之處，且原油儲運庫中能流是客觀存在的，因此將過程系統中的能流結構模型及求解方法移植于原油儲運庫的模擬分析是可行的。然后，將“三環節”能流結構模型和“三箱”模型理論結合起來，在運行參數的基礎上對原油儲運庫進行用能分析，評價其用能的有效性和合理性。能流結構模型是能流在過程系統中演變規律的歸納總結，是對過程系統能量結構特征的總體概括。“三環節”能流結構模型是華賁教授在熱力學第二定律基礎上，從能量在過程系統中的作用及追蹤其變化線索入手，提出的過程系統能量結構的總體特征。
“三箱”模型理論是根據系統、組成單元或設備在工藝過程中能耗狀況的不同，分別采用灰箱、黑箱和白箱模型對其用能狀況進行評價的用能分析法，它可以準確地判別系統或設備的用能薄弱環節，并據此提出改進建議。本文主要研究內容包括以下幾個方面：
（1）能流模型的理論基礎
能流結構模型的基本理論源于過程系統工程，存在簡單方框模型、洋蔥模型、“三環節”等諸多傳統理論；對“三環節”能流結構模型進行了重點介紹；并給出過程系結語統模擬的基本步驟及重要方法―序貫模塊法。
（2）原油儲運庫的能流模型
借鑒“三環節” 能流結構模型中總結的過程系統能量結構的共性規律，歸納原油儲運系統的用能特點，對原油儲運庫進行用能單元劃分；根據實際過程中介質的傳遞方向及單元模塊之間的銜接關系，建立實際過程系統簡化的模型網絡，并從熱、功角度逐過程給出系統的計算模型。
（3）能量系統的熱力學評價與分析
將“三環節”能流結構模型和“三箱”模型理論結合起來，對原油儲運庫按能量傳輸、轉換、利用環節分別建立設備及系統的用能分析模型及其評價準則、分析準則。
（4）能流模型的求解
利用過程系統工程理論的序貫模塊法、回路斷裂與收斂策略，借助 Visual Basic編制可視化程序；模擬原油儲運庫的實際生產流程，獲得各節點的運行參數；并對原油儲罐內油品溫度的影響因素進行分析。
（5）原油儲運庫的用能分析
按照已建立的能耗評價準則及分析準則，對原油儲運庫的用能狀況進行分析，按照能量的演變和利用過程來分析和評價過程系統用能的合理性，并提出切實的用能改進措施，繪制系統能流圖。
熱力學第一定律闡述了各種形態能在數量上的守恒關系，熱力學第二定律揭示了自然界中普遍存在的不可逆過程的實質，即能質蛻變。在熱力學一、二定律，即能“守恒、降質”的理論基礎上形成了三種能量系統的熱力學分析方法：焓分析、熵分析及分析。
能量系統的熱力學分析，簡單地說，就是應用能的傳遞和轉換理論（熱力學一、二定律）來分析用能過程的合理性和有效性。用能的合理性指的是用能方式是否符合科學原理；用能的有效性則是指用能的效果，即能被有效利用的程度。為了對實際用能設備和系統進行能分析，需要有一套制定分析模型、建立能平衡方程以及確定用能評價準則的方法，這就是能分析方法。
結語：
原油儲運庫是由多個用能設備按照一定拓撲關系銜接組成的生產系統，對原油、能量、信息進行輸送、轉換和存儲，它不但是一個龐大的物流系統，還是一個巨型的能量系統。將過程系統工程成熟的建模、分解和模擬理論應用于原油儲運庫的用能分析是可行的。原油儲運庫的用能過程可劃分為能量轉換、能量傳輸和能量利用三種。能量轉換過程的用能設備為外輸泵和加熱爐，能量傳輸過程的用能設備為輸油管道，能量利用過程的用能設備為儲油罐。
參考文獻：
[1]胡曉彬.中國能源效率的影響因素研究[D].上海：上海交通大學，2012，1～3.
[2]李北陵.歐盟戰略石油儲備模式管窺[J].中國石化，2011，（9）：48～50.
第9篇：工程熱力學意義范文
關鍵詞：物理化學 教材編寫 理想氣體 多方過程 星球氣團 創新思維
高等教材編寫的方向應該要更多地與實際應用相結合。在編寫物理化學教材的過程中深感與實際聯系的迫切，寫出一些更新教材與化學工作者分享，在這里也希望化學界的專家學者多提寶貴意見和建議，積極加入到我們的行列中來。
在講到熱力學第一定律的應用時，理想氣體的多方過程是一個難點，目前的物理化學教材對這一專題都沒有作進一步的深入和展開，這樣極大地限制了讀者的想象空間，也不利于培養創新意識。教材編寫應始終把挖掘創新能力放在首位，對教材中的一些重點和難點進行適度的深入和展開，為拓展初學者的思維空間鋪平道路。[2]
在熱力學第一定律一章中，現有物理化學教材都對理想氣體的等值（等溫等壓等容以及絕熱）過程進行了充分的討論，但是氣體發生的實際過程大都不是這幾個等值過程，而是介于等值之間的復雜過程，熱力學上稱這種過程為多方過程.研究理想氣體的多方過程具有重要的實用價值，能夠用來解決熱力工程上的許多實際問題，天空和星球上的氣團運動也大都屬于多方過程，這在氣象學和天體物理學中具有重要意義。[3]
多方過程類似于理想氣體的絕熱過程，下面先來建立這一過程方程.低壓下的氣體一般都可以視為理想氣體，并假定過程是可逆的，因而有
式中K、K、K為積分常數，稱熱容差比，又稱多方指數（polytropic exponent），多方的含義是指方程中的某個物理量（T、P or V）具有多次方的形式.上述方程是多方過程的定義式，即只有滿足上述方程的過程才為多方過程，推導上述方程時引入了理想氣體、過程可逆以及多方指數為常數的限定條件，下面逐一分析這些條件的意義。
低壓下的氣體一般可視為理想氣體，這一限定條件使得多方方程只適用于低壓氣體，大氣中的氣團運動滿足理想氣體的條件，內燃機氣缸內的壓力較高，與理想氣體所得結果相差較大.過程可逆意味著過程進行得很慢是準靜態的，如果一個實際過程進行得很快，嚴格說來不能視為多方過程.另外，如果氣體的各種熱容量都是常數，那么多方指數也一定是常數，這滿足多方過程的定義.但是有些教材中以熱容量為常數來定義多方過程卻是不妥的，因為一般說來，理想氣體的定壓熱容量Cp、定容熱容量Cv以及多方熱容量C都不是常數，但只是溫度的函數.對于單原子分子理想氣體而言，各種熱容量基本上不隨溫度變化；而對于多原子分子理想氣體而言，若溫度變化范圍不是很大，也可以近似地將熱容量視為常數；而且即使熱容量C隨溫度變化明顯，有時也可以滿足（C-Cv）或（C-Cp）或比值為常數，即多方指數λ基本上不隨溫度變化的條件，這時仍然可以推導出多方方程.可見，多方過程應是低壓氣體（也可以是其他非凝聚系統）在溫度變化范圍不是很大的情況下發生的比較緩慢的一切實際過程.
由多方方程可見，各種等值過程都可以看作是多方過程的幾個特例，λ=0：等壓過程，λ=1：等溫過程，λ=γ：絕熱（等熱容）過程，：等容過程.最具有實用價值的多方過程是介于等溫線和絕熱線之間的過程，這時：1
1、星球氣團
這是介于等溫線與等壓線之間的多方過程，多方指數：0
這種情形多屬自然現象，天空或星球上的氣團變化就屬于此種情形.白天氣團吸收熱量，溫度升高，向外膨脹；夜間向外界放出熱量，溫度降低，同時向內收縮.
2、制冷原理
多方指數介于1和絕熱指數之間：1
這是工程上經常遇到的情形.其正過程是為了獲得高溫高壓氣體，當快速加壓氣體時，由于過程進行得很快，氣體的溫度和壓力都會進一步升高，同時由于氣體的溫度高于環境的溫度，還不可避免地伴隨著向環境放出少量熱量.其逆過程是制冷機的工作原理，這是通過膨脹致冷獲得超低溫氣體的有效方法。為了獲得超低溫氣體，可以先將高壓氣體冷卻，然后再令其膨脹，隨著壓力的降低，氣體的溫度將會進一步降低，從而獲得超低溫氣體，在這一過程中，系統不可避免地要從環境吸收部分熱量，為了減少吸熱，可令其快速膨脹。
3、熱機原理
這是介于等容線與絕熱線之間的多方過程，多方指數：，熱容量：0
這和上面的第二種情形類似，只是壓縮升溫時，氣體的溫度低于環境的溫度，因而伴隨著從環境吸取一部分熱量，這是熱機壓縮升溫的原理。逆過程是當氣體的溫度高于環境的溫度時，降溫膨脹對外作功的同時向環境釋放出余熱，這是熱機膨脹作功的原理。熱機處于絕熱線與等容線之間工作時，由于氣體的熱容量較小，通常能夠獲得較高的輸出功，四沖程汽油機和回熱式制冷機都是采用了這一原理。[4]
IV爆炸氣體
介于等壓線與等容線之間的多方過程，多方指數：，熱容量：Cv
參考文獻
[1]朱元舉.評精品《物理化學》教材中存在的問題（一）——熱力學第一定律的統計解釋[J]，2010，37（8）：185..（廣東化工2010年第8期，第37卷總第208期）.
[2]朱元舉主編.物理化學，待出版.
