熱工基礎與應用知識(關于熱工)

1.關于熱工基礎知識

工程熱力學與傳熱學的簡稱。其中工程熱力學主要是研究熱力學機械的效率和熱力學工質(zhì)參與的能量轉換在工程上的應用，如將熱力學能轉化成機械能推動動力機械做功以及其效率的學科，再如，空調(diào)將機械能轉化成熱力學能等；而傳熱學是研究熱量傳遞的一門學科，如反應堆的導熱，對流換熱，輻射能的傳遞等。

熱工主要應用于熱能與動力工程，核能科學與工程，熱加工工程等方面，還應用于非工程方面。

熱現(xiàn)象是人類生活中最早接觸到的自然現(xiàn)象之一。遠古時代的鉆木取火，就是機械能轉換為熱能的例子。隨著人類在生產(chǎn)、生活上的需要，對熱的利用和認識，經(jīng)歷了漫長的歲月，從取暖、熱食到制作金屬工具，有過不少發(fā)明創(chuàng)造，我國在12至13世紀就有用火力來產(chǎn)生旋轉運動的走馬燈和使用火藥向后噴氣加速箭的飛行記載，這與現(xiàn)代燃氣輪機和火箭等噴氣推進原理是一致的。可是，由于歷代王朝的封建統(tǒng)治，勞動人民的創(chuàng)造發(fā)明得不到重視更談不到總結經(jīng)驗，形成一整套的理論，來促進生產(chǎn)力的發(fā)展和人民生活的改善。

人類對熱的本質(zhì)的認識并逐漸形成熱力學這門學科，只是近300年的事。18世紀以前，動力的來源主要是人力、畜力以及風力、水力等自然動力。隨著人類社會的發(fā)展，人們迫切地要求解決生產(chǎn)上動力不足的問題，因此在18世紀發(fā)明了蒸汽機，實現(xiàn)了熱能向機械能的轉換。蒸汽機在工業(yè)上的廣泛使用，促進了工業(yè)的迅速發(fā)展。但是，由于蒸汽機笨重、效率不高等缺點，因而促使人們對于水和蒸汽以及其它物質(zhì)的熱力性質(zhì)進行研究；與此同時，卡諾對如何提高熱效率，邁耶、焦爾等人對熱與功的轉換規(guī)律進行了大量實驗，從而建立了熱力學兩個基本定律，大大地促進了熱力學這門學科的形成和發(fā)展，促使熱力發(fā)動機不斷地發(fā)展與改進以及新型動力機的創(chuàng)造與發(fā)明。由于蒸汽機不宜用于運輸工具上，而且也不能滿足由于工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展與高度集中所需要的巨大動力，因此在熱力學有關理論的指導下，于19世紀末期，遂發(fā)明了內(nèi)燃機及蒸汽輪機，內(nèi)燃機具有效率高、重量輕的優(yōu)點，蒸汽輪機則具有效率高、功率大的優(yōu)點。內(nèi)燃機及蒸汽輪機的出現(xiàn)，極大地促進并發(fā)展了熱力學中熱力過程和熱力循環(huán)的研究。而蒸汽輪機又推動了高參數(shù)蒸汽性質(zhì)及高速氣流等問題的研究，使熱力學兩個定律應用于工程實際中，形成了工程熱力學學科。

第二次世界大戰(zhàn)期間出現(xiàn)的噴氣式飛機和遠射程火箭所用的噴氣發(fā)動機，由于能產(chǎn)生巨大的動力等優(yōu)點，所以能滿足高速高空飛行的要求，成為進入宇宙空間的主要動力。對航空燃氣輪機作部分改造，即成為地面上所用的燃氣輪機，在發(fā)電站、機車和船舶中已廣泛使用，并在工程熱力學中也發(fā)展了相應的研究內(nèi)容。

近年來原子能動力裝置的利用，為人類開辟了利用能源的新紀元。此外，還出現(xiàn)了能量直接轉換的新技術，它既可提高轉換的效率，又可免去龐大的熱力機械，例如化學能直接轉化成為電能的燃料電池，熱能直接轉化成電能的溫差電池和磁流體發(fā)電等。這在熱力學中也現(xiàn)出相應的研究課題。