基本介紹
- 中文名：熱力學工程
- 外文名：Thermodynamic engineering
- 又名：工程熱力學
- 定義：熱力學最先發展的一個分支
- 地位：機械工程的重要基礎學科之一
簡介,內容,發展,研究方向,
簡介
熱力學工程又名工程熱力學，熱力學是研究熱現象中，物質系統在平衡時的性質和建立能量的平衡關係，以及狀態發生變化時，系統與外界相互作用的學科。 工程熱力學是熱力學最先發展的一個分支，它主要研究熱能與機械能和其他能量之間相互轉換的規律及其套用，是機械工程的重要基礎學科之一。
內容
工程熱力學是關於熱現象的巨觀理論，研究的方法是巨觀的，它以歸納無數事實所得到的熱力學第一定律、熱力學第二定律和熱力學第三定律作為推理的基礎，通過物質的壓力 、溫度、比容等巨觀參數和受熱、冷卻、膨脹、收縮等整體行為，對巨觀現象和熱力過程進行研究。
這種方法，把與物質內部結構有關的具體性質，當作巨觀真實存在的物性數據予以肯定，不需要對物質的微觀結構作任何假設，所以分析推理的結果具有高度的可靠性，而且條理清楚。這是它的獨特優點。
發展
古代人類早就學會了取火和用火，不過後來才注意探究熱、冷現象的實質。但直到17世紀末，人們還不能正確區分溫度和熱量這兩個基本概念的本質。在當時流行的“熱質說”統治下，人們誤認為物體的溫度高是由於儲存的“熱質”數量多。1709～1714年華氏溫標和1742～1745年攝氏溫標的建立，才使測溫有了公認的標準。隨後又發展了量熱技術，為科學地觀測熱現象提供了測試手段，使熱學走上了近代實驗科學的道路。
1798年，朗福德觀察到用鑽頭鑽炮筒時，消耗機械功的結果使鑽頭和筒身都升溫。1799年，英國人戴維用兩塊冰相互摩擦致使表面融化，這顯然無法由“熱質說”得到解釋。1842年，邁爾提出了能量守恆理論，認定熱是能的一種形式，可與機械能互相轉化，並且從空氣的定壓比熱容與定容比熱容之差計算出熱功當量。
英國物理學家焦耳於1840年建立電熱當量的概念，1842年以後用不同方式實測了熱功當量。1850年，焦耳的實驗結果已使科學界徹底拋棄了“熱質說”。公認能量守恆、能的形式可以互換的熱力學第一定律為客觀的自然規律。能量單位焦耳就是以他的名字命名的。
熱力學的形成與當時的生產實踐迫切要求尋找合理的大型、高效熱機有關。1824年，法國人卡諾提出著名的卡諾定理，指明工作在給定溫度範圍的熱機所能達到的效率極限，這實質上已經建立起熱力學第二定律。但受“熱質說”的影響，他的證明方法還有錯誤。1848年，英國工程師開爾文根據卡諾定理制定了熱力學溫標。1850年和1851年，德國的克勞修斯和開爾文先後提出了熱力學第二定律，並在此基礎上重新證明了卡諾定理。
研究方向
一百多年來，工程熱力學已滲透到各種學科和技術領域並形成許多新的分支學科，但其主要研究對象仍然是熱能轉換為機械能的規律和方法以及使熱機更有效地將熱能轉化為功的途徑，所涉及的主要領域仍為能源與動力，因而用以實現熱能與機械能轉換的封閉過程的熱力循環一直是工程熱力學研究的重點，特別是新的熱力循環與相應的新工質研究成為永恆的研究方向。
熱力循環在熱力學和動力機械發展史上占有重要位置，它是熱機發展的理論基礎和能源動力系統的核心，也是熱力學學科開拓發展的一個重點與推動力。歷史表明，每一次新的熱力循環及其動力機械發展套用都帶動了能源利用的飛躍，因而大大推動了社會進步和生產力的發展，11世紀的走馬燈為熱機最早的雛形，而1978年著名的炮膛試驗則是一個熱功轉換的定量研究的範例，18世紀蒸汽機的出現，使人類找到了將化石能源轉化為功來代替人的體力難以勝任的勞動的方法，開始了現代生產活動的新紀元，促進了第一次產業革命與資本主義的發展，也推動了工程熱力學研究的全面展開。僅僅石油的發現並沒有迎來石油時代，而是以石油為燃料的往復式內燃機循環的發明和套用才使人類進入石油時代。
工程熱力學是在生產實踐的基礎上發展起來的，而其理論研究的成就又反過來推動能源動力領域的科技創新，一些基本定律奠定了工程熱力學的基礎，它在工程中起著重要的指導作用*隨著人類對自然界探索的不斷深化，工程熱力學研究在時空上的不斷擴展並與其它學科交叉F滲透而形成了許多新學科分支。值得注意的是#熱力循環始終是工程熱力學研究的重點#熱功轉換規律和方法以及提高熱機效率途徑的研究一直是工程熱力學的主要對象，故熱力循環研究一直是熱力學開拓發展的推動力與重要前沿。
