浅析热工学的实际应用

浅析热工学的实际应用摘要：热工学是研究能量转换规律、热能利用和热能传递的一门技术学科，能量转换和热能合理而有效的利用是这门学科的主要课题。在生产领域和人类日常生活中，随时随地、直接或间接地都会遇到热能利用和传热问题。因此，热工学在实际生活中有着广泛的应用。关键字：热能利用；能量转换规律；热能传递。0引言热工学的主要任务是研究如何创造适宜的室内热环境，以满足人们工作和生活的需要。建筑物既要抗御严寒、酷暑，又要把室内多余的热量和湿气散发出去。对于特殊建筑，如空调房间、冷藏库等不仅要考虑热工性能，而且还要考虑投资和节能等问题。1热工学在能源上的应用国家能源安全概念包括两方面的含义：1经济安全性，是指通过维持能源的供应与需求之间相互均衡的状态，在保障能源稳定供给的前提下满足国家生存与发展的正常需求。1能源使用的安全性，即能源的消费及使用不应对人类自身的生存与发展环境构成任何威胁。纵观世界经济发展史，能源安全首先以“石油危机”的形式出现。20世纪五十年代，由于主导此前世界工业化进程的一次性能源主要是分布广泛，储藏丰富的煤炭资源，而且欧洲工业化先导国处在原始资本积累阶段，所以国家能源安全的问题还没有被明确提出。20世纪七十年代初爆发的第四次中东战争，导致石油短缺和油价暴涨，触发了第二次世界大战后最严重的全球经济危机，对西方工业国打击严重。为了确保既得利益，西方发达国家于1947年成立了国际能源组织（IEA），第一次正式提出国家能源安全概念。20世纪七十年代末、八十年代初的伊朗伊斯兰革命引发的第二次石油危机，使得西方发达国家进一步认识到了资源安全供应的重要性。在八十年代之前，国家能源安全的概念主要强调能源供应安全及其价格稳定两方面。自八十年代中期以来，随着全球一体化进程的推动，国家能源安全问题已不再是单纯的能源问题，对生态环境问题、可持续发展战略等问题的关注，正在成为各国新的国家能源安全战略的重要组成部分。因而节能技术的意义被提高到“第五能源”的地位。它的发展提醒人们对能量从“量”到“质”认识的飞跃。能源的合理利用建立起总能系统的概念。按着能量品位的高低进行梯级利用，将功、热(冷)与物料内能等各种能量之间的配合关系与转换使用，在系统的高度上总体综合利用，而不是单一的提高某一生产设备或工艺的能源利用率、性能指标。联合循环、热电联产、余热利用、先热利用、能源工厂(能源大系统)等都列入这个概念的范畴。世界各国对余热的回收利用都非常重视，给予节能技术和设备改造以大量的投资。能源利用，绝大部分是通过热能或由热能转换为其他形式的能量加以利用的，即便是那部分未被充分利用的余能，大多数也是以热能形式存在，要回收和有效利用他们也离不开热能的转换和传递。热工学就是研究能量转换规律、热能传递和热能有效利用的一门技术科学。2热工学的余热利用工程热力学的应用，近、中期当务之急又容易见效的当属余热利用。这方面的工作有以下几方面:首先是余热利用中宏观指导和软科学的研究。其中包括:有实用价值的余热资源量计算、统计和规划;余热利用总能系统的研究。以上这两个方面要会同部门和地区作余热资源统计及建立评价准则。研究分析不同工业部门、企业有代表性的余热利用总能系统，结合生产工艺、原料来源等条件，进行总能系统优化的计算机模拟研究，确定余热回收方法和设备的研制。其次是高温气体余热回收技术的研制:以高温陶瓷为材料的各种换热器，流态化床换热器，以及强化传热表面的金属管换热器等。用于高温炉渣、溶渣与高温载热体显热的回收技术也是有意义的课题。再次，中、低温余热回收的研究包括有低沸点工质循环发电系统，热水透平，全流发电系统和两相流膨胀机的研究，螺杆式膨胀机的研究以及各种强化换热器研究。新制冷工质和新型制冷循环的研究应更加重视。热泵在低温余热利用中将为国家节约大量的一次能源。热泵的研究工作可归纳为以下几个方面:热泵压缩机的研制，高温热泵、高温工质的研究，混合工质、替代工质的研究，非电力驱动热泵的研究，吸收式热泵的研究，喷射式热泵的研究，混合型吸收一压缩式热泵、化学热泵的研究，热泵热回收系统的研究，热泵换热器的研究，热泵系统优化、负荷调节方式及总能系统的研究等。当然以上这些课题不止是工程热力学的研究工作，相当程度也属于传热学、流体力学等学科的工作，是结合在一起的。有限时间热力学目前处于初期发展阶段。其主要目的是要寻求比经典热力学界限(如最大功率定理、卡诺定理等)更为实际和有用的普遍性能界限，即所谓的有限时间热力学界限。以下几点都是值得研究的重要内容:把平衡态热力学中已有的概念，诸如热力势、可用性等进一步加以推广，使之更广泛地适用于有限时间范围。寻找各种典型的有限时间过程的最优路径。探求各类循环或非循环过程的有限时间热力学界限，这是有限时间热力学的主要目的，它在促进动力、制冷以及化学工程的发展方面将是大有可为的。3热工学在热能传递的应用热量传递是指由于温度差而产生热量从高温区向低温区的转移，与动量传递、质量传递并列为三种传递过程。在自然界中，热量传递是一种普遍存在的现象。而热工学是对热能传递的有效研究方法，利用热工学可以改善热能的传递，使得更加经济有效。热经济学研究的对象虽然也是能源的合理和节约利用，但是它把能的“贬值性”与能源生产中物资与劳动消耗结合起来，这在方法论上已经超越了单纯的热力学定律与一般的技术经济分析方法。开展热经济学的研究，对经济建设具有重要的现实意义。热经济学所追求的是把企业的自身发展与国家的宏观调控结合起来，兼顾节能效益与经济效益，直接为工业企业的增产节能服务，也为管理部门、计划部门提供正确的决策依据。在我国其近、中期的战略目标是逐步总结与发展形成适合中国国情的热经济学分析方法，以实际应用为背景，争取在热经济学优化和综合方面取得切实的进展。这是一项超越部门之间的实用性基础工作。近、中期内可以开展的专项研究是:适于我国特定技术及热经济学分析方法研究;能量系统的热经济学结构模式的研究;能量系统的热经济学决策模型与专家决策支持系统的研究等。更长远的方向，则是在能源、经济、环境、社会等方面形成的大体系中寻求更深刻的优化内容。4结论通过一学期的学习，我对热工学中的一些基本概念，定律等又有了更深一层次的理解，同时了解到对车辆工程类专业，能量转换规律、热能传递和热能有效利用都是很有用的，热工学在实际中的作用也很大，可见车辆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：《热工学》第三版。