工程热力学教学课件

工程热力学 Engineering Thermodynamics
绪 论 Introduction
◆工程热力学的研究对象 ◆工程热力学的研究内容 ◆工程热力学的研究方法 ◆工程热力学课程设置 ◆本门课程的课时分配 ◆本门课程的考核方法
0-1 热能的重要地位
热能的利用：
直接利用：烘干、蒸煮、采暖、溶化等。
主 实 实
验验
讲 课 课
指时
导 教 师 ： 杨
Fra Baidu bibliotek
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教 师 ：
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学 时 ： 60 ； 学 分 ：
3 ；
《工程热力学》
• 绪论 • 第一章 基本概念 • 第二章 热力学第一定律 • 第三章 理想气体及热力过程 • 第四章 热力学第二定律 • 第五章 气体的流动 • 第六章 气体动力循环 • 第七章 水蒸汽及其热力循环 • 第八章 制冷循环 • 第九章 湿空气
课 程 考核 方 式
工程热力学课时安排达到了60学时，中间有一 次期中考试，放在热力学第二定律内容之后， 具体考核方法安排如下：
总 成 绩 100 分 ： 期 中 考 试 100 分 ， 期 末 考 试 100分，平时作业20分，平时课堂讨论及小测 验10分，实验20分，全部加起来共250分，然 后换算到100分，即期中考试占40％，考查前 四章基本理论的内容；期末考试占40％，考查 后五章关于实际应用的内容；平时成绩及实验 占20％，考查平常的学习态度及实验的认真态 度及对学习内容的掌握情况。
本课程60学时，3学分，课堂教学50学时，内容及学时安排如下： 一、绪论 2学时 二、基本概念 2学时 三、热力学第一定律及其应用 4学时 四、气体的热力性质和热力过程 8学时 五、 热力学第二定律 10学时 六、 气体的流动和压缩 5学时 七、 气体动力循环 5学时 八、 水蒸气性质和蒸汽动力循环 8学时 九、 制冷循环 4学时 十、 湿空气 4 学时
高温热源：向其他系统供热的热源（热源）； 低温热源：吸收其他系统放出热量的热源（热汇，冷源）。
系统的选取，取决于分析问题的需要及分析方法上的方便。
状态及状态参数
状态—热力学系统所处的宏观状况。 状态参数—描述系统热力学状态的宏观物理量。
基本状态参数—可以直接测量得到的状态参数（p、v、T）。 导出状态参数—由基本状态参数计算得到的状态参数（u、h、s等）。
燃气轮机装置工作示意图
压气机—从大气环境 吸气，并将其压缩，使得 其压力和温度得以提高。
燃烧室—空气和燃料在 其中混合并燃烧（将燃料 的化学能转换为热能）， 得到高温高压的燃气。
涡轮机—高温高压的 燃气推导涡轮机叶轮旋转 对外输出机械功（将热能
转换为机械能），其中一部分能量用来驱动压气机。 工质（空气、燃气）在装置内周而复始地循环，进而实现将
状态参数的特性： 1.仅仅是状态的单值函数，仅随状态发生变化
p1,2 p2 p1
2.满足全微分特性
2
dp p2 p1 p1,2
1
基本状态参数：
一、比体积v
二、压力（压强）p 绝对压力：气体的真实压力 相对压力（表压力、真空度）：压力计显示的压力
三、 温度T 绝对温度，摄氏温度
能量转换装置工作过程简介
工质（水、蒸汽）
锅炉
锅炉—产生蒸汽（将燃 料的化学转换为热能并 传递给工质）
汽轮机—将蒸汽的热能 转换为机械能。
冷凝器—将乏汽冷凝成 水。
水泵—使得工作介质循 环（保证系统内部的高 压）。
汽轮机
冷凝器
水泵
内燃机内燃气循环过程示意图
按燃料划分，内燃机可分为柴油机和汽油机， 从热力学的观点看，其工作过程是相同的，先 以柴油机为例说明其工作过程。 进气过程：进气阀开，排气阀关，活塞下行， 将空气吸入气缸。 压缩过程：进、排气门关，活塞上行压缩空气， 使其温度和压力得以升高。 燃烧过程：喷油嘴喷油，燃料燃烧，气体压力 和温度急剧升高（燃料的化学能转换为热能）。 膨胀过程：高温高压气体推动活塞下行，曲轴 向外输出机械功。 排气过程：活塞接近下死点时，排气门开，在 压差的作用下废气流出气缸。随后，活塞上行， 将残余气体推出气缸。 重复上述过程，将热能转换为机械能。
热能转换为机械能的任务
工程热力学的研究对象及研究方法
研究对象： ①热力学基本定律（热力学第一定律、热力学第二定 律）； ②工质的性质； ③提高能量转换效率的途径。 研究方法： 宏观方法，即不考虑物质的微观结构，而是从宏观现象 出发来描述客观规律。用宏观物理量（状态参数）来描述物 质所处的状态。 优点：直观、可靠。 统计热力学采用微观方法，优点：物理概念清楚。
第一章 工程热力学基本概念
系统的分类： 闭口系统：与外界无质量交换（控制质量）。 开口系统：与外界有质量交换（控制容积）。 绝热系统：与外界无热量交换。 孤立系统：与外界既无能量（功量、热量）交换，又无质量交换的系统。
热源：具有无限热量储存能力的假想热力系统，其作用只是与其他系统交换 热量，交换的结果其温度不发生任何变化。
工程热力学课程设置
1.基本概念及基本理论：第一章、第二章、第四章的 内容。
2.工质的物性：第三章的部分内容、第七章的部分内 容、第八章及第九章的内容，介绍了理想气体和实 际气体两类工质。
3.热力过程：第三章中的基本热力过程、第六章、第 七章、第八章、第九章，介绍了热机循环和制冷、 供热循环。
课程学时分 配
t℃＝T－273.15 K
平衡状态和状态参数坐标图
平衡状态—在没有外界影响的条件下，热力系统的宏观状况不随时间 变化的状态。
平衡条件：热平衡 (例) 力平衡 (例) 化学平衡
间接利用：热能→其他形式的能量（如：机械能、电能—— 热力发电厂、以及车辆、船舶、飞机等的动力装置）
热能的间接利用中，能量的转换是能量利用的前提。
热动力装置工作的实质（热能动力过程的任务）：热能→机 械能（电能）
历史上，蒸汽机的应用，引起了历史上著名的“工业革命”。
现代社会中，所消耗的机械能（电能）绝大多数是由热能转 换而来的（热力发电厂、核电厂、汽轮机、内燃机、燃气轮机以 及火箭发动机等）。