热工学课件
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热工基础基本概念ppt课件
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1.2 热力系统
以系统与外界关系划分：
有
无
是否传质
开口系 闭口系
是否传热
非绝热系 绝热系
是否传热、质 非孤立系 孤立系
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1.2 热力系统
1m2 Q
W
4
3
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
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1.2 热力系统
1.3 热力学状态及基本状态参数
(1) 压力 p ( pressure ) 物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2
常用单位Units：
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
1 MPa = 106 Pa
1 mmHg / mmH2O 1 atm = 760 mmHg = 1.013×105 N/m2
工程热力学 物理热力学 化学热力学 生物热力学 溶液热力学
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热工学的研究内容
(1)能量转换的基本规律 (2)能量转移的基本规律 (3)工质的基本性质与热力过程 (4)热功转换设备、工作原理
工 程 热 力 学 传热学
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热工学研究方法
➢理论分析与建模： ➢试验研究： ➢数值模拟及分析：
1 at = 0.981×105 N/m2
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1.3 热力学状态及基本状态参数
压力测量值：绝对压力与环境压力的相对值。 注意： 只有绝对压力 p 才是状态参数。
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1.3 热力学状态及基本状态参数
绝对压力与相对压力
absolute pressure
1.2 热力系统
以系统与外界关系划分：
有
无
是否传质
开口系 闭口系
是否传热
非绝热系 绝热系
是否传热、质 非孤立系 孤立系
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1.2 热力系统
1m2 Q
W
4
3
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
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1.2 热力系统
1.3 热力学状态及基本状态参数
(1) 压力 p ( pressure ) 物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2
常用单位Units：
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
1 MPa = 106 Pa
1 mmHg / mmH2O 1 atm = 760 mmHg = 1.013×105 N/m2
工程热力学 物理热力学 化学热力学 生物热力学 溶液热力学
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热工学的研究内容
(1)能量转换的基本规律 (2)能量转移的基本规律 (3)工质的基本性质与热力过程 (4)热功转换设备、工作原理
工 程 热 力 学 传热学
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热工学研究方法
➢理论分析与建模： ➢试验研究： ➢数值模拟及分析：
1 at = 0.981×105 N/m2
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1.3 热力学状态及基本状态参数
压力测量值：绝对压力与环境压力的相对值。 注意： 只有绝对压力 p 才是状态参数。
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1.3 热力学状态及基本状态参数
绝对压力与相对压力
absolute pressure
热工学_第1章_建筑热工学基本原理
第一节 室外热环境
一、地区性气候及其特征对建筑的影响
1、气候因素（日照、降水、温度、湿度等）直接影响建筑 的功能、形式、围护结构。决定了建筑的形式是紧凑的还 是疏松的？是封闭的还是开敞的？是厚重的还是轻盈的？ 是平屋顶还是坡屋顶„„所有这些构成了乡土建筑的最基 本特征。 2、气候与其它相关因素共同影响建筑。例如气候条件决 定了一个地区的水源、植被状况，对地质土壤也有一定程 度的影响，从而大体上限定了该地区的建筑材料。 3、气候还会影响人、社会审美等方面的差异性，最终间接 而又鲜明的影响到建筑本身。
降水强度：单位时间的降水量。等级以24小时的总量来划分
小雨<10mm，中雨10～25mm，大雨25～50mm，暴雨50～100mm 华南地区雨季：5～10月，长江流域6～9月（梅雨）。
第一节 室外热环境
四、影响建筑设计的气候因素
5、降水
降水量 分布图
第一章
第一节 第二节 第三节 第四节
建筑热工学基础知识
第二篇
建筑工学
吉林大学珠海学院 建筑系 赵凤杰
什么是建筑热工学？
建筑热工学是研究建筑物室内外热湿作用对建筑围护 结构和室内热环境的影响，是建筑物理的组成部分。
建筑热工学的主要任务什么？
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。
2、空气温度 ●室外气温与城市热岛现象
▲在建筑物与人口密集的大城市，由于地面覆盖物吸收的辐射热多，发热体也多，形成城市 中心的温度高于郊区，即“城市热岛”现象。 ▲热岛现象的存在，使市中心温度较高的空气由于质量轻而向上升，郊区地面的较冷空气则 从四面八方流向城市。市区热空气携带的一部分烟尘滞留在城市上空，一部分较重的在郊区 沉降，污染地面，因此在城市规划中应减弱或避免产生热岛现象。 ▲热岛现象也有明显的日变化和年变化，一般冬季强夏季弱，夜晚强白天弱。
《热工学》期末复习.ppt
➢ 水蒸气的状态；
➢ p-v 图和 T-s 图上表示定压加热时水蒸 气的状态变化过程；
➢ 利用水和水蒸气表确定水蒸气的状态 参数。
北京科技大学机械工程学院
19
重点掌握：
水的定压加热过程：
p
p
p
t<ts
ts
vx
v0
v'
p
ts v''
p t>ts
ts v
➢ 理想气体多变过程在p-v和T-s图上怎样表示；
➢ 理想气体热力学能、焓、功量、热量的计算方 法。
北京科技大学机械工程学院
8
重点掌握：
多变过程在 p-v 图和 T-s 图上的表示
pvn 常数 多变过程线的分布规律
p
T
n=0
n=0
n=1
n=k n=∞
v
绝热膨胀
n=∞ n=k
北京科技大学机械工程学院
或者不变，决不能减小
dSiso dSg 0
=：可逆过程 >：不可逆过程
➢ 在既定条件下热力过程发生的可否、方向、限 度的判断方法
北京科技大学机械工程学院
16
重点掌握：
A 热机是否能实现
tC
1 T2 T1
1 300 1000
70%
t
w q1
1200 2000
60%
可能
如果：W=1500 kJ
t
1500 2000
75%
不可能
北京科技大学机械工程学院
1000 K
2000 kJ
A
1200 kJ 1500 kJ
800 kJ500 kJ3Fra bibliotek0 K17
➢ p-v 图和 T-s 图上表示定压加热时水蒸 气的状态变化过程；
➢ 利用水和水蒸气表确定水蒸气的状态 参数。
北京科技大学机械工程学院
19
重点掌握：
水的定压加热过程：
p
p
p
t<ts
ts
vx
v0
v'
p
ts v''
p t>ts
ts v
➢ 理想气体多变过程在p-v和T-s图上怎样表示；
➢ 理想气体热力学能、焓、功量、热量的计算方 法。
北京科技大学机械工程学院
8
重点掌握：
多变过程在 p-v 图和 T-s 图上的表示
pvn 常数 多变过程线的分布规律
p
T
n=0
n=0
n=1
n=k n=∞
v
绝热膨胀
n=∞ n=k
北京科技大学机械工程学院
或者不变，决不能减小
dSiso dSg 0
=：可逆过程 >：不可逆过程
➢ 在既定条件下热力过程发生的可否、方向、限 度的判断方法
北京科技大学机械工程学院
16
重点掌握：
A 热机是否能实现
tC
1 T2 T1
1 300 1000
70%
t
w q1
1200 2000
60%
可能
如果：W=1500 kJ
t
1500 2000
75%
不可能
北京科技大学机械工程学院
1000 K
2000 kJ
A
1200 kJ 1500 kJ
800 kJ500 kJ3Fra bibliotek0 K17
热工基础(张学学)第一章.ppt
对于可逆过程1～2：
W pdV
1
2
18
单位质量工质所作的膨胀功用符号 w 表示，单位为 J/kg 或 kJ/kg。 2
w pdv
w pdv
1
膨胀：dv > 0，w > 0； 压缩：dv < 0，w < 0。 (2) 示功图（p-v图）
w 的大小可以用 p-v 图上的 过程曲线下面的面积来表示 。
5
（3）状态参数 用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数，如温度、 压力、比体积等。 状态参数的特点：当状态确定时，状态参数的数值也随
之确定；反之亦然。
（4）非平衡状态 系统内部存在不平衡势（温差或压差），因此存在能量
或质量传递的宏观物理状况。
非平衡状态不能用状态参数来描写。
6
2. 基本状态参数
只有绝对压力 p 才是状态参数。 当绝对压力 p 高于大气压力 pb 时，有：p = pb + pe 当绝对压力 p 低于大气压力 pb 时，有：p = pb － pv
8
（2）温度 1）温度的物理意义
温度是反映物体冷热程度的物理量。温度的高低反映物
体内部微观粒子热运动的强弱。
当两个温度不同的物体相互接触时，它们之间将发生热 量传递，如果没有其它物体影响，这两个物体的温度将逐渐
22
（3）示热图（T-s图） 在可逆过程中，单位质 量工质与外界交换的热量， 可以用 T-s 图（温熵图）上 过程曲线下的面积来表示。 温熵图也称为示热图。
q Tds
1
2
23
热力学温标与摄氏温标的关系：
t = T – 273.15 K 温差：1 K = 1 ℃ 国际单位制（SI）采用热力学温度T 作为基本状态参数。
W pdV
1
2
18
单位质量工质所作的膨胀功用符号 w 表示，单位为 J/kg 或 kJ/kg。 2
w pdv
w pdv
1
膨胀：dv > 0，w > 0； 压缩：dv < 0，w < 0。 (2) 示功图（p-v图）
w 的大小可以用 p-v 图上的 过程曲线下面的面积来表示 。
5
（3）状态参数 用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数，如温度、 压力、比体积等。 状态参数的特点：当状态确定时，状态参数的数值也随
之确定；反之亦然。
（4）非平衡状态 系统内部存在不平衡势（温差或压差），因此存在能量
或质量传递的宏观物理状况。
非平衡状态不能用状态参数来描写。
6
2. 基本状态参数
只有绝对压力 p 才是状态参数。 当绝对压力 p 高于大气压力 pb 时，有：p = pb + pe 当绝对压力 p 低于大气压力 pb 时，有：p = pb － pv
8
（2）温度 1）温度的物理意义
温度是反映物体冷热程度的物理量。温度的高低反映物
体内部微观粒子热运动的强弱。
当两个温度不同的物体相互接触时，它们之间将发生热 量传递，如果没有其它物体影响，这两个物体的温度将逐渐
22
（3）示热图（T-s图） 在可逆过程中，单位质 量工质与外界交换的热量， 可以用 T-s 图（温熵图）上 过程曲线下的面积来表示。 温熵图也称为示热图。
q Tds
1
2
23
热力学温标与摄氏温标的关系：
t = T – 273.15 K 温差：1 K = 1 ℃ 国际单位制（SI）采用热力学温度T 作为基本状态参数。
热工学第八章
12
辐射换热：以热辐射的方式进行的热量交换。 辐射换热的主要影响因素： （1）物体本身的温度、表面辐射特性； （2）物体的大小、几何形状及相对位置。 注意： （1）热传导、热对流和热辐射三种热量传递 基本方式往往不是单独出现的； （2）分析传热问题时首先应该弄清楚有那些 传热方式在起作用，然后再按照每一种传热 方式的规律进行计算。 （3）如果某一种传热方式与其他传热方式相 比作用非常小，往往可以忽略。
19
9-1 导热理论基础
主要内容： （1）与导热有关的基本概念； （2）导热基本定律 ； （3）导热现象的数学描述方法。 为进一步求解导热问题奠定必要的理论基础。 1. 导热的基本概念
（1） 温度场(temperature field) 在 时刻，物体内所有各点的温度分布称 为该物体在该时刻的温度场。
第二篇
第八章
传热学
热量传递的基本方式
热量传递有三种基本方式: 热传导 (thermal conduction)； 热对流 (thermal convection)； 热辐射 (thermal radiation)。
1
8－1 热传导
热传导（简称导热） ： 在物体内部或相互接触的物体表面之 间，由于分子、原子及自由电子等微观粒 子的热运动而产生的热量传递现象。
qx
q
x
x
（2）傅立叶定律适用于工程技术中的一般稳态和 非稳态导热问题，对于极低温（接近于0K）的导热问 题和极短时间产生极大热流密度的瞬态导热过程, 如 大功率、短脉冲(脉冲宽度可达10-12～10-15s)激光瞬态 加热等, 傅立叶定律不再适用。
传热热阻网络：
tf1
Rh1
tw1 R tw2
Rh 2
辐射换热：以热辐射的方式进行的热量交换。 辐射换热的主要影响因素： （1）物体本身的温度、表面辐射特性； （2）物体的大小、几何形状及相对位置。 注意： （1）热传导、热对流和热辐射三种热量传递 基本方式往往不是单独出现的； （2）分析传热问题时首先应该弄清楚有那些 传热方式在起作用，然后再按照每一种传热 方式的规律进行计算。 （3）如果某一种传热方式与其他传热方式相 比作用非常小，往往可以忽略。
19
9-1 导热理论基础
主要内容： （1）与导热有关的基本概念； （2）导热基本定律 ； （3）导热现象的数学描述方法。 为进一步求解导热问题奠定必要的理论基础。 1. 导热的基本概念
（1） 温度场(temperature field) 在 时刻，物体内所有各点的温度分布称 为该物体在该时刻的温度场。
第二篇
第八章
传热学
热量传递的基本方式
热量传递有三种基本方式: 热传导 (thermal conduction)； 热对流 (thermal convection)； 热辐射 (thermal radiation)。
1
8－1 热传导
热传导（简称导热） ： 在物体内部或相互接触的物体表面之 间，由于分子、原子及自由电子等微观粒 子的热运动而产生的热量传递现象。
qx
q
x
x
（2）傅立叶定律适用于工程技术中的一般稳态和 非稳态导热问题，对于极低温（接近于0K）的导热问 题和极短时间产生极大热流密度的瞬态导热过程, 如 大功率、短脉冲(脉冲宽度可达10-12～10-15s)激光瞬态 加热等, 傅立叶定律不再适用。
传热热阻网络：
tf1
Rh1
tw1 R tw2
Rh 2
建筑物理(热工学)_建筑防热PPT演示课件
25
层内气流组织方式
26
通风隔热屋顶设计原则
a.屋面外表面应刷白或浅色； b.通风空气间层的高度在 200－240mm 之间为宜； c.应在通风屋面的进出口间造成一个压差，以增加间层内的空气 流动速度； d.太长的通风间层要避免； e.通风间层内空气流动方向应与该建筑物所在地的夏季主导风向 一致，以获得较大的通风量； f.当通风屋面带有保温材料时，应该将保温材料布置在下层屋面； g.通风屋面这重结构不适用于冬季时间长，夏季时间短的地区。
ae
(
I
ae
s
te
e )
ae (tsa e )
将室外空气温度和太阳辐射的作用综合起来， 等效于室外综合温度的作用：
tsa
I s
ae
te
太阳辐射当量温度
13
室外综合温度
广州市某建筑平屋顶的表面状况实测值；
太阳辐射当量温度所占比例相当大；
室外综合温度以24小时为周期波动。
3
室内热环境的影响因素
通过屋顶、墙、地 面和窗的导热
室内各表面间 辐射换热
通过敞开的门和 窗的对流换热
室内的内热源 （电器、人体）
太阳辐射透过玻璃被 室内墙面和地面吸收
4
建筑保温的途径
建筑体形； 建筑物朝向和间距； 防风； 防潮； 围护结构保温；
5
建筑体形
6
建筑体形
体形系数：建筑物与室外大 气接触的外表面积与其所包围 的体积的比值。 体形系数越大，散热量越大。 一般控制在0.3以下。 体形系数与建筑物横截面形 状和层数有关。
9
建筑防热的途径
围护结构隔热； 窗口遮阳； 自然通风；
10
层内气流组织方式
26
通风隔热屋顶设计原则
a.屋面外表面应刷白或浅色； b.通风空气间层的高度在 200－240mm 之间为宜； c.应在通风屋面的进出口间造成一个压差，以增加间层内的空气 流动速度； d.太长的通风间层要避免； e.通风间层内空气流动方向应与该建筑物所在地的夏季主导风向 一致，以获得较大的通风量； f.当通风屋面带有保温材料时，应该将保温材料布置在下层屋面； g.通风屋面这重结构不适用于冬季时间长，夏季时间短的地区。
ae
(
I
ae
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te
e )
ae (tsa e )
将室外空气温度和太阳辐射的作用综合起来， 等效于室外综合温度的作用：
tsa
I s
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te
太阳辐射当量温度
13
室外综合温度
广州市某建筑平屋顶的表面状况实测值；
太阳辐射当量温度所占比例相当大；
室外综合温度以24小时为周期波动。
3
室内热环境的影响因素
通过屋顶、墙、地 面和窗的导热
室内各表面间 辐射换热
通过敞开的门和 窗的对流换热
室内的内热源 （电器、人体）
太阳辐射透过玻璃被 室内墙面和地面吸收
4
建筑保温的途径
建筑体形； 建筑物朝向和间距； 防风； 防潮； 围护结构保温；
5
建筑体形
6
建筑体形
体形系数：建筑物与室外大 气接触的外表面积与其所包围 的体积的比值。 体形系数越大，散热量越大。 一般控制在0.3以下。 体形系数与建筑物横截面形 状和层数有关。
9
建筑防热的途径
围护结构隔热； 窗口遮阳； 自然通风；
10
热工学课件第三章
s c p
T1
T2
dT p R ln 2 T p1
3-3 理想气体的热力性质
从:
s f (T , v) f ( p, v) f (T , p)
s
p2 v2 c p cv dp dv v1 v p
p1
3-3 理想气体的热力性质
如果 ΔT 比较小, cp, cv 取固定值, 则:
qr T2 dT v2 T2 dT p2 s cv R ln c p R ln T1 T T v1 T1 T p1
3-3 理想气体的热力性质
例：已知某理想气体的定容比热Cv=a+bT,其中a,b为常 数，求内能、焓和熵的计算式。
du cv dT
dh q p c p dT
理想气体混合物可作为R混和M混的“某种”理想气体。
3-4 理想混合气体
2.理想混合气体的成分
质量分数
体积分数
摩尔分数
mi i m m mi
Vi i V V Vi
i
1
i
1
x
ni xi n n ni
i
1
3-4 理想混合气体
3.三种分数的联系
Mi R i i i M Ri
i xi
4. 平均分子质量
M M i xi M ii
i 1 i 1 n n
3-4 理想混合气体
5.道尔顿分压定理Dalton’s law
分压力——组分气体处在与混合气体相同容积、相同
温度单独对壁面的作用力。
Gas 1
Gas 2 +
3-3 理想气体的热力性质
热工学第一章
Boiling point of water 100 ℃ 373.15K 212°F
100parts
100parts
180parts
Triple point of water
0℃
273.15K
32°F
Absolute zero
-273.15 ℃
0K
Celsius: ℃
Kelvin: K
Fahrenheit: °F
p 1
2
dv
V
dx
dW Fdx
W12 Fdx psdx pdV
1 1 1
2
2
2
1-6 功和热量
单位质量的功:
w12 pdv
1
2
膨胀: 压缩: 单位:
dv>0 dv<0
dw1-2>0 dw1-2<0
J, kJ , J/kg , kJ/kg
1-6 功和热量
2.热
1-2 状态和状态参数
4.状态参数的特征：
(1)状态参数是宏观量，是大量粒子的平均效应，只有平衡态 才有状态参数，系统有多个状态参数
(2)状态参数—状态的单值函数
(3)物理上—与过程无关 (4)数学上— 状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与 初终态有关； 状态参数的微分特征：全微分。
1-2 状态和状态参数
不同温度尺度之间的联系:
9 o t ( F ) t ( C ) 32 5
o
T ( K ) t ( C ) 273 .15
o
1-2 状态和状态参数
二.压力
定义:单位面积上所承受的垂直作用力。
压力分类 :
100parts
100parts
180parts
Triple point of water
0℃
273.15K
32°F
Absolute zero
-273.15 ℃
0K
Celsius: ℃
Kelvin: K
Fahrenheit: °F
p 1
2
dv
V
dx
dW Fdx
W12 Fdx psdx pdV
1 1 1
2
2
2
1-6 功和热量
单位质量的功:
w12 pdv
1
2
膨胀: 压缩: 单位:
dv>0 dv<0
dw1-2>0 dw1-2<0
J, kJ , J/kg , kJ/kg
1-6 功和热量
2.热
1-2 状态和状态参数
4.状态参数的特征：
(1)状态参数是宏观量，是大量粒子的平均效应，只有平衡态 才有状态参数，系统有多个状态参数
(2)状态参数—状态的单值函数
(3)物理上—与过程无关 (4)数学上— 状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与 初终态有关； 状态参数的微分特征：全微分。
1-2 状态和状态参数
不同温度尺度之间的联系:
9 o t ( F ) t ( C ) 32 5
o
T ( K ) t ( C ) 273 .15
o
1-2 状态和状态参数
二.压力
定义:单位面积上所承受的垂直作用力。
压力分类 :
热工基础.完美版PPT
Propulsion systems — aircraft, rockets, etc. 驱动系统——航行器，火箭等。
Alternative energy systems — fuel cells, solar heating, geothermal, wind energy, ocean thermal, etc. 可再生能源的利用——燃料电池，太阳能加热系 统，地热系统，风能，海洋能等等
0-2 热工基础核的研能究内容：通过核反应释放的能量；
①根据热力学的两个定律，运用严密的逻辑推理，对物体的宏观现象进行分析研究，而不涉及物质的微观结构和微观粒子的运动情况。
辐射能 ：物体以电磁波的形式发射的能量。5 Nhomakorabea能源
定义：人类采用各种手段获取各类能量的物 质资源
分类：非再生能源（耗竭能源） 再生能源（非耗竭能源）
The world’s first power-driven, controlled and sustained flight invented and built by Wilbur and Orville Wright flown by them at Kitty Hawk, North Carolina December 17, 1903 .They opened the era of aviation.
The first car that ever mastered a drive was built by the German engineer and inventor Carl Benz in 1885 .
16
Transportation- Automobiles
17
Aviation: 1900
能量是物质运动的度量。 世界是由物质构成的，一切物质都处于 运动状态，所以一切物质都具有能量。
Alternative energy systems — fuel cells, solar heating, geothermal, wind energy, ocean thermal, etc. 可再生能源的利用——燃料电池，太阳能加热系 统，地热系统，风能，海洋能等等
0-2 热工基础核的研能究内容：通过核反应释放的能量；
①根据热力学的两个定律，运用严密的逻辑推理，对物体的宏观现象进行分析研究，而不涉及物质的微观结构和微观粒子的运动情况。
辐射能 ：物体以电磁波的形式发射的能量。5 Nhomakorabea能源
定义：人类采用各种手段获取各类能量的物 质资源
分类：非再生能源（耗竭能源） 再生能源（非耗竭能源）
The world’s first power-driven, controlled and sustained flight invented and built by Wilbur and Orville Wright flown by them at Kitty Hawk, North Carolina December 17, 1903 .They opened the era of aviation.
The first car that ever mastered a drive was built by the German engineer and inventor Carl Benz in 1885 .
16
Transportation- Automobiles
17
Aviation: 1900
能量是物质运动的度量。 世界是由物质构成的，一切物质都处于 运动状态，所以一切物质都具有能量。
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L L H L H
0
2、某制冷循环中，工质从温度为-23℃冷源吸热100kJ，并将热量230kJ传给 温度为17℃的热源（环境）。此循环满足克劳修斯积分不等式吗？ 3、有一热机工作在500℃及环境温度30℃之间工作，试求该热机可能达到 的最高热效率？若从热源吸热1000KJ，那么能产生多少净功？
第三章
w PdV
w
6、热能、热量区别
pdv
热能是系统储存能，取决于状态； 热量是系统与外界由于温差而交换的能量，是过 程量 热量的数学式： q ct , q cdT 热力学中规定：系统吸热时热量去正值，系统对 外放热时取负值。
7 、热力循环
热力循环是指工质从某一初态出发经历一系列热 力状态变化后又回到原来初态的热力过程，即封 闭的热力过程，简称循环
2. 工质经一热力过程，放热80kJ，对外做膨胀功300kJ，为使其返回原来 的状态，对该系统加热60kJ，问：再后一过程中需要对工质做功多少？
3. 闭口系统沿acb可逆地从a状态变化到b状态，过程中吸热84kJ，对外做 膨胀功32kJ，求：⑴ 若系统沿另一路径adb不可逆地从a状态变化到b 状 态，对外做功10kJ时，需吸收多少热量？ ⑵ 为使系统由b状态返回a状态，外界对系统做功20kJ，系统与外界交换 了多少热量？是吸热还是放热？ 4. 质量为4500kg的汽车，沿坡度为15°的上坡下行，汽车速度为300m/s 在距山脚100米处开始刹车，汽车到达山脚完全停止。若不计其他力的作 用，求：刹车系统因摩擦产生的热量？
三种比热容间的换算关系：
cm 22.4 c Mc
定压质量比热容（定义、符号、单位）：1千克质量的工质 在压力不变的条件下，温度升高（或降低）1K时所吸收 （或放出）的热量。其单位是J/(kg· K)，常用符号 c 表示。 p
定压摩尔比热容（定义、符号、单位）：1摩尔的工质在定 压的条件下，温度升高（或降低）1K时所吸收（或放出）的 热量。其单位是J/(mol· K)，常用符号 Cmp 表示。
若以 c 表示卡诺热机循环的热效率，则：
tc＝net QH 1 QL QH
QH TH Sab
QL TL Sba
TL c 1 TL Sba TH Sab 1 TH TL 注意： c 1 TL Sba TH S ab 1
TH
2、稳定流动能量方程
q h t 适用条件：任何工质的流动过程
（理想气体、实际气体、可逆过程、不可逆过程、流动过程）
q c p T t
适用条件：理想气体任何过程、
t h1 h2
适用条件：绝热过程（可逆、不可逆）
1 2 1 2 c f1 g z1 q u 2 p2 v2 c f 2 g z2 ws 2 2 热力学规定： u p v h u1 p1v1 整理后： 1 h 1 2 1 2 c f1 g z1 q h2 c f 2 g z2 ws 2 2 1 q h2 h1 c 22 c 21 g z 2 z1 ws f f 2
质量比热容：1千克质量的工质温度升高（降低）1K所吸收(放 出）的热量。常用符号位 c，单位是J/(kg· K)。 摩尔比热容：1摩尔质量的工质温度升高（降低）1K所吸收(放 出)的热量。 常用符号 cm 单位是 J/(kg· K)。 体积比热容：1标准m3质量的工质温度升高（降低）1K所吸收 （放出）的热量。常用符号 c′ 单位是 J/(kg· K）。
4、何为组成气体的分体积？如何用它计算组成气体 的T和分压力？
所谓分体积，使各组成气体在保持着与混合气体相同的压力 p 和相同的温度T 的条件下，把各组成气体单独分离出来时， 各组成气体所应占有的体积。
q u 或
Q U W
，
q du
基本能量方程式，适用于闭口系统的任何热力过程。
，
q du pdv q u pdv
（可逆过程）
、
（可逆过程： w
pdv w pdv ）；
q cv dT pdv
q cv dT pdv
3、温度、压力、比体积
温度T：摄氏温度t（℃），绝对温度T（K） T＝t℃＋273.15 测温的仪表：玻璃温度计（水银，酒精）、温 度传感器、热电偶等仪表
华氏温标和摄氏温标
压力P：表压、绝对压力、大气压力
p pb pe ( p pb )
p pb pV
( p pb )
pb ——大气压； pe ——表压； pV ——真空度
测量压力的仪表：压力表、压力传感器等仪表
三种压力的关系
常用压力单位
4、可逆过程
可逆过程：如果系统完成一热力过程后，再沿原来路径逆 向进行时，能使系统和外界都返回原来状态而不留下如何 变化。也可答：是没有耗散效应的准平衡过程。
5、体积变化功：
气体体积增大时，克服外力作功，称为膨胀功； 气体体积经外力压缩而减小时，外力对气体作压缩功；膨胀 功和压缩功通称为体积变化功。 热力学中规定：系统对外做功（膨胀功）为正值，外界对系 统作功（压缩功）为负值。 体积变化功微分形式：
绝热系统：系统与外界无热量交换的系统。 孤立系统：系统和外界无任何能量和物质交换的系统。 孤立系统一定是闭口系统，也一定是绝热系统 热力系统的研究范围是某控制体积 或某工作物质
2、状态参数
常用的六个状态参数：
U、S、H 导出状态参数 即：绝对温度、绝对压力、比体积、 热力学能、 焓、 熵
状态参数的数学特征：1 d z z 2 z1 ,
Q T 0
可判断过程是否可发生、是否可逆
练习题：
1、某热机循环中，工质从温度 TH 2000k的热源吸热QH ,并向温度 T 300k的冷源放热Q ， 问：⑴是否可能实现 Q 1500kJ , Q 800kJ 的循环？循环是否可逆？ ⑵是否可能实现 Q 2000kJ 循环净功 W 1800kJ 的循环？循环是否可逆？
第一章 绪论
能源：
第二章 基本概念及基本定律
第一节 基本概念
1、热力系统
被研究的对象。 在热力学中，为了分析问题的方便，人为地把研究 对象从周围物体中分割出来，这种人为划定的一定 范围内的研究对象称为“热力学系统”，简称为 “热力系”或“系统”。 热力系统是由人为因素决定的。
闭口系统：与外界无物质交换的系统。 与外界只有能量交换而无物质交换。 (控制质量的系统) 开口系统：与外界有物质交换的系统。 与外界不仅有能量交换而又有物质交换。 (控制容积的系统)
计算题：
1.如下图所示：某封闭系统沿1-2-3途径有状态1变化到3，吸入热量90kJ， 对外做功40kJ。 试问： ⑴ 系统从1经4至3，若对外做功10kJ，则吸收热量是多少？ ⑵ 系统由3经曲线所示过程返回1，若外界对系统做功23kJ,吸收热量是多少 ？ ⑶ 设U1 5kJ ,U3 45kJ ,那么过程1-4-3对外做功10kJ和1-2-3过程中对外做功 40kJ，各过程中系统吸收热量是多少？
S ? H ? U ?
2
T、p、V 可直接测得
dz 0
例如：一个可逆循环后状态参数的变化值为
状态参数的函数关系：
f p,V, T o
状态方式坐标图
几点说明
1.坐标图上每一点代表一个平衡状态
2.坐标图上每一条线代表一个准平衡过程
3.坐标图上每一条曲线下面的面积都有确定的物 理意义
第三节
热力学第二定律
1、热力学第二定律的表述
克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传向了高温物体 而不引起其他变化。
开尔文－普朗克表述：不可能从单一热源取热使之完全变 为功而不引起其他变化。
2、什么是第二类永动机？为什么说它不能制造成功？
第二类永动机： 以环境为单一热源，使机器从中吸热对外做 功。 第二类永动机不可能制造成功，因为违背了热力学第二定律 的开尔文说法。不可能从单一热源取热使之完全变为功而不 引起其他变化。
循环中能量利用的经济型是指通过循环所得收益 与付出代价之比。对于正循环，这一指标是热效 率 ,即 t w
t
0
QH
对于逆循环，当用于制冷装置是，其目的是将热量 QL 从低温冷源取出，它的经济指标是制冷系数 ，即
QL W0
热力循环示意图
第二节 热力学第一定律
1、开口系统号的单位）
pv RgT
1mol气体：
pVm RT
pV nRT
m kg气体： mpv pV mRgT
n mol气体：
通用气体常数R：8.314 J/(mol K) 气体常数Rg： ， 例如：1千摩尔理想气体状态方程： pVm 1000RT
判断过程是否可发生、是否可逆
4、熵
1）定义式： dS Qrev T 可逆过程系统与外界交换的热量与热源温度的比值 2）熵变化量的判断：
系统可逆吸热：
Q 0
s s
系统可逆绝热： Q 0 系统可逆放热： s不变
5、克劳修斯不等式
Q T 0
不可逆循环： Q T 0 可逆循环： Q T 0 不可能发生： Q T 0
3、卡诺循环和卡诺定理 卡诺循环由两个可逆等温过程 和两个可逆绝热过程组成。 a b ：可逆定温吸热过程，
b c ：可逆绝热膨胀过程 c d ：可逆定温放热过程； d a ：可逆绝热压缩过程
；
卡诺循环热效率：
TL c 1 TH
综合卡诺循环和卡诺定理可以得到以下结论： （1）卡诺循环热效率取决于高温热源与低温热源的温 度，提高高温热源温度和降低低温热源温度可以提高 其热效率； （2）因高温热源温度趋向无穷大及低温热源温度等于 零均不可能，所以循环热效率必小于1，即在循环发动 机中不可能将热全部转变成功； （3）当高温热源温度等于低温热源温度时，循环的热 效率等于零，即只有一个热源，从中吸热，并将之全 部转变成功的热力发动机是不可能制成的。
0
2、某制冷循环中，工质从温度为-23℃冷源吸热100kJ，并将热量230kJ传给 温度为17℃的热源（环境）。此循环满足克劳修斯积分不等式吗？ 3、有一热机工作在500℃及环境温度30℃之间工作，试求该热机可能达到 的最高热效率？若从热源吸热1000KJ，那么能产生多少净功？
第三章
w PdV
w
6、热能、热量区别
pdv
热能是系统储存能，取决于状态； 热量是系统与外界由于温差而交换的能量，是过 程量 热量的数学式： q ct , q cdT 热力学中规定：系统吸热时热量去正值，系统对 外放热时取负值。
7 、热力循环
热力循环是指工质从某一初态出发经历一系列热 力状态变化后又回到原来初态的热力过程，即封 闭的热力过程，简称循环
2. 工质经一热力过程，放热80kJ，对外做膨胀功300kJ，为使其返回原来 的状态，对该系统加热60kJ，问：再后一过程中需要对工质做功多少？
3. 闭口系统沿acb可逆地从a状态变化到b状态，过程中吸热84kJ，对外做 膨胀功32kJ，求：⑴ 若系统沿另一路径adb不可逆地从a状态变化到b 状 态，对外做功10kJ时，需吸收多少热量？ ⑵ 为使系统由b状态返回a状态，外界对系统做功20kJ，系统与外界交换 了多少热量？是吸热还是放热？ 4. 质量为4500kg的汽车，沿坡度为15°的上坡下行，汽车速度为300m/s 在距山脚100米处开始刹车，汽车到达山脚完全停止。若不计其他力的作 用，求：刹车系统因摩擦产生的热量？
三种比热容间的换算关系：
cm 22.4 c Mc
定压质量比热容（定义、符号、单位）：1千克质量的工质 在压力不变的条件下，温度升高（或降低）1K时所吸收 （或放出）的热量。其单位是J/(kg· K)，常用符号 c 表示。 p
定压摩尔比热容（定义、符号、单位）：1摩尔的工质在定 压的条件下，温度升高（或降低）1K时所吸收（或放出）的 热量。其单位是J/(mol· K)，常用符号 Cmp 表示。
若以 c 表示卡诺热机循环的热效率，则：
tc＝net QH 1 QL QH
QH TH Sab
QL TL Sba
TL c 1 TL Sba TH Sab 1 TH TL 注意： c 1 TL Sba TH S ab 1
TH
2、稳定流动能量方程
q h t 适用条件：任何工质的流动过程
（理想气体、实际气体、可逆过程、不可逆过程、流动过程）
q c p T t
适用条件：理想气体任何过程、
t h1 h2
适用条件：绝热过程（可逆、不可逆）
1 2 1 2 c f1 g z1 q u 2 p2 v2 c f 2 g z2 ws 2 2 热力学规定： u p v h u1 p1v1 整理后： 1 h 1 2 1 2 c f1 g z1 q h2 c f 2 g z2 ws 2 2 1 q h2 h1 c 22 c 21 g z 2 z1 ws f f 2
质量比热容：1千克质量的工质温度升高（降低）1K所吸收(放 出）的热量。常用符号位 c，单位是J/(kg· K)。 摩尔比热容：1摩尔质量的工质温度升高（降低）1K所吸收(放 出)的热量。 常用符号 cm 单位是 J/(kg· K)。 体积比热容：1标准m3质量的工质温度升高（降低）1K所吸收 （放出）的热量。常用符号 c′ 单位是 J/(kg· K）。
4、何为组成气体的分体积？如何用它计算组成气体 的T和分压力？
所谓分体积，使各组成气体在保持着与混合气体相同的压力 p 和相同的温度T 的条件下，把各组成气体单独分离出来时， 各组成气体所应占有的体积。
q u 或
Q U W
，
q du
基本能量方程式，适用于闭口系统的任何热力过程。
，
q du pdv q u pdv
（可逆过程）
、
（可逆过程： w
pdv w pdv ）；
q cv dT pdv
q cv dT pdv
3、温度、压力、比体积
温度T：摄氏温度t（℃），绝对温度T（K） T＝t℃＋273.15 测温的仪表：玻璃温度计（水银，酒精）、温 度传感器、热电偶等仪表
华氏温标和摄氏温标
压力P：表压、绝对压力、大气压力
p pb pe ( p pb )
p pb pV
( p pb )
pb ——大气压； pe ——表压； pV ——真空度
测量压力的仪表：压力表、压力传感器等仪表
三种压力的关系
常用压力单位
4、可逆过程
可逆过程：如果系统完成一热力过程后，再沿原来路径逆 向进行时，能使系统和外界都返回原来状态而不留下如何 变化。也可答：是没有耗散效应的准平衡过程。
5、体积变化功：
气体体积增大时，克服外力作功，称为膨胀功； 气体体积经外力压缩而减小时，外力对气体作压缩功；膨胀 功和压缩功通称为体积变化功。 热力学中规定：系统对外做功（膨胀功）为正值，外界对系 统作功（压缩功）为负值。 体积变化功微分形式：
绝热系统：系统与外界无热量交换的系统。 孤立系统：系统和外界无任何能量和物质交换的系统。 孤立系统一定是闭口系统，也一定是绝热系统 热力系统的研究范围是某控制体积 或某工作物质
2、状态参数
常用的六个状态参数：
U、S、H 导出状态参数 即：绝对温度、绝对压力、比体积、 热力学能、 焓、 熵
状态参数的数学特征：1 d z z 2 z1 ,
Q T 0
可判断过程是否可发生、是否可逆
练习题：
1、某热机循环中，工质从温度 TH 2000k的热源吸热QH ,并向温度 T 300k的冷源放热Q ， 问：⑴是否可能实现 Q 1500kJ , Q 800kJ 的循环？循环是否可逆？ ⑵是否可能实现 Q 2000kJ 循环净功 W 1800kJ 的循环？循环是否可逆？
第一章 绪论
能源：
第二章 基本概念及基本定律
第一节 基本概念
1、热力系统
被研究的对象。 在热力学中，为了分析问题的方便，人为地把研究 对象从周围物体中分割出来，这种人为划定的一定 范围内的研究对象称为“热力学系统”，简称为 “热力系”或“系统”。 热力系统是由人为因素决定的。
闭口系统：与外界无物质交换的系统。 与外界只有能量交换而无物质交换。 (控制质量的系统) 开口系统：与外界有物质交换的系统。 与外界不仅有能量交换而又有物质交换。 (控制容积的系统)
计算题：
1.如下图所示：某封闭系统沿1-2-3途径有状态1变化到3，吸入热量90kJ， 对外做功40kJ。 试问： ⑴ 系统从1经4至3，若对外做功10kJ，则吸收热量是多少？ ⑵ 系统由3经曲线所示过程返回1，若外界对系统做功23kJ,吸收热量是多少 ？ ⑶ 设U1 5kJ ,U3 45kJ ,那么过程1-4-3对外做功10kJ和1-2-3过程中对外做功 40kJ，各过程中系统吸收热量是多少？
S ? H ? U ?
2
T、p、V 可直接测得
dz 0
例如：一个可逆循环后状态参数的变化值为
状态参数的函数关系：
f p,V, T o
状态方式坐标图
几点说明
1.坐标图上每一点代表一个平衡状态
2.坐标图上每一条线代表一个准平衡过程
3.坐标图上每一条曲线下面的面积都有确定的物 理意义
第三节
热力学第二定律
1、热力学第二定律的表述
克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传向了高温物体 而不引起其他变化。
开尔文－普朗克表述：不可能从单一热源取热使之完全变 为功而不引起其他变化。
2、什么是第二类永动机？为什么说它不能制造成功？
第二类永动机： 以环境为单一热源，使机器从中吸热对外做 功。 第二类永动机不可能制造成功，因为违背了热力学第二定律 的开尔文说法。不可能从单一热源取热使之完全变为功而不 引起其他变化。
循环中能量利用的经济型是指通过循环所得收益 与付出代价之比。对于正循环，这一指标是热效 率 ,即 t w
t
0
QH
对于逆循环，当用于制冷装置是，其目的是将热量 QL 从低温冷源取出，它的经济指标是制冷系数 ，即
QL W0
热力循环示意图
第二节 热力学第一定律
1、开口系统号的单位）
pv RgT
1mol气体：
pVm RT
pV nRT
m kg气体： mpv pV mRgT
n mol气体：
通用气体常数R：8.314 J/(mol K) 气体常数Rg： ， 例如：1千摩尔理想气体状态方程： pVm 1000RT
判断过程是否可发生、是否可逆
4、熵
1）定义式： dS Qrev T 可逆过程系统与外界交换的热量与热源温度的比值 2）熵变化量的判断：
系统可逆吸热：
Q 0
s s
系统可逆绝热： Q 0 系统可逆放热： s不变
5、克劳修斯不等式
Q T 0
不可逆循环： Q T 0 可逆循环： Q T 0 不可能发生： Q T 0
3、卡诺循环和卡诺定理 卡诺循环由两个可逆等温过程 和两个可逆绝热过程组成。 a b ：可逆定温吸热过程，
b c ：可逆绝热膨胀过程 c d ：可逆定温放热过程； d a ：可逆绝热压缩过程
；
卡诺循环热效率：
TL c 1 TH
综合卡诺循环和卡诺定理可以得到以下结论： （1）卡诺循环热效率取决于高温热源与低温热源的温 度，提高高温热源温度和降低低温热源温度可以提高 其热效率； （2）因高温热源温度趋向无穷大及低温热源温度等于 零均不可能，所以循环热效率必小于1，即在循环发动 机中不可能将热全部转变成功； （3）当高温热源温度等于低温热源温度时，循环的热 效率等于零，即只有一个热源，从中吸热，并将之全 部转变成功的热力发动机是不可能制成的。