热工学课件

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。
J/(kg K)
2、通用气体常数（数值、单位）、与气体常数关系 通用气体常数：R=8.3143 J/(mol K) R=8314.5 J/(kmol K) R与气体的性质和状态无关。 气体常数
R 8314 .51 Rg J kg K M M
3、比热容(质量、体积、摩尔比热容）
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
工质热力性质
1、理想气体状态方程（表达式及符号的单位）
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、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：
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。
适用于理想气体可逆过程
（理想气体： u cv dT 或

du cv dT ）
q cv dT w q cv T w
q cv dT pdv q cv dT pdv
适用于理想气体可逆过程
适用理想气体任意过程（可逆、不可逆、准静态、多变）
1 2 q (h2 h1 ) cf 2 －cf21 g z 2 z1 ws 2 流动过程中流体实现能量转换有三种方式： 1）热量交换2）轴功交换3）流体内部储存能（焓、 宏观动能、宏观势能）的变化
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
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


3、技术功、膨胀功、流动功的关系
1 Wt mc 2 mg z W sh 2 W Wf Wt Wt W Wf
压气机
w pdv w f d( pv) pdv vdp wt vdp
4、稳定流动能量方程的应用
练习题


判断题：
1. 某气体容器上压力表读数为0.04MPa，当地大气压力为0.01MPa，作 为工质状态参数的压力p为（） A. 0.04MPa B. 0.06MPa C. 0.07MPa D. 0.14MPa 2. 定量气体在某一可逆过程中吸热100kJ，同时增加了热力学能150kJ， 该过程是（） A. 膨胀过程 B. 压缩过程 C. 等焓过程 D.等压过程 3.一容器上真空表读数为35kPa，大气压力为97kPa，作为容器内工质的 状态参数压力P为（） A. 35kPa B. 62kPa C. 66kPa D.132kPa

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？
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。
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
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)
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。



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？
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）。
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 ,
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
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

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QL W0
热力循环示意图
第二节 热力学第一定律
1、开口系统能量方程
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？