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工程热力学课件ppt
热力学在工程中的应用
热力发动机
热力发动机原理
热力发动机利用燃料燃烧产生的 热能转化为机械能，通过活塞、 转子或涡轮等机构输出动力。
热力发动机类型
热力发动机有多种类型，如内燃 机、蒸汽机和燃气轮机等，每种 类型都有其特点和应用领域。
热力发动机效率
提高热力发动机效率是重要的研 究方向，通过优化设计、改善燃 烧过程和减少热量损失等方法可 以提高效率。
热力能源的合理利用与节能
热力能源的合理利用是指通过提高能 源利用效率、减少能源浪费和降低能 耗等方式，实现能源的有效利用。
热电联产是一种有效的节能方式，它 通过将发电和供热结合起来，提高了 能源利用效率。
节能措施包括采用高效能设Βιβλιοθήκη Baidu、优化 工艺流程、加强设备维护和能源管理 等。
余热回收是将工业生产中产生的余热 进行回收再利用，从而提高能源利用 效率并减少能源浪费。
可持续性
01
可持续性是指在满足当前人类需求的同时，不损害未来世代满
足自身需求的能力。
可再生能源
02
可再生能源是指可以持续利用的能源，如太阳能、风能、水能
等。
热力学在可再生能源中的应用
03
热力学在可再生能源的开发和利用中发挥着重要作用，如太阳
能热利用、风能转换等。
06
工程热力学的发展趋势与 未来挑战
热力发动机
热力发动机原理
热力发动机利用燃料燃烧产生的 热能转化为机械能，通过活塞、 转子或涡轮等机构输出动力。
热力发动机类型
热力发动机有多种类型，如内燃 机、蒸汽机和燃气轮机等，每种 类型都有其特点和应用领域。
热力发动机效率
提高热力发动机效率是重要的研 究方向，通过优化设计、改善燃 烧过程和减少热量损失等方法可 以提高效率。
热力能源的合理利用与节能
热力能源的合理利用是指通过提高能 源利用效率、减少能源浪费和降低能 耗等方式，实现能源的有效利用。
热电联产是一种有效的节能方式，它 通过将发电和供热结合起来，提高了 能源利用效率。
节能措施包括采用高效能设Βιβλιοθήκη Baidu、优化 工艺流程、加强设备维护和能源管理 等。
余热回收是将工业生产中产生的余热 进行回收再利用，从而提高能源利用 效率并减少能源浪费。
可持续性
01
可持续性是指在满足当前人类需求的同时，不损害未来世代满
足自身需求的能力。
可再生能源
02
可再生能源是指可以持续利用的能源，如太阳能、风能、水能
等。
热力学在可再生能源中的应用
03
热力学在可再生能源的开发和利用中发挥着重要作用，如太阳
能热利用、风能转换等。
06
工程热力学的发展趋势与 未来挑战
《工程热力学》PPT课件 (2)
即：
u＝f（T）， du cV dT cV dt
二、 外部储存能
（运动系统）宏观动能＋重力位能
动能： Ek
1 2
mc2
位能：E p mgz
三 、 总能（总储存能）
E
U
Ek
Ep
U
1 2
mc2
mgz
对1 kg工质：
e
u
ek
ep
u
1 2
c2
gz
2-3、功量与热量
功量与热量是系统与外界交换能量的2种方式 （宏 观和微观），只有在过程进行时才有能量迁移，所以
对于一个循环，则 Q W 。
表述Ⅱ：第一类永动机是不可能制成的。
针对工程上形形色色的热工设备和热力过程，常常 将它们抽象简化为不同的系统，不同的系统与外界 之间的能量关系不同，因此其相应的热力学第一定 律表达式（能量方程）也不同，但其本质都是相同 的。 根据能量守恒原理，热力学第一定律的一般表达式 为： 系统收入能量－系统支出能量
3、通过比热容计算热量
q cdT
q
2
1
cdT
可逆过程
式中 量 ·K)
c ——比热容，J /(单位物理
以质量作为物量单位时：
பைடு நூலகம்
2
Q 1 m cdT
， Q mcdT
c ——质量比热容，J /(kg ·K)
u＝f（T）， du cV dT cV dt
二、 外部储存能
（运动系统）宏观动能＋重力位能
动能： Ek
1 2
mc2
位能：E p mgz
三 、 总能（总储存能）
E
U
Ek
Ep
U
1 2
mc2
mgz
对1 kg工质：
e
u
ek
ep
u
1 2
c2
gz
2-3、功量与热量
功量与热量是系统与外界交换能量的2种方式 （宏 观和微观），只有在过程进行时才有能量迁移，所以
对于一个循环，则 Q W 。
表述Ⅱ：第一类永动机是不可能制成的。
针对工程上形形色色的热工设备和热力过程，常常 将它们抽象简化为不同的系统，不同的系统与外界 之间的能量关系不同，因此其相应的热力学第一定 律表达式（能量方程）也不同，但其本质都是相同 的。 根据能量守恒原理，热力学第一定律的一般表达式 为： 系统收入能量－系统支出能量
3、通过比热容计算热量
q cdT
q
2
1
cdT
可逆过程
式中 量 ·K)
c ——比热容，J /(单位物理
以质量作为物量单位时：
பைடு நூலகம்
2
Q 1 m cdT
， Q mcdT
c ——质量比热容，J /(kg ·K)
工程热力学 课件 第七章 水蒸气.ppt
汽化潜热γ：由饱和水定压加热为干饱和蒸汽所 需的热量为汽化潜热
过热热qsup：过热过程中蒸汽吸收的热量称为过 热热
干度：在1kg湿蒸汽中含有xkg饱和蒸汽，饱和 水为(1-x)kg
过热度：过热蒸汽的温度超过饱和温度之值称为 过热度
水的临界压力、临界温度、临界比体积 pcr=22.064MPa , Tcr=373.99 ℃ vcr=0.003106m3/kg
水的三相点的平衡压力和温度分别是
ptp=611.659Pa , Ttp=273.16K(ttp=0.01℃) 三相点液相比体积vtp'=0.00010021m3/kg
7-2 水的定压加热汽化过程
水的定压汽化过程
水的定压沸腾汽化：过冷水→饱和水→湿饱和蒸 汽→干饱和蒸汽→过热蒸汽
液体热ql ：水在定压下从未饱和状态加热到饱 和状态称为预热阶段，所需的热量为液体热
未饱和水和过热蒸汽表 以温度和压力为独立变数，列出未饱和水和过热蒸 汽的v、h、s
u = h - pv
T-s图
水蒸汽的T-s图（见图7-7）由界限曲线划分为湿 区和过热区，有定干度线、定压线、定容线和定 热力学能线 可据任意两个已知状态参数求得其它各参数 h = u + pv
h-s图
水蒸汽的h-s图（见图7-8）可用于计算水蒸汽循 环中的功、热量及热效率 湿蒸汽区（湿区）有定压线和定干度线 过热蒸汽区（过热区）有定压线和定温线
过热热qsup：过热过程中蒸汽吸收的热量称为过 热热
干度：在1kg湿蒸汽中含有xkg饱和蒸汽，饱和 水为(1-x)kg
过热度：过热蒸汽的温度超过饱和温度之值称为 过热度
水的临界压力、临界温度、临界比体积 pcr=22.064MPa , Tcr=373.99 ℃ vcr=0.003106m3/kg
水的三相点的平衡压力和温度分别是
ptp=611.659Pa , Ttp=273.16K(ttp=0.01℃) 三相点液相比体积vtp'=0.00010021m3/kg
7-2 水的定压加热汽化过程
水的定压汽化过程
水的定压沸腾汽化：过冷水→饱和水→湿饱和蒸 汽→干饱和蒸汽→过热蒸汽
液体热ql ：水在定压下从未饱和状态加热到饱 和状态称为预热阶段，所需的热量为液体热
未饱和水和过热蒸汽表 以温度和压力为独立变数，列出未饱和水和过热蒸 汽的v、h、s
u = h - pv
T-s图
水蒸汽的T-s图（见图7-7）由界限曲线划分为湿 区和过热区，有定干度线、定压线、定容线和定 热力学能线 可据任意两个已知状态参数求得其它各参数 h = u + pv
h-s图
水蒸汽的h-s图（见图7-8）可用于计算水蒸汽循 环中的功、热量及热效率 湿蒸汽区（湿区）有定压线和定干度线 过热蒸汽区（过热区）有定压线和定温线
工程热力学PPT课件
热力学第一定律的表述
01
热力学第一定律的表述是：能量既不能凭空产生，也不能凭空 消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体
传递给另一个物体。
02
热力学第一定律也可以表述为：在封闭系统中，能量守恒。
03
热力学第一定律也可以表述为：系统总能量的变化等于系 统与环境之间传递的热量和系统对外界所做的功之和。
02
在制冷技术中，热力学第二定律指导我们如何设计和改进制冷系统，提高制冷 效果和能效比。例如，在空调系统中，利用热力学第二定律可以优化制冷剂的 循环和冷凝器的设计，提高制冷效果和能效比。
03
在化工领域，热力学第二定律指导我们如何设计和改进化学反应过程，提高反 应效率和产率。例如，在石油化工中，利用热力学第二定律可以优化油品的加 工和分离过程，提高油品的品质和产率。
热力学第一定律的应用
在能源转换中，热力学第一定律可以帮助我们 分析能源的利用效率和能量损失，从而优化能
源利用。
在制冷技术中，热力学第一定律可以帮助我们分析制 冷设备的性能，从而优化制冷技术。
热力学第一定律在工程领域中有着广泛的应用 ，例如在能源转换、热力机械、制冷技术等领 域。
在热力机械中，热力学第一定律可以帮助我们分 析机械设备的效率，从而优化机械设计。
新型热力设备的研发与推广
高效热力发动机
研发更高效、更环保的热力发动机， 替代传统的内燃机。
《工程热力学》课件
《工程热力学》 PPT课件
目 录
• 工程热力学概述 • 基本概念与定律 • 热力过程与循环 • 热力学在工程中的应用 • 热力学与其他学科的联系 • 工程热力学前沿研究领域
01
CATALOGUE
工程热力学概述
定义与特点
定义
工程热力学是一门研究热能与机 械能相互转换的学科，主要探讨 热力系统中的能量转换规律和热 力设备的工作原理。
高效热能转换与利用技术
高效热能转换技术
随着能源需求的不断增加，高效热能转换与利用技术 成为研究的重点。例如，高效燃气轮机、超临界蒸汽 轮机等高效热能转换设备的研发和应用，能够提高能 源利用效率和减少污染物排放。
热能利用技术
除了高效热能转换技术外，热能利用技术的进步也是工 程热力学领域的重要发展方向。例如，热电转换技术、 热光转换技术等新型热能利用技术，为能源的可持续利 用提供了新的解决方案。
特点
工程热力学以热力学基本原理为 基础，注重理论与实践相结合， 强调对实际问题的分析和解决。
工程热力学的应用领域
能源动力
工程热力学在能源转换、燃烧 、内燃机、燃气轮机等领域有
广泛应用。
化工与制药
在化工流程、分离过程、制药 工艺等领域Fra Baidu bibliotek工程热力学为流 程设计、优化和节能提供理论 支持。
建筑环境
工程热力学在建筑节能、暖通 空调、供热供冷等领域发挥重 要作用，为改善室内环境提供 技术支持。
目 录
• 工程热力学概述 • 基本概念与定律 • 热力过程与循环 • 热力学在工程中的应用 • 热力学与其他学科的联系 • 工程热力学前沿研究领域
01
CATALOGUE
工程热力学概述
定义与特点
定义
工程热力学是一门研究热能与机 械能相互转换的学科，主要探讨 热力系统中的能量转换规律和热 力设备的工作原理。
高效热能转换与利用技术
高效热能转换技术
随着能源需求的不断增加，高效热能转换与利用技术 成为研究的重点。例如，高效燃气轮机、超临界蒸汽 轮机等高效热能转换设备的研发和应用，能够提高能 源利用效率和减少污染物排放。
热能利用技术
除了高效热能转换技术外，热能利用技术的进步也是工 程热力学领域的重要发展方向。例如，热电转换技术、 热光转换技术等新型热能利用技术，为能源的可持续利 用提供了新的解决方案。
特点
工程热力学以热力学基本原理为 基础，注重理论与实践相结合， 强调对实际问题的分析和解决。
工程热力学的应用领域
能源动力
工程热力学在能源转换、燃烧 、内燃机、燃气轮机等领域有
广泛应用。
化工与制药
在化工流程、分离过程、制药 工艺等领域Fra Baidu bibliotek工程热力学为流 程设计、优化和节能提供理论 支持。
建筑环境
工程热力学在建筑节能、暖通 空调、供热供冷等领域发挥重 要作用，为改善室内环境提供 技术支持。
《工程热力学》PPT课件
四、理想气体的比热
1、比热的定义和单位 热容量：向热力系统加热 （或取热）使之温度升高 （或降低）1K所需的热量,用C表示。 比热：单位质量工质的热容量 ，用 c 表示。即 c=C/m 单位J/(kgK）或c=dq/dT（单位质量的物质作单位温度变化时吸
放的热量）
2、比热与过程的关系 功量和热量都是过程量，故比热与过程有关。 热力过程中最常见的加热过程是保持压力不变 和容积不变，因此比热也相应的分为定压质量比热和定 容质量比热，分别以符号cP 和cν 表示。绝热指数： K= cP / cν
一、定容过程
1、定义：过程进行中系统的容积（比容）保持不变
的过程。
2、过程方程式：ν =常数 3、参数间的关系： 由 PV=RT 知，P/T=常数， 所以： P1/P2=T1/T2, P1/T1=P2/T2 4、过程量的计算： 又 q=Δ u+w， 由 W=∫PdV， 且 dV=0
→ w=0
→ q=Δ u
2、状态参数：用来描述气体热力状态的物理量 主要状态参数： 压力P、比容ν 、温度T、内能Ｕ、
熵Ｓ、焓Ｈ。
基本状态参数：可直接测量的状态参数，包括：
压力(P)、比容(ν )、温度(T)。
基本状态参数：
1、比容：用ν 表示，单位是m3/kg 。 定义：单位质量的物质所占的容积。即： ν =V/M
V--物质的容积,[m3]; 比容的倒数是？ M--物质的质量，[kg]。
工程热力学课件
功率 w sh mw sh 220 1.060 10 3 (KJ / h ) 64780 kw
热力学基本定律
工程热力学
(2) 忽略工质进出口功能变 化，单位质量对外输出 功的增加量 w sh 相对误差 w sh 1 1 3 c 2 (120 2 50 2 ) 10 5.95 （kJ / kg） 2 2
正循环的效果： 1. 高温热源放热q1 2. 低温热源吸热q2 3. 将qnet=q1-q2的热量转化为功wnet 可以理解为：
T1 q1
E wnet
q2
T2
能量转换原理图
高温热源提供的q1，只有一部分转化为功， 其余部分放给低温热源。
热力学基本定律
热力学第二定律
工程热力学
逆向循环
使热从低温物体传至高温物体。 也叫制冷循环或热泵循环。
热力学基本定律
热力学能
工程热力学
能量
热力学基本定律
热力学能
工程热力学
能量
热力学基本定律
热力学能
工程热力学
热力学基本定律
热力学能
工程热力学
热力学基本定律
热力学能
工程热力学
热力系统的储存能
热力学能（取决系统本身的状态）
热力系统储存能
宏观动能、宏观位能（系统的宏观运动 及重力场位置）
1. 热力学能
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化学反应
？ 热力学基本概念和基本原理是否适用
一. 化学反应系统与物理反应系统
1. 包含化学反应过程的能量转换系统:
闭口系
开口系
4
2. 独立的状态参数 简单可压缩系的物理变化过程，确定系统平衡状态的独立状态 参数数：两个；
？ 发生化学反应的物系： 两个以上的独立参数。
除作功和传热，参与反应的物质的成分或浓度也可变化。
2. 描述盖斯定律和基尔霍夫定律，应用热力学第一定律进行绝热 燃烧温度的计算； 3. 复述化学反应质量作用定律，指出平衡熵判据及由此派生的 自由能判据和自由焓判据，概述和讨论化学平衡和平衡常数； 4. 说明等温等压反应平衡常数意义，并讨论简单反应的平衡移 动方向（列-查德里原理）和离解度等。
2
本章教学内容
14
三、标准热效应（standard thermal effect）
标准热效应—标准状态（p = 101 325 Pa，t =298.15 K）下的
热效应。
标准定容热效应 QV0
标准定压热效应
Q
0 p
四、 标准燃烧焓（standard enthalpy of combustion）
和标准生成焓（standard enthalpy of formation）
定容热效应QV 定压热效应 Qp
反应焓（H）：定温定压反应的热效应，等于反应前后物系焓差。
反应热是过程量，与反应过程有关； 热效应是定温反应过程中不作有用功时的反应热，是状态量
2．QV 与 Qp 的关系 物系从初态1经定温定压和定温定容过程完成同一反应到状态2
定温定压
初态 1
定温定容
终态 2
Qp QV (H2 H1) (U2 U1) p(V2 V1)
3. 反应热(heat of reaction)和功
▲反应热——反应中物系与外界交换的热量。 向外界放出热量的反应称放热反应，反应热为负 从外界吸收热量的反应为吸热反应，反应热为正。
5
氢气燃烧: 放热反应
2H2 O2 2H2O
乙炔生成: 吸热反应
2C H2 C2H2
化学计量系数—stoichiometric coefficients
13-2 热力学第一定律在化学反应系统的应用
热力学第一定律对于有化学反应的过程也适用； 化学过程能量平衡分析的理论基础。
一、热力学第一定律解析式
反应热 Q U2 U1 Wtot
各种形式功的总和 体积功
Q U2 U1 Wu W δQ dU δWu δW
有用功
实际的化学反应过程大量地是在温度和体积或温度和压力近
第13章开篇
第13章 化学热力学基础
Introduction of chemical thermodynamics
国内有热水器厂商“明目张胆”宣传其热水器效率105%！ 一种新燃烧技术能使汽车尾气检测做到C和H的零容忍。
？ 你怎么看？
1
本章学习目标
1. 列举化学计量系数，反应热效应和标准热效应，燃烧热、热 值，生成热，生成焓，标准生成焓、标准燃烧焓等术语；
11
二、反应的热效应(thermal effect)和
反应焓(enthalpy of reaction)
1.定容热效应和定压热效应
反应在定温定容或定温定压下不可逆地Hale Waihona Puke Baidu行，且没有作出
有用功，则其反应热称为反应的热效应。
Q U 2 U1 Wu,V 0
Q H2 H1 Wu, p
QV U2 U1 Qp H2 H1
13-1 基本概念 13-2 热力学第一定律在化学反应系统的应用 13-3 绝热理论燃烧温度 13-4 化学平衡与平衡常数 13-5 离解与离解度，平衡移动原理 13-6 化学反应方向判据及平衡条件
教学参考资料：工程热力学（第五版）
3
13-1 基本概念
生活 农业 工程
能源、动力、 化工、制药、
… 生命 环保
热值QW—燃烧热的绝对值。
高热值：QGW(higher hating value )
.2
能够使物系和外界完全恢复到原来状
态，不留下任何变化的理想过程。
一切含有化学反应的实际过程都
是不可逆的， 少数特殊条件下的化学
反应接近可逆。 例如？ 蓄电池的放电和充电——接近可逆； 燃烧反应——强烈不可逆。
正向反应 +
系统 有用功数值相等 外界
逆向反应 -
可逆正向反应作出的有用功最大，其逆向反应时所需输 入的有用功的绝对值最小。
1. 燃烧热和热值（heating value; caloric value）
生成热(thermal effect of formation)
—由单质（或元素）化合成1mol化合物时的热效应；
分解热 —1 mol 化合物分解成单质时的热效应。
生成热与分解热的绝对值相等，符号相反
15
燃烧热ΔHc —1 mol 燃料完全燃烧时的热效应常称为燃料的燃烧热
似保持不变的条件下进行的。
10
Q U2 U1 Wu W
定温定容反应
Q U 2 U1 Wu,V
δQ dU δWu,V
定温定压反应
Q U2 U1 Wu, p p(V2 V1) Q H2 H1 Wu, p
热力学第一定律解析式 不论反应是否 可逆均适用
δQ dH δWu, p
系统对外作功为正，外界对系统作功为负
4. 热力学能
化学反应物系热力学能变化包括化学内能（也称化学能）
？ U 可任取参考点，计算 U
5. 物质的量
不是质量
质量守恒？
化学反应物系物质的量可能增大、减小或者保持不变。 7
二. 可逆过程和不可逆过程
.1
定义：在完成某含有化学反应的
过程后，当使过程沿相反方向进行时，
若反应物和生成物均可按理想气体计
Qp QV RTΔn
n n2 n1
反应前后物质的量的变化量
Qp QV RTΔn
n n2 n1
反应前后物质的量的变化量
★ n > 0 Qp QV
★ n < 0 Qp QV
★ n = 0 Qp QV
★反应前后均无气相物质，忽略固相及液相体积变化
Qp QV
根据质量守衡按反应前后原子数不变确定
反应热是过程量，不仅与反应物系的初、终态有关，而且与
系统经历的过程有关。
▲功
反应物系中与外界交换的功包含:
体积变化功;
电功;
及对磁力以及其它性质的力作功：
6
Wtot W Wu
总功 体积功
有用功，不计体积功， 但包括由膨胀功转化而 来的轴功
无法利用，如燃烧产生的烟气体积变化功