3 热力学第三章——工程热力学课件PPT
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工程热力学 第三章 理想气体的性质
11
比热容的概念
比热容是单位物量的物质升高1K或1℃所需 的热量。 根据物质的数量和经历的过程不同，可分为：
（1）比热容（质量热容） ： 1kg物质的热容，c ，J/(kg·K)。 c q q dT dt
12
比热容的概念
（2）摩尔热容
1 mol物质的热容，Cm，J/(kmol· K)。 Cm Mc
s isi
❖1kg混合气体的比熵变为
d s
c i p,i
dT T
R i g,i
dip pi
❖1mol混合气体的熵变为
dmpp
49
课后思考题
❖理想气体的热力学能和焓是温度的单值函 数，理想气体的熵也是温度的单值函数吗？
❖气体的比热容cp、cv究竟是过程量还是状态 量
pp1p2 pK pi i1
41
道尔顿分压力定律
pi p
ni n
xi
pi xi p
即分压力与总压力之比等于摩尔分数（即气 体组分的摩尔数与总摩尔数之比）
42
亚美格分体积定律
❖混合气体中第 i 种组元处于与混合气体压力 和温度时所单独占据的体积称为该组元的 分体积，用 Vi 表示。
❖亚美格分体积定律：理想混合气体的总体 积等于各组元的分体积之和（仅适用于理 想气体）
的关系式
17
cv和cp的关系式
比热容比： c p cV
得 cp 1 Rg
联立式 cp cV Rg
cV
1
1
Rg
18
比热容和温度的关系
❖理想气体的 u 和 h 是温度的单值函数，所 以理想气体的 cV 和 cp 也是温度的单值函 数。
c ft a b t d t2 e t3
比热容的概念
比热容是单位物量的物质升高1K或1℃所需 的热量。 根据物质的数量和经历的过程不同，可分为：
（1）比热容（质量热容） ： 1kg物质的热容，c ，J/(kg·K)。 c q q dT dt
12
比热容的概念
（2）摩尔热容
1 mol物质的热容，Cm，J/(kmol· K)。 Cm Mc
s isi
❖1kg混合气体的比熵变为
d s
c i p,i
dT T
R i g,i
dip pi
❖1mol混合气体的熵变为
dmpp
49
课后思考题
❖理想气体的热力学能和焓是温度的单值函 数，理想气体的熵也是温度的单值函数吗？
❖气体的比热容cp、cv究竟是过程量还是状态 量
pp1p2 pK pi i1
41
道尔顿分压力定律
pi p
ni n
xi
pi xi p
即分压力与总压力之比等于摩尔分数（即气 体组分的摩尔数与总摩尔数之比）
42
亚美格分体积定律
❖混合气体中第 i 种组元处于与混合气体压力 和温度时所单独占据的体积称为该组元的 分体积，用 Vi 表示。
❖亚美格分体积定律：理想混合气体的总体 积等于各组元的分体积之和（仅适用于理 想气体）
的关系式
17
cv和cp的关系式
比热容比： c p cV
得 cp 1 Rg
联立式 cp cV Rg
cV
1
1
Rg
18
比热容和温度的关系
❖理想气体的 u 和 h 是温度的单值函数，所 以理想气体的 cV 和 cp 也是温度的单值函 数。
c ft a b t d t2 e t3
工程热力学第三章
A B
作业题、 作业题、例题
q = dw + du q = vdp + ∆u
Q = ∫ pdv + ∆H
1 2 Q = ∆h + ∆c + gdz + w 2 1 2 q = ∆h + (c2 − c1 ) + g ∆z + wt 2
Байду номын сангаас
2.说明下列公式的适用条件 2.说明下列公式的适用条件
δ q = du + pdv δ q = dh − vdp
1 2 1 2 δ Q = (h2 + c2 + gz2 )δ m2 − (h1 + c1 + gz1 )δ m1 + δ Ws + dEcV 2 2
五、开口系统稳态稳流能量方程
Q = Wt + ∆H q = wt + ∆h
δ Q = δ Wt + dH δ q = δ wt + dh
各方程的适用条件 1 2 技术功 wt = ∆c + g ∆z + ws
第三章 热力学第一定律 一、热力学能和总能 1.热力学能 1.热力学能 掌握热力学能是状态参数、单位、符号、 掌握热力学能是状态参数、单位、符号、 2.总能 2.总能 1
E = U + mc 2 + mgz 2 1 2 e = u + c + gz 2
二、系统与外界传递的能量 1.热量 1.热量 2.功量 2.功量
• •
5.流体的混合 5.流体的混合 m1 h1 + m2 h2 = (m1 + m2 )h3 6.绝热节流 6.绝热节流
h1 = h2
作业题、 作业题、例题
q = dw + du q = vdp + ∆u
Q = ∫ pdv + ∆H
1 2 Q = ∆h + ∆c + gdz + w 2 1 2 q = ∆h + (c2 − c1 ) + g ∆z + wt 2
Байду номын сангаас
2.说明下列公式的适用条件 2.说明下列公式的适用条件
δ q = du + pdv δ q = dh − vdp
1 2 1 2 δ Q = (h2 + c2 + gz2 )δ m2 − (h1 + c1 + gz1 )δ m1 + δ Ws + dEcV 2 2
五、开口系统稳态稳流能量方程
Q = Wt + ∆H q = wt + ∆h
δ Q = δ Wt + dH δ q = δ wt + dh
各方程的适用条件 1 2 技术功 wt = ∆c + g ∆z + ws
第三章 热力学第一定律 一、热力学能和总能 1.热力学能 1.热力学能 掌握热力学能是状态参数、单位、符号、 掌握热力学能是状态参数、单位、符号、 2.总能 2.总能 1
E = U + mc 2 + mgz 2 1 2 e = u + c + gz 2
二、系统与外界传递的能量 1.热量 1.热量 2.功量 2.功量
• •
5.流体的混合 5.流体的混合 m1 h1 + m2 h2 = (m1 + m2 )h3 6.绝热节流 6.绝热节流
h1 = h2
(精品)工程热力学(全套467页PPT课件)
从能源结构来看，2004年一次能源消费中，煤炭占 67.7%，石油占22.7%，天然气占2.6%，水电等占 7.0%；一次能源生产总量中，煤炭占75.6%，石油 占13.5%，天然气占3.0%，水电等占7.9%。
我国能源现状
据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储 采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的 50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭 速度。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
工程热力学属于应用科学（工程科学） 的范畴，是工程科学的重要领域之一。
工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其 它形式能量转换规律的科学
工程热力学所属学科
工
工程热力学
程
传热学 Heat Transfer
热
流体力学 Hydrodynamics
工程热力学是节能的理论基础
能量转化的一般模式
一
次 能
热能
源
电能 机械能
问题：下面哪些是热机，哪些不是？
燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、 发电机、电动机
能量转化的一般模式
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
换 1 MPa = 106 Pa
算 关
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
我国能源现状
据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储 采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的 50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭 速度。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
工程热力学属于应用科学（工程科学） 的范畴，是工程科学的重要领域之一。
工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其 它形式能量转换规律的科学
工程热力学所属学科
工
工程热力学
程
传热学 Heat Transfer
热
流体力学 Hydrodynamics
工程热力学是节能的理论基础
能量转化的一般模式
一
次 能
热能
源
电能 机械能
问题：下面哪些是热机，哪些不是？
燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、 发电机、电动机
能量转化的一般模式
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
换 1 MPa = 106 Pa
算 关
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
工程热力学第三章气体和蒸汽的性质ppt课件
标准状态下的体积流量：
qV 0 Vm0qn 22.4103 288876 6474.98m3 / h
☆注意：不同状态下的体积不同。
3-2 理想气体的比热容
1、比热容的定义 ■比热容 c（质量热容）(specific heat)
1kg物质温度升高1K所需的热量， c q / dT J / (kg K)
(T 1000
)2
C3
(T 1000
)3
见附表4（温度单位为K）。
qp
T2 T1
cpdT
qV
T2 T1
cV
dT
说明：此种方法结果比较精确。
（2）平均比热容表
c
t2 t1
q t2 t1
q
t2 cdt
t1
t2 cdt
0℃
t1 cdt
0℃
c
t2 0℃
t2
c
t t1
0℃ 1
平均比热容 c t0℃的起始温度为0℃，见附表5（温
3-1 理想气体的概念
1、理想气体模型(perfect gas, ideal gas) ■理想气体的两点假设
理想气体是实际上并不存在的假想气体。 假设： （1）分子是弹性的、不占体积的质点（与空间相比） （2）分子间没有作用力。（分子间的距离很大） ■作为理想气体的条件
气体 p 0 ，v ，即要沸点较低、远离液态。
■比定压热容c p 和比定容热容 cV 比定压热容(specific heat at constant pressure)：定压
过程的比热容。
比定容热容(specific heat at constant volume)：定容过
程的比热容。
●可逆过程
工程热力学第三章lm——工程热力学课件PPT
a c
Q w
Q w 0
2
V
状态参数的积 分特征
积分是否与路径无关
热力学能是状态参数
对循环1-a-2-c-1，有：
( Q W ) ( Q W ) 0
1a 2
2 c1
对循环1-b-2-c-1，有：
( Q W ) ( Q W ) 0
1b 2
2 c1
( Q W ) ( Q W )
理想气体热力学能变化计算
定容过程 理想气体
qv
u
duv
f T
cv dTv
cv
du dT
cv
uu cvdT 或 u 1 cvdT
Cv 平均比热 真实比热
混合气体
n
U Ui i 1
n
mu miui i 1
n
u giui i 1
例题
门窗紧闭的房间内有一台运行的电冰 箱，若敞开冰箱门就有一股凉气扑面， 有人就想通过敞开冰箱大门达到降低 室温的目的，请用热力学第一定律分 析此方法是否可行？
Wf = p A dl = pV wf= pv
流动功是一种特殊的功，大小取 决于控制体进出口界面的热力状 态，与热力过程无关。
对流动功的理解
1.与宏观流动有关，流动停止，流动功不存在 2.作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化
3.Wf＝pv与所处状态有关，是状态量
4.并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起，而 由外界（泵与风机）做出，流动工质所携带的能量
1.宏观动能
Ek
1 mc2 2
2.重力位能
Ep mgz
外部存储能 机械能
系统的总能
系统的总能＝内部储存能+外部储存能
E U Ek E p
工程热力学 第三章 气体和蒸汽的性质.
第三章 气体和蒸汽的性质
3-1 理想气体的概念 3-2 理想气体的比热容 3-3 理想气体的热力学能、焓和熵 3-4 水蒸汽的饱和状态和相图 3-5 水的汽化过程和临界点 3-6 水和水蒸汽的状态参数 3-7 水蒸汽表和图
3-1 理想气体的概念
1、理想气体模型(perfect gas, ideal gas) ■理想气体的两点假设
dT
p
dh vdp dT
p
h T
p
cV
q
dT
V
du
pdv dT
V
u T
V
☆注意：上式适用于任何工质，表明 c p、cV为状态参数
●理想气体
热力学能只包括内动能，只与温度有关，u f (T )
cp,423K 1.01622kJ /(kg K) cp,623K 1.05652kJ /(kg K)
623K
cp 423K (1.01622 1.05652) / 2 1.0364kJ /(kg K)
623K
qp cp 423K (T2 T1) 1.0364 (623 423) 207.27kJ / kg
5、不同形式的理想气体状态方程式
1kg的气体： pv RgT mkg的气体： pV mRgT 1mol的气体：pVm RT nmol的气体：pV nRT 流量形式： pqV qm RgT qn RT
例3-2：某台压缩机每小时输出 3200m3、表压力 pe 0.22MPa 温度t 156℃的压缩空气。设当地大气压pb 765mmHg ，求 压缩空气的质量流量qm及标准状态下的体积流量qV 0 。
3-1 理想气体的概念 3-2 理想气体的比热容 3-3 理想气体的热力学能、焓和熵 3-4 水蒸汽的饱和状态和相图 3-5 水的汽化过程和临界点 3-6 水和水蒸汽的状态参数 3-7 水蒸汽表和图
3-1 理想气体的概念
1、理想气体模型(perfect gas, ideal gas) ■理想气体的两点假设
dT
p
dh vdp dT
p
h T
p
cV
q
dT
V
du
pdv dT
V
u T
V
☆注意：上式适用于任何工质，表明 c p、cV为状态参数
●理想气体
热力学能只包括内动能，只与温度有关，u f (T )
cp,423K 1.01622kJ /(kg K) cp,623K 1.05652kJ /(kg K)
623K
cp 423K (1.01622 1.05652) / 2 1.0364kJ /(kg K)
623K
qp cp 423K (T2 T1) 1.0364 (623 423) 207.27kJ / kg
5、不同形式的理想气体状态方程式
1kg的气体： pv RgT mkg的气体： pV mRgT 1mol的气体：pVm RT nmol的气体：pV nRT 流量形式： pqV qm RgT qn RT
例3-2：某台压缩机每小时输出 3200m3、表压力 pe 0.22MPa 温度t 156℃的压缩空气。设当地大气压pb 765mmHg ，求 压缩空气的质量流量qm及标准状态下的体积流量qV 0 。
《工程热力学》第三章-工质的热力性质(分析“温度”文档)共131张PPT
3.3.2 理想气体的比热容
一般工质：
cv
u T
v
cp
h T
p
理想气体： ducvdT dhcpdT
cv
du dT
cp
dh dT
c p d d T h d u d T p v d u d T R T c v R
所以 cp cv R
相应 cp,mcv,mRm
——迈耶公式
所以
各组分分容积Vi与总容积V的比值称为该组分的容积成分ri ，即
R——气体常数 ● Z－(pr，Tr)图
★ 湿蒸汽区——等温线 汽-液共存区的湿蒸汽实际上是饱和液体和干饱和蒸汽的混合物。
◆ 摩尔成分（摩尔分数）yi 从纯物质的热力学面可以看出，纯物质有：
RR kJ/kg K 以第二个式子为例，取基准温度mT0
热容见224、225页的附表4和5。
若已知 c p
、c t 1
0
p
t2 0
而 t t1,t2
，则用插入法
cp
t 0
cp
t1 0
cp
t2 0
cp
t2t1
t1 0
•
tt1
◆ 利用气体热力性质表中的h，u计算
若已知气体在各温度下的内能和焓值，即可方 便地算出△u、△h 。
uu(T 2)u(T 1) hh(T 2)h(T 1)
223页附表3常用气体的临界状态参数值372临界状态是各物质的共性每种物质的临界参数不同以临界点作为描述物质热力状态的一个基准点从而构造出无因次状态参数对比参数对比压力对比温度对比比体积以对比参数表示状态方程对比态方程凡是遵循同一对比态方程的任何物质如果其中有两个对应相等则另一个也对应相等这些物质也就处于相同的对应状态这就是对比态定律
工程热力学第三章课件
四、焓（ Enthalpy ）及其物理意义
1 2 流动工质传递的总能量为：U mc mgz pV ( J ) 2 1 2 或 u c gz pv （J/kg） 2
焓的定义：h = u + pv H = U + pV
对理想气体：
( J/kg ) (J)
h = u + pv = u + RT＝f(T)
表面张力功、膨胀功和轴功等。 1.膨胀功（容积功）
无论是开口系统还是闭口系统，都有膨胀功；
闭口系统膨胀功通过系统界面传递，开口系统的膨胀 功是技术功的一部分，可通过其它形式（如轴）传递。 系统容积变化是做膨胀功的必要条件，但容积变化不 一定有膨胀功的输出。
2.轴功
系统通过机械轴与外界传递的机械功称为轴功。
第三节 闭口系统能量方程
一、闭口系统能量方程表达式 Q = dU + W (J)
Q = U + W (J)
Q W
q = du + w (J/kg)
q = u + w (J/kg)
对闭口系统而言，系统储存 能中的宏观动能和宏观位能 均不发生变化，因此系统总 储存能的变化就等于系统内 能的变化。即 ΔE= ΔU=U2-U1
p
3 4
2
1
v
对整个循环：∑∆u=0 或
du 0
因而q12 ＋ q23 ＋ q34 ＋ q41 ＝ w12 ＋ w23 ＋ w34 ＋ w41
即
q w
三、理想气体热力学能变化计算
对于定容过程， w = 0，于是能量方程为：
q v = duv=cvdTv
u cV ( )V T
1 2 1 2 Q (h2 c2 gz 2 )m2 (h1 c1 gz1 )m1 Ws dECV 2 2
《工程热力学》课件
理想气体混合物
理想气体混合物的性质
理想气体混合物具有加和性、均匀性、 扩散性和完全互溶性等性质。
VS
理想气体混合物的计算
通过混合物的总压力、总温度和各组分的 摩尔数来计算混合物的各种物理量。
真实气体近似与修正
真实气体的近似
真实气体在一定条件下可以近似为理想气体。
真实气体的修正
由于真实气体分子间存在相互作用力，因此需要引入修正系数对理想气体状态方程进行 修正。
特点
工程热力学是一门理论性较强的学科 ，需要掌握热力学的基本概念、定律 和公式，同时还需要了解其在工程实 践中的应用。
工程热力学的应用领域
能源利用
工程热力学在能源利用领域中有 着广泛的应用，如火力发电、核 能发电、地热能利用等。
工业过程
工程热力学在工业过程中也发挥 着重要的作用，如化工、制冷、 空调、热泵等。
稳态导热问题
稳态导热是指物体内部温度分布不随时间变 化的导热过程，其特点是热量传递达到平衡 状态。
对流换热和辐射换热的基本规律
对流换热的基本规律
对流换热主要受牛顿冷却公式支配，即物体 表面通过对流方式传递的热量与物体表面温 度和周围流体温度之间的温差、物体表面积 以及流体性质有关。
辐射换热的基本规律
辐射换热主要遵循斯蒂芬-玻尔兹曼定律， 即物体发射的辐射能与物体温度的四次方成
正比，同时也与周围环境温度有关。
传热过程分析与计算方法简介
要点一
传热过程分析
要点二
计算方法简介
传热过程分析主要涉及热量传递的三种方式（导热、对流 和辐射）及其相互影响，需要综合考虑物性参数、几何形 状、操作条件等因素。
常用的传热计算方法包括分析法、实验法和数值模拟法。 分析法适用于简单几何形状和边界条件的传热问题；实验 法需要建立经验或半经验公式；数值模拟法则通过计算机 模拟传热过程，具有较高的灵活性和通用性。
《热力学第三章》PPT课件_OK
活塞有摩擦完全导热且经历准静态等温过程141活塞移动距离laa1020802080突然不是准静态pdvlnln可求s状态参数1活塞移动距离laa1020802080lnln教材313题氧气瓶v004m20迅速放气p取氧气瓶为开口系试用开口系能量方程求tpvmrt开口系能量方程cvoutoutininnetqdumhmhwcvoutoutdumh2v21v1outoutmctmctmh是不是可逆不敢确定气体减少dm本身为正cvoutoutdumhdudmuuhm指瓶中气体状态outdmuhdmmcdtrtdmdmdt绝热钢瓶放气瓶内气体遵循ln1lntkvconstdmdtdmdvdvdtdtdtdvtvconstpvconst小瓶绝热保温箱初为真空由于小瓶漏气某时刻小瓶内温度为t
R s0
T1
pr (T2 ) pr (T1)
R
定义
pr
exp sT0 R
f (T )
相对压力
已知p1,T1,T2 ,查附表2，得pr(T1)和pr(T2)，求p2
vr用得较少，自学
2021/8/21
36
§3-5理想混合气体
37
研究对象
无化学反应的理想气体混合物 例：锅炉烟气 CO2, CO, H2O, N2
T
v
cpdT R dp
T
p
2、按真实比热计算
3、按平均比热法计算
2021/8/21
26
1、按定比热计算理想气体热容
分子运动论
Um
i 2
RmT
运动自由度
Cv,m
dU m dT
i 2
Rm
Cp,m
dH m dT
d (Um RmT ) dT
i
2
R s0
T1
pr (T2 ) pr (T1)
R
定义
pr
exp sT0 R
f (T )
相对压力
已知p1,T1,T2 ,查附表2，得pr(T1)和pr(T2)，求p2
vr用得较少，自学
2021/8/21
36
§3-5理想混合气体
37
研究对象
无化学反应的理想气体混合物 例：锅炉烟气 CO2, CO, H2O, N2
T
v
cpdT R dp
T
p
2、按真实比热计算
3、按平均比热法计算
2021/8/21
26
1、按定比热计算理想气体热容
分子运动论
Um
i 2
RmT
运动自由度
Cv,m
dU m dT
i 2
Rm
Cp,m
dH m dT
d (Um RmT ) dT
i
2
工程热力学PPT课件
另一种表述是，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
还有一种表述是，自然发生的热传递总是向着熵增加的方向进行，即系统总是向着熵增加的方向演化。
热力学第二定律的应用
01
在能源利用领域，热力学第二定律指导我们如何更有效地利用能源，避免能源 浪费。例如，在发电厂中，利用热力学第二定律可以优化蒸汽轮机的设计和运 行，提高发电效率。
热力学第二定律的实质
热力学第二定律的实质是揭示了自然界的不可逆性，即自然界的自发过程总是向着熵增加的方向进行 。这意味着自然界的能量转化和物质转化总是向着无序和混乱的方向发展，而不是向着有序和规则的 方向发展。
热力学第二定律的实质还表明了人类对自然界的干预和改造是有限制的，我们不能违背自然规律来无 限地利用能源和资源。因此，我们需要更加珍惜和合理利用自然界的能源和资源，以实现可持续发展 和环境保护的目标。
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。
制冷与空调技术
制冷与空调技术
制冷和空调技术是利用热力学原理实现热量转移和控制的工程技术。
制冷剂的选择
制冷剂是制冷和空调技术中的重要物质，需要具备适当的热力学性质 和环保性能。
制冷循环的类型
制冷循环有多种类型，如压缩式、吸收式和吸附式等，每种类型都有 其特定的应用场景。
空调系统的优化
为了提高空调系统的效率和降低能耗，需要对空调系统进行优化设计， 如采用变频技术、智能控制等措施。
还有一种表述是，自然发生的热传递总是向着熵增加的方向进行，即系统总是向着熵增加的方向演化。
热力学第二定律的应用
01
在能源利用领域，热力学第二定律指导我们如何更有效地利用能源，避免能源 浪费。例如，在发电厂中，利用热力学第二定律可以优化蒸汽轮机的设计和运 行，提高发电效率。
热力学第二定律的实质
热力学第二定律的实质是揭示了自然界的不可逆性，即自然界的自发过程总是向着熵增加的方向进行 。这意味着自然界的能量转化和物质转化总是向着无序和混乱的方向发展，而不是向着有序和规则的 方向发展。
热力学第二定律的实质还表明了人类对自然界的干预和改造是有限制的，我们不能违背自然规律来无 限地利用能源和资源。因此，我们需要更加珍惜和合理利用自然界的能源和资源，以实现可持续发展 和环境保护的目标。
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。
制冷与空调技术
制冷与空调技术
制冷和空调技术是利用热力学原理实现热量转移和控制的工程技术。
制冷剂的选择
制冷剂是制冷和空调技术中的重要物质，需要具备适当的热力学性质 和环保性能。
制冷循环的类型
制冷循环有多种类型，如压缩式、吸收式和吸附式等，每种类型都有 其特定的应用场景。
空调系统的优化
为了提高空调系统的效率和降低能耗，需要对空调系统进行优化设计， 如采用变频技术、智能控制等措施。
《工程热力学》课件
空调技术
空调系统的运行与热力学密切相关。制冷和 制热循环的原理、空调系统的能效分析以及 室内空气品质的保障等方面均需要热力学的
支持。
热力发电与动力工程
热力发电
热力学在热力发电领域的应用主要体现在锅炉、汽轮机和燃气轮机等设备的能效分析和 优化上。通过热力学原理，提高发电效率并降低污染物排放。
动力工程
热力学与材料科学的关系
材料科学主要研究材料的组成、结构、性质以及应用，而热力学为材料科学提供了材料制备、性能优 化和失效分析的理论基础。
在材料制备过程中，热力学可以帮助人们了解和控制材料的相变、结晶和熔融等过程，优化材料的性能 。
在材料性能优化方面，热力学为材料科学家提供了理论指导，帮助人们理解材料的热稳定性、抗氧化性 等性能，从而改进材料的制备工艺和应用范围。
热力学与其他学科的联系
热力学与物理学的关系
热力学与物理学在研究能量转换和传递方面有 密切联系。物理学中的热学部分为热力学提供 了基本概念和原理，如温度、热量、熵等。
热力学的基本定律，如热力学第一定律和第二 定律，是物理学中能量守恒和转换定律的具体 应用。
物理学中的气体动理论和分子运动论为热力学 提供了微观层面的解释，帮助人们理解热现象 的本质。
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。
工程热力学_第3章——【精品资源汇】
18
t/ ℃ p/ MPa
0
20
50
100
120
0.0 006 112 0.0 023 385 0.0 123 446 0.1 013 325 0. 198 483
150 0.47 571
19
3–5 水定压加热汽化过程
一、水定压加热汽化过程
预热
汽化
过热
t < ts (a)
t = ts (b)
t = ts (c)
4
摩尔质量和摩尔容积 摩尔质量：1mol物质的质量，M。 摩尔容积：1mol物质占有的体积，Vm。 阿伏加德罗定律：在同稳同压下，各种气体的摩尔体积都 相等。
5
若以摩尔为单位，则状态方程式为： 对于1mol气体，有： PVm= RT R=Mr/1000*Rg，对于任何气体都相等，称为摩尔气体常数 。 R=8.314J/(mol•K) 对于n摩尔气体，有： PV=nRT。
2) h u pv u RgT
h hT dh cp dT
12
讨论： 如图：
Tb Tc Td
uab uac uad hab hac had
13
2. 热力学能和焓零点的规定 可任取参考点,令其热力学能为零,但通常取 0 K。
u
uT uT0 uT cV
T 0
T
h
hT
蒸发：在液体表面进行的汽化过程 沸腾：在液体表面及内部进行
的强烈汽化过程。
液化：由气相到液相的过程
17
二、饱和状态
当汽化速度=液化速度时，系统 处于动态平衡，宏观上气、液两相 保持一定的相对数量—饱和状态。
饱和状态的温度—饱和温度， ts(Ts) 饱和状态的压力—饱和压力，ps
t/ ℃ p/ MPa
0
20
50
100
120
0.0 006 112 0.0 023 385 0.0 123 446 0.1 013 325 0. 198 483
150 0.47 571
19
3–5 水定压加热汽化过程
一、水定压加热汽化过程
预热
汽化
过热
t < ts (a)
t = ts (b)
t = ts (c)
4
摩尔质量和摩尔容积 摩尔质量：1mol物质的质量，M。 摩尔容积：1mol物质占有的体积，Vm。 阿伏加德罗定律：在同稳同压下，各种气体的摩尔体积都 相等。
5
若以摩尔为单位，则状态方程式为： 对于1mol气体，有： PVm= RT R=Mr/1000*Rg，对于任何气体都相等，称为摩尔气体常数 。 R=8.314J/(mol•K) 对于n摩尔气体，有： PV=nRT。
2) h u pv u RgT
h hT dh cp dT
12
讨论： 如图：
Tb Tc Td
uab uac uad hab hac had
13
2. 热力学能和焓零点的规定 可任取参考点,令其热力学能为零,但通常取 0 K。
u
uT uT0 uT cV
T 0
T
h
hT
蒸发：在液体表面进行的汽化过程 沸腾：在液体表面及内部进行
的强烈汽化过程。
液化：由气相到液相的过程
17
二、饱和状态
当汽化速度=液化速度时，系统 处于动态平衡，宏观上气、液两相 保持一定的相对数量—饱和状态。
饱和状态的温度—饱和温度， ts(Ts) 饱和状态的压力—饱和压力，ps
工程热力学,课件第三章--2(lyc)
T2 v2 ∆s = s 2 − s1 = cv ln + R g ln T1 v1
另外， 另外，由于
(3-35a)
dp dv dT + = p v T
状态方程式的微分形式
c p − cv = R g
迈耶公式
于是，可得 于是，
dp dv ds = cv + cp p v
∆ S 12 dp = ∫ cv + p p1
0 s = s 0, K + ∫ c p T0
T
dT p dT p − R g ln = ∫cp − R g ln T p 0 T0 T p0
T T
T
p0 dT dT 0 0值为 状态（ 时的熵s 状态（T, p0）时的熵 s = ∫ cp − Rg ln = ∫ cp T p0 T0 T T0
于是，由（3-34）式 ds = c p dT − R g dp 于是， ）
p2 v2
(3-36)
积分后， 积分后，有
∫c
p
v1
dv v
(3-36a)
式（3-34）∼（3-36）为计算理想气体熵变的一般关系式 ） ） 计算理想气体的熵变的另一种方法： 计算理想气体的熵变的另一种方法： 选择基准状态p 选择基准状态 0=1atm, T0=0K，规定基准状态的熵为 ， ，规定基准状态的熵为0， 即 值为： ，则任意状态 (T,P) 时的熵 s 值为：
C M = ∑ x i ⋅ C M ,i
C ' = ∑ ϕ i ⋅ Ci '
2. 热力学能和焓 理想气体混合物的分子满足理想气体的两点假设， 理想气体混合物的分子满足理想气体的两点假设，各组成气 体分子的运动不因存在其它气体而受影响，其热力学能、 体分子的运动不因存在其它气体而受影响，其热力学能、焓 和熵是广延性参数，具有可加性。因此， 和熵是广延性参数，具有可加性。因此，理想混合气体的内 能等于各组成气体的内能之和， 能等于各组成气体的内能之和，即
工程热力学第三章理想气体PPT课件
平均比热容 常用 qct
三 理想气体热力学能、焓、熵的变化量的 计算
1 热力学能和焓的计算
根据比定容热容可知
q (du pd) v du
cv
d
Tv
dT v dT
ducv dT u cvdT
这个结论对定容以外的热力过程是否适用？
P
1
热力学能是状态参数
2
ducv dT对任一热力过 程均成立
V
v2 T2 v1 T1
③过程中的能量变化
2
w pdv p(v2 v1 )
1
2
wt vdp 0
1
q h w t h c p(T 2 T 1)
2）定压过程
④ 过程曲线
s C
d scpd T Tscpln T C Tecp
指数曲线的斜率
T s
p
T cp
T s
v
T cv
p
T
scp
lnv2 v1
cv
lnp2 p1
四 理想气体混合物
理想气体性质：①混合气体内部无化学反应，成 分不变；②各组成气体都有理想气体的性质; ③混 合后仍具有理想气体的性质；④各组成气体彼此 独立，互不影响。
1 理想气体混合物的成分
绝对成份
项目
质量 kg 摩尔数 kmol 体积 m3
混合气体
m
n
V
气体在水中溶解量与水面上此气体的分压力 成正比 。加热水，使部分水汽化，增加水蒸汽 分压力。总压一定条件下，氧气分压力减小
2 理想气体混合物的基本定律
2）分体积和阿美格分体积定律
p
气体1
0 10
气体2
p
0 10
气体2
三 理想气体热力学能、焓、熵的变化量的 计算
1 热力学能和焓的计算
根据比定容热容可知
q (du pd) v du
cv
d
Tv
dT v dT
ducv dT u cvdT
这个结论对定容以外的热力过程是否适用？
P
1
热力学能是状态参数
2
ducv dT对任一热力过 程均成立
V
v2 T2 v1 T1
③过程中的能量变化
2
w pdv p(v2 v1 )
1
2
wt vdp 0
1
q h w t h c p(T 2 T 1)
2）定压过程
④ 过程曲线
s C
d scpd T Tscpln T C Tecp
指数曲线的斜率
T s
p
T cp
T s
v
T cv
p
T
scp
lnv2 v1
cv
lnp2 p1
四 理想气体混合物
理想气体性质：①混合气体内部无化学反应，成 分不变；②各组成气体都有理想气体的性质; ③混 合后仍具有理想气体的性质；④各组成气体彼此 独立，互不影响。
1 理想气体混合物的成分
绝对成份
项目
质量 kg 摩尔数 kmol 体积 m3
混合气体
m
n
V
气体在水中溶解量与水面上此气体的分压力 成正比 。加热水，使部分水汽化，增加水蒸汽 分压力。总压一定条件下，氧气分压力减小
2 理想气体混合物的基本定律
2）分体积和阿美格分体积定律
p
气体1
0 10
气体2
p
0 10
气体2
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e u 1 c2 gz 2
2.流动功（推动功）
A
为推动流体通过控制体界面而传
p
递的机械功，是维持流体正常流动 p V
所必须传递的能量。 dl
Wf = p A dl = pV wf= pv
流动功是一种特殊的功，大小取 决于控制体进出口界面的热力状 态，与热力过程无关。
2)焓及其物理意义
流动工质传递的能量：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
wt
基本概念
气体热力性质
单组分：
理想气体 实际气体：水蒸气
热一定律
混合气体：
Q=△U+W，
Q= △H+Wt
理想混合气体 湿空气
热力过程
定T，定P，定V，定S，多变n 过程方程，QW
热二定律 S，Ex
热机
热力循环 η
制冷机
第三章 热力学第一定律
§3.1 热力学第一定律的实质 §3.2 热力学能与总能 §3.3 系统与外界传递的能量 §3.4 闭口系统能量方程 §3.5 开口系统能量方程 §3.6 开口系统稳态稳流能量方程 §3.7 稳态稳流能量方程的应用
e u 1 c2 gz 2
§3.3系统与外界传递的能量
传热
1.热量：在温差作用下与外界传 递的能量。
2.功量：除温差外的其它不平衡 势差所引起的系统与外界 之间传递的能量。
系 传功 外
统
界
传质
3.随物质流传递的能量——开口系统
包括储存能和推动功 两部分
1)随物质流传递的能量
1.储存能 工质储存的能量依附于工质，随工质的流动而传递
Q
dU
W
从下述两点说明功和热是相当量，而不是相等。 ✓ ① U发生同样变化，既可通过做功来完成，也可通过传递热
量来完成。两者之间只是在作用于系统这一效果上是等效的， 决不能等同起来。 ✓ ② 功和热之间的转换只有通过系统内能的变化才能完成。 脱离系统去谈功和热之间的直接转换是不恰当的。 ✓ ③尽管U没有变化，也不能得出热可变功或功可变热这样简 单的结论。只能：在转换中，外界供给系统热量，使系统的 内能增加，同时系统对外做功，消耗了从外界获得的能量。
闭口系统，没有物质交换，能量 Q
dU
W
传递只有热量和功两种形式。
系统总能变化＝传入的热量－输出的功
E Q W
E U E k E p 动能与位能不发生变化
dU Q W
Q dU W
适用于任何工质、任何过程 q d u w
§3.4闭口系统能量方程
Q dU W
热一律的理论基础与实质
热能的本质：热能是组成物质的分子、原子等 微粒的杂乱运动的能量，微粒的 杂乱运动叫做热运动。
T1 Q1
W Q2
T2
既然热能(无序)和机械能(有序)都是物质的运动，那么热 能和机械能的相互转化实质上是物质由一种运动形态转变为另 一种运动形态，转化时总能量守恒则是理所当然的。
但是：功和热之间的转换只有通过系统内能的变化才能
e u 1 c2 gz pv u pv 1 c2 gz
2
2
定义为焓h h＝u+pv H＝U+pV
取决于物质的热 力状态
焓是流动工质传递的总能量中取决于热力状态的部分， 如果动能和位能可以忽略，则焓代表随流动工质传递的总能量
对外作功为正；吸热为正
§3.4闭口系统能量方程 Q W
( Q W ) ( Q W ) 0
1a 2
2 c1
对循环1-b-2-c-1，有：
( Q W ) ( Q W ) 0
1b 2
2 c1
( Q W ) ( Q W )
1a 2
1b 2
与路径无关
用dU表示
是某状态函数的全微分
热力学能的物理意义
dU = Q - W
完成，脱离系统去看热功转化是无意义的！
W
U
Q
热一律的理论基础与实质
W UQ
Q W
T1 Q1
W Q2
T2
热力学第一定律的实质：
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象上的应用。
功和热之间的转换只有通过系统内能的变化才能完成。 脱离系统去谈功和热之间的直接转换是不恰当的。
dU = Q - W
m
( h1
1 2
c12
gz1 )
m
Ws
Q
(
h2
h1 )
1 2
(
c
2 2
c12 )
g ( z2
z1
)
m
Ws
单位质量工质
q
dh
1 2
dc2
gdz
ws
4)技术功（Technical work）
Q
mh
1 2
mc2
mgz
Ws
q
h
1 2
c2
gz
ws
动能
位能
轴功
Wt
机械能
Q H Wt
q h wt
工程技术上可以直接利用
q du w
理想气体热力学能变化计算
定容过程 q v d u v cv d Tv
理想气体 u f T
du cv dT
2
du cv dT 或 u 1 cvdT
cv
u T
v
定值比热 Cv 平均比热
真实比热
混合气体
n
U Ui i 1
n
mu miui i 1
n
u giui i 1
恒定流量
流过系统任何断面的质量相等
m1 m2 m
恒定参数
进入的能量与离开的能量相等
dEcv 0
开口系统稳态稳流能量方程
dEcv
Q
( h1
1 2
c12
gz1 )
m1
(h2
1 2
c
2 2
gz2 )
m2
Ws
稳态稳流 m1 m 2 m
dEcv 0
Q
(h2
1 2
c
2 2
gz2 )
1)热力学能的导出(状参两个假设)
考察闭口系热力循环1-a-2-c-1， 循环过程中工质从外界吸收热量， 对外界输出功，完成循环后又回复 到初态，根据热力学第一定律：
Q W
Q W 0
循环积分为0
状态参数的 积分特征
假设：动能与位能 不发生变化
热力学能是状态参数
对循环1-a-2-c-1，有：
Q
W
dU 代表某微元过程中系统通过边界交换的微热量与 微功量两者之差值，也即系统内部能量的变化。
U 代表储存于系统内部的能量 内储存能（内能、热力学能）
• 内能总以变化量出现，内能零点人为定
3)系统的总能
系统的总能＝内部储存能+外部储存能
E U
E U
Ek E p
1 mc2 mgz 2
比总能
作业
习题 3－2，3－6，3－7，3－8
注意事项：P55
§3.5开口系统能量方程
开口系统，系统与外界之间 有质量、热量和功的交换。
质量守恒定律 能量守恒定律
3)开口系统稳态稳流能量方程
稳态稳流工况：工质以恒定的流量连续不断地进出系统， 系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数 都保持一定，不随时间变化。