【VIP专享】工程热力学课件第三章

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工程热力学课件-3

• 6、绝热节流 h2 h1
• 例3-5、3-7
- mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcv
推动功的表达式
推进功（流动功、推动功）
W推 = p A dl = pV p w推= pv
注意：不是 pdv v 没有变化
A p V
dl
对推动功的说明
1、与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在 2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化 3、w推＝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，而由外界做出，是流动工质所携带的能量
qv dvucvdT
2
u cv dT
1
理想气体：u=f(T) cv du/dT
适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程用定值比热计算:
ucV(T2T1)ຫໍສະໝຸດ 用平均比热计算 :t2
t2
t1
ucvd tcvd tcvd tcvm t0 2t2cvm t0 1t1
kJ 或 kcal 且l kcal=4.1868kJ 特点:
是传递过程中能量的一种形式，与热力过程有关
功
定义: 种类:
除温差以外的其它不平衡势差所引起的系统与外界传递的能量.
1．膨胀功W：在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。
膨胀功是热变功的源泉单位：l J=l N.m
规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。
2．流动功(或推动功)
为推动流体通过控制体界面而传递的机械功.
流动功计算公式的推导：
Wf pfds fdsVvdm
Wf pvdmpvmpV wf pv
m

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

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

工程热力学课件第三章

卡诺循环的效率由两个温度决定，即高温热源的温度$T_1$和低温热源的温度$T_2$。根据卡诺定理，卡诺循环的效率$eta$可以用以下公式表示：$eta = 1 - frac{T_2}{T_1}$。
05
实际气体与蒸汽
实际气体的性质
在此添加您的文本17字
实际气体与理想气体对比
在此添加您的文本16字
热力学第一定律的应用
热量计算
01
利用热力学第一定律可以计算系统在加热或冷却过程中吸收或
释放的热量。
能量转换效率
02
利用热力学第一定律可以分析能量转换过程中的效率，例如发
动机、发电厂等。
热量传递过程
03
利用热力学第一定律可以分析热量传递过程，例如散热器、保
温材料等。
03
理想气体
理想气体的定义
理想气体
在制冷技术中，热力学第二定律用于解释制冷剂的工作原理，以及为什么制冷剂能够从低温物体吸收热量并排放到高温环境中。
在汽车工程中，热力学第二定律用于指导发动机设计和优化，以提高燃油效率和减少排放。
卡诺循环与卡诺定理
卡诺循环由四个过程组成：等温吸热、绝热膨胀、等温放热和绝热压缩。在等温过程中，卡诺循环从高温热源吸收热量并对外做功；在绝热过程中，系统与外界无热量交换。
理想气体状态方程的推导
理想气体状态方程可以通过分子运动论的基本假设和实验数据推导得到。其推导过程涉及到分子动理论、统计力学和热力学的基本原理，是理解和掌握热力学基本概念和公式的重要基础。
理想气体状态方程的应用
理想气体状态方程在工程领域中有着广泛的应用，如气体压缩、膨胀、流动和换热等过程。通过理想气体状态方程，可以计算气体的压力、体积和温度等参数，以及气体的能量转换和传递过程。

工程热力学第3章课件

生
沸腾：液体表面和内部的汽化过程，只能在达到沸
点温度时才发生
汽化速度的大小取决于液体温度的高低
液化物质从气态变为液态的相变过程，也称为凝结，液
化与汽化是物质相变的两种相反过程凝结速度的大小取决于蒸汽的压力
饱和状态
水蒸气在密闭容器中，汽、液两相平衡共存的状态．此时的平衡共存其实是一种汽化速度和凝结速度相等的动态平衡．处于饱和状态的蒸汽为饱和蒸汽，液态水为饱和水．
定容比热容(cv)：在定容情况下，单位质量的气体，温度升高1K所吸收的热量
q du pdv,q dh vdp dv 0
cV
q dT v
du pdv dT v
u T v
cv
du dT
理想气体
定压比热容（cp）：在定压情况下，单位质量的气体,温
度升高1K所吸收的热量
工质处于饱和状态时的压力和温度分别称为饱和压力与饱和温度.饱和温度和饱和压力是一一对应的关系，饱和压力愈高，对应的饱和温度也愈高．
➢ 水蒸气的定压产生过程
工程上所用的水蒸气是由锅炉在压力不变的情况下产生的，水蒸气的发生过程，即是水的定压汽化过程．在此过程中，工质会经过三个阶段、五种状态的变化．
➢ 理想气体的比热容
一．热容的定义及单位
物体温度升高1K所吸收的热量，用C表示,单位
J/K
C Q dT
分类：
质量比热：单位质量物质的热容量，用c表示，单位为 J/(kg·K)；
摩尔比热：单位mol物质的热容量，用cm表示，单位为 J/(mol·K)；
体积比热：标准状态下1m3物质的热容量，用c’表示，单
t1
t2
q cdT
q c t2 t1
t2

《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

工程热力学基础——第3章理想气体的热力性质及基本热力过程

对于理想气体，凡分子中原子数目相同的气体，其千摩尔
比热容 cm 相同且为定值。这样定值质量比热容C和定值容积
比热容 c 也可求。即根据：Cm M c 22.4 c 求
理想气体的千摩尔定值质量比热容件见表3-1
Q 对于mkg质量气体，所需热量为： mc (T2 T1)
Q 对于标准状态下V0气体，所需热量为： V0c(T2 T1)
q ct t 0
利用附表，用平均比热容也可方便地计算 t1 ℃度到 t2℃间的热量：
对于mkg质量气体，所需热量为：
Q
m(c
t2 0
t2
c
t1 0
t1 )
对于标准状态下V0 m3气体，所需热量为：
Q
V0 (c
t2 0
t2
c t1 0
t1 )
例3-3、3-4
习题 3-7、某燃煤锅炉送风量Vo=15000m3/h，空气预热器把空气从20℃加热到300℃，用平均比热容求每小时需加入的热量。
位为J/(m3·K)；
Cm M c 22.4 c
二、影响比热容的因素
1、过程特性对比热容的影响：
经验表明，同一种气体在不同条件下，如在保存容积不变或压力不变的条件下加热，同样温度升高1K所需的热量是不同的。
定容比热容(cv)：在定容情况下，单位物量的气体，温度升
高 1K所吸收的热量。有定容质量、容积、千摩尔比热容之分。
二、理想气体状态方程
大量实验证明，理想气体的三个基本状态参数间存在着一定的函数关系：
1kg： pv RgT
mkg： m pv m RgT 即： pV m RgT
1mol： M Pv M RgT 即： pVM RT
对一定量气体，当状态参数发生变化时： p1V1 P2V2

工程热力学第三章理想气体的性质与过程PPT课件

2020/10/30
14
§3-3 理想气体的u、h、s和热容
一、理想气体的u
1843年焦耳实验，对于理想气体
AB 真空
p v T 不变
qduw du0
绝热自由膨胀
2020/10/30
15
理想气体的内能u
理气绝热自由膨胀 p v T 不变 du0
u f (T, p)
du(Tu)pdT(up)Tdp
1kmol物质的质量单位用kg/kmol。
2020/10/30
4
摩尔容积Vm
阿伏伽德罗假说: 相同 p 和 T 下各理想气体的
摩尔容积Vm相同
在标准状况下 (p0 1.01325105Pa
T0 273.15K) Vm0 22.41m 43kmol
Vm常用来表示数量
2020/10/30
5
Rm与R的区别
d p0 必(然 p u)T0,u与 p无关
u f (T,v)
du(T u)vdT(uv)Tdv
d v 0 必然 ( u v )T 0 ,u 与 v 无关
uf(T) 理想气体u只与T有关
2020/10/30
16
理想气体内能的物理解释
u f (T) 内能＝内动能＋内位能
T
T, v
理想气体无分子间作用力，内能只决定于内动能
18
理想气体的焓
hupvuR T
h f (T) 理想气体h只与T有关
实际气体
h h ( T h)pd T ( p h )T d p c p d T ( p h )T d p
理想气体
dh cpdT
理想气体，任何过程
2020/10/30
19

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

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

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

工程热力学课件：第3章理想气体的性质

若为空气，查附表A-4得
sT0
例：自由膨胀问题----熵增
• 某种理想气体作自由膨胀， • 求：Δs12
解：1）因容器刚性绝热，气体作自由膨胀
W 0 Q 0
据 Q U W
U 0
理想气体U f (T ) U 0
T 0
0
即T1=T2
s12
2
1 cV
dT T
Rg
ln
v2 v1
任何一个过程的u的变化量都和温度变化相同的定容过程的u的变化量相等，即该定容过程吸热量
二、理想气体的焓
h u pv u RT
h f (T ) 理想气体h只与T有关
实际气体
h f (T , p)
cp
( h T
)p
h
h
h
dh
( T
)p dT
( p )T
dp
cpdT
( p )T dp
理想气体 dh cpdT 理想气体，任何过程
内增: dU
2
1 h mi 0 U U 2 U1 m2u2 m1u1
hmi m2u2
mi m2 h u2 0
因空气为理想气体，故其h和u 仅是温度函数 1）取0℃为基点
h cpt u cV t2
2）取0 K为基点
t2
cp cV
t
1.005 30 0.718
42 c
h cpT u cV T
ds du p dv dh v dp TT TT
ds du p dv dh v dp TT TT
理想气体 pv = RgT
熵是状态参数
§3-4 理想气体u、h和s的计算
** du cvdT ** dh cpdT

工程热力学第三章热力学第一定律

工程上常用 (gōngchéng)
流率
•
Q
lim
0
Q
•
m
lim
0
m
•
W
lim
0
W
•
•
Q dEcv /
u pv c2 / 2 gz
mout
out
•
•
u pv c2 / 2 gz min W net
in
共六十三页
开口(kāi kǒu)系能量方程微分式
热量(rèliàng)
外界热源
系
功
外界功源
统
随物质(wùzhì)传递的能量
外界质源
共六十三页
一、热量(rèliàng)
➢定义： (dìngyì)
在温差(wēnchā)作用下,系统与外界通过界面传递的能量。热量是除功以外另一种形式的能量传递
➢规定: 系统吸热热量为正，系统放热热量为负
➢单位： kJ 或 kcal 且l kcal=4.1868kJ
所传递的一种机械功，表现为流动工质进出系统使所携带和所传递的一种能量
共六十三页
四、焓
❖焓的定义(dìngyì)式：焓=内能(nèi 流动 + nénɡ) 功
对于m千克工质：H U pV
对于1千克工质： h=u+ p v
❖焓的物理(wùlǐ)意义：
1．对流动工质(开口系统)，表示沿流动方向传递的总能量中，取决于热力状态的那部分能量.
当有多条进出口：
•
•
Q dEcv / W net
•
u pv c2 / 2 gz mout out
•
u pv c2 / 2 gz min in

工程热力学课件 (03)

热一律的文字表达式
热力学第一定律用基本文字表达式表示为：
进入系统能量—离开系统能量＝系统储存能量的增加
由基本文字表达式可得到基本能量方程
包括闭口系能量方程和开口系能量方程热一律在热力学中的应用主要体现在能量方程中
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第2章热力学第一定律
2-1 热力学第一定律的实质 2-2 本章涉及的概念 2-3 闭口系统能量方程 2-4 开口系统能量方程
dp<0，工质压力降低，技术功为正，工质对机器做功，如汽轮机，燃气轮机
dp>0，工质压力增加，技术功为负，机器对工质做功（消耗外界的功），如压气机、电风扇
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第2章热力学第一定律
2-1 热力学第一定律的实质 2-2 本章涉及的概念 2-3 闭口系统能量方程 2-4 开口系统能量方程
2-5 稳定流动能量方程的应用
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稳定流动开口系能量方程推导
进入系统的能量：
Q
+
m
⎛ ⎜⎝
u1
+
p1v1
+
1 2
cf21
+
gz1
⎞ ⎟⎠
离开系统的能量：
式中u+pv为比焓h
Wi
+
m
⎛ ⎜⎝
u2
+
p2v2
+
1 2
cf22
+
gz2
⎞ ⎟⎠
根据热力学第一定律文字表达式：
⎡⎢⎣Q
+
m
⎛ ⎜⎝
u1
+
p1v1
+
1 2
cf21
+
gz1
⎞⎤ ⎟⎠⎥⎦