工程热力学全套课件(第一章)
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工程热力学全套课件(第一章)
突然去掉重物 最终 p2 = p 0 T2 = T0
p
1.
.
p，T
2 v
2、准静态过程
p1 = p0+重物 T1 = T0
假如重物有无限多层 每次只去掉无限薄一层
系统随时接近于平衡态
p0
p
1.
.
.2
p，T v
★ 准静态过程可以在状态参
数坐标图上确切地表示出来。
、 无穷小
定义：准平衡过程—系统经历一系 列无限接近平衡状态的过程。
平衡不一定均匀，但均匀一定平衡
对于单相，平衡态则一定是均匀的
为什么引入平衡概念？
如果系统平衡，则可用一组确切的状 态参数描述系统所处的状态。 如果系统不平衡，则不能！ 工程热力学研究的正是这种平衡状态。
二、状态方程、坐标图
平衡状态可用一组状态参数描述其状态
想确切描述某个热力系，是 否需要所有状态参数？
0.01 水三相点 0 冰熔点
-17.8 -273.15
盐水熔点 0
459.67
0
-459.67
0
温标的换算
T [ K ] t[ C ] 273.15
O
5 t[ C ] (t[ F ] 32) 9 t[ F ] t[ R] 459.67
O
测温仪表
日常：水银温度计，酒精温度计， 工业：热电偶 热电阻 辐射温度计
简单可压缩系统：N = n + 1 =2 绝热简单可压缩系统 N = ?
2、状态方程
状态方程 基本状态参数（p,v,T)之间 的关系 简单可压缩系统：N = 2
v f ( p, T )
f ( p , v, T ) 0
p
1.
.
p，T
2 v
2、准静态过程
p1 = p0+重物 T1 = T0
假如重物有无限多层 每次只去掉无限薄一层
系统随时接近于平衡态
p0
p
1.
.
.2
p，T v
★ 准静态过程可以在状态参
数坐标图上确切地表示出来。
、 无穷小
定义：准平衡过程—系统经历一系 列无限接近平衡状态的过程。
平衡不一定均匀，但均匀一定平衡
对于单相，平衡态则一定是均匀的
为什么引入平衡概念？
如果系统平衡，则可用一组确切的状 态参数描述系统所处的状态。 如果系统不平衡，则不能！ 工程热力学研究的正是这种平衡状态。
二、状态方程、坐标图
平衡状态可用一组状态参数描述其状态
想确切描述某个热力系，是 否需要所有状态参数？
0.01 水三相点 0 冰熔点
-17.8 -273.15
盐水熔点 0
459.67
0
-459.67
0
温标的换算
T [ K ] t[ C ] 273.15
O
5 t[ C ] (t[ F ] 32) 9 t[ F ] t[ R] 459.67
O
测温仪表
日常：水银温度计，酒精温度计， 工业：热电偶 热电阻 辐射温度计
简单可压缩系统：N = n + 1 =2 绝热简单可压缩系统 N = ?
2、状态方程
状态方程 基本状态参数（p,v,T)之间 的关系 简单可压缩系统：N = 2
v f ( p, T )
f ( p , v, T ) 0
工 程 热 力 学 第一章 热力学基本概念PPT课件
本篇主要讲述：热力学的基本概念及基本定律（热力 学第一定律、热力学第二定律）；理想气体的热力性质和 热力过程；参与能量转换与传递的工作介质（水蒸气、混 合气体、湿空气等）的热力性质；蒸汽动力循环；气体和 蒸汽的流动等工程热力学基础知识。
第一章
热力学基本概念
学习导引
本章介绍了许多重要的概念，对于后续内 容的学习非常重要。在学习过程中，应注意把 相关的概念串接起来，既对单个概念的物理意 义有较深刻的理解，又能从整体上将这些概念 有机的联系起来。
气缸
活塞
（2）开口热力系
1
进口
与外界有能量、
物质交换的系统。系
1
统的容积始终保持变。
（3）绝热热力系
与外界没有热 量交换的系统。
汽轮机
边界
2 出口
叶轮
2
（4）孤立热力系
与外界既无能量（功、热量）交 换又无物质交换的系统。
特殊热力系
如:热源
本身热容量很大， 且在放出或吸收有限量 热量时自身温度及其它 热力学参数没有明显变 化的物体。
提供热量的热源称 为高温热源；吸收热量 的热源称为低温热源。
高温热源
吸热Q1 作功W
热机 机械能
放热Q2
低温热源
第二节 工质的热力状态和基本状态参数
工质在进行热
量传递和能量转
锅
换的过程中, 其
炉
状态不断发生变
化．
汽机轮
凝 汽 器
一、 热力状态和状态参数
１．热力状态
——工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态， 简称状态。
• 可为真实的物质、设备或假想的热力学模型 如:泵中的水、汽轮机 、卡诺热机
如:对小球进行受力分析
第一章
热力学基本概念
学习导引
本章介绍了许多重要的概念，对于后续内 容的学习非常重要。在学习过程中，应注意把 相关的概念串接起来，既对单个概念的物理意 义有较深刻的理解，又能从整体上将这些概念 有机的联系起来。
气缸
活塞
（2）开口热力系
1
进口
与外界有能量、
物质交换的系统。系
1
统的容积始终保持变。
（3）绝热热力系
与外界没有热 量交换的系统。
汽轮机
边界
2 出口
叶轮
2
（4）孤立热力系
与外界既无能量（功、热量）交 换又无物质交换的系统。
特殊热力系
如:热源
本身热容量很大， 且在放出或吸收有限量 热量时自身温度及其它 热力学参数没有明显变 化的物体。
提供热量的热源称 为高温热源；吸收热量 的热源称为低温热源。
高温热源
吸热Q1 作功W
热机 机械能
放热Q2
低温热源
第二节 工质的热力状态和基本状态参数
工质在进行热
量传递和能量转
锅
换的过程中, 其
炉
状态不断发生变
化．
汽机轮
凝 汽 器
一、 热力状态和状态参数
１．热力状态
——工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态， 简称状态。
• 可为真实的物质、设备或假想的热力学模型 如:泵中的水、汽轮机 、卡诺热机
如:对小球进行受力分析
工程热力学课件教学PPT作者刘宝兴工程热力学1-8(全套课件齐)课件.
研究方法
17
参数可以细分成两类，强度参数和广延参数。
强度参数不依赖系统的大小，例如温度和压力。
广延参数依赖于系统的大小，例如质量和体积。
而单位质量的广延参数，如比体积，具有强度参
数的性质。
18
平衡 — 只要系统内各处参数是均匀的，才有确定 的参数值。这时系统就该参数来说是平衡的。
11
直接的能量转换
（1） 燃料电池，它将化学能直接转换成电 能，图1-4示意表示利用氢和氧的燃料 电池。 （2） 热电发生器
12
图1-4示意表示利用氢和氧的燃料电池。
13
地热发电厂 - 蒸汽动力装置的另一种形式 太阳能 必须开发经济实用的一些方法。以 降低储存成本和设计出经济的房屋辅助采 暖系统。
8
图1-2描述一个简单蒸汽动力装置循环。
9
燃气发动机 — 热力学可分析预测可从发动 机得到多少功，如何降低发动机排气污染。 燃气轮机是另一种动力源。 基于微型燃气轮机的冷热电三联供系统， 见图1-3。 如何更有效地将燃料的化学能转换成机械 能?
10
微型燃气轮机的冷热电三联供系统示意图。
4
热力学是一门研究能的科学，是研 究物质性质和能量转换之间关系的基 础工程学科。 热转换成功，或化学能转换成电能 就是能的形式的转换，热力学提供了 对它们进行分析的科学工具。
5
1.1 应用领域
在许多工程系统和其他生活方面常常遇到热力学的应用： 心脏不断地将血液泵到人体全身。 体细胞中的各种能量转换。 体热不停地排放到环境。 一间普通的房屋在某些方面就是一间充满热力学奇妙的
25
17
参数可以细分成两类，强度参数和广延参数。
强度参数不依赖系统的大小，例如温度和压力。
广延参数依赖于系统的大小，例如质量和体积。
而单位质量的广延参数，如比体积，具有强度参
数的性质。
18
平衡 — 只要系统内各处参数是均匀的，才有确定 的参数值。这时系统就该参数来说是平衡的。
11
直接的能量转换
（1） 燃料电池，它将化学能直接转换成电 能，图1-4示意表示利用氢和氧的燃料 电池。 （2） 热电发生器
12
图1-4示意表示利用氢和氧的燃料电池。
13
地热发电厂 - 蒸汽动力装置的另一种形式 太阳能 必须开发经济实用的一些方法。以 降低储存成本和设计出经济的房屋辅助采 暖系统。
8
图1-2描述一个简单蒸汽动力装置循环。
9
燃气发动机 — 热力学可分析预测可从发动 机得到多少功，如何降低发动机排气污染。 燃气轮机是另一种动力源。 基于微型燃气轮机的冷热电三联供系统， 见图1-3。 如何更有效地将燃料的化学能转换成机械 能?
10
微型燃气轮机的冷热电三联供系统示意图。
4
热力学是一门研究能的科学，是研 究物质性质和能量转换之间关系的基 础工程学科。 热转换成功，或化学能转换成电能 就是能的形式的转换，热力学提供了 对它们进行分析的科学工具。
5
1.1 应用领域
在许多工程系统和其他生活方面常常遇到热力学的应用： 心脏不断地将血液泵到人体全身。 体细胞中的各种能量转换。 体热不停地排放到环境。 一间普通的房屋在某些方面就是一间充满热力学奇妙的
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工程热力学课件
稳态
描述最简单
系统内的状态参数不随时间而变化
均匀态 系统内的状态参数在空间的分布均匀一致
第四节 热力学状态参数
一、常见的状态参数
1、压力 2、温度 3、比容 4、内能 5、焓 6、熵
可直接观察和测量的状态参数：基本状态参数
热量和功量 ——非状态参数
p
第四节 热力学状态参数
一、常见的状态参数 二、状态参数的特性
一、状态 ：系统在某一瞬间所处的宏观状况
二、状态参数 ：描述系统宏观状态的物理量
三、平衡态（热力学平衡状态）
热平衡：热力系统的温度均匀一致，且不随时间而变 平衡态
力平衡：热力系统的压力均匀一致，且不随时间而变
平衡态：在无外界影响的条件下，热力学系统内部工质的温度和
压力到处是均匀一致的且不随时间变化。
第一篇 工程热力学
第01章 第02章 第03章 第04章 第05章
工程热力学的基本概念 热力学第一定律 热力学第二定律 理想气体 水蒸气
第06章 第07章
气体和蒸汽的流动 压缩机的热力过程
第08章 第09章 第10章
气体动力循环 蒸气压缩制冷循环 湿空气
第01章 工程热力学的基本概念
第一节 工质的概念及应用 第二节 热力学系统 第三节 热力学平衡态 第四节 热力学状态参数 第五节 准静态过程和可逆过程
边界
可以是真实的、也可以是虚拟的； 可以是固定的、也可以是活动的。 系统与外界通过边界相互作用； 有三种交换：①物质；② 功量；③ 热量
第二节 热力学系统
一、（热力学）系统、外界、边界 二、系统与外界的类型 划分依据：物质、功量、热量交换
1、系统的类型
开口系统：与外界有物质交换
工程热力学第一章基本概念PPT课件
等压过程在工业生产和日常生活中有着广泛的应用。
详细描述
等压过程在各种工业生产过程中发挥着重要作用，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机等热力机械中的工作过程。此外， 在制冷技术、气体压缩、气体分离等领域也广泛应用等压过程。在生活中，等压过程也随处可见，如气瓶的压力 保持、气瓶压力的调节等。
感谢您的观看
THANKS
06
热力学第三定律
绝对零度不能达到原理
绝对零度是热力学的最低温度，理论 上不可能通过任何有限过程达到。
这一定律对于理解热力学的基本概念 和原理非常重要，因为它揭示了热力 学过程不可逆性。
这是由于热力学第三定律指出，熵在 绝对零度时为零，而熵是系统无序度 的量度，因此系统必须经历无限的过 程才能达到绝对零度。
04
热力学第一定律
能量守恒
1 2
能量守恒定律
能量不能凭空产生，也不能消失，只能从一种形 式转化为另一种形式。
热力学能
系统内部能量的总和，包括分子动能、分子位能 和内部势能等。
3
热力学第一定律表达式
ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统能量的变化，Q 表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
热量与功的转换
是与系统相互作用的其它物质或 能量的总和。
状态与状态参数
状态
描述系统在某一时刻的物理状态，包括宏观和微观状态。
状态参数
描述系统状态的物理量，如压力、温度、体积、内能等。
热力学平衡
热力学平衡
系统内部各部分之间以及系统与外界 之间达到相对静止的一种状态。
热力学平衡的条件
系统内部不存在宏观的净力、净热和 净功。
热力学的应用领域
能源转换
热能转换为机械能： 如内燃机、蒸汽机和 燃气轮机等。
详细描述
等压过程在各种工业生产过程中发挥着重要作用，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机等热力机械中的工作过程。此外， 在制冷技术、气体压缩、气体分离等领域也广泛应用等压过程。在生活中，等压过程也随处可见，如气瓶的压力 保持、气瓶压力的调节等。
感谢您的观看
THANKS
06
热力学第三定律
绝对零度不能达到原理
绝对零度是热力学的最低温度，理论 上不可能通过任何有限过程达到。
这一定律对于理解热力学的基本概念 和原理非常重要，因为它揭示了热力 学过程不可逆性。
这是由于热力学第三定律指出，熵在 绝对零度时为零，而熵是系统无序度 的量度，因此系统必须经历无限的过 程才能达到绝对零度。
04
热力学第一定律
能量守恒
1 2
能量守恒定律
能量不能凭空产生，也不能消失，只能从一种形 式转化为另一种形式。
热力学能
系统内部能量的总和，包括分子动能、分子位能 和内部势能等。
3
热力学第一定律表达式
ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统能量的变化，Q 表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
热量与功的转换
是与系统相互作用的其它物质或 能量的总和。
状态与状态参数
状态
描述系统在某一时刻的物理状态，包括宏观和微观状态。
状态参数
描述系统状态的物理量，如压力、温度、体积、内能等。
热力学平衡
热力学平衡
系统内部各部分之间以及系统与外界 之间达到相对静止的一种状态。
热力学平衡的条件
系统内部不存在宏观的净力、净热和 净功。
热力学的应用领域
能源转换
热能转换为机械能： 如内燃机、蒸汽机和 燃气轮机等。
工程热力学ppt课件
{
但 T < T0 ，Q不能传回 T 0 。
结论：温差使过程不可逆。
进一步分析，为使Q能传回 T 0 ，需加热泵，但要消耗一 定的功 W泵 ，也不可逆(比较水泵)。
压力差的影响：压力差使过程不可逆。
F α P f
pA > F cos α + f pA = F cos α + f
非准静态过程—nonequilibrium process 非准静态过程 准静态过程， 准静态过程，不可逆 准静态过程， 准静态过程，可逆
定义：工质从中吸取或向之排放热能的物质系统。
热源
{
温度高低
温度变化
{ {
高温热源（热源 — heat source） 低温热源（冷源—heat sink） 恒温热源（constant heat reservoir）
变温热源（variational heat reservoir）
3.1 热力系统（热力系、系统、体系）和 外界及边界 系统（thermodynamic system or system）
3.6 热力系示例图
刚性绝热喷管
取红线为系统—闭口系 取喷管为系统—开口系绝热系？
§1-3 工质的热力状态及基本状态数
• 热力学状态— state of thermodynamic system
— 某一瞬间系统所呈现的宏观物理状况
• 状态参数— state of properties
— 描述系统所处状态的宏观物理量 a) .状态参数是宏观量，反映了大量粒子运动的宏观平均效果， 只有平衡态才有统一的状态参数。 常用的状参有：p, T，Ｖ，Ｕ，Ｈ，Ｓ等， 其中ｐ，Ｔ，Ｖ称为基本状态参数。 ｂ）状态参数的特性：状态的单值函数 物理上：与过程无关 dx ∫ dx = 0, ∫abc dx = ∫adc 数学上：其微分是全微分
工程热力学 课件 第一章 基本概念
广延量：与系统质量成正比，具有可加性，如体 积、热力学能、焓和熵 广延量的比参数是强度量，不具有可加性，如比 体积、比热力学能、比焓和比熵
温度
温度是描述平衡热力系统冷热状况的物理量 温度标志物质分子热运动的激烈程度，对于气体， 它是大量分子平移动能平均值的量度：
mc BT 2
T —热力学温度
1-6 过程功和热量
功的热力学定义
功是热力系统通过边界而传递的能量，且其全部 效果可表现为举起重物 系统对外界作功取为正，外界对系统作功取为负 功的单位为焦耳，符号为J 单位质量物质所做的功称为比功，单位为J/kg w=W/m 单位时间内完成的功称为功率，单位为W（瓦） 1W=1J/s
由任意两个独立的状态参数所组成的坐标图上的 任意一点，都相应于热力系某一确定的平衡状态 热力系每一平衡状态总可在坐标图上用一点表示 压容（p-v）图和温熵（T-s）图
p p11Leabharlann 压容图0v1
v
T
温熵图
2
T2
0
s2
s
1-5 工质的状态变化过程
准平衡过程
工质的状态变化过程进行的相对缓慢，工质在平衡 被破坏后自动回复平衡的时间又很短，随时都不致 显著偏离平衡状态，这样的过程就叫做准平衡过程 气体工质在压力差作用下实现准平衡过程的条件是， 工质和外界之间的压力差为无限小，即 p-(pext+F/A)→0 或 p→pext+F/A 气体工质在温差作用下实现准平衡过程的条件是， 工质和外界之间的温差为无限小，即 ΔT=(T-Text)→0 或 T→Text 只有准平衡过程在坐标图中可以用连续曲线表示
《工程热力学》教学课件绪论第1章
4 英国
9755 23770
5.7
21217.6 21900
0.2
5 加拿大 5680 12716
5.2
20908.9 24034
0.9
6 俄罗斯 6081
9906
3.1
87827
4487
-17
7 日本 29320 43684
2.5
44591.6 43460 -0.2
8 韩国
2536
8882
8.1
9265
《工程热力学》教学课件
授课60学时 实验4学时
工程热力学 Thermodynamics
能源概论（绪论） §0-1 自然界的能源及其利用
一、能源及其分类
定义:能源是指可向人类提供各种能量和动力的物质 资源。
能源可以根据来源、形态、使用程度和技术、 污染程度以及性质等进行分类:
工程热力学 Thermodynamics (一)按来源分:
第一节 热力系、状态与状态参数 一、热力系统与工质
1、定义 人为划定的一定范围内的研究对象称为热力系统， 简称热力系或系统。
11
固定边界
移动边界
系统
系统
边界
22
热力系统
2、分类
工程热力学 Thermodynamics
按物质 闭口系：与外界无物质交换的系统 CM
交换 开口系：与外界有物质交换的系统 CV
1850~1851年克劳修斯和开尔文先后独立提出了热力学第二定律； 1906~1912年能斯特提出了热力学第三定律。
工程热力学 Thermodynamics
§0-3 工程热力学的研究对象、内容和方法
一、研究对象
热力学是研究热能和机械能相互转换规律，以提高能量利 用经济性（节能）为主要目的的一门学科。
工程热力学课件
2）状态参数的特性 • 状态参数—状态的单值函数 • 物理上—与过程无关
•
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。
状态参数的积分特征
状态参数变化量与路径无关，只与初终态有关。 数学上： 点函数、态函数 point function a 2 b
温差 — 热不平衡势 压差 — 力不平衡势 相变 — 相不平衡势 化学反应 — 化学不平衡势
3. 平衡的本质
不存在不平衡势。
In an equilibrium state there are no unbalanced potentials.
4.平衡Equilibrium与稳定Steady
稳定：参数不随时间变化 稳定但存在不平衡势差 去掉外界影响，则状态变化 若以（热源+铜棒+冷源） 为系统，又如何？
3. 典型举例
吸热、膨胀 逆行 内燃机：送燃料（油+空气）────→作功────→排气 蒸汽动力装置: 送燃料→燃烧(放热)→过热蒸汽(吸热)→作功(汽体膨胀) ↑←──送回锅炉←──冷凝水←────↓
4. 动力装置的普遍规律 能量转换的媒介---工质（燃气、汽）。 膨胀性---作功。 双热源---吸热、放热。
2）温度的热力学定义
热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931） 如果两个系统分别与第三个系统处于 热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。 温度测量的理 论基础
B 温度计
为什么叫做热力学第零定律
热力学第零定律 1931年 T
热力学第一定律
热力学第二定律
18401850年
18541855年
当 p < pb 真空度 pv Vacuum pressure pe p pb pv p
工程热力学课件_第一章 基本概念
无限薄一层。
过程每一步的不平衡势差都很小。
系统内部随时接近于平衡态——准平衡。
p
1
.
.
.
2
v
空天工程系
30
工程热力学 Engineering Thermodynamics
准静态过程有实际意义：
解决了平衡和变化的矛盾；
既可实现热功转换，又可以用状态参数的变化来描述。
准静态过程的条件：
破坏平衡所需时间
7.热力系统、外界、边界定义？（董天力回答）
8.闭口系统、开口系统、绝热系统、孤立系统？
（李致远回答前两个，陈若雨回答后两个）
9.简单可压缩系统
10.热力状态、状态参数定义？（张希回答）
11.基本状态参数、导得状态参数定义、举例？（任羿霏回答）
空天工程系
19
工程热力学 Engineering Thermodynamics
换算关系： t
= T − 273.15
摄氏温标的每1℃和开尔文温标的每1K是相等的。
空天工程系
14
工程热力学 Engineering Thermodynamics
压力
宏观上：工质垂直作用于器壁单位面积上的力——压力。
微观上：大量分子撞击固体壁面的平均效果。
常用单位：
1 bar = 105 Pa
1 MPa = 106 Pa
闭口系统
闭口系统
开口系统
孤立系统
空天工程系
9
工程热力学 Engineering Thermodynamics
三、其它分类方式
相态
单相系—工质是单一相态(如气相或液相)的物质，水蒸气
多相系—工质是多种相态（如气-液两相或气-液
-固三相等）物质的混合物
过程每一步的不平衡势差都很小。
系统内部随时接近于平衡态——准平衡。
p
1
.
.
.
2
v
空天工程系
30
工程热力学 Engineering Thermodynamics
准静态过程有实际意义：
解决了平衡和变化的矛盾；
既可实现热功转换，又可以用状态参数的变化来描述。
准静态过程的条件：
破坏平衡所需时间
7.热力系统、外界、边界定义？（董天力回答）
8.闭口系统、开口系统、绝热系统、孤立系统？
（李致远回答前两个，陈若雨回答后两个）
9.简单可压缩系统
10.热力状态、状态参数定义？（张希回答）
11.基本状态参数、导得状态参数定义、举例？（任羿霏回答）
空天工程系
19
工程热力学 Engineering Thermodynamics
换算关系： t
= T − 273.15
摄氏温标的每1℃和开尔文温标的每1K是相等的。
空天工程系
14
工程热力学 Engineering Thermodynamics
压力
宏观上：工质垂直作用于器壁单位面积上的力——压力。
微观上：大量分子撞击固体壁面的平均效果。
常用单位：
1 bar = 105 Pa
1 MPa = 106 Pa
闭口系统
闭口系统
开口系统
孤立系统
空天工程系
9
工程热力学 Engineering Thermodynamics
三、其它分类方式
相态
单相系—工质是单一相态(如气相或液相)的物质，水蒸气
多相系—工质是多种相态（如气-液两相或气-液
-固三相等）物质的混合物
工程热力学第一章
理想气体的状态方程
pv RT pV mRT
实际工质的状态方程？？？
热能工程教研室
坐
标
图
简单可压缩系 N=2，可用平面坐标图表示
p
说明： 1）系统任何平衡态可表示 在坐标图上
2）过程线中任意一点为平 衡态
v
常见p-v图和T-s图
热能工程教研室
3）不平衡态无法在图上用 实线表示
§1-5
准静态过程、可逆过程
温差 — 热不平衡势 压差 — 力不平衡势 化学反应 — 化学不平衡势
平衡的本质：不存在不平衡势
热能工程教研室
为什么引入平衡概念？ 如果系统平衡，可用一组确切的参 数（压力、温度）描述 但平衡状态是“死态”，没有能量交换
能量交换 状态变化
如何描述
热能工程教研室
破坏平衡
状态方程的具体形式
状态方程的具体形式取决于工质的性质
热能工程教研室
工
质
在火电厂中，由于工质连续不断地流过热力设备 而膨胀作功，因此，要求工质应有良好的膨胀性 和流动性，此外，还要求工质热力性能稳定、无 毒、无腐蚀性、价廉、易得等。鉴于此，目前火 电厂中采用水蒸气作为工质。水在锅炉中吸热生 成蒸汽，然后在汽轮机中膨胀推动叶片旋转对外 作功，作功后的乏汽在凝汽器中向冷却水放热又 凝结成水。
A p
f p外
dl
1kg工质
w =pdv
热能工程教研室
准静态过程的容积变化功
mkg工质： W =pdV
1kg工质： w =pdv
W pdV
1
2
w pdv
1
2
p
p外 1 2
注意：上式仅适
用于准静态过程
《工程热力学》第一章ppt
21
强度参数与广延参数 速度 （强） Velocity 高度 （强） Height 温度 （强） Temperature 应力 （强） Stress （广） 动能 Kinetic Energy 位能 （广） Potential Energy （广） 内能 Internal Energy 摩尔数 Mol （广）
20
2．状态的单值函数。 物理上—与过程无关； 数学上—其微量是全微分。
Ñx 0 d
1b 2
dx dx
1a 2
3．状态参数分类 广延量:与物质的量有关的参数可加性 如 质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S 强度量:与物质的量无关的参数 如压力 p、温度T 又：广延量的比性质具有强度量特性，如比体积 V v m 工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数。
t C TK 273.15
24
附：
华氏温标和朗肯温标
{T} °R={t} ℉ +459.67
华氏温标和摄氏温标
{t} ℃=5/9[{t} ℉-32]
{t} ℉ =9/5{t} ℃ +32
25
五、压力(pressure)
绝对压力 p(absolute pressure) 表压力 pe（pg）(gauge pressure; manometer pressure) 真空度 pv(vacuum; vacuum pressure) 当地大气压pb(local atmospheric pressure)
系统随时接近于平衡态
p0
p
1.
.
.
p，T
v 2
40
准静态过程的工程条件
破坏平衡所需时间 （外部作用时间）
>>
强度参数与广延参数 速度 （强） Velocity 高度 （强） Height 温度 （强） Temperature 应力 （强） Stress （广） 动能 Kinetic Energy 位能 （广） Potential Energy （广） 内能 Internal Energy 摩尔数 Mol （广）
20
2．状态的单值函数。 物理上—与过程无关； 数学上—其微量是全微分。
Ñx 0 d
1b 2
dx dx
1a 2
3．状态参数分类 广延量:与物质的量有关的参数可加性 如 质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S 强度量:与物质的量无关的参数 如压力 p、温度T 又：广延量的比性质具有强度量特性，如比体积 V v m 工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数。
t C TK 273.15
24
附：
华氏温标和朗肯温标
{T} °R={t} ℉ +459.67
华氏温标和摄氏温标
{t} ℃=5/9[{t} ℉-32]
{t} ℉ =9/5{t} ℃ +32
25
五、压力(pressure)
绝对压力 p(absolute pressure) 表压力 pe（pg）(gauge pressure; manometer pressure) 真空度 pv(vacuum; vacuum pressure) 当地大气压pb(local atmospheric pressure)
系统随时接近于平衡态
p0
p
1.
.
.
p，T
v 2
40
准静态过程的工程条件
破坏平衡所需时间 （外部作用时间）
>>
工程热力学教学课件
工程热力学教学课件工程热力学教学课件第一章、基本概念1、边界边界有一个特点（可变性）：可以是固定的、假想的、移动的、变形的。
2、六种系统（重要！）六种系统分别是：开（闭）口系统、绝热（非绝热）系统、孤立（非孤立）系统。
a.系统与外界通过边界：功交换、热交换和物质交换.b.闭口系统不一定绝热，但开口系统可以绝热。
c.系统的取法不同只影响解决问题的难易，不影响结果。
3、三参数方程a.P=B+Pgb.P=B-H这两个方程的使用，首先要判断表盘的压力读数是正压还是负压，即你所测物体内部的绝对压力与大气压的差是正是负。
正用1，负用2。
ps.《工程热力学（第六版）》书8页的系统，边界，外界有详细定义。
第二章、气体热力性质1、各种热力学物理量P：压强[单位Pa]v：比容（单位m^3/kg）R：气体常数（单位J/(kg*K)）书25页T：温度（单位K）m：质量（单位kg）V：体积（单位m^3）M：物质的摩尔质量（单位mol）R：8.314kJ/(kmol*K)，气体普实常数2、理想气体方程：Pv=RTPV=m*R。
*T/MQv=Cv*dTQp=Cp*dTCp-Cv=R另外求比热可以用直线差值法！第三章、热力学第一定律1、闭口系统：Q=W+△U微元：δq=δw+du（注：这个δ是过程量的微元符号）2、闭口绝热δw+du=03、闭口可逆δq=Pdv+du4、闭口等温δq=δw5、闭口可逆定容δq=du6、理想气体的热力学能公式dU=Cv*dT一切过程都适用。
为什么呢？因为U是个状态量，只与始末状态有关、与过程无关。
U是与T相关的单值函数，实际气体只有定容才可以用6、开口系统ps.公式在书46页（3-12）7、推动功Wf=P2V2-P1V1（算是一个分子流动所需要的微观的能量）a、推动功不是一个过程量，而是一个仅取决于进出口状态的状态量。
b、推动功不能够被我们所利用，其存在的唯一价值是使气体流动成为开系。
8、焓（重要！）微观h=u+PVU分子静止具有的内能PV分子流动具有的能量a、焓是一个状态量，对理想气体仍然为温度T的单值函数。
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简单可压缩系统：N = n + 1 =2 绝热简单可压缩系统 N = ?
2、状态方程
状态方程 基本状态参数（p,v,T)之间 的关系 简单可压缩系统：N = 2
v f ( p, T )
f ( p , v, T ) 0
状态方程的具体形式 取决于工质的性质 理想气体的状态方程
pv RgT pV mRgT
边界
边界特性
1、可以是固定的， 也可以是活动
2、可以是真实的， 也可以是虚构的
1
1
汽缸活塞系统
2
2
汽轮机中的蒸汽
热力系统选取的人为性
过热器
锅 炉
汽轮机
只交换功
发电机
凝 汽 器
既交换功 也交换热
给水泵
只交换热
二、热力系统分类
（1）按系统与外界的质量m交换分 （2）按能量交换情况，分为： 绝热系：无热量交换 孤立系：无任何质量、能量交换 简单可压缩系：只交换热量和可逆体积变化功
（2）压力测量
P：绝对压力 (真实压力)
Pb: 环境压力 （大气压力） Pg：表压力 Pv：真空度
绝对压力与相对压力
当 p > pb 当 p < pb 表压力 pg 真空度 pv
p pg pb
p pb pv
pg p pb pv
p
例题：
例1：环境压力为 0.1 MPa，表B的读数为0.2 MPa， 表C的读数为 0.05 MPa，问：表A的读数为多少？
蒸汽动力装置
过热器 汽轮机
锅 炉
发电机 凝 汽 器
给水泵
给水泵
燃气动力装置——内燃机
气缸 火花塞
排气活门
进气活门
活塞 连杆 飞轮 曲轴
吸 气 过 程
进气门打 开，排气 门关闭， 活塞由上 端向下运 动，燃料 和空气的 混合物从 进气门吸 入气缸。
压 缩 过 程
进气门和排 气门都关闭， 活塞向上运 动，燃料混 合物被压缩， 压强增大， 温度升高。
实现准静态过程的条件： T 无穷小 不平衡势差为无限小： p 、
突然去掉重物 最终 p2 = p 0 T2 = T0
p
1.
.
p，T
2 v
2、准静态过程
p1 = p0+重物 T1 = T0
假如重物有无限多层 每次只去掉无限薄一层
系统随时接近于平衡态
p0
p
1.
.
.2
p，T v
★ 准静态过程可以在状态参
数坐标图上确切地表示出来。
、 无穷小
定义：准平衡过程—系统经历一系 列无限接近平衡状态的过程。
V 比参数： v m
比体积
U u m
比热力学能
H h m
比焓
S s m
比熵
单位：/kg
/kmol
具有强度量的性质
3、状态参数的数学特性
（1） 状态确定，则状态参数也确定，反之亦然
（2）状态参数在数学上为点函数
z dz
1
2
1, a
dz dz z2 z1
1,b
2、工质 3、容积变化功 4、循环
heat reservoir
medium moving boundary work cycle
热力装置的模型
高温热源T1
Q1
热机
W
Q2
低温热源T0
制冷空调装置基本特点
1、热源，冷源 2、工质（制冷剂） 3、得到容积变化功 4、循环 (加压、放热、 膨胀、吸热)
制冷或热泵装置的模型
（3）温度的测量
热力学温标（绝对温标） 理论温标 符号：T 单位：K 摄氏温标 符号：t 单位：℃
T [ K ] t[ C ] 273.15
O
常用温标
绝对K
373.15
摄氏℃ 100 水沸点
华氏F
朗肯R
212
发烧 100 32
671.67
559.67 491.67
37.8 273.16 273.15
3、比体积v
V v m
［m3/kg]
工质聚集的疏密程度
物理上常用密度
v
1
［kg/m3]
§ 1.4 平衡状态、状态方程、坐标图
一、平衡状态
1、定义：在不受外界影响的条件下，如果系 统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平 衡状态。
1）热平衡——无温差
2）力平衡——无压差 3）相平衡——无相变 4）化学平衡——无化学反应
平衡不一定均匀，但均匀一定平衡
对于单相，平衡态则一定是均匀的
为什么引入平衡概念？
如果系统平衡，则可用一组确切的状 态参数描述系统所处的状态。 如果系统不平衡，则不能！ 工程热力学研究的正是这种平衡状态。
二、状态方程、坐标图
平衡状态可用一组状态参数描述其状态
想确切描述某个热力系，是 否需要所有状态参数？
p2 pgC pb 0.05 0.1 0.15MPa p1 pgB p2 0.15 0.2 0.35MPa p1 pgA pb
pgA p1 pb 0.35 0.1 0.25MPa
例2：当地大气压为100kPa，容器A上压力表读数为 0.8MPa，容器B上真空表读数为30kPa，则容器A内 的绝压为 MPa，容器B的真空度为 kPa。
温度是确定一个系统是否与其它系 统处于热平衡的物理量
（2）温度的热力学定义
热力学第零定律（R.W. Fowler）： 如两个物体分别和第三个物体处于热平 衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。
温度测量的 理论基础
（3）温度的测量
测温物质 （水银，酒精，铂电阻）
经验温标 三要素 基准点 分度方法 （体积膨胀，阻值）
180K T 480K
0 p 70MPa
0 1600kg/m
3
3、状态参数坐标图
简单可压缩系 N=2，常用的: p-v图和T-s图： p p1 p2 v1 v2 1 2 v T T1 T2 s1 s2 1 2 s
说明： ★ 系统任何平衡态都可表示在坐标图上。
★ 坐标图中任意一点为平衡态。 ★ 不平衡态无法表示在图上。
实际工质的状态方程？？？
例：R134a的维里型状态方程
pr Tr r / Z c (a1 a2 / Tr a3 / T a4 / T )
2 r 4 r 2 r
(a5 a6 / Tr a7 / Tr2 a8 / Tr4 a9 / Tr5 a10 / Tr6 a11 / Tr7 ) r3 (a12 a13 / Tr a14 / Tr2 a15 / Tr3 a16 / Tr4 a17 / Tr5 ) r4 (a18 a19 / Tr a20 / T a21 / T )
1、孤立系统一定是绝热系统，对吗？Why? 2、闭口绝热系统一定是孤立系统。
闭口系：无m交换 开口系：有m交换
（3）热力系统其它分类方式
单相 按相态分： 多相 单元系 其它分类
按工质种类分： 多元系 均匀系 按物理化学性质分：
非均匀系
§1.3 工质的热力学状态 及其基本状态参数
一、状态参数
1 、状态及状态参数
0.01 水三相点 0 冰熔点
-17.8 -273.15
盐水熔点 0
459.67
0
-459.67
0
温标的换算
T [ K ] t[ C ] 273.15
O
5 t[ C ] (t[ F ] 32) 9 t[ F ] t[ R] 459.67
O
测温仪表
日常：水银温度计，酒精温度计， 工业：热电偶 热电阻 辐射温度计
第一章 基本概念
§ 1-1 热能和机械能相互转换的过程
一、热能动力装置(Thermal power plant)
定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力 的整套设备。 蒸气动力装置 (steam power plant) 分 类
燃气动力装置(combustion gas power plant)
蒸汽动力装置基本特点
过热器 锅 炉 汽轮机
发电机
凝 汽 器
给水泵
1、热源，冷源 2、工质（水，蒸 汽） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热)
内燃机装置基本特点
1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热)
热力装置共同基本特点
1、热源，冷源
T0
Q1
W
Q2
T2
高温热源T1 过热器 锅 炉 凝 汽 器 给水泵 汽轮机
Q1
热机
W
Q2
低温热源T0 汽轮机
§1.2
热力系统
一、热力系统
热力系统(热力系、系统)：人为分割出来作为热力学分析对 象的有限物质系统。 外界：系统以外的所有物质 边界(界面)：系统与外界的分界面
外 界
系统
系统与外界的作用都通过边界
2
2
1
a
dz 0
b
2
从一个状态到另一个状态: 状态参数的变化量只与初终 态有关，而与路径无关；
系统经历一个循环后，状态参数的变化量为零。
二、基本状态参数
（压力 p、温度 T、比容 v）
1、压力 p
物理中压强，单位: Pa , N/m2 （1）常用单位： 1 bar = 105 Pa 1 kPa = 103 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665104 Pa
2、状态方程
状态方程 基本状态参数（p,v,T)之间 的关系 简单可压缩系统：N = 2
v f ( p, T )
f ( p , v, T ) 0
状态方程的具体形式 取决于工质的性质 理想气体的状态方程
pv RgT pV mRgT
边界
边界特性
1、可以是固定的， 也可以是活动
2、可以是真实的， 也可以是虚构的
1
1
汽缸活塞系统
2
2
汽轮机中的蒸汽
热力系统选取的人为性
过热器
锅 炉
汽轮机
只交换功
发电机
凝 汽 器
既交换功 也交换热
给水泵
只交换热
二、热力系统分类
（1）按系统与外界的质量m交换分 （2）按能量交换情况，分为： 绝热系：无热量交换 孤立系：无任何质量、能量交换 简单可压缩系：只交换热量和可逆体积变化功
（2）压力测量
P：绝对压力 (真实压力)
Pb: 环境压力 （大气压力） Pg：表压力 Pv：真空度
绝对压力与相对压力
当 p > pb 当 p < pb 表压力 pg 真空度 pv
p pg pb
p pb pv
pg p pb pv
p
例题：
例1：环境压力为 0.1 MPa，表B的读数为0.2 MPa， 表C的读数为 0.05 MPa，问：表A的读数为多少？
蒸汽动力装置
过热器 汽轮机
锅 炉
发电机 凝 汽 器
给水泵
给水泵
燃气动力装置——内燃机
气缸 火花塞
排气活门
进气活门
活塞 连杆 飞轮 曲轴
吸 气 过 程
进气门打 开，排气 门关闭， 活塞由上 端向下运 动，燃料 和空气的 混合物从 进气门吸 入气缸。
压 缩 过 程
进气门和排 气门都关闭， 活塞向上运 动，燃料混 合物被压缩， 压强增大， 温度升高。
实现准静态过程的条件： T 无穷小 不平衡势差为无限小： p 、
突然去掉重物 最终 p2 = p 0 T2 = T0
p
1.
.
p，T
2 v
2、准静态过程
p1 = p0+重物 T1 = T0
假如重物有无限多层 每次只去掉无限薄一层
系统随时接近于平衡态
p0
p
1.
.
.2
p，T v
★ 准静态过程可以在状态参
数坐标图上确切地表示出来。
、 无穷小
定义：准平衡过程—系统经历一系 列无限接近平衡状态的过程。
V 比参数： v m
比体积
U u m
比热力学能
H h m
比焓
S s m
比熵
单位：/kg
/kmol
具有强度量的性质
3、状态参数的数学特性
（1） 状态确定，则状态参数也确定，反之亦然
（2）状态参数在数学上为点函数
z dz
1
2
1, a
dz dz z2 z1
1,b
2、工质 3、容积变化功 4、循环
heat reservoir
medium moving boundary work cycle
热力装置的模型
高温热源T1
Q1
热机
W
Q2
低温热源T0
制冷空调装置基本特点
1、热源，冷源 2、工质（制冷剂） 3、得到容积变化功 4、循环 (加压、放热、 膨胀、吸热)
制冷或热泵装置的模型
（3）温度的测量
热力学温标（绝对温标） 理论温标 符号：T 单位：K 摄氏温标 符号：t 单位：℃
T [ K ] t[ C ] 273.15
O
常用温标
绝对K
373.15
摄氏℃ 100 水沸点
华氏F
朗肯R
212
发烧 100 32
671.67
559.67 491.67
37.8 273.16 273.15
3、比体积v
V v m
［m3/kg]
工质聚集的疏密程度
物理上常用密度
v
1
［kg/m3]
§ 1.4 平衡状态、状态方程、坐标图
一、平衡状态
1、定义：在不受外界影响的条件下，如果系 统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平 衡状态。
1）热平衡——无温差
2）力平衡——无压差 3）相平衡——无相变 4）化学平衡——无化学反应
平衡不一定均匀，但均匀一定平衡
对于单相，平衡态则一定是均匀的
为什么引入平衡概念？
如果系统平衡，则可用一组确切的状 态参数描述系统所处的状态。 如果系统不平衡，则不能！ 工程热力学研究的正是这种平衡状态。
二、状态方程、坐标图
平衡状态可用一组状态参数描述其状态
想确切描述某个热力系，是 否需要所有状态参数？
p2 pgC pb 0.05 0.1 0.15MPa p1 pgB p2 0.15 0.2 0.35MPa p1 pgA pb
pgA p1 pb 0.35 0.1 0.25MPa
例2：当地大气压为100kPa，容器A上压力表读数为 0.8MPa，容器B上真空表读数为30kPa，则容器A内 的绝压为 MPa，容器B的真空度为 kPa。
温度是确定一个系统是否与其它系 统处于热平衡的物理量
（2）温度的热力学定义
热力学第零定律（R.W. Fowler）： 如两个物体分别和第三个物体处于热平 衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。
温度测量的 理论基础
（3）温度的测量
测温物质 （水银，酒精，铂电阻）
经验温标 三要素 基准点 分度方法 （体积膨胀，阻值）
180K T 480K
0 p 70MPa
0 1600kg/m
3
3、状态参数坐标图
简单可压缩系 N=2，常用的: p-v图和T-s图： p p1 p2 v1 v2 1 2 v T T1 T2 s1 s2 1 2 s
说明： ★ 系统任何平衡态都可表示在坐标图上。
★ 坐标图中任意一点为平衡态。 ★ 不平衡态无法表示在图上。
实际工质的状态方程？？？
例：R134a的维里型状态方程
pr Tr r / Z c (a1 a2 / Tr a3 / T a4 / T )
2 r 4 r 2 r
(a5 a6 / Tr a7 / Tr2 a8 / Tr4 a9 / Tr5 a10 / Tr6 a11 / Tr7 ) r3 (a12 a13 / Tr a14 / Tr2 a15 / Tr3 a16 / Tr4 a17 / Tr5 ) r4 (a18 a19 / Tr a20 / T a21 / T )
1、孤立系统一定是绝热系统，对吗？Why? 2、闭口绝热系统一定是孤立系统。
闭口系：无m交换 开口系：有m交换
（3）热力系统其它分类方式
单相 按相态分： 多相 单元系 其它分类
按工质种类分： 多元系 均匀系 按物理化学性质分：
非均匀系
§1.3 工质的热力学状态 及其基本状态参数
一、状态参数
1 、状态及状态参数
0.01 水三相点 0 冰熔点
-17.8 -273.15
盐水熔点 0
459.67
0
-459.67
0
温标的换算
T [ K ] t[ C ] 273.15
O
5 t[ C ] (t[ F ] 32) 9 t[ F ] t[ R] 459.67
O
测温仪表
日常：水银温度计，酒精温度计， 工业：热电偶 热电阻 辐射温度计
第一章 基本概念
§ 1-1 热能和机械能相互转换的过程
一、热能动力装置(Thermal power plant)
定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力 的整套设备。 蒸气动力装置 (steam power plant) 分 类
燃气动力装置(combustion gas power plant)
蒸汽动力装置基本特点
过热器 锅 炉 汽轮机
发电机
凝 汽 器
给水泵
1、热源，冷源 2、工质（水，蒸 汽） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热)
内燃机装置基本特点
1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热)
热力装置共同基本特点
1、热源，冷源
T0
Q1
W
Q2
T2
高温热源T1 过热器 锅 炉 凝 汽 器 给水泵 汽轮机
Q1
热机
W
Q2
低温热源T0 汽轮机
§1.2
热力系统
一、热力系统
热力系统(热力系、系统)：人为分割出来作为热力学分析对 象的有限物质系统。 外界：系统以外的所有物质 边界(界面)：系统与外界的分界面
外 界
系统
系统与外界的作用都通过边界
2
2
1
a
dz 0
b
2
从一个状态到另一个状态: 状态参数的变化量只与初终 态有关，而与路径无关；
系统经历一个循环后，状态参数的变化量为零。
二、基本状态参数
（压力 p、温度 T、比容 v）
1、压力 p
物理中压强，单位: Pa , N/m2 （1）常用单位： 1 bar = 105 Pa 1 kPa = 103 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665104 Pa