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工程热力学课件完整版
第三章 理想气体的性质
基本要求： 1、熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式； 2、正确理解理想气体比热容的概念，熟练应用比热容计算理想 气体热力学能、焓、熵及过程热量； 3、掌握有关理想气体的术语及其意义； 4、掌握理想气体发生过程； 5、了解理想气体热力性质图表的结构，并能熟练应用它们获得 理想气体的相关状态参数。
T
不可逆过程的熵增（过程角度）
q
T
0
克劳休斯积分不等式（循环角度）
dsiso 0
孤立系统角度
ds sf sg 非孤立系统角度
熵、热力学第二定律的数学表达式
1. 熵的定义
ds qre
T
2. 循环过程的熵
3. 可逆过程的熵变
qre Tds
ds 0,则 q 0 可逆过程中ds 0,则 q 0
dv
q cndT Tds
T s
n
T cn
T ,定容过程 cV
T ，定压过程 cp
4个基本过程中的热量和功的计算
2
2
1、定容过程
w pdv 0 1
wt 1 vdp v( p2 p1)
2、定压过程
qv u cv (T2 T1)
2
w 1 pdv p(v2 v1)
热力学上统一规定：外界向系统传热为正，系统向外界传热为负。
可逆过程的热量
T
1
B
qre = Tds
T
A
2
q
ds qrev
T
S1
S dS S2
q “+”
q “-”
热力循环
功：工质从某一初态出发，经历一系列热力状态后，又回到原来 初态的热力过程称为热力循环，即封闭的热力过程，简称循环。
工程热力学全套课件(第一章)
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
(精品)工程热力学(全套467页PPT课件)
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
工程热力学课件4精品文档
功＝面积12341 ＝面积12561－面积43564
p
5
VC 3
2
设12和43两过程n相同
6
n1
4
Wt
n n 1
p 1V 1
1
p2 p1
n
V3
1
V
V1 V
n n 1
pp 14V 4
1
pp 32 pp 14
q在p-v,T-s图上的变化趋势
q Tds
T
p
h>0 u>0
q>0
T
w>0
h>0
u>0
qw
w>0
n0
n0
wt>0
n 1 wt>0
nk
n
n 1
q>0
n
v
nk s
u,h,w,wt,q在p-v,T-s图上的变化趋势
u↑,h↑(T↑) w↑(v↑) wt ↑(p↓) q↑(s↑)
T
(3) 当 n = k pvk pvconsRtT sC c n 0
s
1
(4) 当 n = pnvconstvC
cn cv
v
基本过程是多变过程的特例
理想气体的基本过程
过程方程
p T C
v
s pvk C
T pvC
v
T C p
pv RT
初终态关系
p
T2 T1 v2 v1
目的: 研究外部条件对热能和机械能转 换的影响，通过有利的外部条件，达 到合理安排热力过程，提高热能和机 械能转换效率的目的。
工程热力学
3
4
二、工质(working substance; working medium)
定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。 对工质的要求: 1）膨胀性 2）流动性 3）热容量 4）稳定性，安全性 5）对环境友善 6）价廉，易大量获取
5
三、热源(heat source; heat reservoir)
7
二、系统及边界示例
• 汽车发动机
8
• 汽缸-活塞装置（闭口系例）
• 移动和虚构边界
9
10
注意： 1）系统与外界的人为性 2）外界与环境介质 3）边界可以是： a）刚性的或可变形的或有弹性的 b）固定的或可移动的 c）实际的或虚拟的 1. 按组元和相
三、热力系分类
按组元数 单元系(one component system;pure substance system) 多元系(multicomponent system) 按相数 单相系(homogeneous system) 复相系(heterogeneous system)
— 平衡可不均匀 — 稳定未必平衡
37
38
状态公理
* 二、 状态公设（state postulate）
闭口系：
不平衡势差
状态变化 达到某一 方面平衡
能量传递 消除一种能量 传递方式
n f 1
n—系统独立的状态参数数； f—系统与外界交换功形式数。 简单可压缩系与外界仅有容积变化功一种形式
消除一种 不平衡势差
一、平衡状态（thermodynamic equilibrium state）
1．定义：无外界影响系统保持状态参数不随时间而改变的状态 •热平衡（thermal equilibrium） ： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界 处处温 度相等。 •力平衡（mechanical equilibrium）： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外 界处处压力相等。
工程热力学
3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?
4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。
7．气体在气缸中被压缩，压缩功为186kJ/kg，气体的热力学能变化为56kJ/kg，熵变化为-0.293kJ/(kg·K)。温度为20C的环境可与气体发生热交换，试确定每压缩1kg气体时的熵产。
8．设一可逆卡诺热机工作于1600℃和300℃的两个热源之间，工质从高温热源吸热400kJ，试求：(1)循环热效率；(2)工质对外作的净功；(3)工质向低温热源放出的热量。
图
图2-1
7．某气体从初态p1=0.1MPa，V1=0.3m3可逆压缩到终态p2=0.4MPa，设压缩过程中p=aV-2，式中a为常数。试求压缩过程所必须消耗的功。
8．如图2-2所示，p-v图上表示由三个可逆过程所组成的一个循环。1-2是绝热过程；2-3是定压过程；3-1是定容过程。如绝热过程1-2中工质比热力学能的变化量为-50kJ/kg，p1=1.6MPa，v1=0.025m3/kg，p2=0.1MPa，v2=0.2m3/kg。（1）试问这是一个输出净功的循环还是消耗净功的循环？
工程热力学.doc
第1章基本概念1-1 热力系统凡是能将热能转换为机械能的机器统称为热力发动机，简称热机。
例如蒸汽机、蒸汽轮机（也称蒸汽透平）、燃气轮机（也称燃气透平）、内燃机（汽油机、柴油机等）和喷气发动机皆为热机。
热能和机械能之间的转换是通过一种媒介物质在热机中的一系列状态变化过程来实现的，这种媒介物质称为工质。
例如空气、燃气、水蒸气、氨蒸气等都是常用的工质。
在工程热力学中，把热容量很大且在吸收或放出有限量热量时自身温度及其它热力学参数没有明显改变的物体称为热源。
在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为研究的对象，称之为热力系统，简称系统。
系统以外的物体称为外界或环境。
系统与外界之间的分界面称为边界。
边界可以是真实的，也可以是假想的；可以是固定的，也可以是移动的。
本文用虚线表示热力系统的边界。
如图1-1所示，如果取气缸中的气体作为研究对象，则气缸内壁和活塞内表面即构成该系统的真实边界，并且一部分边界随活塞移动。
系统通过边界与外界发生相互作用，进行物质和能量交换。
按照系统与外界之间相互作用的具体情况，系统可分为以下几类：⑴ 闭口系统：系统与外界无物质交换，如图1-1所示。
当工质进出气缸的阀门关闭时，气缸内的工质就是闭口系统。
由于系统的质量始终保持恒定，所以也常称为控制质量系统。
⑵ 开口系统：系统与外界有物质交换，如图1-2所示。
运行中的汽轮机就可视为开口系统，在运行过程中，有蒸汽不断地流进流出。
由于开口系统是一个划定的空间范围，所以开口系统又称控制容积。
⑶ 绝热系统：系统与外界无热量交换。
⑷ 孤立系统：系统与外界既无能量（功、热量）交换又无物质交换。
严格地讲，自然界中不存在完全绝热或孤立的系统，但工程上却存在着接近于绝热或孤立的系统。
用工程观点来处理问题时，只要抓住事物的本质，突出主要因素，就可以将这样的系统看成是绝热系统或孤立系统，而得出有指导意义的结论。
需要指出的是，选取的热力系统必须具有足够大的尺度，即和物质的微观尺度相比可以认为是无穷大，以满足宏观的假定。
工程热力学
答：从表面1发射的辐射能落在表面2上的百分数，用X1,2表示。
16.何谓有效辐射，何为投入辐射？
答：有效辐射：本身辐射和反射辐射的和。投入辐射：单位时间内投入到单位表面积上的总辐射能
18.遮热板减少热辐射的原因 原理？
答：为了有效削弱辐射换热，往往采用黑度较低的金属薄板作为遮热板 每增加一块遮热板即增加了二个表面热阻和一个空间热阻，因而大大削弱了换热
答：强制对流。流体发生相变，湍流、热面朝上，传热性质好的流体。
提高流速，使流体产生湍流，换热系数加大。
38.速度边界层与热边界层有何区别？有何共同点？为什么速度边界层愈厚时，热边界层也愈厚？
答：速度边界层：流体在壁面附近有一薄层具有明显的速度梯度，称为速度边界层.
温度边界层：流体在壁面附近有一薄层具有明显的温度梯度，称为温度边界层，也称为热边界层。
在其它条件相同时，强制对流换热强度大于自然对流.
（2）换热壁面的热状态：有相变：壁温高于流体饱和温度，发生凝结,汽化,沸腾现象.
无相变：对流换热系数比有相变时小得多
在其它条件相同时，无相变比有相变时换热小得多
辐射换热： 具有不同表面温度的物体之间，依靠电磁波进行的热传递过程，称为辐射换热。
热辐射不依靠任何介质在真空中传播，有能量形式的变化。而导热热对流均需要介质。
12.为什么窗口是黑色的？
答：所示窗口是黑体模型的一个实例。
13.何谓黑体，何谓灰体，他们有何异同？
答：黑体：吸收比为1的物体， α=1的物体称为黑体, 即全部吸收半球空间所有方向及全部波长的能量。
灰体：如在所有波长下，物体的单色辐射力Eλ与同温度、同波长下绝对黑体的单色辐射力 Eb,λ之比为定值，这样的 物体称为“灰体”
《工程热力学》电子讲稿-all
第0章绪论一、相关知识1。
能源与能量的利用能量一切物质都具有能量。
能源:提供各种有效能量的物质资源。
暖气—热能；风—风能；太阳—太阳能；原子—原子能，汽、柴油-化学能。
能量的利用过程实质是能量的传递和转换过程，参看课本图0—1。
大多数的能量以热能的形式被利用.热能的直接应用——供热、采暖热能的动力应用——转化为机械能或电能2.热力学热力学：一门研究物质的能量、能量传递和转换以及能量与物质性质之间普遍关系的科学. 工程热力学：研究热能与其他形式能量（主要为．．．机械能．．．）之间的转换规律及其工程应用,是热力学的工程分支。
3.常见的能量转换装置（1）蒸汽动力装置锅炉（2) 内燃机汽油机/ 柴油机(3）燃气轮机航空发动机、机车（4) 蒸汽压缩制冷装置冷库、空调四种装置都是热能与机械能的相互转换。
二、课程内容1.基本概念及定律（基础）热力系统、状态参数、平衡态、热力学第一定律、第二定律等等.U（热力学能）、H(焓）、S（熵Entropy）、Ex（Exergy)、An（Anergy）热力学第0定律：两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两系统彼此也必然处于热平衡。
热力学第1定律：热能作为一种能量形态，可以和其它能量形态相互转换，转换中能量的总量守恒。
热力学第2定律:一切自发实现的涉及热现象的过程都是不可逆的。
热力学第3定律：当趋于绝对零度时，各种物质的熵都趋于零.2.能量转换过程和循环的分析研究及计算方法（方法）热能 机械能提高热效率大气中的热能能否利用？抽掉中间挡板是否做功？3.能量转换过程常用工质的热力性质（工具）水、氧气、空气、氨（制冷剂）4.化学热力学（第十三章，自学）（补充) 燃料的燃烧基础+方法+工具+(补充）三、研究方法热力学按研究方法分1。
宏观热力学（经典)宏观热力学：以热力学第一第二定律为基础，简化模型，推导公式得出结论，结果可靠。
不足：未考虑分析原子结构，无法说明热现象本质及其内在原因。
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与外界没有物质和能量交 换的系统。
孤立系统
封闭系统
开放系统
热力学基本定律
热力学第零定律
如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡状态，那么这两个系统也必定处于热平衡状态。
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持 不变。
热力学第二定律
热力学循环
由一系列热力学过程组成的闭合路径，如卡诺循环、布雷顿循环 等。
02 热力学第一定律
能量守恒原理
1
能量不能自发地产生或消失，只能从一种形式转 换为另一种形式。
2
在一个孤立系统中，总能量始终保持不变。
3
能量转换过程中，各种形式的能量在数量上保持 平衡。
热力学第一定律表达式
Q = ΔU + W
其中，Δ(mv^2)/2表示系 统动能的变化量；
开口系统能量方程可表示 为：Q = ΔU + Δ(mv^2)/2 + Δ(mgh) + Δ(mΦ)。
Δ(mgh)表示系统势能的 变化量；
03 热力学第二定律
热力学第二定律表述
不可能从单一热源取热，使之完全转 换为有用的功而不产生其他影响。
热力学系统内的不可逆过程总是朝着 熵增加的方向进行。
具有加和性
理想气体基本过程
01
等温过程
温度保持不变的过程，如等温膨胀 和等温压缩
等容过程
体积保持不变的过程，如等容加热 和等容冷却
03
02
等压过程
压力保持不变的过程，如等压加热 和等压冷却
绝热过程
系统与外界没有热量交换的过程， 如绝热膨胀和绝热压缩
04
工程热力学大总结大全
工程热力学大总结大全(总56页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。
边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。
外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。
闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。
开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。
绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。
孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。
单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。
复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。
单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。
多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。
均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。
非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。
热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。
平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。
状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。
如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。
基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。
温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。
热力学第零定律：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。
工程热力学(王修彦)
工程热力学1、工质：实现能量转化的媒介物质2、热力系统：被人为地隔开来作为热力学研究的对象3、闭口系统：与外界无物质交换、可以有能量交换4、开口系统：与外界有物质交换。
5、绝热：q=0；刚性:V不变，w=06、状态参数：描述工质所处热力状态的一些宏观物理特征量特征：积分特性、微分特性7、基本状态参数：压力、温度、比体积8、表压力：Pg P=Pg+Pb9、真空度：Pv P=Pb-Pv10、比体积与密度互为倒数。
νρ=111、热力过程：工质从某一初始平衡态经过一系列中间状态，变化到另一平衡状态。
12、准静态过程：过程中系统每一个状态都无限地接近平衡状态13、可逆过程就是无耗散效应的准静态过程。
14、P-V图的面积就是W；T-S图的面积就是Q15、全部由可逆过程组成的循环就是可逆循环16、锅炉：工质不做功。
只有热量交换。
q = h2-h1 （吸热量=焓升）17、汽轮机/燃气轮机：q = 0 。
wi = wt = h1-h2 （做的功=焓降）18、理想气体：分子间无作用力，气体分子不占体积的弹性质点。
19、孤立系统内有不可逆过程发生时，孤立系统的熵必然增加20、熵增意味着做功能力的损失21、热力学第二定律：（1）热不能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体（2）不可能制造出从单一热源吸热、使之全部转化为功而不留下任何变化的发动机22、卡诺循环：两个等温过程+ 两个绝热过程23、卡诺定理：定理一：在两个恒温热源工作的一切可逆热机具有相同的热效率，其热效率等于在同样热源间工作的卡诺循环热效率，与工质无关。
定理二：在两个恒温热源之间工作的任何不可逆热机的热效率都小于可逆热机的热效率。
24、做功能力：在给定的环境条件下，系统达到与环境处于热力平衡时可能做出的最大有用功。
25、不可逆过程将造成做功能力的损失。
26、三相点：固、液、气共存的点。
27、相：物理、化学性质完全相同的均匀体。
28、饱和状态：动态平衡的状态。