工程热力学_Exe

工程热力学基本概念及重要公式

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。

压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。

相对压力：相对于大气环境所测得的压力。

(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

工程热力学第一章

定义：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）
单位 : Pa （帕），1 Pa =1 N/ m2 ，
常用压力单位： 1 MPa = 103 kPa =106 Pa 1 atm（标准大气压） = 1.013105 Pa 1 mmHg （毫米汞柱） = 133.3 Pa 1 at （工程大气压） = 0.981105 Pa 1 mmH2O（毫米水柱） = 9.81 Pa
摄氏温标:
瑞典天文学家摄尔修斯（ Celsius ）于 1742 年建立。用摄氏温标确定的温度称为摄氏温度，用符号t 表示，单位为℃。在标准大气压下，纯水的冰点温度为 0 ℃ ，纯水的沸点温度为100 ℃，纯水的三相点（固、液、汽三相平衡共存的状态点）温度为0.01℃ 。选择水银的体积作为温度测量的物性，认为其随温度线性变化，并将0 ℃ 和100 ℃温度下的体积差均分100份，每份对应1 ℃。
A C
B
热力学第零定律是温度测量的理论依据。
温度：可以确定一个系统是否与其他系统处于热平衡的物理量。是一个强度量。
50
（c）温标：
温度的数值表示法。
建立温标的三个要素：
a . 选择温度的固定点，规定其数值； b. 确定温度标尺的分度方法和单位；
c. 选择某随温度变化的物性作为温度测量的依据。
51
四个主要装置：锅炉汽轮机凝汽器给水泵
燃气轮机
燃气轮机结构图
活塞
热动力装置的本质
利用某一种媒介物从某个能源获取热能，具备作功能力并对机器作功，最后把余下的热能排向环境介质(大气或冷却水) 本质特性：吸热 → 膨胀做功→ 排热
1.热力系统、状态及状态参数

1.1 热力系统与工质
1、定义：在不受外界影响的条件下（重力场除外），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。

工程热力学第一讲

温度
温度是把通过感觉而得到的冷热程度加以客观表示的量。从第零定律可以推证，互为热平衡的系统必然具有一个在数值上相等的热力学参数来描述热平衡的特性、这个参数就定义为温度。由此可知，温度是描述热力系统冷热状态的物理量。温度是大量分子热运动的集体表现，含有统计意义，对于个别分子来说温度是没有意义的。
它的重要性在于给出了温度的定义和温度的测量方法，为建立温度概念提供实验基础。
热力学第一定律
当能量被转移或转换时，以不同形式存在的最终的总能量肯定与初始的总能量相等，即能量守恒定律。
能量既不能被创造也不能被消灭，但它可以从一种形态转变为另一种形态，且在能量的转换的过程中，能量的总量保持不变。
电磁波的形式辐射的能量。热机：把热能变为机械能的各种机器的统称。热力：产生于热能的作的功。
热量
热量与热能之间的关系就好比是做功与机械能之间的关系一样。热量指的是内能的变化、系统的做功。热量描述能量的流动，而内能描述能量本身。热量是量度系统内能变化的物理量。在热传递的过程中，实质上是能量转移的过程，而热量就是能量转换的一种量度。
随着人类技术文明的发展，人类对于热的认识有了新的进展。在19世纪40年代，J.P.焦耳同志清楚地表明，热是能量，并且指出热和功之间有一种精妙的换算关系。
热量
与热相关的概念热能：物体燃烧时释放的能量，也指物体内
部分工作不规则运动时放出的能量。热传导：热介质的一部分传到另一部分。热辐射：固体液体和气体因温度而产生的以
此公式适用于任何条件，任何过程。
热力学第一定律
对于开口系统: 进入系统的能量
热力学第一定律
进入系统的能量离开系统的能量控制容积的储存能量

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

工程热力学基础

工程热力学基础全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：工程热力学是工程学科中的重要分支，研究热力学原理在工程实践中的应用。

热力学是物理学的一个分支，研究能量的转换和传递过程，是自然界中一切物质变化的基础原理。

工程热力学则是将热力学的原理应用于工程领域，用来解决能量转化和传递相关问题。

工程热力学的基础概念包括：能量、热、功等。

能量是物体所具有的做功的能力，热是物体内部原子之间由于不断运动而产生的能量，功是对外界做出的能量。

在热力学中，能量的转化是一个重要的概念，热能可以被转化为功，功也可以被转化为热能。

熵是热力学的另一个重要概念，定义为一个系统的无序程度。

熵增加代表系统有序度变低，熵减少表示系统有序度变高。

热力学第二定律指出，孤立系统的熵永远不会减少，只会增加或者保持不变。

在工程实践中，熟悉热力学的基本原理对工程师解决问题至关重要。

在汽车发动机中，热力学原理用来优化燃烧过程，提高发动机效率，减少排放。

在制冷设备中，热力学原理被用来设计制冷循环，实现热量的转移和降温。

除了基本概念外，工程热力学还涉及很多复杂的领域，如蒸汽动力、流体力学、传热传质等。

熟练掌握这些知识，能让工程师更好地解决实际问题。

工程热力学是工程学科中不可或缺的一部分，它提供了解决能量转化和传递问题的基本原理和方法。

熟练掌握热力学知识，能够帮助工程师更好地设计和优化工程系统，提高效率，减少能源消耗。

希望通过学习工程热力学基础知识，可以让大家对工程实践有更深入的理解和认识，为未来的工程发展做出更大的贡献。

第二篇示例：在工程热力学基础课程中，我们首先要了解的是热力学的基本概念和基本原理。

热力学是研究热、功和能量转化之间相互关系的科学。

在热力学中，热是指能量的一种形式，是物体温度高低、热量的传递和热量的转化。

功是能量的一种表现形式，是物体在力的作用下发生的位移。

能量转化是指能量在不同形式之间的相互转化过程。

在工程热力学基础课程中，我们需要了解的还有热力学的基本定律。

工程热力学公式知识点总结

工程热力学公式知识点总结热力学是研究热现象和能量转化的一门物理学科。

它不仅适用于工程领域，也适用于物理、化学、地质等领域。

热力学公式是热力学知识的重要组成部分，掌握好热力学公式可以帮助工程师更好地理解和应用热力学知识。

本文将对工程热力学公式知识点进行总结，并进行详细解释。

1. 热力学基本公式1.1 第一定律：热力学第一定律也称为能量守恒定律，它表明了能量在物质之间的转化和传递过程中的基本规律。

数学表达式为：\[dU = \delta Q - \delta W\]其中，dU表示系统内能的变化量，\(\delta Q\) 表示系统吸收的热量，\(\delta W\) 表示系统对外做功的量。

1.2 第二定律：热力学第二定律指出了自然界不可逆过程的特性，也就是热量永远不能自发地由低温物体传递到高温物体。

热力学第二定律的数学表达式有多种形式，其中最常见的是开尔文表述和克劳修斯表述。

开尔文表述表示为：\[\oint \frac{dQ}{T} \leq 0\]即，对于任何经过完整循环的过程而言，系统吸收的热量与温度的比值总是小于等于零。

而克劳修斯表述表示为：\[\text{不可能使得热量从低温物体自发地转移到高温物体，而不引入外界作用。

}\]1.3 熵增原理：熵是描述系统混乱程度或者无序性的物理量，熵增原理指出了自然界中系统总是朝着熵增长的方向发展。

数学表达式为：\[\Delta S \geq \frac{\delta Q}{T}\]其中，\(\Delta S\)代表系统的熵增量，\(\frac{\delta Q}{T}\)表示系统的对外吸收的热量与温度的比值。

2. 热力学循环公式2.1 卡诺循环公式：卡诺循环是一个理想的热力学循环，它包括两个绝热过程和两个等温过程。

卡诺循环可以用来评价热能机械的性能，其热效率被称为卡诺热效率。

卡诺热效率的数学表达式为：\[\eta_{\text{Carnot}} = 1 - \frac{T_c}{T_h}\]其中，\(\eta_{\text{Carnot}}\)表示卡诺热效率，\(T_c\)表示循环的低温端温度，\(T_h\)表示循环的高温端温度。

工程热力学

工程热力学1. 简介工程热力学是研究能量转换和传递的学科，它结合了热力学和工程技术的知识，广泛应用于各个工程领域。

热力学是研究能量和能量转换的科学，而工程热力学则将热力学的原理应用于工程实践中，解决工程问题。

2. 热力学基本概念2.1 系统和环境在热力学中，研究的对象称为系统。

系统可以是一个物质，也可以是一组物质。

与系统相互作用的周围一切都视为环境。

环境与系统之间通过能量和物质进行交换。

2.2 热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，指出了能量在系统和环境之间的转换关系。

根据第一定律，能量可以从一个系统转移到另一个系统，或者从系统转移到环境。

能量转移有两种方式：热传递和功。

2.3 热力学第二定律热力学第二定律描述了自然界中能量转化的方向。

根据第二定律，热量不会自发地从低温物体传递到高温物体，而是相反的方向，这是热力学第二定律的一个重要表述。

第二定律还提出了熵增原理，即封闭系统的熵永远不会减少。

3. 工程热力学应用工程热力学广泛应用于各个工程领域，包括能源、制冷空调、汽车、航空航天等。

3.1 能源领域在能源领域，工程热力学被用于设计和优化能源系统。

通过利用热力学原理，可以评估能源转化效率，提高能源利用率，从而减少能源消耗和环境污染。

3.2 制冷空调领域制冷空调领域是工程热力学的重要应用领域之一。

通过热力学原理，可以设计高效的制冷系统，实现制冷效果。

在空调系统中，热力学原理还被用于评估和改进系统性能，提高能源利用效率。

3.3 汽车工程工程热力学在汽车工程中起着重要作用。

通过研究发动机燃烧过程和能量转换效率，可以提高汽车的燃油效率，减少污染物排放。

此外，热力学原理也被用于汽车空调系统和冷却系统的设计和优化。

3.4 航空航天工程在航空航天领域，工程热力学用于研究和设计发动机和推进系统。

通过优化热力学效率，可以提高飞行器的性能和节能效果。

此外，热力学原理还被用于航空航天材料和结构的热应力分析。

4. 工程热力学的挑战和发展方向工程热力学面临着许多挑战，如能源效率提高、环境保护和可再生能源的开发利用等。

《工程热力学》(第四版)配套教学课件

传热面积是影响换热器性能的重要因素。通过优化传热面积，可以提高换热效率，降低能耗。
流体流动模式
流体流动模式会影响传热系数。合理设计流体流动路径，可以增强传热效率。
材料选择
材料选择需要考虑流体腐蚀性，耐温性，成本等因素。合适的材料可以确保换热器寿命和可靠性。
课程总结与反馈
1 1. 课程回顾
回顾课程内容，掌握核心概念。
3 3. 混合物热力学性质
混合物热力学性质包括焓、熵、吉布斯自由能等，可用于分析混合物的能量变化。
4 4. 应用
气体和液体混合物在许多工程应用中发挥重要作用，例如制冷剂、燃料和化学反应过程。
化学平衡与化学反应
1
2
3
化学平衡
化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不
功
3
功是能量的另一种形式，它是力作用在物体上所做的功。
内能
4
内能是系统内部所有能量的总和，包括热能、动能和势能。
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
热力学第二定律阐述了热量传递的方向性和不可逆性，以及熵增原理。
克劳修斯表述
热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，需要外界做功。
开尔文表述
不可能从单一热源吸取热量，全部用来做功，而不引起其他变化。
《工程热力学》第四版教学课件
本套课件旨在为学习工程热力学课程的学生提供更直观、更易懂的学习体验。
课件内容涵盖了工程热力学的基础知识，并通过丰富的图文和动画进行讲解，使学生更容易理解和掌握。
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课程简介
课程内容
本课程涵盖了热力学基础、热力学定律、流体性质、传热原理以及常见热力学系统等方面内容。

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。

第四章工程热力学_图文

5
4-1 分析热力过程的目的及一般方法
三. 热力过程的分析步骤： 1) 根据热力过程特征建立过程方程式； 2) 根据过程方程式及状态方程确定初终态参数的关系； 3) 将过程表示在p-v图和T-s图上，并进行定性分析； 4) 计算热力过程的功量和热量。
注意：热力过程中工质状态变化和能量转换规律与是否流动无关，只取决于过程特性！
设初态为1，定压加热后状态为2，定容冷却后状态为3。状态3为：状态2为：
20
定压过程：定容过程：
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例题4-5：体积0.15m3的储气罐内装p1=0.55MPa、t1=38C的氧气。现对其加热，温度压力将升高。罐上装有压力控制阀，当压力超过0.7MPa时阀门自动打开放走部分氧气，使罐中维持压力0.7MPa。问当罐内温度为285C时，罐内氧气共吸收多少热量？氧气热容cv=0.677kJ/(kgK)，cp=0.917kJ/(kgK)。
第四章工程热力学_图文.ppt
4-1 分析热力过程的目的及一般方法
一. 分析热力过程的目的、思路和依据： 1) 研究目的：能量转换情况、影响因素 2) 研究思路：
定熵、定压定容、定温
3) 研究依据：热力学第一定律、理想气体状态方程
二. 理想气体热力过程中相关物理量的计算： 1) 热力学能的变化： 2) 焓的变化：
9
4-3 多变过程的综合分析
一. 可逆多变过程
1.定义：许多热力过程可以近似用
式
表示，该过程称为多变
过程，n称为多变指数。
n=0：p为常数，定压过程； n=1 ：pv为常数，定温过程；
n=：pv为常数，定熵过程；
n=：v为常数，定容过程；
发动机工作时气缸压力与体积的关系

工程热力学基本概念资料课件

要点一
总结词
要点二
详细描述
挑战与机遇并存
新能源开发是当前全球关注的焦点，其中涉及大量的热力学问题与挑战，如太阳能电池板效率、风能转换效率、燃料电池的热管理等。随着技术的不断进步，新能源开发中的热力学问题不断得到解决，同时也带来了新的挑战和机遇。
工程热力学在未来可持续能源发展中的作用与贡献
总结词
背景
工程热力学是物理学、化学、材料科学等学科交叉的产物，是能源、动力、化工等领域的重要基础。
工程热力学的应用领域
能源转换与利用
化工与材料
工程热力学在能源转换与利用方面有着广泛的应用，如内燃机、燃气轮机、锅炉等能源转换设备的优化设计。
工程热力学在化工和材料领域的应用涉及化学反应、材料合Байду номын сангаас与加工等过程的理论研究与优化。
制冷与空调
工程热力学在制冷与空调领域的应用主要涉及制冷循环、热泵循环等，为制冷和空调设备提供理论支持。
工程热力学的研究对象与研究方法
研究对象
工程热力学的研究对象包括热力学系统、热力学过程和循环等，其中热力学系统是指由相互作用和相互依存的物质组成的具有一定结构和功能的整体。
研究方法
工程热力学的研究方法主要包括实验研究、理论分析和数值模拟等，实验研究是通过实验测定相关参数，理论分析是通过数学模型对系统进行描述和分析，数值模拟是通过计算机模拟系统或过程的运行。
关键作用，不可或缺
详细描述
工程热力学是未来可持续能源发展的关键学科之一，其在能源转换、能源利用、节能减排等方面发挥着重要作用。通过深入研究工程热力学原理和技术，可以不断提高能源利用效率，降低能源消耗和排放，为实现可持续能源发展提供重要支撑。

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