第一章 工程热力学基础知识优秀课件
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热工基础(张学学)第一章.ppt
实际过程都是不可逆过程，如传热、混合、扩散、渗透、
溶解、燃烧、电加热等。
可逆过程是一个理想过程。可逆过程的条件：准平衡过 程＋无耗散效应。
17
1-5 功量与热量
1. 功量与示功图
(1) 膨胀功
工质在体积膨胀时所作 的功称为膨胀功。符号为W，
单位为J 或kJ。
对于微元可逆过程：
W pAdx pdV
功是过程量而不是状态量。
因此，微元功只能用δw表示， 而不能用dw表示。
19
2. 热量、熵与示热图
（1）热量
系统与外界之间依靠温差传递的能量称为热量，符号为 Q ，单位为J 或kJ。
单位质量工质所传递的热量用 q 表示，单位为 J/kg 或
kJ/kg。
热量正负的规定：系统吸热时q > 0；系统放热时q < 0 。 热量和功量都是系统与外界在相互作用的过程中所传递 的能量，都是过程量而不是状态量。
单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）。单位为Pa （帕），1 Pa =1 N/m2 。
压力测量：
绝对压力 p；
大气压力 pb； 表压力 pe； 真空度 pv。
只有绝对压力 p 才是状态参数。 当绝对压力 p 高于大气压力 pb 时，有：p = pb + pe 当绝对压力 p 低于大气压力 pb 时，有：p = pb － pv
物质交换的系统。系统的容 积始终保持不变，也称为控 制容积系统。 （3）绝热系统：与外界没 有热量交换的系统。
（4）孤立系统：与外界既 无能量（功量、热量）交换 又无物质交换的系统。
进口
出口
4
1-2 平衡状态及基本状态参数
1. 平衡状态
（1）状态（热力状态）
溶解、燃烧、电加热等。
可逆过程是一个理想过程。可逆过程的条件：准平衡过 程＋无耗散效应。
17
1-5 功量与热量
1. 功量与示功图
(1) 膨胀功
工质在体积膨胀时所作 的功称为膨胀功。符号为W，
单位为J 或kJ。
对于微元可逆过程：
W pAdx pdV
功是过程量而不是状态量。
因此，微元功只能用δw表示， 而不能用dw表示。
19
2. 热量、熵与示热图
（1）热量
系统与外界之间依靠温差传递的能量称为热量，符号为 Q ，单位为J 或kJ。
单位质量工质所传递的热量用 q 表示，单位为 J/kg 或
kJ/kg。
热量正负的规定：系统吸热时q > 0；系统放热时q < 0 。 热量和功量都是系统与外界在相互作用的过程中所传递 的能量，都是过程量而不是状态量。
单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）。单位为Pa （帕），1 Pa =1 N/m2 。
压力测量：
绝对压力 p；
大气压力 pb； 表压力 pe； 真空度 pv。
只有绝对压力 p 才是状态参数。 当绝对压力 p 高于大气压力 pb 时，有：p = pb + pe 当绝对压力 p 低于大气压力 pb 时，有：p = pb － pv
物质交换的系统。系统的容 积始终保持不变，也称为控 制容积系统。 （3）绝热系统：与外界没 有热量交换的系统。
（4）孤立系统：与外界既 无能量（功量、热量）交换 又无物质交换的系统。
进口
出口
4
1-2 平衡状态及基本状态参数
1. 平衡状态
（1）状态（热力状态）
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》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）
>>
工程热力学课件ppt
热力系统的环境影响评价
环境影响
环境影响是指人类活动对环境产生的各种影响，包括正面和负面 影响。
生命周期评价
生命周期评价是一种用于评估产品或服务在整个生命周期内对环境 的影响的方法。
热力系统的环境影响
热力系统在运行过程中会产生各种环境影响，如排放污染物、消耗 能源等。
可持续性与可再生能源在热力学中的应用
高效热力系统的研究与开发
高效热力系统设计
针对不同应用场景，研究开发高效热 力系统，如高效燃气锅炉、高效空调 系统等，通过优化系统结构和运行参 数，降低能耗和提高能效。
高效热力系统评估
建立和完善高效热力系统的评估体系 ，制定相关标准和规范，为实际应用 提供指导和依据。
热力学在可再生能源利用中的应用
热力学在工程中的应用
热力发动机
热力发动机原理
热力发动机利用燃料燃烧产生的 热能转化为机械能，通过活塞、 转子或涡轮等机构输出动力。
热力发动机类型
热力发动机有多种类型，如内燃 机、蒸汽机和燃气轮机等，每种 类型都有其特点和应用领域。
热力发动机效率
提高热力发动机效率是重要的研 究方向，通过优化设计、改善燃 烧过程和减少热量损失等方法可 以提高效率。
新型热力材料与技术
新型热力材料
随着科技的发展，新型热力材料不断涌现，如纳米材料、复合材料等，这些材料 具有优异的热物理性能和热力学特性，为热力系统的优化和能效提升提供了新的 可能性。
新型热力技术
新型热力技术如热管技术、热泵技术、热电技术等在工程热力学领域的应用越来 越广泛，这些技术能够实现高效能的热量传递和转换，提高能源利用效率。
要点二
详细描述
热力系数是衡量热力学系统转换效率的参数，表示系统输 出功与输入功的比值。它反映了系统转换能量的能力，是 评价系统性能的重要指标之一。热力效率是衡量系统能量 转换效率的参数，表示系统输出有用功与输入总功的比值 。它反映了系统在能量转换过程中的损失程度，也是评价 系统性能的重要指标之一。
《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。
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。
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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 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(第五版)第一章课件
1.2.5 基本状态参数
U形管式压力计示意图
pb
U形管式压力计示意图
pb
p pb
p pb
p
pg
p pb pg
p
pv
p pb pv
真空度
当工质是处于负压工作状态时，工质的真实压力p低于环境压力pb，
其测量得到的相对压力称为真空度 p v 。
第1章 基本概念
1.2 热力系统的状态和状态参数
1.2.5 基本状态参数
例1-2某刚性容器被分隔为两部分，在容器壁上分别装有三个压力表，表B的 读数为80kPa，表C的读数为100kPa，试问压力表A的读数是多少？ 设当地大气压为770mmHg。 已知： pgB 80kPa, pgC 100kPa, pb 770mmHg。 求 ： pgA ? 解 由图示依据真实压力、参考压力和 相对压力之间的关系,可写出如下3 个关系式,从中整理出所求量。
物质 （水蒸气）
热力系统
物质 (凝结水）
蒸汽放热给冷却1.2 热力系统的分类
第1章 基本概念
1.1 热力系统 1.1.2 热力系统的分类
开口热力系（水泵示意图）
开口热力系统（水泵示意图）
锅炉给水 来自冷凝器的水
电动机
水 泵
水泵的简化热力学分析模型
水泵的简化热力学分析模型
边 界的特性 可以是真实的，也可以是假想的；可以是固定的,也可以是
运动的。
第1章 基本概念
1.1 热力系统
1.1.1 热力系统的定义
热力系统、界面、外界
热力系、界面、 外界例Ⅳ
界面
系
统
界面是真实的、固定不动的
第1章 基本概念
1.1 热力系统
发动机原理课件-第一章 工程热力学基础
4、T-S图。
一、热力过程
热力系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的变化历程。
P-V图上,一个点表示气体的一个热力状态; 一条曲线表示一个热力过程。 二、功Ｗ（Ｊ）
气体在热力过程中由于体积发生变化所做的功 （又称为容积功）
功的计算：δ W=Fdx=APdx=PdV W12=∫12PdV 对单位质量的工质： w12=W/m=∫12PdV/m=∫12Pdν
K= cp/cν：绝热指数
3、参数间的关系： 由 Pvk=常数 →P1v1k=P2v2k →P1/P2=(v2/v1)k 又 Pv=RT →P=RT/v →Tvk-1=常数 →T1/T2=(v2/v1)k-1 →T2=T1(v1/v2)k-1 =T1εk-1 4、过程量的计算： 推出： w=-u q=w+ u q=0
且
q=w+Δ u
推出：Δ
w =0，
u=cv(T2-T1)
※内能是一状态量，与热力过程无关，且理想气体的内
能只是温度的函数，故上述公式适用于任何热力过程。
第四节 理想气体的热力过程
重点掌握：
1、典型热力过程的过程量的计算；
2、典型热力过程在P-V图和T-S上的表示；
3、典型热力过程在P-V图上的比较；
※故P-V图上,W12为过程线与横轴围成的面积。
规定：系统对外界做功为正，外界对系统做功为负
由δ W=PdV得： dV>0，膨胀,δ W>0，
系统对外界做功；
膨胀,W>0 压缩,W<0
dV<0，压缩,δ W<0， 外界对系统做功； dV=0，δ W=0，系统与 外界之间无功量传 递。
※可逆过程是无摩擦、无温差传热的平衡过程，是实际过程的理想 极限。无特殊说明，都可认为是可逆过程。
一、热力过程
热力系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的变化历程。
P-V图上,一个点表示气体的一个热力状态; 一条曲线表示一个热力过程。 二、功Ｗ（Ｊ）
气体在热力过程中由于体积发生变化所做的功 （又称为容积功）
功的计算：δ W=Fdx=APdx=PdV W12=∫12PdV 对单位质量的工质： w12=W/m=∫12PdV/m=∫12Pdν
K= cp/cν：绝热指数
3、参数间的关系： 由 Pvk=常数 →P1v1k=P2v2k →P1/P2=(v2/v1)k 又 Pv=RT →P=RT/v →Tvk-1=常数 →T1/T2=(v2/v1)k-1 →T2=T1(v1/v2)k-1 =T1εk-1 4、过程量的计算： 推出： w=-u q=w+ u q=0
且
q=w+Δ u
推出：Δ
w =0，
u=cv(T2-T1)
※内能是一状态量，与热力过程无关，且理想气体的内
能只是温度的函数，故上述公式适用于任何热力过程。
第四节 理想气体的热力过程
重点掌握：
1、典型热力过程的过程量的计算；
2、典型热力过程在P-V图和T-S上的表示；
3、典型热力过程在P-V图上的比较；
※故P-V图上,W12为过程线与横轴围成的面积。
规定：系统对外界做功为正，外界对系统做功为负
由δ W=PdV得： dV>0，膨胀,δ W>0，
系统对外界做功；
膨胀,W>0 压缩,W<0
dV<0，压缩,δ W<0， 外界对系统做功； dV=0，δ W=0，系统与 外界之间无功量传 递。
※可逆过程是无摩擦、无温差传热的平衡过程，是实际过程的理想 极限。无特殊说明，都可认为是可逆过程。
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
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进入系统的能量－离开系统的能量=系统储存能的变化
主要内容：
一、功、热量和内能 二、封闭系统能量方程式 三、开口系统稳定流动能量方程式 四、熵及温熵图
一、功、热量和内能
1. 功
A
dw pA dpxdv
v2
w pdv
v1
功不是热力状态的参数，
w
是一个过程量 。
2. 热量
系统吸热 系统放热
热量为正 热量为负
通出版社,2004. [3]沈维道.工程热力学（第3版）[M] .高等教育出版社,
2001.
第一章 工程热力学基础知识
第一节 气体的热力性质 第二节 热力学第一定律 第三节 气体的热力过程 第四节 热力学第二定律
第一节 气体的热力性质
一、气体的基本状态参数 二、热力系统、平衡态和热力过程 三、理想气体的状态方程式 四、工质的比热
热力学 (开尔文或绝对)温度：用 T 表示，单位为K
tT27.135
只有热力学温度才是状态参数 ！
（3） 比容v
1）比容：单位质量的物质所占有的体积。
vV m
式中 V——体积 ； m——质量。
2 ）密度：单位容积的物质所具有的质量 。
＝1 m
vV
二、热力系统、平衡态和热力过程
1.热力系统
1 ）热力系统：在热力学中，把某一宏观尺寸范
过程量
3. 内能
工质的内能：工质内部所具有的各种能量的总称。
对于理想气体：内能是温度的单值函数 ，工质的内能 是一个状态参数 。
1kg工质的内能： u
mkg工质的内能： U
Umu
二、封闭系统能量方程式
已知： 1kg工质封闭在气缸内 进行一个可逆过程的 膨胀作功。
quw
三、开口系统稳定流动能量方程式
1kg工质的焓: hupv mkg工质的焓: HUpV
3. 开口系统能量方程式：
qhwsh
四、熵及温熵图
p
1
dw=pdv
2
T
2
dq=Tds
1
v1
dv v2 v
a）P-v 图
s1
ds s2 s
b）T-S 图
1. 熵的定义：熵的增量等于系统在可逆过程中交 换的热量除以传热时绝对温度所得的比值。
dsdq/T
2. 熵的性质
1）熵是一个状态参数； 2）只有在平衡状态下，熵才有确定值； 3）与内能和焓一样，通常只求熵的变化量，而不 必求熵的绝对值； 4）熵是可加性的量； 5）在可逆过程中，从熵的变化中可判断热量的传 递方向； 6）熵是判据，判断自然界一切自发过程实现的可 行性。
第三节 气体的热力过程
热力过程
内能 u
焓h 熵s
基本状态参数
（1） 压力 p
1)定义：气体对单位面积容器壁所施加的垂直作用力。
绝对压力 p
表压力 p g
pg＝pp0 2)真空度： p vpg 大气压力线来自ppvp0
p
pv p0 p
只有绝对压力才是真正说明气体状态的状态参数！
（2） 温度T 表示气体冷热程度的物理量
摄氏温度：用 t 表示，单位为℃
围内的工质作为研究的具体对象。
2 ）外界：与该系统有相互作用的其它系统 。
3 ）边界：系统与外界的分界面 。
边界的性质：可以是真实的， 也可以是假想的； 可以固定也可以移动。
封闭系统：系统与外界无物质交换
4 ）分类
开口系统：系统与外界有物质交换 绝热系统：系统与外界无热量交换
孤立系统： 系统与外界无任何相互 作用，既无物质交换， 也无能量交换
第一章 工程热力学基础知识
工程热力学研究主要内容
热力学基本定律 常用工质的热力性质 分析计算实现热能和机械能相互转换
的各种热力过程和热力循环，阐明提 高转换效率的正确途径
参考资料
[1]陈培陵.汽车发动机原理[M].人民交通出版社,2004. [2]张西振,吴良胜.发动机原理与汽车理论[M].人民交
一、气体的基本状态参数
1. 工质
1）工质：热能 媒介物质 机械能 2 ）工质的选择：热力学中热能与机械能之间 的相互转换是通过物质的体积变化来实现的，
常选 气态物质 作为工质。
3 ）气态工质：气体和蒸气
2.气体的状态参数 1）定义：标志气体热力状态的各个物理量
2)状态参数
压力 p
温度 T
比容 v
KCp /Cv
5. 梅耶公式： Cp－Cv R
，
Cv
1R K 1
Cp
KR K 1
第二节 热力学第一定律
& 能量转换与守恒定律
& 热力学第一定律 热能和机械能在转移和转换的过程中，
能量的总量必定守恒。
热能
相互转换
机械能
能量转换与守恒定律
一切物质都具有能量，能量既不可能 创造，也不可能消失，它只能在一定的条 件下从一种形式转变为另一种形式，而在 转换中，能量的总量恒定不变。
基本
一般
定容过程 定压过程 等温过程 绝热过程
一、定容过程
工质在变化过程中容积保持不变的热力过程。
p
T
2
2
1 2′
4）可逆过程：系统经历一个过程之后，如果沿原来
路径逆向进行，能使系统与外界同时恢复到初始状
态而不留下任何痕迹。
p
可逆过程是无摩
擦、无温差的内
p1
1
平衡过程
1´
p2
2
2´
W
v1
v2
v
三、理想气体的状态方程
理想气体：气体内部其分子不占有体积 ， 分子间又没有吸引力 的气体。
F(p,v,T)0 1kg理想气体 ： pv RT mkg理想气体： pVmRT
2. 平衡态
系统中气体各部分的温度和压力必须均匀一致，并且 不随时间的变化而变化，这样的状态称为热力学平衡态， 简称平衡态。
3. 热力过程
1）热力过程：热力系统从一个状态向另外一个状 态变化时所经历的全部状态的总和 。
2）内平衡过程 ：热力系统从一个平衡状态连续 经历一系列平衡的中间状态过渡到另外一个平衡 状态，这样的过程称为内平衡过程。 3）内不平衡过程
R ——气体常数，大小取决于气体的种类 。
四、工质的比热
1. 比热：单位量的物质作单位温度变化时所
吸收或放出的热量。
2. 表达式： Cdq/dT
3. 定容比热：气体在容积不变的条件下被加热
时的比热 ，C v 。
定压比热：气体在压力不变的条件下被加热
时的比热 ，C p 。
4. 比热比：
（绝热指数） （等熵指数）
已知：
q
1kg工质在开口系
p1
统中作稳定流动， v1
C1
Ⅰ-Ⅰ界面为进口，
Ⅱ-Ⅱ界面为出口，
假设系统在该过程
中从外界吸入的热
Z1
Ⅱ
量为q，对外输出
功为wsh。
0
Z2 Ⅱ
wsh
p2 v2
C2
1. 推进功：开口系统与外界之间因为工质流动而传
递的机械功。对于单位质量工质，推进功等于pv。 2. 焓：
焓 = 内能 + 推进功
主要内容：
一、功、热量和内能 二、封闭系统能量方程式 三、开口系统稳定流动能量方程式 四、熵及温熵图
一、功、热量和内能
1. 功
A
dw pA dpxdv
v2
w pdv
v1
功不是热力状态的参数，
w
是一个过程量 。
2. 热量
系统吸热 系统放热
热量为正 热量为负
通出版社,2004. [3]沈维道.工程热力学（第3版）[M] .高等教育出版社,
2001.
第一章 工程热力学基础知识
第一节 气体的热力性质 第二节 热力学第一定律 第三节 气体的热力过程 第四节 热力学第二定律
第一节 气体的热力性质
一、气体的基本状态参数 二、热力系统、平衡态和热力过程 三、理想气体的状态方程式 四、工质的比热
热力学 (开尔文或绝对)温度：用 T 表示，单位为K
tT27.135
只有热力学温度才是状态参数 ！
（3） 比容v
1）比容：单位质量的物质所占有的体积。
vV m
式中 V——体积 ； m——质量。
2 ）密度：单位容积的物质所具有的质量 。
＝1 m
vV
二、热力系统、平衡态和热力过程
1.热力系统
1 ）热力系统：在热力学中，把某一宏观尺寸范
过程量
3. 内能
工质的内能：工质内部所具有的各种能量的总称。
对于理想气体：内能是温度的单值函数 ，工质的内能 是一个状态参数 。
1kg工质的内能： u
mkg工质的内能： U
Umu
二、封闭系统能量方程式
已知： 1kg工质封闭在气缸内 进行一个可逆过程的 膨胀作功。
quw
三、开口系统稳定流动能量方程式
1kg工质的焓: hupv mkg工质的焓: HUpV
3. 开口系统能量方程式：
qhwsh
四、熵及温熵图
p
1
dw=pdv
2
T
2
dq=Tds
1
v1
dv v2 v
a）P-v 图
s1
ds s2 s
b）T-S 图
1. 熵的定义：熵的增量等于系统在可逆过程中交 换的热量除以传热时绝对温度所得的比值。
dsdq/T
2. 熵的性质
1）熵是一个状态参数； 2）只有在平衡状态下，熵才有确定值； 3）与内能和焓一样，通常只求熵的变化量，而不 必求熵的绝对值； 4）熵是可加性的量； 5）在可逆过程中，从熵的变化中可判断热量的传 递方向； 6）熵是判据，判断自然界一切自发过程实现的可 行性。
第三节 气体的热力过程
热力过程
内能 u
焓h 熵s
基本状态参数
（1） 压力 p
1)定义：气体对单位面积容器壁所施加的垂直作用力。
绝对压力 p
表压力 p g
pg＝pp0 2)真空度： p vpg 大气压力线来自ppvp0
p
pv p0 p
只有绝对压力才是真正说明气体状态的状态参数！
（2） 温度T 表示气体冷热程度的物理量
摄氏温度：用 t 表示，单位为℃
围内的工质作为研究的具体对象。
2 ）外界：与该系统有相互作用的其它系统 。
3 ）边界：系统与外界的分界面 。
边界的性质：可以是真实的， 也可以是假想的； 可以固定也可以移动。
封闭系统：系统与外界无物质交换
4 ）分类
开口系统：系统与外界有物质交换 绝热系统：系统与外界无热量交换
孤立系统： 系统与外界无任何相互 作用，既无物质交换， 也无能量交换
第一章 工程热力学基础知识
工程热力学研究主要内容
热力学基本定律 常用工质的热力性质 分析计算实现热能和机械能相互转换
的各种热力过程和热力循环，阐明提 高转换效率的正确途径
参考资料
[1]陈培陵.汽车发动机原理[M].人民交通出版社,2004. [2]张西振,吴良胜.发动机原理与汽车理论[M].人民交
一、气体的基本状态参数
1. 工质
1）工质：热能 媒介物质 机械能 2 ）工质的选择：热力学中热能与机械能之间 的相互转换是通过物质的体积变化来实现的，
常选 气态物质 作为工质。
3 ）气态工质：气体和蒸气
2.气体的状态参数 1）定义：标志气体热力状态的各个物理量
2)状态参数
压力 p
温度 T
比容 v
KCp /Cv
5. 梅耶公式： Cp－Cv R
，
Cv
1R K 1
Cp
KR K 1
第二节 热力学第一定律
& 能量转换与守恒定律
& 热力学第一定律 热能和机械能在转移和转换的过程中，
能量的总量必定守恒。
热能
相互转换
机械能
能量转换与守恒定律
一切物质都具有能量，能量既不可能 创造，也不可能消失，它只能在一定的条 件下从一种形式转变为另一种形式，而在 转换中，能量的总量恒定不变。
基本
一般
定容过程 定压过程 等温过程 绝热过程
一、定容过程
工质在变化过程中容积保持不变的热力过程。
p
T
2
2
1 2′
4）可逆过程：系统经历一个过程之后，如果沿原来
路径逆向进行，能使系统与外界同时恢复到初始状
态而不留下任何痕迹。
p
可逆过程是无摩
擦、无温差的内
p1
1
平衡过程
1´
p2
2
2´
W
v1
v2
v
三、理想气体的状态方程
理想气体：气体内部其分子不占有体积 ， 分子间又没有吸引力 的气体。
F(p,v,T)0 1kg理想气体 ： pv RT mkg理想气体： pVmRT
2. 平衡态
系统中气体各部分的温度和压力必须均匀一致，并且 不随时间的变化而变化，这样的状态称为热力学平衡态， 简称平衡态。
3. 热力过程
1）热力过程：热力系统从一个状态向另外一个状 态变化时所经历的全部状态的总和 。
2）内平衡过程 ：热力系统从一个平衡状态连续 经历一系列平衡的中间状态过渡到另外一个平衡 状态，这样的过程称为内平衡过程。 3）内不平衡过程
R ——气体常数，大小取决于气体的种类 。
四、工质的比热
1. 比热：单位量的物质作单位温度变化时所
吸收或放出的热量。
2. 表达式： Cdq/dT
3. 定容比热：气体在容积不变的条件下被加热
时的比热 ，C v 。
定压比热：气体在压力不变的条件下被加热
时的比热 ，C p 。
4. 比热比：
（绝热指数） （等熵指数）
已知：
q
1kg工质在开口系
p1
统中作稳定流动， v1
C1
Ⅰ-Ⅰ界面为进口，
Ⅱ-Ⅱ界面为出口，
假设系统在该过程
中从外界吸入的热
Z1
Ⅱ
量为q，对外输出
功为wsh。
0
Z2 Ⅱ
wsh
p2 v2
C2
1. 推进功：开口系统与外界之间因为工质流动而传
递的机械功。对于单位质量工质，推进功等于pv。 2. 焓：
焓 = 内能 + 推进功