第一章 工程热力学基础知识优秀课件
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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
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。
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 v
pg 大气压力线
p
pv
p0
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℃
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
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
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
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
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
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
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
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
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′
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
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
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
来自百度文库
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
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
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。
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 v
pg 大气压力线
p
pv
p0
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℃
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
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
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
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
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
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
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
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
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′
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
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
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
来自百度文库
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