热工基础基本概念PPT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。
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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。
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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）
热工基础PPT课件
第四节 流体静力学基本方程及其应用
一、静力学基本方程
1.方程式的推导 • 建模：一盛有静止液体的容器
• 受力分析 液柱所受的质量力只有重力
G= -mg=-hAg
表面力： 液柱上表面：-p0A 液柱下表面：pA
热工基础 高职高专 ppt 高等职业教育 课件
根据受力平衡有：
p Ap0AghA 0
化简得：
•计示压强会随大气压的变化而改变
• 绝对压强和计示压强的关系
热工基础 高职高专 ppt 高等职业教育 课件
绝对压强和相对压强的应用
属于流体的物性和状态的有关公式、计 算、资料数据等多采用绝对压强，例如 理想气体状态方程，饱和蒸汽压，汽轮 机主汽门前的蒸汽参数，凝汽器或除氧 器参数等的压强值。
属于流体工程的强度、测试等有关压强 值多采用计示压强。例如计算受压容器 强度，管道附件公称压力，高压加热器 水侧压力，汽轮机调节和润滑油压，泵 与风机进出口压强等。
一部分是自由液面上的压强p0；另一部分是该点到
自由液面的单位面积上的液柱重量ρgh。当p0有变
化时，液体内部各点的压强也发生同样大小的变化， 这就是著名的帕斯卡原理，该原理在水压机、液压 传动等水利机械中得到广泛应用。
➢ 在重力作用下的静止液体中，静压强随深度按线性 规律变化，即随深度的增加，压强值成正比增大。
• 互不掺混的两种液体的分界面，如水和水
银等。
气 水
液
水银
热工基础 高职高专 ppt 高等职业教育 课件
例2-1 判断连通器中的等压面
油 水
Ⅲ
Ⅲ
9 10 11
Ⅱ5
Ⅱ
6
7
8
Ⅰ 1
Ⅰ
2
3
一、静力学基本方程
1.方程式的推导 • 建模：一盛有静止液体的容器
• 受力分析 液柱所受的质量力只有重力
G= -mg=-hAg
表面力： 液柱上表面：-p0A 液柱下表面：pA
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根据受力平衡有：
p Ap0AghA 0
化简得：
•计示压强会随大气压的变化而改变
• 绝对压强和计示压强的关系
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绝对压强和相对压强的应用
属于流体的物性和状态的有关公式、计 算、资料数据等多采用绝对压强，例如 理想气体状态方程，饱和蒸汽压，汽轮 机主汽门前的蒸汽参数，凝汽器或除氧 器参数等的压强值。
属于流体工程的强度、测试等有关压强 值多采用计示压强。例如计算受压容器 强度，管道附件公称压力，高压加热器 水侧压力，汽轮机调节和润滑油压，泵 与风机进出口压强等。
一部分是自由液面上的压强p0；另一部分是该点到
自由液面的单位面积上的液柱重量ρgh。当p0有变
化时，液体内部各点的压强也发生同样大小的变化， 这就是著名的帕斯卡原理，该原理在水压机、液压 传动等水利机械中得到广泛应用。
➢ 在重力作用下的静止液体中，静压强随深度按线性 规律变化，即随深度的增加，压强值成正比增大。
• 互不掺混的两种液体的分界面，如水和水
银等。
气 水
液
水银
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例2-1 判断连通器中的等压面
油 水
Ⅲ
Ⅲ
9 10 11
Ⅱ5
Ⅱ
6
7
8
Ⅰ 1
Ⅰ
2
3
热工基础基本概念ppt课件
精选ppt
1.2 热力系统
以系统与外界关系划分：
有
无
是否传质
开口系 闭口系
是否传热
非绝热系 绝热系
是否传热、质 非孤立系 孤立系
精选ppt
1.2 热力系统
1m2 Q
W
4
3
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
精选ppt
1.2 热力系统
1.3 热力学状态及基本状态参数
(1) 压力 p ( pressure ) 物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2
常用单位Units：
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
1 MPa = 106 Pa
1 mmHg / mmH2O 1 atm = 760 mmHg = 1.013×105 N/m2
工程热力学 物理热力学 化学热力学 生物热力学 溶液热力学
精选ppt
热工学的研究内容
(1)能量转换的基本规律 (2)能量转移的基本规律 (3)工质的基本性质与热力过程 (4)热功转换设备、工作原理
工 程 热 力 学 传热学
精选ppt
热工学研究方法
➢理论分析与建模： ➢试验研究： ➢数值模拟及分析：
1 at = 0.981×105 N/m2
精选ppt
1.3 热力学状态及基本状态参数
压力测量值：绝对压力与环境压力的相对值。 注意： 只有绝对压力 p 才是状态参数。
精选ppt
1.3 热力学状态及基本状态参数
绝对压力与相对压力
absolute pressure
1.2 热力系统
以系统与外界关系划分：
有
无
是否传质
开口系 闭口系
是否传热
非绝热系 绝热系
是否传热、质 非孤立系 孤立系
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1.2 热力系统
1m2 Q
W
4
3
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
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1.2 热力系统
1.3 热力学状态及基本状态参数
(1) 压力 p ( pressure ) 物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2
常用单位Units：
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
1 MPa = 106 Pa
1 mmHg / mmH2O 1 atm = 760 mmHg = 1.013×105 N/m2
工程热力学 物理热力学 化学热力学 生物热力学 溶液热力学
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热工学的研究内容
(1)能量转换的基本规律 (2)能量转移的基本规律 (3)工质的基本性质与热力过程 (4)热功转换设备、工作原理
工 程 热 力 学 传热学
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热工学研究方法
➢理论分析与建模： ➢试验研究： ➢数值模拟及分析：
1 at = 0.981×105 N/m2
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1.3 热力学状态及基本状态参数
压力测量值：绝对压力与环境压力的相对值。 注意： 只有绝对压力 p 才是状态参数。
精选ppt
1.3 热力学状态及基本状态参数
绝对压力与相对压力
absolute pressure
热工基础
绝对压力p ——工质的真实压力 大气压力pb（近似取值0.1Mpa） 表压力pe、真空度pv
只有绝对压力 p 才是状态参数。
环境压力的是变化，波动的；因此，表压力和真空度也会变化。
p = p b + pe p = pb - pv
温度 ——是反映物体冷热程度的物理量。温度的高低
反映物体内部微观粒子热运动的强弱。
表示状态参数之间关系的方程式称为状态方程式。
两个独立的状态参数就能确定简单可压缩系统的平衡
状态，因此以两个独立的状态参数为坐标所构成的坐标
图（状态参数坐标图）上，每一点都代表一个平衡状态。
p f (v, T )
联系各个点的路径就是 具体实现该状态变化的过程。
T f ( p, v)
的宏观运动及重力场位臵）
比热力学能：单位质量工质的热力学能 。
符号：u；单位：J/kg 或kJ/kg。
物理学中，气体分子的动能主要取决于温度，位能与比 体积有关，因此，比热力学能只取决于热力学温度、比体 积，即取决于热力状态，反应了一种状态, 是状态参数。
气体工质的比热力学能可表示为
u f (T , v)
必须遵循。
即，热力过程进行中，能量的总量守恒，同时伴随一
定形式的能量转换或传递（转移）。
能量既不会凭空产生，也不会自己消失，只会从一种形 式转换为另一种形式，或从一处传递到另一处。总量守恒。
2-1 热力系统的储存能
热力系统储存能— 储存于
热力系统的能量 1. 热力学能 不涉及化学变化和核反应时，物质分子热运动的动 能和分子间的位能之和（热能）。 热力学能符号：U，单位：J 或kJ 。 热力学能（取决系统本身的状态） 宏观动能、宏观位能（系统
热工基础基本概念 ppt课件
发电机
凝 汽 器
(2)工质（水，蒸汽）
(3)膨胀做功
(4)循环(加压、加热、 膨胀做功、放热)
给水泵
1.1 热能转变为机械能的过程
过热器 锅 炉
热机
汽轮机 (1) 热动力装置
蒸汽动力装置 发电机 燃气动力装置
凝
汽 (2) 热动力机(热机)
器
给水泵
1.1 热能转变为机械能的过程
(3)工质：实现热能与机械能转换的媒介物质。 如：燃气、烟气、水蒸气、氟利昂、空气。
热工学
Basis of Heat Energy Engineering
2015-03-03
能源转换利用的关系
风 能
水 能
化 学 能
燃 料 电 池
风 车
水水
轮 机
车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
地
太
一次能源
热 阳 (天然存在)
能能
供 暖
光转 热换
光 电 转
换
能 90%
机械能 发电 电动 机机
热机
直接利用
二次能源
工程热力学与节能
工程热力学
是一门研究热能有效利用及热能和
其它形式能量建转立换节规律能的科学 理论及技术
热工学是重要的技术基础课
四大力学
理论力学：机械系统 热力学与统计物理学：热力系统 电动力学：电、磁系统 量子力学：微观系统 重要性
工程热力学 物理热力学 化学热力学 生物热力学 溶液热力学
热工学的研究内容
1.3 热力学状态及基本状态参数
状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 状态参数：描述热力系状态的宏观物理量。
结论：
• 状态一定，则状态参数也一定，反之亦然。 • 状态参数变换，则状态一定发生变化。
热工基础期末复习精品PPT课件
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六、水定压加热汽化过程
1、水定压加热汽化过程
预热
汽化
过热
t < ts
t = ts
t = ts
t = ts
t >ts
15
第三章 理想气体混合物和湿空气
一、混合气体的分压力定律和分容积定律
质量分数 体积分数 摩尔分数 各种分数之间的换算
二、混合气体的比热容、热力学能、焓
1.比热容
c混 wici c混 xici Cm混xiCmi
们之间的比值是一定的。 热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必定产生相 应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应量的热。 应用范围：系统、工质、过程
第一定律第一解析式 QUW δQdUδW quw δqduδw 热 功的基本表达式
9
六、稳定流动能量方程式
流入系统的能量 – 流出系统的能量 = 系统内部储能增量: ΔECV 考虑到稳流特征： ΔECV=0 m1=m2=m; 及h=u+pv
3、 cp- cV
cpcVdh d T dudud p T vduduRdgTTduRg
cp cV Rg
迈耶公式
12
三、 理想气体热力学能和焓 仅是温度的函数 1、 因理想气体分子间无作用力
u u k u T d u c V d T
2、 hupvuRgT
hhT dhcpdT
3、利用气体热力性质表计算热量
Qmh2h1mc2f22c2f21mgz2z1W S
(A)
qh2h11 2cf22cf21 gz2z1 ws
(B)
1）改写式（B）为式（C）
q u w s p 2 v 2 p 1 v 1 1 2 c f 2 2 c f 2 1 g z 2 z 1 （C）
热工基础第一章
温度的测量
温度计
物质 （水银，铂电阻） 特性 （体积膨胀，阻值）
基准点 刻度
温标
绝对K
373.15
273.16 273.15
常用温标
摄氏℃
华氏F
100 水沸点
212
37.8
发烧 100
00.01水冰三熔相点点
32
-17.8 盐水熔点 0
0 -273.15
-459.67
温标的换算
T[K] t[OC] 273.15 t[OC] 5 (t[F] 32)
§1-3 基本状态参数
压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）
1、压力 p
物理中压强，单位: Pa , N/m2 常用单位：
1 bar = 105 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 1 psi=0.006895MPa
内燃机装置
空气、油
废气
吸气
点火
膨胀
排气
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)
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)
动力装置
共同基本特点： 1、热源，冷源 2、工质 3、容积变化功 4、循环
见习题1－4 大气压随时间、地点变化。
物理大气压 1atm=760mmHg = 1.013105 Pa
其它压力测量方法
高精度测量：活塞式压力计 工业或一般科研测量：压力传感器
热工基础PPT 第一章 基本概念
������������������
状态参数是状态的单值函数，值取决于工质所处 状态，与过程无关
设x为任意状态参数，则
������2 ������1
������������ = ������2 − ������1 ,
������������ = 0
若x = f(y, z)，则可得 ������������ ������������ ������������ = ������������ + ������������ ������������ ������������ 状态参数的积分与路径,状态参数 的微量是一个全微分
比体积和密度(v，ρ) ������ = ������ =
������ ������ ������ ������
������������/������3 ������3 /������������
密度单位体积内物质的质量
比体积指的是单位质量的物质所占的体积
比体积是一个状态参数，则密度肯定也是工质的一个状态
绝热 pm
pout
分析：(1)该系统满足弛豫时间短的条件； (2)设过程进行时 a. 无摩擦(无耗散效应)； b. 没有压差(无势差损失)。
3.可逆条件
(1) 系统内外要随时处于力平衡和热平衡；
(2) 弛豫时间短； (3) 没有耗散效应 。
结论：可逆过程=没有耗散效应的v
1.2 状态参数 1.3 平衡状态 1.4 准静态过程及可逆过程 1.5 功和热量
系统中各处压力、温度均匀一致的状态，称为平衡状态。
当系统处于平衡状态的时候，系统中所有的状态参数都有
确定的数值，并且是一个定值。只有处于平衡状态的系统，
它的所有状态参数才会有确定的数值。
热工基础第一章
准静态过程的工程应用
例：活塞式内燃机 2000转/分 曲柄 2冲程/转，0.15米/冲程 活塞运动速度=20002 0.15/60=10 m/s 压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s 破坏平衡所需时间 （外部作用时间）
>>
恢复平衡所需时间 （驰豫时间）
一般的工程过程都可认为是准静态过程 具体工程问题具体分析。“突然”“缓慢”
§1-1 热力系统
1
W 4 m Q 3 2
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
热力系统其它分类方式
均匀系
物理化学性质 非均匀系
单元系 其它分类方式 工质种类
多元系
单相
相态
多相
简单可压缩系统
最重要的系统
简单可压缩系统 只交换热量和一种准静态的容积变化功
则外界、活塞、 系统不能同时恢 复原态。
摩擦损失的影响
若f＝0 系统对外作功W，外界得到的功W ′＝W 若外界将得到的功W'再返还给系统 则外界、活塞、系统同时恢复原态。 p 1 2 p外
可逆过程的定义
系统经历某一过程后，如果能使系 统与外界同时恢复到初始状态，而不留 下任何痕迹，则此过程为可逆过程。 注意：可逆过程只是指可能性，并不 是指必须要回到初态的过程。
准静态过程的容积变化功
以汽缸中mkg工质为系统 初始：pA = p外A +f dl 很小，近似认为 p 不变 如果 p外微小 可视为准静态过程 mkg工质发生容积变 A f 化对外界作的功
p dl
p外
W = pA dl =pdV
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(1)能量转换的基本规律 (2)能量转移的基本规律 (3)工质的基本性质与热力过程 (4)热功转换设备、工作原理
工 程 热 力 学
传热学
热工学研究方法
➢理论分析与建模： ➢试验研究： ➢数值模拟及分析：
热工学研究方法
宏观模型：连续体(continuum)，用宏观物 理量描述其状态，其基本规律是无数经验的 总结
热工学
Basis of Heat Energy Engineering
2015-03-03
能源转换利用的关系
风 能
水 能
化 学 能
燃 料 电 池
风 车
水水
轮 机
车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
地
太
一次能源
热 阳 (天然存在)
能能
供 暖
光转 热换
光 电 转
换
能 90%
机械能 发电 电动 机机
热机
直接利用
二次能源
1.2 热力系统
边界(boundary)：系统与外界的分界面
固定、活动
真实、虚构
fixed 、 movable
real 、 imaginary
边界的特性
1.2 热力系统
分类：
(1) 闭口系统：只有能量交换，而无质量交换 (2) 开口系统：有能量交换，也有质量交换。 (3) 绝热系统：无热量交换。 (4) 孤立系统：既无能量交换，又无质量交换。
学习要求
上课—做好笔记、课堂作业(出勤)； 作业—每周第一次课(周二)交作业； 成绩—平时成绩(30%)和期末成绩(70%)
相互配合，共同进步！
授课信息
教材：热工基础，主编：张学学，清华大学出 版社，2006年第二版。
办公地址：基础楼1109房间 Tel： Email:
第一章 基本概念
机电学院 张小军
工程热力学与节能
工程热力学
是一门研究热能有效利用及热能和
其它形式能量建转立换节规律能的科学 理论及技术
热工学是重要的技术基础课
四大力学
理论力学：机械系统 热力学与统计物理学：热力系统 电动力学：电、磁系统 量子力学：微观系统 重要性
工程热力学 物理热力学 化学热力学 生物热力学 溶液热力学
热工学的研究内容
1.3 热力学状态及基本状态参数
状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 状态参数：描述热力系状态的宏观物理量。
结论：
• 状态一定，则状态参数也一定，反之亦然。 • 状态参数变换，则状态一定发生变化。
压力 p、温度 T、比容 v (容易测量)：基本状态参数。
1.3 热力学状态及基本状态参数
(1) 压力 p ( pressure ) 物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2
常用单位Units：
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
1 MPa = 106 Pa
1 mmHg / mmH2O 1 atm = 760 mmHg = 1.013×105 N/m2
1 at = 0.981×105 N/m2
1.3 热力学状态及基本状态参数
压力测量值：绝对压力与环境压力的相对值。 注意： 只有绝对压力 p 才是状态参数。
2015-03-03
内容提要
1.1 热能转变为机械能的过程 1.2 热力系统 1.3 热力学状态及基本状态参数
√ 1.4 平衡状态、状态方程与坐标图 √ 1.5 工质的状态变化过程（准平衡与可逆） √ 1.6 功量与热量
热电站
火力发电基本原理
过热器
锅 炉
汽轮机
涉及内容： (1)热源，冷源
1.2 热力系统
以系统与外界关系划分：
有
无
是否传质
开口系 闭口系
是否传热
非绝热系 绝热系
是否传热、质 非孤立系 孤立系
1.2 热力系统
1m2 Q
W
4
3
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
1.2 热力系统
内燃机工作的不同阶段，热力系统有何区别？
发电机
凝 汽 器
(2)工质（水，蒸汽）
(3)膨胀做功
(4)循环(加压、加热、 膨胀做功、放热)
ห้องสมุดไป่ตู้给水泵
1.1 热能转变为机械能的过程
过热器 锅 炉
热机
汽轮机 (1) 热动力装置
蒸汽动力装置 发电机 燃气动力装置
凝
汽 (2) 热动力机(热机)
器
给水泵
1.1 热能转变为机械能的过程
(3)工质：实现热能与机械能转换的媒介物质。 如：燃气、烟气、水蒸气、氟利昂、空气。
电
能
节 能 Energy Saving
节能是近年来的基本国策 “开发和节约并重” 节能任重道远 是我们的责任
动力循环简图
热效率 Thermal efficiency
收益 代价
W
Q1
高温热源
Q1
热机
W
Q2
低温热源
热 机 种 类（heat engin）
能量利用率
Energy efficiency
(4)热源：在能量转换中与工质有热量交换的物系。
对于空调工作过程来说，高温热源和低温 热源分别是什么？
1.2 热力系统
(1) 系统的定义
热力系统(热力系、系统)：人为地研究对象
system
A quantity of matter or a region in space chosen for study
发电（火力、核能）
40%
车辆发动机（内燃机） 25~35%
轮船发动机
25~35%
航空发动机
20~30%
制冷空调(非热机，同理） >200%
中国与日本工业能耗比较
3.5
3
2.5
2
中国
1.5
日本
1
0.5
0
吨煤/吨钢 吨煤/吨合成氨
总利用率
0.绪 论
热工学是重要的专业基础课
必要性
热工学 是机械工程类专业开设的必修课程。
特点：可靠，普遍，不能任意推广
经典 （宏观、平衡） classical (macroscopic, equilibrium)
工程热力学研究方法
微观模型：从微观粒子的运动及相互作用角 度研究热现象及规律
特点：揭示本质，模型近似 微观（统计）热力学 microscopic (statistical) thermodynamics
1.3 热力学状态及基本状态参数
(2) 温度T
热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931）
1.3 热力学状态及基本状态参数
绝对压力与相对压力
absolute pressure
relative pressure
当 p > pb
表压力 pe p pe pb
pe
当 p < pb
真空度 pv
p p pb pv
pv
pb
p
1.3 热力学状态及基本状态参数
(2) 温度T
宏观：冷热程度的度量。 微观：大量基本微粒做无规则热运动的激烈程度。
工 程 热 力 学
传热学
热工学研究方法
➢理论分析与建模： ➢试验研究： ➢数值模拟及分析：
热工学研究方法
宏观模型：连续体(continuum)，用宏观物 理量描述其状态，其基本规律是无数经验的 总结
热工学
Basis of Heat Energy Engineering
2015-03-03
能源转换利用的关系
风 能
水 能
化 学 能
燃 料 电 池
风 车
水水
轮 机
车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
地
太
一次能源
热 阳 (天然存在)
能能
供 暖
光转 热换
光 电 转
换
能 90%
机械能 发电 电动 机机
热机
直接利用
二次能源
1.2 热力系统
边界(boundary)：系统与外界的分界面
固定、活动
真实、虚构
fixed 、 movable
real 、 imaginary
边界的特性
1.2 热力系统
分类：
(1) 闭口系统：只有能量交换，而无质量交换 (2) 开口系统：有能量交换，也有质量交换。 (3) 绝热系统：无热量交换。 (4) 孤立系统：既无能量交换，又无质量交换。
学习要求
上课—做好笔记、课堂作业(出勤)； 作业—每周第一次课(周二)交作业； 成绩—平时成绩(30%)和期末成绩(70%)
相互配合，共同进步！
授课信息
教材：热工基础，主编：张学学，清华大学出 版社，2006年第二版。
办公地址：基础楼1109房间 Tel： Email:
第一章 基本概念
机电学院 张小军
工程热力学与节能
工程热力学
是一门研究热能有效利用及热能和
其它形式能量建转立换节规律能的科学 理论及技术
热工学是重要的技术基础课
四大力学
理论力学：机械系统 热力学与统计物理学：热力系统 电动力学：电、磁系统 量子力学：微观系统 重要性
工程热力学 物理热力学 化学热力学 生物热力学 溶液热力学
热工学的研究内容
1.3 热力学状态及基本状态参数
状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 状态参数：描述热力系状态的宏观物理量。
结论：
• 状态一定，则状态参数也一定，反之亦然。 • 状态参数变换，则状态一定发生变化。
压力 p、温度 T、比容 v (容易测量)：基本状态参数。
1.3 热力学状态及基本状态参数
(1) 压力 p ( pressure ) 物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2
常用单位Units：
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
1 MPa = 106 Pa
1 mmHg / mmH2O 1 atm = 760 mmHg = 1.013×105 N/m2
1 at = 0.981×105 N/m2
1.3 热力学状态及基本状态参数
压力测量值：绝对压力与环境压力的相对值。 注意： 只有绝对压力 p 才是状态参数。
2015-03-03
内容提要
1.1 热能转变为机械能的过程 1.2 热力系统 1.3 热力学状态及基本状态参数
√ 1.4 平衡状态、状态方程与坐标图 √ 1.5 工质的状态变化过程（准平衡与可逆） √ 1.6 功量与热量
热电站
火力发电基本原理
过热器
锅 炉
汽轮机
涉及内容： (1)热源，冷源
1.2 热力系统
以系统与外界关系划分：
有
无
是否传质
开口系 闭口系
是否传热
非绝热系 绝热系
是否传热、质 非孤立系 孤立系
1.2 热力系统
1m2 Q
W
4
3
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
1.2 热力系统
内燃机工作的不同阶段，热力系统有何区别？
发电机
凝 汽 器
(2)工质（水，蒸汽）
(3)膨胀做功
(4)循环(加压、加热、 膨胀做功、放热)
ห้องสมุดไป่ตู้给水泵
1.1 热能转变为机械能的过程
过热器 锅 炉
热机
汽轮机 (1) 热动力装置
蒸汽动力装置 发电机 燃气动力装置
凝
汽 (2) 热动力机(热机)
器
给水泵
1.1 热能转变为机械能的过程
(3)工质：实现热能与机械能转换的媒介物质。 如：燃气、烟气、水蒸气、氟利昂、空气。
电
能
节 能 Energy Saving
节能是近年来的基本国策 “开发和节约并重” 节能任重道远 是我们的责任
动力循环简图
热效率 Thermal efficiency
收益 代价
W
Q1
高温热源
Q1
热机
W
Q2
低温热源
热 机 种 类（heat engin）
能量利用率
Energy efficiency
(4)热源：在能量转换中与工质有热量交换的物系。
对于空调工作过程来说，高温热源和低温 热源分别是什么？
1.2 热力系统
(1) 系统的定义
热力系统(热力系、系统)：人为地研究对象
system
A quantity of matter or a region in space chosen for study
发电（火力、核能）
40%
车辆发动机（内燃机） 25~35%
轮船发动机
25~35%
航空发动机
20~30%
制冷空调(非热机，同理） >200%
中国与日本工业能耗比较
3.5
3
2.5
2
中国
1.5
日本
1
0.5
0
吨煤/吨钢 吨煤/吨合成氨
总利用率
0.绪 论
热工学是重要的专业基础课
必要性
热工学 是机械工程类专业开设的必修课程。
特点：可靠，普遍，不能任意推广
经典 （宏观、平衡） classical (macroscopic, equilibrium)
工程热力学研究方法
微观模型：从微观粒子的运动及相互作用角 度研究热现象及规律
特点：揭示本质，模型近似 微观（统计）热力学 microscopic (statistical) thermodynamics
1.3 热力学状态及基本状态参数
(2) 温度T
热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931）
1.3 热力学状态及基本状态参数
绝对压力与相对压力
absolute pressure
relative pressure
当 p > pb
表压力 pe p pe pb
pe
当 p < pb
真空度 pv
p p pb pv
pv
pb
p
1.3 热力学状态及基本状态参数
(2) 温度T
宏观：冷热程度的度量。 微观：大量基本微粒做无规则热运动的激烈程度。