哈尔滨工程大学工程热力学绝密课件007
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工程热力学课件完整版
的热消失时，必产生相应量的功；消耗一定量的功时 ，必出现与之对应的一定量的热。
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。
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。
工程热力学课件教学PPT作者刘宝兴工程热力学1-8(全套课件齐)
45
温度的数值表示法称为温标。温标使我们 能够用共同的基准来测温。 温标基准点有两种，一种是水的三相点 （冰、水和水蒸气共存点），另一种是在 一个大气压下水的沸点。 常用的温标有SI制的摄氏温标、英制华氏温 标和热力学温标。
46
在摄氏温标中，指定水的冰点和沸点分别为0℃和100℃。 在华氏温标中，指定水的冰点和沸点分别为32℉和212℉。 热力学温标（绝对温标）是一种与任何物质性质无关的温 标。 在SI制中是开尔文温标，其温度单位表示为K，最低温度 为0 K。 在英制中热力学温标是朗肯温标，其温度单位表示为R。
33
上述讨论的各种形式的能可储存在系统中， 可看作能的静态形式。 不储存在系统中的能是动态形式，或称为 能的相互作用。动态形式能可在它跨越边 界时被确认，也就代表系统在过程中得到 或失去的能量。
34
与闭口系统有关的能的相互作用仅有传递 热和功两种。如果驱动力是温差，那么能 的相互作用就是传热，否则就是功。 对控制容积，还可通过质量传递来交换能 量。 在热力学中，通常指热力学能中的显能和 潜能为热能，以与传递热相区分。
热力学处理的是平衡状态 — 系统中没有不平衡的 势（或驱动力）。当平衡系统孤立于外界时，就 不经历变化。
除非满足所有有关类型的平衡条件，否则系统就 不处于热力学平衡状态。
19
热平衡 — 整个系统的温度相同，即系统没有引起 热流的驱动力，即温差。 力平衡 — 力平衡与压力有关，系统任何点处没有 压力随时间的变化。 相平衡 — 每相的质量达到平衡含量并维持状态。 化学平衡 — 系统化学组分不随时间变化，即没有 化学反应发生。 稳定状态 — 没有一个系统参数随时间而变。
温度的数值表示法称为温标。温标使我们 能够用共同的基准来测温。 温标基准点有两种，一种是水的三相点 （冰、水和水蒸气共存点），另一种是在 一个大气压下水的沸点。 常用的温标有SI制的摄氏温标、英制华氏温 标和热力学温标。
46
在摄氏温标中，指定水的冰点和沸点分别为0℃和100℃。 在华氏温标中，指定水的冰点和沸点分别为32℉和212℉。 热力学温标（绝对温标）是一种与任何物质性质无关的温 标。 在SI制中是开尔文温标，其温度单位表示为K，最低温度 为0 K。 在英制中热力学温标是朗肯温标，其温度单位表示为R。
33
上述讨论的各种形式的能可储存在系统中， 可看作能的静态形式。 不储存在系统中的能是动态形式，或称为 能的相互作用。动态形式能可在它跨越边 界时被确认，也就代表系统在过程中得到 或失去的能量。
34
与闭口系统有关的能的相互作用仅有传递 热和功两种。如果驱动力是温差，那么能 的相互作用就是传热，否则就是功。 对控制容积，还可通过质量传递来交换能 量。 在热力学中，通常指热力学能中的显能和 潜能为热能，以与传递热相区分。
热力学处理的是平衡状态 — 系统中没有不平衡的 势（或驱动力）。当平衡系统孤立于外界时，就 不经历变化。
除非满足所有有关类型的平衡条件，否则系统就 不处于热力学平衡状态。
19
热平衡 — 整个系统的温度相同，即系统没有引起 热流的驱动力，即温差。 力平衡 — 力平衡与压力有关，系统任何点处没有 压力随时间的变化。 相平衡 — 每相的质量达到平衡含量并维持状态。 化学平衡 — 系统化学组分不随时间变化，即没有 化学反应发生。 稳定状态 — 没有一个系统参数随时间而变。
(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
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(高教社第四版)课件 第7章
2'
2
2
cf'2 =
2(h0 − h2' ) < 2(h0 − h2 ) = c f 2
ϕ = c'f 2
cf 2
喷管速度系数 一般在0.92~0.98
有摩阻的绝热流动
2、摩阻对能量的影响
定义：能量损失系数
ξ
=
c2f 2 − c2f 2' c2f 2
=1−ϕ2
喷管效率
ηN
=
c2 f 2'
c
2 f
2
收缩喷管——出口截面 缩放喷管——喉部截面
qm
=
Acr c f ,cr v cr
cf 2 =
2
κ κ −1
p0v0[1−
(
p2 p0
)(κ
−1)
κ
]
p
2
v
k 2
=
p 0 v0k
qm
=
A2 v2
2κ κ −1
p0v0[1−(
p2 p0
)(κ−1)
κ
]
流量计算
qm
=
A2 v2
κ
2
κ −1
p0v0[1−(
7-3 喷管的计算
目的：设计，校核 ♦ 流速计算 ♦ 流量计算 ♦ 喷管外形选择和尺寸计算
流速计算及分析
根据绝热流动的能量转换关系式，对喷管有
h0
=
h1 +
c
2 f1
2
=
h2
+
c2f 2 2
=h+
c2f 2
任一截面流速 cf = 2(h0 − h )
出口截面流速 cf2 =
工程热力.ppt
2）过程线中任意一点 为平衡态 3）不平衡态无法在图 上用实线表示
§1-6 准静态过程、可逆过程
平衡状态 状态不变化
能量不能转换 非平衡状态 无法简单描述
热力学引入准静态（准平衡）过程
一般过程
p1 = p0+重物 T1 = T0
p0
突然去掉重物 最终 p2 = p0 T2 = T0
p
1.
.
p，T
v f ( p, T )
f ( p , v, T ) 0
状态方程的具体形式
状态方程的具体形式取决于工质的性质 理想气体的状态方程
pv RT pV mRT
实际工质的状态方程？？？
坐标图
简单可压缩系 N=2，平面坐标图
p
说明：
1
1）系统任何平衡态可 表示在坐标图上
2
v 常见p-v图和T-s图
V 净效应：对外作功
1
S
净效应：吸热
逆循环
逆循环：逆时针方向
p
1
T
2
2
V 净效应：对内作功
1
S
净效应：放热
热力循环的评价指标
正循环：净效应（对外作功，吸热） T1 动力循环：热效率 Q1
W
Q2
T2
热力循环的评价指标
逆循环：净效应（对内作功，放热） T0 制冷循环：制冷系数 Q1
W
Q2
T2
热力循环的评价指标
熵的简单引入
reversible
广延量 [kJ/K]
dS
Qrev
T qrev ds T
比参数 [kJ/kg.K]
ds: 可逆过程 qrev除以传热时的T所得的商 清华大学刘仙洲教授命名为“熵”
《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。
hd by h d
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。
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。
hd by h d
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》PPT课件
四、课程的特点、要求、学时分配、考核
特点:本课程理论性较强，无多少实物供参照，课堂上的 讲授以理论分析和推导为主。
对重点章节要熟练掌握。
要求:要求课上集中精力听讲，做好笔记，课下及时复习。
学时分配：总学时40
考核：本课程为考试课，平时20%；考试80%。
参考书： 1.《汽车发动机原理》徐兆坤 主编 清华大学出版社 2.《汽车发动机拖拉机》（第3版）董敬等主编 机械工业出版社
2、压力：用P表示，单位是Pa，Mpa、kPa。 定义：系统单位面积上受到的垂直作用力。 即：P=F/A 3、温度：用T表示，单位是K。 （Ｔ↑气体分子的平均 定义：表征物体的冷热程度 动能越大）
三、理想气体的状态方程
1、理想气体：气体分子本身不占有体积，分 子之间无相互作用力的气体。 2、理想气体的状态方程：
即：外界对系统所做的功全部用来增加系统的内能。
5、过程曲线
绝热压缩 温度升高
绝热膨胀 温度降低
五、多变过程
在实际的热力过程中，P、ν 、T的变化
和热量的交换都存在，不能用上述某一特殊
的热力过程来分析，需用一普遍的、更一般
的过程即多变过程来描述。
1、过程方程式：Pvn=常数 n=0,P=常数
n:多变指数。
是分子的内动能，仅与温度有关，是温度的单值函 数，用符号u表示，单位J。
三、闭口系统的能量方程
1、定义: 与外界没有质量交换的系统。 2、能量方程式
Q-W=Δ U
对于微元过程： 对于1kg工质：
故Q=Δ U+W δ Q=dU+δ W q=Δ u+w
（Ｊ/Kg)
—闭口系统能量方程
★以上各项均为代数值，可正可负或零，且 不受过程的性质和工质性质的限制。
《工程热力学》课件
空调技术
空调系统的运行与热力学密切相关。制冷和 制热循环的原理、空调系统的能效分析以及 室内空气品质的保障等方面均需要热力学的
支持。
热力发电与动力工程
热力发电
热力学在热力发电领域的应用主要体现在锅炉、汽轮机和燃气轮机等设备的能效分析和 优化上。通过热力学原理，提高发电效率并降低污染物排放。
动力工程
热力学与材料科学的关系
材料科学主要研究材料的组成、结构、性质以及应用，而热力学为材料科学提供了材料制备、性能优 化和失效分析的理论基础。
在材料制备过程中，热力学可以帮助人们了解和控制材料的相变、结晶和熔融等过程，优化材料的性能 。
在材料性能优化方面，热力学为材料科学家提供了理论指导，帮助人们理解材料的热稳定性、抗氧化性 等性能，从而改进材料的制备工艺和应用范围。
热力学与其他学科的联系
热力学与物理学的关系
热力学与物理学在研究能量转换和传递方面有 密切联系。物理学中的热学部分为热力学提供 了基本概念和原理，如温度、热量、熵等。
热力学的基本定律，如热力学第一定律和第二 定律，是物理学中能量守恒和转换定律的具体 应用。
物理学中的气体动理论和分子运动论为热力学 提供了微观层面的解释，帮助人们理解热现象 的本质。
高效热能转换与利用技术
高效热能转换技术
随着能源需求的不断增加，高效热能转换与利用技术 成为研究的重点。例如，高效燃气轮机、超临界蒸汽 轮机等高效热能转换设备的研发和应用，能够提高能 源利用效率和减少污染物排放。
热能利用技术
除了高效热能转换技术外，热能利用技术的进步也是工 程热力学领域的重要发展方向。例如，热电转换技术、 热光转换技术等新型热能利用技术，为能源的可持续利 用提供了新的解决方案。
工程热力学全部课件pptx
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