汽车发动机原理热力学PPT演示文稿
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q=Q/m J/kg
规定：传入热力系统的热量为正值， 即吸热为正；传出热力系统的热量为 负值，即放热为负。
※热量与功一样，是系统在热力过程 中与外界传递的能量形式，因此是过 程量，不是状态参数。
四.熵和温熵图
熵S的增量等于系统在
过程中交换热量除以传
热时绝对温度所得的商
ds=δq/T
1Kg工质的熵的单位J/kgK mKg工质熵的单位Ｊ/K
ν=V/M
V--物质的容积,[m3]; M--物质的质量，[kg]。 比容的倒数是？
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
压力的测量
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
内动能 内位能
内位能与分子间的距离、吸引力有关,是比容的函数； 内动能包括移动动能、转动动能和振动动能，是温度的单 值函数。
★对于理想气体，不考虑分子间的位能，故内能只
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。
称为容积功）
规定：热力系统对外界做功为正，外界对热
力系统做功为负。
由δW=PdV得：
dV>0，膨胀,δW>0， 系统对外界做功；
膨胀,W>0
dV<0，压缩,δW<0，
压缩,W<0
外界对系统做功；
dV=0，δW=0，
系统与外界之间无功量
传递。
三、热量
是系统与外界之间依靠温差来传递的 能量形式，用Q表示
间不变，即具有均匀一致的P、V、 T。
2、状态参数：用来描述气体热力状态的物理量 主要状态参数：压力P、比容ν、温度T、内能Ｕ、
熵Ｓ、焓Ｈ。
基本状态参数：可直接测量的状态参数，包括：
压力(P)、比容(ν)、温度(T)。
基本状态参数：
1、比容：用ν表示，单位是m3/kg 。
定义：单位质量的物质所占的容积。即：
吸热,Q>0
放热Q<0
熵s是一个状态参数
ds>0,Q>0,吸热;
ds<0,Q<0,放热;
ds=0,无热量交换.
※比容ν的变化量标志着有无做功，熵s的变化 量标志着有无传热。
第三节 热力学第一定律
一、热力学第一定律
表述为：当热能与其它形式的能量相互转换时，能的总
量保持不变。
对于一个热力系统：
进入系统的能量-离开系统的能量 =系统内部储存能量的变化量
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：
Pν=RT PV= mRT V= mν 对空气，R=0.287kJ/kg·K 3、压容图
气体的状态也可用PV图上的一个点表示，比 较直观。
第二节 热力过程及过程量
一、热力过程
热力系统从一个平衡状
功：δW=Fdx=APdx=PdV
态到另一个平衡状态的变 化历程。
P-V图上,一个点表示
W12=∫12PdV 对单位质量的工质：
气体的一个热力状态; 一条曲线表示一个热 力过程。
二、膨胀功Ｗ（Ｊ）
w12=W/m=∫12PdV/m =∫12Pdν
※故P-V图上,
气体在热力过程中由于体 积发生变化所做的功（又
W12为过程线与横轴围 成的面积。
过程、发动机特性、发动机的排放与控制等。
第一章 工程热力学基础
本章要求：
了解：热力系统、工质、 功、热量、内能和熵等 概念，理想气体和卡诺 循环等。 理解：热力学第一和第 二定律，Ｐ－Ｖ图和Ｐ －Ｓ图，理想气体的热 力过程和发动机的理想 循环。
第一节 气体的状态及状态方程
一、热力系统
1、在热力学中，从若干个物体 中规划出所要研究的对象，称 为热力系统；
※热力学第一定律是能量转换与守恒定律在热力学上的具体应用， 它阐明了热能和其它形式的能量在转换过程中的守恒关系。 它表达工质在受热作功过程中，热量、作功和内能三者之间的平 衡关系。
二、内能-工质内部所具有的各种能量总称
系统本身所具有的能量包括：
宏观能量 微观能量
宏观能量包括：动能 位能
机械能
微观能量即系统的内能，包括：
比热：单位质量工质的热容量，用c表示。即 c=C/m 单位J/(kgK）或c=dq/dT（单位质量的物质
作单位温度变化时吸放的热量）
2、比热与过程的关系 功量和热量都是过程量，故比热与过程有关。 热力过程中最常见的加热过程是保持压力不变
和容积不变，因此比热也相应的分为定压质量 比热和定容质量比热，分别以符号cP 和cν 表
且 w =0，
推出：Δu=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
汽车发动机原理
课程概述
一、课程的性质和任务
1、研究发动机的工作过程和性能指标，主要包括 动力性、经济性、排放性等。
2、分析影响发动机性能指标的因素。 3、找出提高发动机性能指标的途径。
三、课程主要内容 主要内容包括：工程热力学基础、发动机示功图和 性能指标、燃料和燃烧、发动机换气、汽油机混合 气的形成与燃烧过程、柴油机混合气的形成与燃烧
2、能量方程式
Q-W=ΔU
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
故Q=ΔU+W
对于微元过程： δQ=dU+δW
对于1kg工质：
q=Δu+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。
四、理想气体的比热
1、比热的定义和单位
热容量：向热力系统加热（或取热）使之温度 升高（或降低）1K所需的热量,用C表示。
界面
热力系
外界
研究对象以外的一切物质，称为外界；
热力系统和外界的分界面，称为界面。
2、工质：在热力设备中用来实现热能与其它 形式的能量交换的物质。 ※热力设备通过工质状态的变化实现与外界的 能量交换。
二、热力状态与状态参数
1、热力状态： 热力系统在某一瞬间所呈现的
宏观物理状况。
热力平衡状态：当外界条件不变系统内状态长时
示。绝热指数：K= cP / cν
3、比热与气体性质、温度的关系
实验证明，多数气体的比热随温度的升高而增大， 但为使计算简便，不考虑比热随温度的变化，即采用定 值比热（或定比热）。
五、理想气体内能的计算
在保持系统容积不变的加热过程中，加热量为：
qν=cν(T2-T1) 由热力学第一定律 q=w+Δu
规定：传入热力系统的热量为正值， 即吸热为正；传出热力系统的热量为 负值，即放热为负。
※热量与功一样，是系统在热力过程 中与外界传递的能量形式，因此是过 程量，不是状态参数。
四.熵和温熵图
熵S的增量等于系统在
过程中交换热量除以传
热时绝对温度所得的商
ds=δq/T
1Kg工质的熵的单位J/kgK mKg工质熵的单位Ｊ/K
ν=V/M
V--物质的容积,[m3]; M--物质的质量，[kg]。 比容的倒数是？
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
压力的测量
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
内动能 内位能
内位能与分子间的距离、吸引力有关,是比容的函数； 内动能包括移动动能、转动动能和振动动能，是温度的单 值函数。
★对于理想气体，不考虑分子间的位能，故内能只
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。
称为容积功）
规定：热力系统对外界做功为正，外界对热
力系统做功为负。
由δW=PdV得：
dV>0，膨胀,δW>0， 系统对外界做功；
膨胀,W>0
dV<0，压缩,δW<0，
压缩,W<0
外界对系统做功；
dV=0，δW=0，
系统与外界之间无功量
传递。
三、热量
是系统与外界之间依靠温差来传递的 能量形式，用Q表示
间不变，即具有均匀一致的P、V、 T。
2、状态参数：用来描述气体热力状态的物理量 主要状态参数：压力P、比容ν、温度T、内能Ｕ、
熵Ｓ、焓Ｈ。
基本状态参数：可直接测量的状态参数，包括：
压力(P)、比容(ν)、温度(T)。
基本状态参数：
1、比容：用ν表示，单位是m3/kg 。
定义：单位质量的物质所占的容积。即：
吸热,Q>0
放热Q<0
熵s是一个状态参数
ds>0,Q>0,吸热;
ds<0,Q<0,放热;
ds=0,无热量交换.
※比容ν的变化量标志着有无做功，熵s的变化 量标志着有无传热。
第三节 热力学第一定律
一、热力学第一定律
表述为：当热能与其它形式的能量相互转换时，能的总
量保持不变。
对于一个热力系统：
进入系统的能量-离开系统的能量 =系统内部储存能量的变化量
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：
Pν=RT PV= mRT V= mν 对空气，R=0.287kJ/kg·K 3、压容图
气体的状态也可用PV图上的一个点表示，比 较直观。
第二节 热力过程及过程量
一、热力过程
热力系统从一个平衡状
功：δW=Fdx=APdx=PdV
态到另一个平衡状态的变 化历程。
P-V图上,一个点表示
W12=∫12PdV 对单位质量的工质：
气体的一个热力状态; 一条曲线表示一个热 力过程。
二、膨胀功Ｗ（Ｊ）
w12=W/m=∫12PdV/m =∫12Pdν
※故P-V图上,
气体在热力过程中由于体 积发生变化所做的功（又
W12为过程线与横轴围 成的面积。
过程、发动机特性、发动机的排放与控制等。
第一章 工程热力学基础
本章要求：
了解：热力系统、工质、 功、热量、内能和熵等 概念，理想气体和卡诺 循环等。 理解：热力学第一和第 二定律，Ｐ－Ｖ图和Ｐ －Ｓ图，理想气体的热 力过程和发动机的理想 循环。
第一节 气体的状态及状态方程
一、热力系统
1、在热力学中，从若干个物体 中规划出所要研究的对象，称 为热力系统；
※热力学第一定律是能量转换与守恒定律在热力学上的具体应用， 它阐明了热能和其它形式的能量在转换过程中的守恒关系。 它表达工质在受热作功过程中，热量、作功和内能三者之间的平 衡关系。
二、内能-工质内部所具有的各种能量总称
系统本身所具有的能量包括：
宏观能量 微观能量
宏观能量包括：动能 位能
机械能
微观能量即系统的内能，包括：
比热：单位质量工质的热容量，用c表示。即 c=C/m 单位J/(kgK）或c=dq/dT（单位质量的物质
作单位温度变化时吸放的热量）
2、比热与过程的关系 功量和热量都是过程量，故比热与过程有关。 热力过程中最常见的加热过程是保持压力不变
和容积不变，因此比热也相应的分为定压质量 比热和定容质量比热，分别以符号cP 和cν 表
且 w =0，
推出：Δu=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
汽车发动机原理
课程概述
一、课程的性质和任务
1、研究发动机的工作过程和性能指标，主要包括 动力性、经济性、排放性等。
2、分析影响发动机性能指标的因素。 3、找出提高发动机性能指标的途径。
三、课程主要内容 主要内容包括：工程热力学基础、发动机示功图和 性能指标、燃料和燃烧、发动机换气、汽油机混合 气的形成与燃烧过程、柴油机混合气的形成与燃烧
2、能量方程式
Q-W=ΔU
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
故Q=ΔU+W
对于微元过程： δQ=dU+δW
对于1kg工质：
q=Δu+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。
四、理想气体的比热
1、比热的定义和单位
热容量：向热力系统加热（或取热）使之温度 升高（或降低）1K所需的热量,用C表示。
界面
热力系
外界
研究对象以外的一切物质，称为外界；
热力系统和外界的分界面，称为界面。
2、工质：在热力设备中用来实现热能与其它 形式的能量交换的物质。 ※热力设备通过工质状态的变化实现与外界的 能量交换。
二、热力状态与状态参数
1、热力状态： 热力系统在某一瞬间所呈现的
宏观物理状况。
热力平衡状态：当外界条件不变系统内状态长时
示。绝热指数：K= cP / cν
3、比热与气体性质、温度的关系
实验证明，多数气体的比热随温度的升高而增大， 但为使计算简便，不考虑比热随温度的变化，即采用定 值比热（或定比热）。
五、理想气体内能的计算
在保持系统容积不变的加热过程中，加热量为：
qν=cν(T2-T1) 由热力学第一定律 q=w+Δu