工程热力学
工程热力学第一章 基本概念 热力系统
J
或 kJ
J/s W kJ/s kW
附： 1kWh 3600kJ
31
6．讨论 有用功(useful work)概念
Wu W Wl Wp
其中:
pb
f
W—膨胀功(compression/expansion work)； Wl—摩擦耗功； Wp＿排斥大气功。
例A7001331
1．功的力学定义 2．功的热力学定义：通过边界传递的能量其全部 效果可表现为举起重物。 3．可逆过程功的计算
W δW
1
2
pAdx pdV
1 1
2
2
▲功是过程量 ▲功可以用p-v图上过程线 与v轴包围的面积表示
30
4．功的符号约定： 系统对外作功为“+”
外界对系统作功为“-”
分 类
共同本质：由媒介物通过吸热—膨胀作功—排热
2
二、工质(working substance; working medium)
定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。
对工质的要求:
1）膨胀性 2）流动性 物质三态中 气态最适宜。
3）热容量
4）稳定性，安全性 5）对环境友善 6）价廉，易大量获取
pA F cos pb A ( f 0)
准静态过程，可逆
28
讨论： 1.可逆=准静态+没有耗散效应
2.准静态着眼于系统内部平衡，可逆着眼于
系统内部及系统与外界作用的总效果
3.一切实际过程不可逆
4.内部可逆过程的概念
5.可逆过程可用状态参数图上实线表示
29
1-6 功和热量
一、功(work)的定义和可逆过程的功
工程热力学
第1章基本概念1．1 本章基本要求深刻理解热力系统、外界、热力平衡状态、准静态过程、可逆过程、热力循环的概念，掌握温度、压力、比容的物理意义，掌握状态参数的特点。
1．2 本章难点1．热力系统概念，它与环境的相互作用，三种分类方法及其特点，以及它们之间的相互关系。
2．引入准静态过程和可逆过程的必要性，以及它们在实际应用时的条件。
3．系统的选择取决于研究目的与任务，随边界而定，具有随意性。
选取不当将不便于分析。
选定系统后需要精心确定系统与外界之间的各种相互作用以及系统本身能量的变化,否则很难获得正确的结论。
4．稳定状态与平衡状态的区分：稳定状态时状态参数虽然不随时间改变，但是靠外界影响来的。
平衡状态是系统不受外界影响时，参数不随时间变化的状态。
二者既有所区别，又有联系。
平衡必稳定,稳定未必平衡。
5．注意状态参数的特性及状态参数与过程参数的区别。
名词解释闭口系统、开口系统、绝热系统、孤立系统、热力平衡状态、准静态过程、可逆过程、热力循环第2章理想气体的性质2.1 本章基本要求熟练掌握理想气体状态方程的各种表述形式，并能熟练应用理想气体状态方程及理想气体定值比热进行各种热力计算。
并掌握理想气体平均比热的概念和计算方法。
理解混合气体性质，掌握混合气体分压力、分容积的概念。
2.2 本章难点1．运用理想气体状态方程确定气体的数量和体积等，需特别注意有关物理量的含义及单位的选取。
2．考虑比热随温度变化后，产生了多种计算理想气体热力参数变化量的方法，要熟练地掌握和运用这些方法，必须多加练习才能达到目的。
3．在非定值比热情况下,理想气体内能、焓变化量的计算方法，理想混合气体的分量表示法，理想混合气体相对分子质量和气体常数的计算 2.5 自测题一、是非题1．当某一过程完成后,如系统能沿原路线反向进行回复到初态,则上述过程称为可逆过程。
( )2．只有可逆过程才能在p-v 图上描述过程进行轨迹。
( )3．可逆过程一定是准静态过程,而准静态过程不一定是可逆过程。
工程热力学公式大全
工程热力学公式大全1.热力学第一定律：ΔU=Q-W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外所做的功。
2.热力学第二定律（卡诺循环）：η=1-Tc/Th其中，η表示热机的热效率，Tc表示冷源温度，Th表示热源温度。
3.单级涡轮放大循环功率：W=h_1-h_2其中，h_1表示压缩机入口焓，h_2表示涡轮出口焓。
4.热力学性质之一：比热容C=Q/(m*ΔT)其中，C表示比热容，Q表示系统吸收的热量，m表示系统的质量，ΔT表示温度变化。
5.热力学性质之二：比焓变ΔH=m*C*ΔT其中，ΔH表示焓变，m表示系统的质量，C表示比热容，ΔT表示温度变化。
6.理想气体状态方程：PV=nRT其中，P表示气体的压力，V表示气体的体积，n表示气体的物质量，R表示气体常数，T表示气体的温度。
7.热机制冷效率：ε=(Qh-Qc)/Qh其中，ε表示热机的制冷效率，Qh表示热机吸收的热量，Qc表示热机传递给冷源的热量。
8.熵变表达式：ΔS=Q/T其中，ΔS表示熵变，Q表示系统吸收的热量，T表示温度。
9.热力学性质之三：比容变β=-(1/V)*(∂V/∂T)_P其中，β表示比容变，V表示体积，T表示温度，P表示压力。
10.工作物质循环效率η_cyc = W_net / Qin其中，η_cyc表示工作物质的循环效率，W_net表示净功，Qin表示输入热量。
这只是一小部分工程热力学公式的示例，实际上工程热力学涉及面较广，还有许多其他常用公式。
与热力学相关的公式使工程师能够更好地理解和解决与能量转换和热力学有关的问题，在工程设计和应用中起到重要的作用。
工程热力学-01 基本概念及定义
平衡状态1
p1 v1
p
p2
2
压容图 p-v图
平衡状态2
p1
1
p2 v2
O
v2
v1
v
12
1-4 状态方程式
在平衡状态下，由气态物质组成的系统，只要知道两个独立的 状态参数，系统的状态就完全确定，即所有的状态参数的数值随之 确定。这说明状态参数间存在某种确定的函数关系，状态参数之间 存在着确定的函数关系，这种函数关系就称为热力学函数。
（2）当系统处于热力学平衡状态时，只要没有外界的影响， 系统的状态就不会发生变化。
（3）整个系统可用一组具有确定数值的温度、压力及其他参
? 数来描述其状态。
10
经验表明，确定热力学系统所处平衡状态所需的独立状 态参数的数目，就等于系统和外界间进行能量传递方式的数 目。对于工程上常见的气态物质组成的系统，系统和外界间传递 的能量只限于热量和系统容积变化所作的功两种形式，因此只需 要两个独立的状态参数即可描述一个平衡状态。
3、平衡状态、稳定状态、均匀状态
（1）关于稳定状态与平衡状态
稳定状态时，状态参数虽不随时间改 变，但它是依靠外界影响来维持的。而平 衡状态是不受外界影响时，参数不随时间 变化的状态。
85℃ 20℃
90℃
15℃
铜棒
平衡必稳定，稳定未必平衡。
（2）关于均匀状态与平衡 水
质统称为外界。 通常选取工质作为热力学系统，把高温热源、低温热源
等其他物体取作外界。
3、边界 ——热力学系统和外界之间的分界面称为边界。
边界可以是固定的，也可以是移动的； 边界可以是实际的，也可以是假想的。
3
二、热力学系统的分类 依据——有无物质或能量的交换
工程热力学
第一章基本概念及定义一、填空题1、热量与膨胀功都是量，热量通过差而传递热能，膨胀功通过差传递机械能。
2、使系统实现可逆过程的条件是：（1），（2）。
3、工质的基本状态参数有、、。
4、热力过程中工质比热力学能的变化量只取决于过程的___________而与过程的路经无关。
5、热力过程中热力系与外界交换的热量，不但与过程的初终状态有关，而且与_______有关。
6、温度计测温的基本原理是。
二、判断题1、容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。
（）2、无论过程是否可逆，闭口绝热系统的膨胀功总是等于初、终态的内能差。
（）3、膨胀功的计算式⎰=21pdvw，只能适用于可逆过程。
（）4、系统的平衡状态是指系统在无外界影响的条件下（不考虑外力场作用），宏观热力性质不随时间而变化的状态。
（）5、循环功越大，热效率越高。
（）6、可逆过程必是准静态过程，准静态过程不一定是可逆过程。
（）7、系统内质量保持不变，则一定是闭口系统。
（）8、系统的状态参数保持不变，则系统一定处于平衡状态。
（）9、孤立系统的热力状态不能发生变化。
（）10、经历一个不可逆过程后，系统和外界的整个系统都能恢复原来状态。
（）三、选择题1、闭口系统功的计算式21u u w -=（ ）。
（A ）适用于可逆与不可逆的绝热过程 （B ）只适用于绝热自由膨胀过程 （C ）只适用于理想气体绝热过程 （D ）只适用于可逆的绝热过程 2、孤立系统是指系统与外界（ ）。
（A ）没有物质交换 （B ）没有热量交换（C ）没有任何能量交换 （D ）没有任何能量传递与质交换 3、绝热系统与外界没有（ ）。
（A ）没有物质交换 （B ）没有热量交换 （C ）没有任何能量交换 （D ）没有功量交换 4、闭口系统与外界没有（ ）。
（A ）没有物质交换 （B ）没有热量交换 （C ）没有任何能量交换 （D ）没有功量交换 5、公式121q q t-=η适用于（ ）。
（A ）理想气体任意过程 （B ）理想气体可逆循环 （C ）任何工质可逆循环 （D ）任何工质任何循环 6、（ ）过程是可逆过程。
工程热力学第一章
（3）好处：用系统的参数来计算；可以作 好处：用系统的参数来计算； 为实际过程中能量转换效果比较的标准和极 限；可把实际过程当作可逆过程进行分析计 然后再用经验系数加以修正。 算，然后再用经验系数加以修正。 （4）热量和功量 热量和功量都是过程量， 热量和功量都是过程量，它们的大小不仅与 过程的初终状态有关， 过程的初终状态有关，而且与过程的性质有 关。 可逆过程的功量： 可逆过程的功量： w = ∫ pdv 可逆过程的热量： 可逆过程的热量： q = ∫ Tds
C B A
课后题1 课后题1-5；1-6；1-9
（c）系统内部状态参数不随时间而变化 （d）系统内部状态不发生改变 2.均质等截面杆的两端的温度由分别维持 2.均质等截面杆的两端的温度由分别维持 t1 t2的两热源保持 t1 t2 不变，取此杆为系统， 不变，取此杆为系统， 则系统处于（ 则系统处于（B）。 平衡状态， （a）平衡状态，因其各截面温度不随时间改 变 非平衡状态， （b）非平衡状态，因其各截面温度不等 平衡状态， （c）平衡状态，因其各截面温度不随时间改 变，且流入系统的热量等于流出系统的热量 非平衡状态， （d）非平衡状态，因其处于重力场
4.基本状态参数：温度、压力、 4.基本状态参数：温度、压力、比体积 基本状态参数 温度： （1）温度：是热平衡的惟一判据
t = T − 273.15
（2）压力Βιβλιοθήκη p = B + pg
p = B−H
（3）比体积 二、平衡状态、状态公理及状态方程 平衡状态、 1.定义 是指在没有外界作用的情况下， 定义： 1.定义：是指在没有外界作用的情况下， 系统的宏观性质不随时间变化的状态。 系统的宏观性质不随时间变化的状态。 2.实现平衡的条件： 2.实现平衡的条件：系统内部及系统与外界 实现平衡的条件 之间各种不平衡势差消失
工程热力学
实现平衡的充要条件： 系统内部及系统与外界之间的一切不平衡 势差（力差、温差、化学势差）消失是系统实 现热力平衡状态的充要条件。
热力平衡状态满足： 热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的 传递。 力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位 移。
自然界的物质实际上都处于非平衡状态， 平衡只是一种极限的理想状态。 工程热力学通常只研究平衡状态。
1 2 Ek mc 2
E p mgz
系统的总储存能（简称总能）
热力学能 宏观动能
U
系统的储存能
Ek
即
宏观位能 系统的储存能
EP
E
E U Ek EP
1 2 e u c gz 2
1kg工质的总能为比总能：
二. 闭口系统的热力学第一定律表达式
能量平衡关系式： 输入系统的能量-输出系统的能量=系统总储存能
二、容积功
气缸
可逆过程的容积功在p—v图中的表示
飞轮 续41
热 源
左止点 右止点
p
1
2
w pdv
1
2
v
p 1
ｐ
21. p v 图上曲线下面的面积代表容积功 2. dv 0 有 w 0 w 称为膨胀功
dv 0 有 w 0 w 称为压缩功
q2 wnet
q1 热泵循环的经济性－热泵系数： wnet
热源
Q1
热机
W Q1 Q2
Q2
冷源
第二章 热力学第一定律
2.1 循环过程、热力学第一定律 2.2 闭口系的热力学第一定律表达式
2.3 开口系统的热力学第一定律表达式
2.1
循环过程、热力学第一定律
工程热力学(基本概念)
国际实用温标的固定点
平衡状态
平衡氢三相点 平衡氢沸点 氖沸点 氧三相点 氧冷凝点
国际实用温标指定
值
T，K
t，℃
13.81 -259.34
20.28 -252.87
20.102 -246.048
54.361 -218.789
90.183 -182.962
平衡状态
水三相点 水沸点
锌凝固点 银凝固点 金凝固点
一、热力过程
定义：热力系从一个状态向另一个状态变化时所经 历的全部状态的总和。
二、准平衡(准静态)过程
准平衡过程的实现
工程热力学 Thermodynamics
二、准平衡(准静态)过程
定义：由一系列平衡态组成的热力过程 实现条件：破坏平衡态存在的不平衡势差(温差、
力差、化学势差)应为无限小。 即Δp→0 ΔT→0 (Δμ→0)
工程热力学 Thermodynamics
三、可逆过程
力学例子：
定义： 当系统完成某一热力过程后，如果有可能使系统再
沿相同的路径逆行而恢复到原来状态，并使相互中所涉 及到的外界亦恢复到原来状态，而不留下任何变化，则 这一过程称为可逆过程。
实现条件：准平衡过程加无耗散效应的热力过程 才是可逆过程。
工程热力学 Thermodynamics
用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。
理想气体
工 质
实际气体
蒸气
工程热力学 Thermodynamics
二、平衡状态
（一）热力状态：热力系在某一瞬间所呈现的宏观
物理状况。(简称状态)
（二）平衡状态 1、定义：一个热力系统，如果在不受外界影响的条件下，
系统的状态能够始终保持不变，则系统的这种状态称为平衡 状态。
工程热力学
3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?
4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。
7．气体在气缸中被压缩，压缩功为186kJ/kg，气体的热力学能变化为56kJ/kg，熵变化为-0.293kJ/(kg·K)。温度为20C的环境可与气体发生热交换，试确定每压缩1kg气体时的熵产。
8．设一可逆卡诺热机工作于1600℃和300℃的两个热源之间，工质从高温热源吸热400kJ，试求：(1)循环热效率；(2)工质对外作的净功；(3)工质向低温热源放出的热量。
图
图2-1
7．某气体从初态p1=0.1MPa，V1=0.3m3可逆压缩到终态p2=0.4MPa，设压缩过程中p=aV-2，式中a为常数。试求压缩过程所必须消耗的功。
8．如图2-2所示，p-v图上表示由三个可逆过程所组成的一个循环。1-2是绝热过程；2-3是定压过程；3-1是定容过程。如绝热过程1-2中工质比热力学能的变化量为-50kJ/kg，p1=1.6MPa，v1=0.025m3/kg，p2=0.1MPa，v2=0.2m3/kg。（1）试问这是一个输出净功的循环还是消耗净功的循环？
《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(讲义)
1 课程学习1.1 热力学基本定律1.1.1 热力学基本概念及定义第一节热力系热力系：由界面包围着的作为研究对象的物体的总和。
按热力系与外界进行物质交换的情况可将热力系分为：闭口系(或闭系)--与外界无物质交换，为控制质量(c.m.)；开口系(或开系)--与外界之间有物质交换，把研究对象规划在一定的空间范围内，称控制容积(c.v.)。
按热力系与外界进行能量交换的情况将热力系分为：简单热力系--与外界只交换热量及一种形式的准静功；绝热系--与外界无热交换；孤立系--与外界既无能量交换又无物质交换。
按热力系内部状况将热力系分为：单元系--只包含一种化学成分的物质；多元系--包含两种以上化学成分的物质；均匀系--热力系各部分具有相同的性质；均匀系--热力系各部分具有不同的性质。
工程热力学中讨论的热力系：简单可压缩系--热力系与外界只有准静功的交换，且由压缩流体构成。
第二节热力系的描述热力系的状态、平衡状态及状态参数*热力系的状态：热力系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。
在热力学中我们一般取设备中的流体工质作为研究对象，这时热力系的状态即是指气体所呈现的物理状况。
*平衡状态：在没有外界影响的条件下系统的各部分在长时间内不发生任何变化的状态。
处于平衡状态的热力系各处的温度、压力等参数是均匀一致的。
而温差是驱动热流的不平衡势，温差的消失是系统建立平衡的必要条件。
对于一个状态可以自由变化的热力系而言，如果系统内或系统与外界之间的一切不平衡势都不存在，则热力系的一切可见宏观变化均将停止，此时热力系所处的状态即是平衡状态。
各种不平衡势的消失是系统建立起平衡状态的必要条件。
*状态参数：用来描述热力系平衡态的物理量。
处于平衡态的热力系其状态参数具有确定的值，而非平衡热力系的状态参数是不确定的。
状态参数的特性描述热力系状态的物理量可分为两类：强度量和尺度量（1）强度量与系统中所含物质无关，在热力系中任一点具有确定的数值的物理量。
工程热力学的公式大全
工程热力学的公式大全1.热力学第一定律：ΔU=Q-W其中，ΔU代表内能的变化，Q代表系统吸收的热量，W代表系统对外界做功。
2.热力学第二定律：dS≥δQ/T其中，dS代表系统的熵变，δQ代表系统吸收的热量，T代表系统的绝对温度。
该定律表明在孤立系统中熵永不减少。
3.等容过程（内能不变）：Q=ΔU在等容过程中，系统发生的任何热量变化都会完全转化为内能的变化。
4.等压过程（体积不变）：W=PΔV在等压过程中，系统对外界所做的功等于系统内能的变化。
5.等温过程（温度不变）：W = Q = nRT ln(V2/V1)在等温过程中，系统对外界所做的功等于系统从初始状态到最终状态所吸收的热量。
6.等熵过程（熵不变）：Q=-W在等熵过程中，热量变化与对外界的功相等，系统的熵保持不变。
7.热机效率：η=1-(T2/T1)其中，η代表热机的效率，T2和T1分别代表工作物质的工作温度和热源的温度。
8.热泵效率：η=1-(T1/T2)其中，η代表热泵的效率，T1和T2分别代表热源的温度和工作物质的工作温度。
9.卡诺循环热机的效率上限：η=1-(T2/T1)卡诺循环是具有最高效率的热力循环，其效率仅取决于热源和冷源的温度。
10.纯物质气体的理想气体状态方程：PV=nRT其中，P代表压力，V代表体积，n代表物质的摩尔数，R为气体常数，T代表温度。
11.热力学温标：T(K)=T(°C)+273.15将摄氏温度转化为开尔文温标。
这只是一部分常用的工程热力学公式，还有其他更多的公式和关系式在工程热力学中发挥重要作用。
理解和应用这些公式可以帮助我们分析和解决实际工程问题，提高能源利用效率，促进工程技术的发展。
工程热力学-名词解释
1.第一章 基本概念及定义 2.热能动力装置：从燃料燃烧中得到热能，以及利用热能所得到动力的整套设备（包括辅助设备）统称热能动力装置。
3.工质：热能和机械能相互转化的媒介物质叫做工质，能量的转换都是通过工质状态的变化实现的。
4.高温热源：工质从中吸取热能的物系叫热源，或称高温热源。
5.低温热源：接受工质排出热能的物系叫冷源，或称低温热源。
6.热力系统：被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统。
7.闭口系统：如果热力系统与外界只有能量交换而无物质交换，则称该系统为闭口系统。
（系统质量不变） 8.开口系统：如果热力系统与外界不仅有能量交换而且有物质交换，则称该系统为开口系统。
（系统体积不变） 9.绝热系统：如果热力系统和外界间无热量交换时称为绝热系统。
（无论开口、闭口系统，只要没有热量越过边界） 10.孤立系统：如果热力系统和外界既无能量交换又无物质交换时，则称该系统为孤立系统。
11.表压力：工质的绝对压力>大气压力时，压力计测得的差数。
12.真空度：工质的绝对压力<大气压力时，压力计测得的差数，此时的压力计也叫真空计。
13.平衡状态：无外界影响系统保持状态参数不随时间而改变的状态。
充要条件是同时到达热平衡和力平衡。
14.稳定状态：系统参数不随时间改变。
（稳定未必平衡） 15.准平衡过程(准静态过程)：过程进行的相对缓慢，工质在平衡被破环后自动恢复平衡所需的时间很短，工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不致显著偏离平衡状态，那么这样的过程就称为准平衡过程。
它是无限接近于平衡状态的过程。
16.可逆过程：完成某一过程后，工质沿相同的路径逆行回复到原来的状态，并使相互作用所涉及的外界亦回复到原来的状态，而不留下任何改变。
可逆过程=准平衡过程+没有耗散效应（因摩擦机械能转变成热的现象）。
17.准平衡与可逆区别：准平衡过程只着眼工质内部平衡;可逆过程是分析工质与外界作用产生的总效果，不仅要求工质内部平衡，还要求工质与外界作用可以无条件逆复。
工程热力学知识点总结
工程热力学知识点总结一、基本概念1. 热力学系统热力学系统是指研究对象的范围，可以是一个物体、一个系统或者多个系统的组合。
根据系统与外界的物质交换和能量交换情况，将系统分为封闭系统、开放系统和孤立系统。
2. 热力学状态热力学状态是指系统的一种特定状态，由系统的几个宏观性质确定。
常用的状态参数有温度、压力、体积和能量等。
3. 热力学过程热力学过程是系统在一定条件下的状态变化。
常见的热力学过程有等温过程、绝热过程、等压过程和等容过程等。
4. 热力学平衡系统的平衡是指系统内各部分之间不存在宏观的能量或物质的不均匀性。
在平衡状态下，系统内各部分之间的宏观性质是不发生变化的。
5. 热力学势函数热力学势函数是描述系统平衡状态的函数，常见的有内能、焓、自由能和吉布斯自由能等。
二、热力学定律1. 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律的热力学表述。
它可以表述为：系统的内能变化等于系统对外界所做的功与系统吸收的热的代数之和。
2. 热力学第二定律热力学第二定律是热力学中一个非常重要的定律，它对能量转化的方向和效率进行了限制。
根据热力学第二定律，系统内部永远不会自发地将热量从低温物体传递到高温物体，这就是热机不能做功的原因。
3. 卡诺定理卡诺定理是热力学第二定律的一种推论，它指出在两个恒温热源之间进行热机循环时，效率最高的情况是卡诺循环。
4. 热力学第三定律热力学第三定律规定了在温度接近绝对零度时热容为零，即系统的熵在绝对零度时为常数。
三、热力学循环1. 卡诺循环卡诺循环是一种理想的热机循环，它采用绝热和等温两个可逆过程。
卡诺循环的效率是所有热机循环中最高的。
2. 斯特林循环斯特林循环是一种理想的外燃循环，它采用绝热和等温两个可逆过程。
斯特林循环比卡诺循环的效率低一些，但是实际上，在制冷机中应用得比较广泛。
3. 布雷顿循环布雷顿循环是一种理想的内燃循环，它采用等容和等压两个可逆过程。
布雷顿循环是内燃机的工作循环，应用比较广泛。
《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。
对工程热力学的认识
分子动力学模拟可以揭示微观尺度下的热力学过程和机理，为
工程热力学提供新的研究思路和方法。
多物理场耦合模拟技术应用
03
多物理场耦合模拟技术可以综合考虑多种物理场对工程热力建议
工程热力学与新能源技术深度融合
随着新能源技术的不断发展，工程热力学将在新能源的开 发利用中发挥更加重要的作用，二者将实现深度融合。
系统始末态体积相等的过程。
循环过程
系统由某一状态出发，经过一 系列变化又回到原来状态的过 程。
02
工程热力学在能源转换领 域应用
热机工作原理与效率分析
热机工作原理
热机是将热能转换为机械能的装置， 其工作原理基于热力学循环，包括吸 热、膨胀、放热和压缩四个基本过程。
效率分析
热机效率是衡量其性能的重要指标， 通过分析热力学循环中的能量转换和 损失，可以评估热机的效率并进行优 化。
可持续发展理念推广实践
绿色建筑设计
在建筑设计中充分考虑节能、环保等 因素，采用先进的节能技术和绿色建 筑材料，降低建筑能耗和环境影响。
公众环保意识提升
加强环保宣传和教育，提高公众的环 保意识和参与度，形成全社会共同关 注环保、参与环保的良好氛围。
循环经济模式
通过废弃物回收、再利用等方式，实 现资源的循环利用和经济的可持续发 展。
热力过程模拟实验
利用计算机仿真技术，模拟热力过程的动态行为，揭示热力过程的内 在机理。
热力设备故障诊断实验
针对热力设备常见故障，设计故障诊断实验方案，通过实验手段识别 故障类型及原因，为设备维修提供指导。
热力系统节能优化实验
针对热力系统能耗问题，开展节能优化实验研究，探究降低系统能耗 的有效途径和方法。
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工程热力学
工程热力学
工程热力学是热力学在工程领域中的应用。
它研究和应用
热力学原理和方法来解决工程中与热能转化相关的问题，
包括热动力系统的能量转换、热工过程的性能分析和优化、热力装置的设计与运行等。
工程热力学主要涉及以下几个方面的内容：
1. 热力学基本概念和基本定律：研究热力学的基本概念，
如热力学系统、状态、过程等，以及热力学的基本定律，
如能量守恒定律、熵增定律等。
2. 热力学性质和性能分析：研究物质的热力学性质，包括
温度、压力、比容、比热等，以及利用这些性质来进行热
力学性能分析，如热力过程的能量平衡、热效率等。
3. 热力学循环和循环过程分析：研究热力学循环，如蒸汽循环、气体循环等，以及利用热力学方法来进行循环过程分析，如循环效率、功输出等。
4. 热力装置的设计与运行：应用热力学原理和方法来设计和优化热力装置，如发电厂、热交换器、锅炉等，并研究热力装置的运行参数和运行性能。
工程热力学在工程实践中具有重要的应用价值，可以为工程师提供热力学的理论支持和实际问题的解决方案，促进工程领域的能源利用和环境保护。
《工程热力学》课件
热力学状态由压力、容积和温度 等多个参数所定义。
热力学循环和周期
热力学循环将热量转换为功，有 多种应用，如蒸汽循环、空气循 环、涡轮循环等。
热能和功
1
功
在物理学中，功是由力作用于物体时所
热能
2
做的功。
热能可以转化为功，例如燃料在发动机
里的燃烧可以形成热能，进而转化为引 擎的动力。
3
热力学第一定律
热力学第一定律表明能量守恒，即能量 不能被创造或破坏，只能从一种形式转 化为另一种形式。
工程热力学循环
理想气体循环
理想气体循环有多个阶段，包括 等压加热、等容冷却、等压膨胀 和等容加热。
蒸汽循环
气轮发动机循环
蒸汽循环的主要组成部分包括锅 炉、汽轮机、冷凝器和再生器等。
气轮发动机循环的主要组成部分 包括压缩机、燃烧室、高压涡轮 和低压涡轮等。应用领域1 Nhomakorabea能源领域
热力学原理和循环在能源领域和能源的
制造业
2
开发利用中有着广泛的应用，例如火电 站、核电站、风电场等。
热力学在制造过程中的应用可以提高产
品质量，减少污染和能源浪费的发生，
例如冶炼、焊接、淬火、加热等。
3
空调与制冷
热力学原理在空调和制冷领域可以提高 制冷效率，从而降低能源消耗和对环境 的影响。
工程热力学
工程热力学是研究热、功、能的转化和传递过程的一门学科。此课程将覆盖 基本概念、能量转化、热力学循环以及应用领域等内容。
为什么学习工程热力学
1 领域广泛
工程热力学应用广泛，包括能源、制造业和空调等领域。
2 提高效率
学习热力学可以帮助你理解能量转换的过程并且提高能源利用的效率。
工程热力学(热力学第一定律)
e u 1 c2 gz 2
三、闭口系的能量方程——热力学第一定律基本表达式
Q U W
q u w
可逆： 微元：
2
Q U pdV 1
或
2
q u pdv 1
Q dU W 或 q du w
可逆： Q dU pdV 或 q du pdv
•工程热力学 Thermodynamics
五、 焓
•工程热力学 Thermodynamics
定义式 H U pV
比焓 h H u pv
m
物理意义： 焓是开口系统中流入（或流出）系统工质所携带
的取决于热力学状态的总能量。
•工程热力学 Thermodynamics
第六节 能量方程的应用
一 叶轮式机械 1、动力机（汽轮机，燃气轮机）
气，带动此压气机要用多大功率的电动机？
解（1）系统为闭口系，能量方程为：
q u w
则
w q u 50 150 200 kJ kg
•工程热力学 Thermodynamics
（2）系统 可视为稳定流动系统（如图所示）则能量方程为：
q
h
1 2
c
2
g
z
wsh
由： c2 0, gz 0
得： wsh q h q [u ( pv)] (q u) ( pv)
—热力学第一定律基本表达式
一、能量方程：
Esy U
(e2 m2 e1 m1) 0
Q U W 或
Wtot W
q u w
Q Esy (e2m2 e1m1) Wtot
二、分析 ：
Q U W
外热能
内热能
热能
体积变化功
机械能
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1.4用斜管压力计测量镐炉尾制0道中的再空度〔习题1•斗图）宣子的倾斜角日讥压力计中废用密度咎imitrtg加的水.斜管中阪柱桧M50mm.当地朮气压时仍5mmHg,握部烟道中地气的真空產似ramHiO表示）屋熒时压J] ｛用Pa表示h
解=馳式压力计上慷数艮加气的真空厦
附-p glanSO*-150^10 O3kg/m3 K?.8l m/s3-l50K9.8lPa
呦气的绝对压力
卫円交* 13.蝕5mmH150mmH ^0-10114.2 mmH a O-C.99侈10J Pa
1-4
例1如图「已如大\B^b=10132SPa R□型管内汞柱高度Z/=300inin T%怵我B读数为□.2S43MP1,求土蛊室压力卩圭及吒医表盏的读数"丄.
A
1
1"B◎
c!.R l"
u
解:PB =Pb +PeS
=101325Pa ^O r2543xlp fr Pa
=355600Pa
%
解：P B^P^P.3
= 101325Pa+0.2543 106Pa
= 355600Pit
P厂烬+ p B
=(133.32 ?< 300) Pa + 35 5600Pa
=0,3956MPa
P A =Pb +P M
p諒=P A~P b=0.3956MPa-0.101325MPa = 0.2943MPa
强调：
Ph是测压仪表所在环境压力
1-10某空调器输入功率L5kWffi 向环境介质输出轴量5.lkW,求空调器的制拎乘数. 解；制冷遽囁
毎严叫=5.1kW-1.5kW^3J 6kW
制羚系数
4 3.6kW
£ =」= ------------- = 2.4
此 1.5kW
2-4
臬种理想气体初态时从工鬼叫卩心 K=ei419m 」经过故热膨能过裡，烬态 p 2=170kPa, V 2=
0.2744m\过程戢值变化AW = -fi7®51d 『□釦谨吒体的质呈逛床 ^^r^l2flkJ/(kg K),且肯定也鴉
⑴热力学能变虽；(2> 量定容比热和气 体常數心.
解：U 由诒的定文式H=U+P V
^J/= AU + 4(pV) = At/ +{p J V J -內叫)
二-67.95U - (170kPii x 0.2744m 3-52OkPaxO.l419m 1) = -40.8 lkJ
K)
.越R 理想飞捋的社舐
(2)定值想容时 At/ = rm? L A7-.芯H =叫比、所圖
(2)宦值热容时 At/= me, AT, AH = mc p ^T ,所以
此=q -q = 5.20kI/(kg K)-3.123kJ/(kg -K) = 2.077kJ/(ltg • K) 2-5
AH/At/
j.20kJ/(kg-K) -6T95kJ/(-4O.81kJ) = 3.123kJ/(kgK)
0 0R9 m"
-50 molxK.3L4 5 K)xln^ ------------ = 28S.2 J.-K
0 04 斗5 m7
2-6 50kg废气和75kg的空气混合。
已知废气中各组成气体的质量分数为
W co2“4%, W o2=6%, w 2o =5%, W N2 =75%，空气中O2,N2 的质量分数为
W o2=23.2%, W N2 =76.8%。
混合后气体压力p=0.3MPa，试求混合气体的：（1）质量分数；（2）折合气体常数；（3）折合摩尔质量；（4）摩尔分数；（5）各组成气体的德分压力。
解：（1）混合后气体的质量m=75 5^ 125kg，其中
m co2二W CO2 m=0.14 50kg = 7kg
m H2o 二W H2O m=0.05 50kg = 2.5kg
m o^ W g,o/< m g +W a,o/< m a =0.06<50k^ 0.23^ 75k^ 20.4kg
口出=W g,N2m g - W a,N2m a =0.75 50kg 0.768 75kg=95.1kg
因此，质量分数
W C O2
讥027 kg
50kg 75kg
二
0.056
m H2O
m
2.5kg
50 kg 75kg
-0.020
m c2_ 20.4kg
m 50kg 75kg
=
0.163
.1 n.*r
- 一j = 5.20kJ/（kg ・K）- 3.123kJ/（kg K）■ 2.077kJ,.:（kg K} 3 L6绝热附It存娜屮间有隔楓将密器一井为二』左側有豔度为300K.圧力为2.8MPS1
的隔斥空气D OSkniuh右恻为頁空.若抽出隔极.求容黠屮空气的箱变°捕出隔板.flrh^P RQ=0 , W-0, Afcat7-O f ^^(7；-7；>04所凶, 7;= 7；= 300 K
nRT^
P M 50 inolxii.314 5 J/(mol ■ K)x JOO K
2.Sx10n Pa
= 0.(M4 5nf
V； = V； -0 044 5 V=V H + V^ -0.089 m'。