0 工程热力学绪论
大学工程热力学期末复习课件第一章+绪论
二、热力学研究对象和主要内容:
• 1）研究能量转换的客观规律，即热力学第 一与第二定律。
• 2）研究工质的基本热力性质。
• 3）研究各种热工设备中的工作过程。
• 4）研究与热工设备工作过程直接有关的一 些化学和物理化学问题。
三、状态方程、坐标图
平衡状态可用一组状态参数描述其状态
想确切描述某个热力系，是 否需要所有状态参数？
状态公理：对组元一定的闭口系， 独立程Equation of state
状态方程 基本状态参数（p,v,T)之间 的关系
简单可压缩系统：N = 2
v f ( p,T) f ( p,v,T) 0
工程热力学
绪论
工程热力学是重要的专业基础课；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
一、能源及热能利用
1.能源
分为：一次能源，是自然界以自然形态存在的、 可以利用的能源；主要有风能、水利能、太阳能、 地热能、化学能和核能等，有些可直接利用，但 通常需要经过加工转换后才能利用。二次能源， 是由一次能源加工转换后的能源，主要是热能、 机械能和电能。在能量转换过程中，热能不仅是 最常见的形式，而且具有特殊重要的作用。
状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量
与路径无关，只与初终态有关 3、状态参数的微分特征：全微分
从数学上考虑，状态函数具有两个基本性质： （1）系统状态的微小变化所引起状态函数的变
化可以用全微分表示。 如：dp、dV、dT （2）状态函数的增量只与系统的始、末态有关， 与变化的具体历程无关。 (即线积分结果与积分途径无关，只取决始终 两点的坐标) NOTE：系统的状态应当是系统达平衡时的平 衡态。 基本状态参数：温度、压力、比容或密度。
工程热力学 第0章 绪论 图文
工程热力学的研究方法
采用经典热力学的宏观研究方法，有时利用分子运动论和 统计热力学基本观点和研究成果 还普遍采用抽象、概括、理想化和简化处理方法
南京航烧系统(Combustion systems) –动力的产生——发动机，电厂等。（ Power
按开发的步骤 ➢ 一次能源：煤、石油、天然气、风能、水能、太阳能等 ➢ 二次能源：电力、煤气、汽油、沼气、氢气、酒精等
其他分类….
南京航空航天大学
能量的转化与利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转化过程
燃料电池
氢、酒精等二次能源
电能
机械能 辐射能
光电池
发电机
机械
风能、水能、海洋能
机械能
热能 直接利用
式的推导。 • 明确各章节的作用和相互的联系，解决什么问
题，得出什么结论。 • 热力学的直观语言很重要：p-v图、T-s图、h-s
煤、石油、天然气
核能
核反应
燃烧 集热器
热机 90％
热 能 直接利用
燃烧
太阳能 光合作用
生物质能 食物利用
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0-2 热力学发展简史
南京航空航天大学
“冷”、“热”的概念 钻木取火：最早的人为的热-功转换
南京航空航天大学
最早的热-功转换机械
（hero engine ）
南京航空航天大学
Thomas Savery的蒸汽机
南京航空航天大学
工程热力学涉及的领域
–流体压缩和运动——风机，泵，压缩机等。 （Fluid compression and movement — fans, pumps, compressors, etc.)
–供热通风与空调工程——制冷系统，热泵等。 （HVAC — refrigeration systems, heat pumps, etc.）
高等工程热力学 - 绪论
工程热力学 高等工程热ຫໍສະໝຸດ 学 热经济学二、本门课的内容
第一章 热力学基本原理及定义
§1-1 外界分析法(SAM)的热力学模型 §1-2 热力学第一定律 §1-3 热力学第二定律
第二章
热力学微分方程及工质的通用热力性质
§2-1 特性函数
§2-2 热物性参数 §2-3 热力学能、焓及熵的一般关系式 §2-4 有关比热的热力学关系式
四、教材与参考书目
教材：《工程热力学》（第二版）陈贵堂，王永珍， 北京理工大学出版社，2008.1
参考书目：
● 《工程热力学学习指导》陈贵堂，王永珍，北京理工大学出版社
●《高等工程热力学》陈宏芳，杜建华，清华大学出版社 ●《高等工程热力学》苏长荪，高等教育出版社 ●《高等工程热力学》童钧耕, 吴孟余, 王平阳编著，科学出版社
§2-5 焦尔—汤姆孙系数
§2-6 克拉贝龙方程 §2-7 工质的通用热力性质
第三章
无化学反应的多元系统
§3-1 吉布斯方程组 §3-2 齐次函数及欧拉定理 §3-3 分摩尔参数 §3-4 逸度 §3-5 标准态及理想溶液 §3-6 实际溶液、活度及活度系数 §3-7多元系统的相平衡
第四章
化学热力学
高等工程热力学
Advanced Engineering Thermodynamics
绪 论
一、热力学（Thermodynamics ）
（狭义）研究热能以及热能与其它能量相互转换 规律的科学。 （广义）研究能量属性及其转换规律，以及工质 热力性质及其变化规律的科学。 研究目的： 掌握和应用这些规律，充分合理地利用能量。 分类 分统计热力学 经典热力学
§4-1 质量守恒定律在化学反应过程中的应用
工程热力学第讲第章绪论
工程热力学第一讲第一章：绪论1. 热力学的概念热力学是研究热能转换、热效率、热平衡和热性质等方面的学科。
热力学的主要研究对象是热力学系统，包括封闭系统、开放系统和孤立系统等。
2. 热力学系统的分类封闭系统封闭系统是指物质不能从其中进出的系统。
封闭系统的热力学性质由体积、温度和内能等物理量描述。
开放系统开放系统是指物质可以从系统中进出的系统。
开放系统的热力学性质由流量、温度和内能等物理量描述。
孤立系统孤立系统是指不能与外界交换物质和能量的系统。
孤立系统的热力学性质由内能等物理量描述。
3. 热力学基本量温度温度是物质分子平均热运动的速度和能量大小的一种度量。
温度的单位是开尔文（K）或摄氏度（℃）。
压力压力是单位面积上的力的大小，单位为帕斯卡（Pa）或标准大气压（atm）等。
体积体积是物质占据的空间大小的一种度量，单位为立方米（m³）或升（L）等。
质量质量是物体所具有的惯性量的大小，单位为千克（kg）。
能量能量是物体所具有的做功能力的大小，单位为焦耳（J）或卡路里（cal）等。
4. 热力学过程热力学过程是指热力学系统在不同状态之间的变化，可分为四类：等温过程、等压过程、等容过程和绝热过程。
等温过程等温过程是指系统在恒定温度下进行热力学变化的过程，其内能恒定不变。
等压过程等压过程是指系统在恒定压力下进行热力学变化的过程，其体积恒定不变。
等容过程等容过程是指系统在恒定容积下进行热力学变化的过程，其压力恒定不变。
绝热过程绝热过程是指系统在无热交换的情况下进行热力学变化的过程，其熵不变。
5. 热力学第一定律热力学第一定律描述的是能量守恒原理，即在热力学系统进行热力学过程中，系统所吸收的热量等于系统所做的功加上内能的变化。
6. 热力学第二定律热力学第二定律描述的是热力学过程的方向性原理，即热量只能从温度高的物体向温度低的物体流动，热力学系统不可逆过程的熵增。
7. 热力学基本方程热力学基本方程描述的是热力学系统状态变化过程中所涉及的热力学函数之间的相互关系。
《工程热力学》(第四版)PPT课件00绪论
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《工程热力学》（第四版）
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0-3 工程热力学的研究内容及研究方法
热力学(经典热力学)—研究热能性质以及热能和其他能量相互转 换规律的科学。
工程热力学—热力学的一个分支，着重研究热能和机械能相互转 换的规律。
研究内容： ①热力学基本定律（热力学第一定律、热力学第二定律）；②热 力过程和热力循环；②工质的性质；③提高能量转换效率的途径。
进气过程：进气阀打开，排气阀关闭，活塞下行， 将空气吸入气缸。
压缩过程：进、排气阀关闭，活塞上行压缩空气， 使其温度和压力升高。
燃烧过程：喷油嘴向气缸内喷油，燃料燃烧，气缸 内气体压力和温度急剧升高（燃料的化学能转换为热 能）。
膨胀过程：高温高压气体推动活塞下行，通过曲轴 向外输出机械功。
排气过程：活塞接近下死点时，排气阀打开，废气 在气缸内外压差的作用下流出气缸。随后，活塞上行 将残余气体推出气缸。
上述过程周而复始地进行，实现了热能转换为机械能的任务。
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《工程热力绪学》论（第四版）
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三、燃气轮机装置 压气机：从大气环境吸气，并将其压缩，使其压力和温度升高。
燃烧室：空气和燃料在其中混合并燃烧（燃料的化学能转换为热 能），得到高温高压的燃气。
压气机：吸入来自蒸发器的低压蒸气，通过压缩(耗功)使其压力 和温度提高。
冷凝器：使气体冷凝，得到常温高压的液体。 节流阀：使液体降压，产生低压低温的液体（含少量蒸气）。 蒸发器：通过壁面吸收冷藏库内的热量，工质汽化为低压气体， 同时使冷库降低温度或保持低温。
工质（气态或液态制冷剂）在压 气机作用下周而复始地循环，实现了 制冷的任务。
工程热力学绪论、第一章
机械功称为膨胀功，也称容积功。 系统容积增大，则系统对外界做膨胀功，视
为正功；系统容积减小，则外界对系统做压 缩功，视为负功。
功=力×距离，若f是活塞的 截面积，则F=pf。于是单位 质量工质在微元热力过程中克 服外力所做的功为：
1、绝热系统：与外界无热量传递的系统 2、孤立系统：与外界既无能量又无物质交
换的系统
孤立系统表示图
在一个图中表示各系统
四、系统的内部状况
1、热源系统：提供热能的物质或能量 2、功源系统：提供机械功的物质或能量 3、质源系统：提供质量的物质或能量 4、单相系：物质、化学性质都均匀一致（固、液、
气） 5、单元或多元系统
单元：一种化学成分组成的系统 多元：两种以上的不同化学成分组成 6、均匀或非均匀系统 系统中化学、物理性质处处均匀一致的系统
第二节 工质的热力状态及其基本状态参 数
一、状态与状态参数 描述工质状态特征的各种物理量称为工质的状态 参数。 常见状态参数：温度（T）、压力（p）、比容
一、平衡状态 如果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。
二、状态公理 确定纯物质系统平衡状态的独立参数=n+1 其中n表示传递可逆功的形式，加1表示能 量传递中的热量传递
三、状态方程 建立 温度、压力、比容这三个基本状态参 数之间的函数关系。而用p-v图来确定工质 状态。
（v ）、密度（ ）、内能（u）、焓（h）、熵
（s）、火用（ex）、自由能（f）、自由焓（g） 等
二、基本参数
1、温度 物体冷热程度的标志 理想气体热力学温度与分子平移动能的关系式：
工程热力学读书笔记(完整版)
工程热力学读书笔记（完整版）第一部分：绪论1、工程热力学工程热力学是研究热能有效利用及其热能与其他形式能量转换规律的科学。
2、热力学分类工程热力学（热能与机械能），物理热力学，化学热力学等3、热力装置的共同特点热源和冷源、工质、容积变化功、循环4、热效率1WQ η==收益代价5、工程热力学研究内容能量转换的基本定律，工质的基本性质和热力过程，热工转换设备及其工作原理，化学热力学基础。
6、工程热力学研究方法（1）宏观方法：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（如：热力学第一定律）。
特点：可靠，普遍，不能任意推广经典（宏观,平衡）热力学（2）微观方法：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）热力学第一章：基本概念1、热力系统（1）热力系统(热力系、系统)：人为指定的研究对象（如：一个固定的空间）；（2）外界：系统以外的所有物质；（3）边界(界面)：系统与外界的分界面；（4）系统与外界的作用都通过边界；（5）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功非绝功系绝功系是否传热、功、质非孤立系孤立系（6）简单可压缩系统只交换热量和一种准静态的容积变化功；2、状态和状态参数（1）状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况（2）状态参数：描述热力系状态的物理量（3）状态参数的特征：●状态确定，则状态参数也确定，反之亦然●状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关●状态参数的微分特征：全微分（4）强度参数与广延参数●强度参数：与物质的量无关的参数，如压力p、温度T●广延参数：与物质的量有关的参数可加性,如质量m、容积V、内能（也称之为：热力学能）U、焓H、熵S3、基本状态参数（1）压力p(pressure)●物理中压强，单位:Pa(Pascal),N/m2。
●绝对压力与环境压力的相对值——相对压力；●只有绝对压力p才是状态参数；●大气压随时间、地点变化；（2）温度T(Temperature)传统：冷热程度的度量。
《工程热力学》教学课件绪论第1章
4 英国
9755 23770
5.7
21217.6 21900
0.2
5 加拿大 5680 12716
5.2
20908.9 24034
0.9
6 俄罗斯 6081
9906
3.1
87827
4487
-17
7 日本 29320 43684
2.5
44591.6 43460 -0.2
8 韩国
2536
8882
8.1
9265
《工程热力学》教学课件
授课60学时 实验4学时
工程热力学 Thermodynamics
能源概论（绪论） §0-1 自然界的能源及其利用
一、能源及其分类
定义:能源是指可向人类提供各种能量和动力的物质 资源。
能源可以根据来源、形态、使用程度和技术、 污染程度以及性质等进行分类:
工程热力学 Thermodynamics (一)按来源分:
第一节 热力系、状态与状态参数 一、热力系统与工质
1、定义 人为划定的一定范围内的研究对象称为热力系统， 简称热力系或系统。
11
固定边界
移动边界
系统
系统
边界
22
热力系统
2、分类
工程热力学 Thermodynamics
按物质 闭口系：与外界无物质交换的系统 CM
交换 开口系：与外界有物质交换的系统 CV
1850~1851年克劳修斯和开尔文先后独立提出了热力学第二定律； 1906~1912年能斯特提出了热力学第三定律。
工程热力学 Thermodynamics
§0-3 工程热力学的研究对象、内容和方法
一、研究对象
热力学是研究热能和机械能相互转换规律，以提高能量利 用经济性（节能）为主要目的的一门学科。
《工程热力学》电子讲稿-all
第0章绪论一、相关知识1。
能源与能量的利用能量一切物质都具有能量。
能源:提供各种有效能量的物质资源。
暖气—热能；风—风能；太阳—太阳能；原子—原子能，汽、柴油-化学能。
能量的利用过程实质是能量的传递和转换过程，参看课本图0—1。
大多数的能量以热能的形式被利用.热能的直接应用——供热、采暖热能的动力应用——转化为机械能或电能2.热力学热力学：一门研究物质的能量、能量传递和转换以及能量与物质性质之间普遍关系的科学. 工程热力学：研究热能与其他形式能量（主要为．．．机械能．．．）之间的转换规律及其工程应用,是热力学的工程分支。
3.常见的能量转换装置（1）蒸汽动力装置锅炉（2) 内燃机汽油机/ 柴油机(3）燃气轮机航空发动机、机车（4) 蒸汽压缩制冷装置冷库、空调四种装置都是热能与机械能的相互转换。
二、课程内容1.基本概念及定律（基础）热力系统、状态参数、平衡态、热力学第一定律、第二定律等等.U（热力学能）、H(焓）、S（熵Entropy）、Ex（Exergy)、An（Anergy）热力学第0定律：两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两系统彼此也必然处于热平衡。
热力学第1定律：热能作为一种能量形态，可以和其它能量形态相互转换，转换中能量的总量守恒。
热力学第2定律:一切自发实现的涉及热现象的过程都是不可逆的。
热力学第3定律：当趋于绝对零度时，各种物质的熵都趋于零.2.能量转换过程和循环的分析研究及计算方法（方法）热能 机械能提高热效率大气中的热能能否利用？抽掉中间挡板是否做功？3.能量转换过程常用工质的热力性质（工具）水、氧气、空气、氨（制冷剂）4.化学热力学（第十三章，自学）（补充) 燃料的燃烧基础+方法+工具+(补充）三、研究方法热力学按研究方法分1。
宏观热力学（经典)宏观热力学：以热力学第一第二定律为基础，简化模型，推导公式得出结论，结果可靠。
不足：未考虑分析原子结构，无法说明热现象本质及其内在原因。
第0章 工程热力学WORD版绪论
绪论一、教案设计教学目标:使学生全面了解本课程的基本内容，学科前沿研究现状，本课程的学习方法。
知识点：介绍热力学的发展简史、理解热能利用的两种主要方式及其特点了解常用的热能动力转换装置的工作过程，了解学习本课程应注意的问题。
难点：使学生认识到学习本课程的重要性，激发学生的学习兴趣和学习积极性，教会学生掌握专业基础课的学习方法。
教学方式：讲授+多媒体演示+课堂讨论师生互动设计：提问+启发+讨论☺问：从“工程热力学”的标题Engineering Thermodynamics本课程研究什么？☺问：你知道的哪些科学家对热力学理论体系的建立做出了重大贡献吗？☺问：你知道目前我国能源、世界能源地位作用及面临什么样的问题吗？☺问：你以前知道热力学第一定律、第二定律吗？有第零定律和第三定律吗？☺问：能举出几个具体的热能与其他形式能量转换的机器吗？学时分配：2学时二、基本知识点1．什么是工程热力学及发展简史从工程技术观点出发，研究物质的热力学性质，热能转换为机械能的规律和方法，以及有效、合理地利用热能的途径。
电能一一机械能锅炉一一烟气一一水一一水蒸气一一(直接利用) 供热锅炉一一烟气一一水一一水蒸气一一汽轮机一一(间接利用)发电冰箱一一-(耗能) 制冷热力学的发展简史（参见教材p2）热力学的发展简史,基本上就是热力学与统计力学的发展史,约可分成四个阶段：第一个阶段:17世纪末到19世纪中叶此时期累积了大量的实验与观察的结果,并制造出蒸气机,对于“热（Heat）”的本质展开研究与争论,为热力学的理论建立作好了暖身。
在19世纪前半叶,首先出现了卡诺理论,热机理论(第二定律的前身)和功热互换的原理(第一定律的基础）。
这一阶段的热力学还留在描述热力学的现象上,并未引进任何的数学算式。
第二个阶段:19世纪中到19世纪70年代末此阶段热力学的第一定律和第二定律已完全理论化。
由于功热互换原理建立了热力学第一定律,由第一定律和卡诺理论的结合,导致热力学第二定律的成熟。
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Application Areas of Thermodynamics
Commonly encountered in many engineering systems and aspects of our life.
石化公司
Solar hot water system
Application Areas of Thermodynamics
The conservation of energy principle
Energy cannot be created or destroyed; it can only change forms.
能量既不会产生，也不会消 失；它只会从一种形式转化 为另一种形式。
Basic principles of thermodynamics
What is Thermodynamics?
Thermodynamics Therme + dynamis (in Greek) Thermo + Dynamic(s) (in English)
(heat) + (power)
the science of energy
热力学是一门研究能量、能量转换以及与能量转换有关的物 质性质之间相互关系的科学。
理想化方法
体系状态变化过程的理想化：可逆过程 (revቤተ መጻሕፍቲ ባይዱrsible process) 客观世界不存在可逆过程，是一种科学的抽象，实际过程 只能无限趋近可逆过程。
体系热力学性质的理想化：理想化体系 (ideal system) 理想气体、理想气体混合物和理想溶液 为解决真实体系提供简便的方法，起着纽带和桥梁的作用。
• 工程热力学
作者： 毕明树，冯殿义，马连湘 化学工业出版社 2008
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）
Reference Books
• 工程热力学
作者： 沈维道，童钧耕 高等教育出版社 2007
Reference Books
• 化工热力学
作者： 张乃文，于志家 大连理工大学出版社 2014
作者： J. M. Smith H. C. Van Ness M. M. Abbott 出版社: McGraw-Hill Education 2005
Reference Books
Chemical and Engineering Thermodynamics 作者： S. I. Sandler 出版社: John Wiley & Sons 1999
状态函数法
状态函数的变化只和体系的初始和终了状态有关，和途 径无关。
热力学第一、第二以及第零定律(热平衡定律)抽象出内 能(U)、熵(S)和温度(T)三个基本的状态函数。
状态函数法给计算一些实际问题提供了简捷的方法，是 以热力学第一定律、第二定律为基础的热力学理论的必 然方法。
Study Method
The term thermodynamics was first used in a publication by Lord Kelvin in 1849.
The first thermodynamic textbook was written by William Rankine in 1859 , a professor at the University of Glasgow.
Content
⚫ Basic laws of thermodynamics ⚫ Properties of a substance ⚫ Process and cycle in a typical equipment ⚫ Optimization of energy ⚫ Phase equilibrium and chemical equilibrium
Your grade: • 80% from final exam; • 10% from attendance and assignments • 10% from experiments
教学要求
• 课堂纪律 • 课外作业 • 实验环节 • 期末考试
听，看，想 独立完成 考核依据之一 严格要求
The first and second laws of thermodynamics emerged simultaneously in the 1850s, primarily out of the works of
William Rankine
Rudolph Clausius
Lord Kelvin
Study Method
数学演绎法
以热力学定律作为公理，应用于物理化学体系中的相 变化和化学变化等过程，通过严格的逻辑推理，得到 许多必然性的结论。
热力学基本定律定义了最基本的状态函数(U, S, T)， 并得到了几个表达基本定律意义的方程式和不等式， 经过数学演绎，得到适用某类问题的结论。
Text Book
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教 育（店铺）
Course Requirements
48h in class & 12h for experiments
• Attending all classes • Paying attention to every lessons • Taking lecture notes • Completing assignments
Study Method
The Essence of Thermodynamics 热力学的基本方法
The State Functions (状态函数法) The Idealization (理想化方法) The Mathematical Illation (数学演绎法)
Study Method
Reference Books
Thermodynamics: An Engineering Approach
作者： Y. A. Cengel M. A. Boles 出版社: McGraw-Hill Education 2010
Reference Books
Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics
热量自动地沿着温度下降的 方向传递。
Brief History of Development
Thermodynamics did not emerge as a science until the first successful steam engines in England by Thomas Savery in 1697 and Thomas Newcomen in 1712.
The second law of thermodynamics
Energy has quality as well as quantity, and actual processes occur in the direction of decreasing quality of energy.
Heat flows in the direction of decreasing temperature.
工程热力学主要研究热能与机械能和其他能量之间相互转换 规律及其应用的基础学科，是热力学最先发展的一个分支。
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Basic principles of thermodynamics
The first law of thermodynamics
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
Introduction
• What is Thermodynamics? • Basic principles of thermodynamics • Brief History of Development • Application Areas of Thermodynamics • Study Method • Text Book & Reference Books • Course Requirements