工程热力学 课件 第0章 绪 论
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工程热力学 第0章 绪论 图文
南京航空航天大学
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
南京航空航天大学
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.）
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
南京航空航天大学
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.）
(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
工程热力学幻灯片(绪、1、2章)(上课)
B
Pg
H
压力的测量示意图
环境压力与标准大气压：环境压力指压力 表所处环境的压力(当地大气压力)
标准大气压 1atm=760mmHg 注意：当地大气压随时间、地点变化。一般认 36 为等于标准大气压（当h变化不大）。
3、比容和密度
pg
p
正压 大气压力B
都是描述系统内 工质稀密程度的宏观 物理量
H
B
处于平衡状态的系统有一种保持平衡 的趋势；对于不平衡的系统有一种达到平 衡的趋势。
41
平衡与稳定
稳定：参数不随时间变化
铜棒：稳定但存在不平衡势差，它的稳 定是靠外界影响来维持的。去掉外界影 响，则状态变化，直 到温度均匀为止 稳定不一定平衡
绝热，不受外界温度影响
但平衡一定稳定
42
平衡与均匀
平衡：时间上
24
例如：
m W 4 Q 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
1
3
非孤立系＋相关外界 25 ＝孤立系
四、系统的内部状况（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
26
1、均匀系与非均匀系：系统内各部分的 化学成分和物理性质都均匀一致的系统， 称为均匀系。 2、单相系与复相系：由单一物相组成的 系统称为单相系。 3、单元系与多元系：由一种均匀的和化 学成分保持不变的物质组成的系统称为单 元系。（空气常可看作纯物质，属单元系 ）
凝 汽 器
给水泵
只交换功 既交换功 也交换热
工程热力学第一讲
温度
温度是把通过感觉而得到的冷热程度加 以客观表示的量。从第零定律可以推证， 互为热平衡的系统必然具有一个在数值上 相等的热力学参数来描述热平衡的特性、 这个参数就定义为温度。由此可知，温度 是描述热力系统冷热状态的物理量。温度 是大量分子热运动的集体表现，含有统计 意义，对于个别分子来说温度是没有意义 的。
它的重要性在于给出了温度的定义和温 度的测量方法，为建立温度概念提供实验 基础。
热力学第一定律
当能量被转移或转换时，以不同形式 存在的最终的总能量肯定与初始的总能量 相等，即能量守恒定律。
能量既不能被创造也不能被消灭，但它 可以从一种形态转变为另一种形态，且在 能量的转换的过程中，能量的总量保持不 变。
电磁波的形式辐射的能量。 热机：把热能变为机械能的各种机器的统称。 热力：产生于热能的作的功。
热量
热量与热能之间的关系就好比是做功与 机械能之间的关系一样。热量指的是内能 的变化、系统的做功。热量描述能量的流 动，而内能描述能量本身。热量是量度系 统内能变化的物理量。在热传递的过程中， 实质上是能量转移的过程，而热量就是能 量转换的一种量度。
随着人类技术文明的发展，人类对于热的认识有了新 的进展。在19世纪40年代，J.P.焦耳同志清楚地表明，热 是能量，并且指出热和功之间有一种精妙的换算关系。
热量
与热相关的概念 热能：物体燃烧时释放的能量，也指物体内
部分工作不规则运动时放出的能量。 热传导：热介质的一部分传到另一部分。 热辐射：固体液体和气体因温度而产生的以
此公式适用于任何条件，任何过程。
热力学第一定律
对于开口系统: 进入系统的能量
热力学第一定律
进入系统的能量 离开系统的能量 控制容积的储存能量
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
2020年11月3日
《工程热力学》（第四版）
7
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。
2020年11月3日
《工程热力绪学》论（第四版）
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2020年11月3日
《工程热力学》（第四版）
5
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0绪论 (5)
可逆过程
系统经历某一过程后, 系统经历某一过程后,如果 能使系统沿相同路径回复到初 能使系统沿相同路径回复到初 始状态, 始状态,而系统所涉及的外界 同时恢复到初始状态 恢复到初始状态, 同时恢复到初始状态,不留下 任何痕迹, 任何痕迹,则此过程为可逆过 程.
准静态过程和可逆过程
准静态过程 + 无耗散效应 = 可逆过程
A
B
气体为系统, 取A+B气体为系统,无功 + 气体为系统
�
强度量与广延量
速度 高度 温度 应力 (强) (强) (强) (强) 动能 位能 内能 (广) (广) (广)
摩尔数 (广)
准静态过程
如果过程中热力学系统经 历的是一系列平衡状态, 历的是一系列平衡状态,并 在每次状态变化时仅无限小 地偏离平衡状态, 地偏离平衡状态,则称为准 静态过程. 静态过程.
判断下列过程哪些是(1)可逆的 不 判断下列过程哪些是 可逆的;(2)不 可逆的 可逆的; 可以是可逆的 可逆的 (3)可以是可逆的
1)对刚性容器内的水加热,使其在恒 )对刚性容器内的水加热, 温下蒸发. 温下蒸发. 2)对刚性容器内的水作功,使其在恒 )对刚性容器内的水作功,
3 2
温下蒸发. 3)对刚性容器中的空气缓慢加热, 3 )对刚性容器中的空气缓慢加热, 使其从50℃ 升温到100℃ . 使其从 ℃ 升温到 ℃ 4)定质量的空气在无摩擦,不导热 1 )定质量的空气在无摩擦, 的汽缸和活塞中被慢慢压缩. 的汽缸和活塞中被慢慢压缩. 2 5)100℃ 的蒸汽与 ℃ 的水流绝 ) ℃ 的蒸汽与25℃ 6)气缸中充有水,水上面有无摩擦的 )气缸中充有水, 热混合. 热混合. 3 活塞,缓慢的对水加热使之蒸发. 活塞,缓慢的对水加热使之蒸发.
《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。
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➢工程热力学的研究对象是能量转换，特别是 热能转化成机械能的规律和方法，以及提高 转化效率的途径，以提高能源利用的经济性
➢工程热力学的主要内容 ▪ 基本概念与基本定律 ▪ 过程和循环的分析研究及计算方法 ▪ 常用工质的性质 ▪ 化学热力学方面的有关内容：燃烧、化学平衡与
平衡常数、化学反应方向判据及平衡条件、热力 学第三定律等
第二定律
▪ 1842年，迈耶提出能量守恒原理，1850年，焦
耳以实验结果证实了热力学第一定律
▪ 1912年，能斯特提出热力学第三定律 ▪ 1942年，凯南提出有效能概念
ห้องสมุดไป่ตู้工程热力学的主要内容及研究方法
➢工程热力学从工程的观点出发，研究物质的 热力性质、能量转换及热能的直接利用。是 设计计算和分析动力装置、制冷机、热泵空 调机组、锅炉及热交换器的理论基础
工程热力学 课件 第0章 绪 论
❖热力学发展简史
➢ 热力学是研究物质的能量、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
➢热力学第一及第二定律 ▪ 1763~1784年间，瓦特发明蒸气机，引起第一次
工业革命
▪ 1824年，卡诺提出了卡诺定理和卡诺循环 ▪ 1850~1851年间，克劳修斯和汤姆逊提出热力学
➢热力学的研究方法：宏观研究方法和微观研 究方法
➢工程热力学的主要内容 ▪ 基本概念与基本定律 ▪ 过程和循环的分析研究及计算方法 ▪ 常用工质的性质 ▪ 化学热力学方面的有关内容：燃烧、化学平衡与
平衡常数、化学反应方向判据及平衡条件、热力 学第三定律等
第二定律
▪ 1842年，迈耶提出能量守恒原理，1850年，焦
耳以实验结果证实了热力学第一定律
▪ 1912年，能斯特提出热力学第三定律 ▪ 1942年，凯南提出有效能概念
ห้องสมุดไป่ตู้工程热力学的主要内容及研究方法
➢工程热力学从工程的观点出发，研究物质的 热力性质、能量转换及热能的直接利用。是 设计计算和分析动力装置、制冷机、热泵空 调机组、锅炉及热交换器的理论基础
工程热力学 课件 第0章 绪 论
❖热力学发展简史
➢ 热力学是研究物质的能量、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
➢热力学第一及第二定律 ▪ 1763~1784年间，瓦特发明蒸气机，引起第一次
工业革命
▪ 1824年，卡诺提出了卡诺定理和卡诺循环 ▪ 1850~1851年间，克劳修斯和汤姆逊提出热力学
➢热力学的研究方法：宏观研究方法和微观研 究方法