工程热力学

❖ 第二章讨论处于理想气体状态的气态工质（纯质和混合物） 性质，提供了确定理想气体性质的计算式。由于能量的转换 和传递必定伴随工质的状态的变化，所以研究热能转变为机 械能或其他形式能量形式的转换必定要涉及工质的性质。不 同的物质有其共性也有个性，这些个性常常造成能量转换的 设备、过程的不同，所以要分清所讨论的工质的性质。工程 热力学常把工质区分为理想气体和实际气体，一些理想气体 的简明公式在实际气体的系统内不能应用。
工程热力学的研究内容
❖ 1. 热力学基本定律，包括基本概念及定义与热力 学第一定律、熵与热力学第二定律等。
❖ 2. 工质的热力性质，包括一般热力学关系，理想 气体、水蒸汽、理想气体混合物、湿空气的热 力性质的计算及图表的应用。
❖ 3. 热力过程及热力循环，包括典型热力过程的分 析以及气体与蒸汽的流动、气体压缩、蒸汽动 力循环、气体动力循环和制冷循环的分析计算
工程热力学
课程性质
❖ 工程热力学是研究热能与其他形式的能量（尤其是 机械能）之间相互转换规律的一门学科。由于在现 代各个生产领域中所遇到的大多数技术问题，乃至 自然界中的许多现象都与热能的传递与转化有关， 而且几乎任何一种形式的能量最终都是以热能的形 式耗散于环境及宇宙之中，因此研究热能的传递、 转换与控制的工程热力学是大多数工科专业的一门 重要的技术基础课程。
❖ 第八章是在第三章和第七章基础上讨论混合气体的特例—— 湿空气的性质和它的热力过程。
❖ 第九章讨论气体和蒸汽在速度变化较大（如在火箭喷管、气 轮机的叶栅等设备）以及流经阀门之类局部阻力大的设备时 能量转换特性，本章和第九章、第十章、第十一章和第十二 章是以前各章讨论的理论、方法在实际设备中的应用。
❖ 第十章本章讨论动力循环分析的一般方法，并主要针对活塞 式内燃机、燃气轮机装置的各种理想循环进行分析讨论指出 进行循环分析的任务和方法。
❖ 第十一章以致冷循环为重点讨论逆向循环，并强调热力过程 和循环工质的环保特性。
❖ 第十二章研究化学反应过程中的能量转换特性，化学反应 （如燃烧）也遵循热力学第一定律和热力学第二定律，由于 目前我国80%以上能源物质通过燃烧把化学能转变成热能利 用，所以化学热力学已成为工程热力学的重要组成。
童钧耕等，上海交通大学出版社
课程教学安排
❖ 绪论 第一章——基本概念 第二章——理想气体的性质 第三章——热力学第一定律 第四章——理想气体的热力过程及气体压缩 第五章——热力学第二定律 第六章——热力学微分关系式及实际气体性质 第七章——水蒸气 第八章——湿空气 第九章——气体和蒸汽的流动 第十章——动力循环 第十一章——致冷循环 第十二章——化学热力学基础
水泵 — 使得工作介质循 环（保证系统内部的高压）
工质（水、蒸汽）周而复 始地循环，进而实现将热 能转换为机械能的任务
2.Fra Baidu bibliotek燃机
进气过程 ：进气阀开，排气阀关，活塞下行， 将空气吸入气 缸。
压缩过程 ：进、排气门关，活塞上行压缩空 气，使其温度和 压力得以升高。
燃烧过程 ：喷油嘴喷油，燃料燃烧，气体压力 和温度急剧升高 （燃料的化学能转 换为热能）。
❖ 第三章是热力学第一定律。热力学第一定律是人类从长期的 生产和生活实践中总结得到的基本定律，不能从更基本的公 理运用数学工具演绎得出，但是人类活动的经验证明是正确 的，第一定律贯穿在本课程的自始至终。
❖ 第四章在热力学第一定律的基础上讨论理想气体基本热力过 程中系统的功和热与工质状态参数的变化之间的关系，本章 是第二章和第三章的结合，是以后各章讨论的基础。
课程内容综述
❖ 绪论指出了能源及能源问题的重要性，介绍了工程 热力学主要研究内容，给出了工程热力学较完整的 轮廓，使读者有明确的方向。尤其是绪论中提供的 一些实际设备的画面可以弥补有些读者实践较少的 不足，帮助工程热力学理论的学习和理解。
❖ 第一章建立了本课程的基本术语和基本概念，工程 热力学的体系就是在为数不多的术语和概念及从人 类实践中总结得到的基本定律，如热力学第一定律、 第二定律的基础上通过严密的数学推理建立起来的， 所以掌握、理解这些术语、概念是学好工程热力学 的基础。
膨胀过程 ：高温高压气体推动活塞下行，曲轴 向外输出机械功。
排气过程 ：活塞接近下死点时，排气门开，在 压差的作用下废气 流出气缸。随后， 活塞上行，将残余气体推出气缸。
❖ 第五章讨论热力学第二定律。自然界所有的过程必须满足热 力学第一定律，但并不是只要满足热力学第一定律，过程就 可以进行，也就是能量过程有方向性。热力学第二定律本质 过程的不可逆性，孤立系统的熵增原理是判别过程能否进行 的基本准则。和热力学第一定律一样第二定律是经人类实践 所证明的，是分析各种过程和循环的基础。
❖ 4. 化学热力学基础。
“课程难与不难？”
课程特点— 概念活 难 研究对象— 气体（远较刚体复杂）
课程内容比较 使用的数学工具 不难 物理基础
如何学好工程热力学：
上课认真听讲并思索 自己完成作业 看一、二本参考书
参考书目： Thermodynamics Wark • Richards
Thermodynamics J.P.Holman 工程热力学题型分析—朱明善等编，清华出版社 工程热力学—严家騄编著，高教出版社 工程热力学理论概要和习题—
❖ 第六章介绍如何确定工程中不能作为理想气体处理的工质参 数，虽然实际气体不满足理想气体的假设，但必须满足自然 界基本规律，所以确定实际气体的参数的出发点是据自然界 基本定律，直接利用微分关系导出计算公式，以及据实验数 据得到的经验公式、图表等。本章和第三章构成物性计算的 基础。
❖ 第七章讨论水蒸气的性质。本章的概念、方法可以拓展应用 到其它工质。本章是在第六章的基础上讨论实际气体工质的 特例。
绪论
❖ 能源开发与利用
自然界中的能源：水能、风能、化学能→机械能 （一次能源） 太阳能、地热能、原子核能→热能 热能、机械能——二次能源
❖ 工程热力学研究实质
1.蒸汽动力装置
锅炉 — 产生蒸汽（将燃 料的化学转换为热能并传 递给工质）
汽轮机 — 将蒸汽的热能 转换为机械能
冷凝器 — 将乏汽冷凝成 水