清华大学工程热力学讲义101PPT课件
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工程热力学课件ppt
热力系统的环境影响评价
环境影响
环境影响是指人类活动对环境产生的各种影响，包括正面和负面 影响。
生命周期评价
生命周期评价是一种用于评估产品或服务在整个生命周期内对环境 的影响的方法。
热力系统的环境影响
热力系统在运行过程中会产生各种环境影响，如排放污染物、消耗 能源等。
可持续性与可再生能源在热力学中的应用
高效热力系统的研究与开发
高效热力系统设计
针对不同应用场景，研究开发高效热 力系统，如高效燃气锅炉、高效空调 系统等，通过优化系统结构和运行参 数，降低能耗和提高能效。
高效热力系统评估
建立和完善高效热力系统的评估体系 ，制定相关标准和规范，为实际应用 提供指导和依据。
热力学在可再生能源利用中的应用
热力学在工程中的应用
热力发动机
热力发动机原理
热力发动机利用燃料燃烧产生的 热能转化为机械能，通过活塞、 转子或涡轮等机构输出动力。
热力发动机类型
热力发动机有多种类型，如内燃 机、蒸汽机和燃气轮机等，每种 类型都有其特点和应用领域。
热力发动机效率
提高热力发动机效率是重要的研 究方向，通过优化设计、改善燃 烧过程和减少热量损失等方法可 以提高效率。
新型热力材料与技术
新型热力材料
随着科技的发展，新型热力材料不断涌现，如纳米材料、复合材料等，这些材料 具有优异的热物理性能和热力学特性，为热力系统的优化和能效提升提供了新的 可能性。
新型热力技术
新型热力技术如热管技术、热泵技术、热电技术等在工程热力学领域的应用越来 越广泛，这些技术能够实现高效能的热量传递和转换，提高能源利用效率。
要点二
详细描述
热力系数是衡量热力学系统转换效率的参数，表示系统输 出功与输入功的比值。它反映了系统转换能量的能力，是 评价系统性能的重要指标之一。热力效率是衡量系统能量 转换效率的参数，表示系统输出有用功与输入总功的比值 。它反映了系统在能量转换过程中的损失程度，也是评价 系统性能的重要指标之一。
朱明善清华大学工程热力学全集ppt课件
朱明善
.
教材与参考书
教 材：《工程热力学》朱明善等编
参考书：《工程热力学》（第二版） 庞麓鸣等编
《工程热力学》（第四版 ） 沈维道编 2007年
《工程热力学》严家騄编 2007年
.
绪论
工程热力学是重要的专业基础课
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
.
0-1 热能及其利用
主 0-2 热能转换装置的工
要
作过程
内
0-3 工程热力学的研究
容
对象及其主要内容
0-4 热力学的研究方法
.
0-1 热能及其利用
风 能
燃
水 力 能
化 学 能
核 能
地 热 能
太
一次能源
阳 (天然存在)
能
料 电 池
风 车
水水 轮车 机
燃 烧
聚裂 变变
热
供 光转 光 暖 热换 电
转 能 90% 换
机械能
发电 电动
.
内燃机装置
空气、油
废气
吸气
压缩 点火
.
膨胀
排气
内燃机装置基本特点
1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、装置
压气机 — 吸入来自蒸发器 的低压蒸汽，将其压缩 ( 耗 功 ) 产生高温高压的蒸汽。
冷凝器 — 使气体冷凝，得 到常温高压的液体。
容积变化功
压缩功 膨胀功
.
1-2 状态 平衡状态
一、状态与状态参数 状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 状态参数：描述系统所处状态的宏观物理量。
二、平衡状态与非平衡状态 平衡状态：热力系宏观性质不随时间变化。 非平衡状态：热力系宏观性质随时间变化。
.
教材与参考书
教 材：《工程热力学》朱明善等编
参考书：《工程热力学》（第二版） 庞麓鸣等编
《工程热力学》（第四版 ） 沈维道编 2007年
《工程热力学》严家騄编 2007年
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绪论
工程热力学是重要的专业基础课
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
.
0-1 热能及其利用
主 0-2 热能转换装置的工
要
作过程
内
0-3 工程热力学的研究
容
对象及其主要内容
0-4 热力学的研究方法
.
0-1 热能及其利用
风 能
燃
水 力 能
化 学 能
核 能
地 热 能
太
一次能源
阳 (天然存在)
能
料 电 池
风 车
水水 轮车 机
燃 烧
聚裂 变变
热
供 光转 光 暖 热换 电
转 能 90% 换
机械能
发电 电动
.
内燃机装置
空气、油
废气
吸气
压缩 点火
.
膨胀
排气
内燃机装置基本特点
1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、装置
压气机 — 吸入来自蒸发器 的低压蒸汽，将其压缩 ( 耗 功 ) 产生高温高压的蒸汽。
冷凝器 — 使气体冷凝，得 到常温高压的液体。
容积变化功
压缩功 膨胀功
.
1-2 状态 平衡状态
一、状态与状态参数 状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 状态参数：描述系统所处状态的宏观物理量。
二、平衡状态与非平衡状态 平衡状态：热力系宏观性质不随时间变化。 非平衡状态：热力系宏观性质随时间变化。
清华大学热工基课件工程热力学加传热学第十一章-PPT精品文档
Gd
0
Gd
0
Gd
0
Gd
0
Gd
3
类、温度和表面状况，是波长的函数。 ,不仅取决于物体的性质，还与投射辐射能的波 , 长分布有关。 （ 2 ）固体和液体对辐射能的吸收和反射基本上属 于表面效应 ： 金属的表面层厚度小于 1m ；绝大多数 非金属的表面层厚度小于1mm。 （3）对于固体和液体， 。 0 , 1
E E d b b 1 2
1
2
d d b b E E
9
Hale Waihona Puke 定向辐射力与辐射力之间的关系：
E
2
Ed
定向辐射力与辐射强度之间的关系：
E L o s c
辐射力与辐射强度之间的关系：
E
2
L c o s d
10
11-2 黑体辐射的基本定律
1.普朗克（Planck）定律 2.斯忒藩-玻耳兹曼（Stefan-Boltzmann）定律 3.兰贝特（Lambert）定律
注意： , （1） , 属于物体的辐射特性，取决于物体的种
镜反射与漫反射：
产生何种反射决于物体表 面的粗糙程度和投射辐射能 的波长 。
4
2. 灰体与黑体
灰体： 光谱辐射特性不随波长而变化的假想物体，即 , , 分别等于常数。
0
G d
0
G d
G G
G G
G 透射比 G 1
G G
如果投入辐射是某一波长的辐射能G ，则
《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。
清华大学工程热力学课件 第1章(1)
A system is said to have undergone a cycle if it returns to its initial state at the end of the process
循环 和 过程 Cycle and Process
循环由过程构成
过程
可逆 不可逆 循环
可逆循环 (闭合实线)
热力循环的评价指标 (续)
逆循环：净效应（对内作功，放热） 制冷循环：制冷系数 T0
收 益 吸 热 Q ＝2 代 价 耗 功 W
Q1
W
制热循环：制热系数
收 益 放 热 Q ’ ＝1 代 价 耗 功 W
Q2
T2
第一章 小 结 Summary
基本概念：
热力系 平衡态
准静态、可逆
W W B A
可逆过程与准静态过程(续)
缓慢电加热A腔中气体，B中理想气体被压缩
2）以A中气体为系统
缓慢加热 准静态 内可逆 无摩擦
A
B
3）以A腔为系统
电功耗散为热 电功耗散为热 不可逆 不可逆
绝热，无摩擦
4）以A＋B腔为系统
熵 (Entropy) 的定义 reversible Q rev 广延量 [kJ/K] dS T
q rev ds T
比参数 [kJ/kg.K]
ds: 可逆过程 qrev除以传热时的T所得的商
清华大学刘仙洲教授将其命名为“熵”
熵的说明
1、熵是状态参数 (? )
2、符号规定 系统吸热时为正 Q > 0 系统放热时为负 Q < 0
2、热力学定义I
热力学定义II
功的热力学定义II
功是系统与外界相互作用的一种方 式，在力的推动下，通过有序运动方 式传递的能量。
《工程热力学》PPT课件
四、课程的特点、要求、学时分配、考核
特点:本课程理论性较强，无多少实物供参照，课堂上的 讲授以理论分析和推导为主。
对重点章节要熟练掌握。
要求:要求课上集中精力听讲，做好笔记，课下及时复习。
学时分配：总学时40
考核：本课程为考试课，平时20%；考试80%。
参考书： 1.《汽车发动机原理》徐兆坤 主编 清华大学出版社 2.《汽车发动机拖拉机》（第3版）董敬等主编 机械工业出版社
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 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
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：
即：外界对系统所做的功全部用来增加系统的内能。
5、过程曲线
绝热压缩 温度升高
绝热膨胀 温度降低
五、多变过程
在实际的热力过程中，P、ν 、T的变化
和热量的交换都存在，不能用上述某一特殊
的热力过程来分析，需用一普遍的、更一般
的过程即多变过程来描述。
1、过程方程式：Pvn=常数 n=0,P=常数
n:多变指数。
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。 2、能量方程式
Q-W=Δ U
对于微元过程： 对于1kg工质：
故Q=Δ U+W δ Q=dU+δ W q=Δ u+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。
工程热力学第一章基本概念PPT课件
等压过程在工业生产和日常生活中有着广泛的应用。
详细描述
等压过程在各种工业生产过程中发挥着重要作用，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机等热力机械中的工作过程。此外， 在制冷技术、气体压缩、气体分离等领域也广泛应用等压过程。在生活中，等压过程也随处可见，如气瓶的压力 保持、气瓶压力的调节等。
感谢您的观看
THANKS
06
热力学第三定律
绝对零度不能达到原理
绝对零度是热力学的最低温度，理论 上不可能通过任何有限过程达到。
这一定律对于理解热力学的基本概念 和原理非常重要，因为它揭示了热力 学过程不可逆性。
这是由于热力学第三定律指出，熵在 绝对零度时为零，而熵是系统无序度 的量度，因此系统必须经历无限的过 程才能达到绝对零度。
04
热力学第一定律
能量守恒
1 2
能量守恒定律
能量不能凭空产生，也不能消失，只能从一种形 式转化为另一种形式。
热力学能
系统内部能量的总和，包括分子动能、分子位能 和内部势能等。
3
热力学第一定律表达式
ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统能量的变化，Q 表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
热量与功的转换
是与系统相互作用的其它物质或 能量的总和。
状态与状态参数
状态
描述系统在某一时刻的物理状态，包括宏观和微观状态。
状态参数
描述系统状态的物理量，如压力、温度、体积、内能等。
热力学平衡
热力学平衡
系统内部各部分之间以及系统与外界 之间达到相对静止的一种状态。
热力学平衡的条件
系统内部不存在宏观的净力、净热和 净功。
热力学的应用领域
能源转换
热能转换为机械能： 如内燃机、蒸汽机和 燃气轮机等。
详细描述
等压过程在各种工业生产过程中发挥着重要作用，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机等热力机械中的工作过程。此外， 在制冷技术、气体压缩、气体分离等领域也广泛应用等压过程。在生活中，等压过程也随处可见，如气瓶的压力 保持、气瓶压力的调节等。
感谢您的观看
THANKS
06
热力学第三定律
绝对零度不能达到原理
绝对零度是热力学的最低温度，理论 上不可能通过任何有限过程达到。
这一定律对于理解热力学的基本概念 和原理非常重要，因为它揭示了热力 学过程不可逆性。
这是由于热力学第三定律指出，熵在 绝对零度时为零，而熵是系统无序度 的量度，因此系统必须经历无限的过 程才能达到绝对零度。
04
热力学第一定律
能量守恒
1 2
能量守恒定律
能量不能凭空产生，也不能消失，只能从一种形 式转化为另一种形式。
热力学能
系统内部能量的总和，包括分子动能、分子位能 和内部势能等。
3
热力学第一定律表达式
ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统能量的变化，Q 表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
热量与功的转换
是与系统相互作用的其它物质或 能量的总和。
状态与状态参数
状态
描述系统在某一时刻的物理状态，包括宏观和微观状态。
状态参数
描述系统状态的物理量，如压力、温度、体积、内能等。
热力学平衡
热力学平衡
系统内部各部分之间以及系统与外界 之间达到相对静止的一种状态。
热力学平衡的条件
系统内部不存在宏观的净力、净热和 净功。
热力学的应用领域
能源转换
热能转换为机械能： 如内燃机、蒸汽机和 燃气轮机等。
2024年度-工程热力学全部课件pptx
理想气体混合物的热力学性质
具有加和性
20
理想气体基本过程
01
等温过程
温度保持不变的过程，如等温膨胀 和等温压缩
等容过程
体积保持不变的过程，如等容加热 和等容冷却
03
02
等压过程
压力保持不变的过程，如等压加热 和等压冷却
绝热过程
系统与外界没有热量交换的过程， 如绝热膨胀和绝热压缩
04
21
05 热力过程与循环 分析 22
与外界没有物质和能量交 换的系统。
孤立系统
封闭系统
开放系统
4
热力学基本定律
热力学第零定律
如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡状态，那么这两个系统也必定处于热平衡状态。
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持 不变。
热力学第二定律
其中，Δ(mv^2)/2表示系 统动能的变化量；
开口系统能量方程可表示 为：Q = ΔU + Δ(mv^2)/2 + Δ(mgh) + Δ(mΦ)。
Δ(mgh)表示系统势能的 变化量；
11
03 热力学第二定律
12
热力学第二定律表述
不可能从单一热源取热，使之完全转 换为有用的功而不产生其他影响。
热力学系统内的不可逆过程总是朝着 熵增加的方向进行。
性能评价指标
介绍蒸汽轮机的功率、效率等 性能评价指标及其计算方法。
性能影响因素
分析影响蒸汽轮机性能的主要 因素，如蒸汽参数、汽轮机结 构等。
优化设计策略
探讨提高蒸汽轮机性能的优化 设计策略，如改进叶片形状、
提高蒸汽参数等。
工程热力学PPT课件
另一种表述是，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
还有一种表述是，自然发生的热传递总是向着熵增加的方向进行，即系统总是向着熵增加的方向演化。
热力学第二定律的应用
01
在能源利用领域，热力学第二定律指导我们如何更有效地利用能源，避免能源 浪费。例如，在发电厂中，利用热力学第二定律可以优化蒸汽轮机的设计和运 行，提高发电效率。
热力学第二定律的实质
热力学第二定律的实质是揭示了自然界的不可逆性，即自然界的自发过程总是向着熵增加的方向进行 。这意味着自然界的能量转化和物质转化总是向着无序和混乱的方向发展，而不是向着有序和规则的 方向发展。
热力学第二定律的实质还表明了人类对自然界的干预和改造是有限制的，我们不能违背自然规律来无 限地利用能源和资源。因此，我们需要更加珍惜和合理利用自然界的能源和资源，以实现可持续发展 和环境保护的目标。
热力学第一定律的表述
01
热力学第一定律的表述是：能量既不能凭空产生，也不能凭空 消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体
传递给另一个物体。
02
热力学第一定律也可以表述为：在封闭系统中，能量守恒。
03
热力学第一定律也可以表述为：系统总能量的变化等于系 统与环境之间传递的热量和系统对外界所做的功之和。
制冷与空调技术
制冷与空调技术
制冷和空调技术是利用热力学原理实现热量转移和控制的工程技术。
制冷剂的选择
制冷剂是制冷和空调技术中的重要物质，需要具备适当的热力学性质 和环保性能。
制冷循环的类型
制冷循环有多种类型，如压缩式、吸收式和吸附式等，每种类型都有 其特定的应用场景。
空调系统的优化
为了提高空调系统的效率和降低能耗，需要对空调系统进行优化设计， 如采用变频技术、智能控制等措施。
还有一种表述是，自然发生的热传递总是向着熵增加的方向进行，即系统总是向着熵增加的方向演化。
热力学第二定律的应用
01
在能源利用领域，热力学第二定律指导我们如何更有效地利用能源，避免能源 浪费。例如，在发电厂中，利用热力学第二定律可以优化蒸汽轮机的设计和运 行，提高发电效率。
热力学第二定律的实质
热力学第二定律的实质是揭示了自然界的不可逆性，即自然界的自发过程总是向着熵增加的方向进行 。这意味着自然界的能量转化和物质转化总是向着无序和混乱的方向发展，而不是向着有序和规则的 方向发展。
热力学第二定律的实质还表明了人类对自然界的干预和改造是有限制的，我们不能违背自然规律来无 限地利用能源和资源。因此，我们需要更加珍惜和合理利用自然界的能源和资源，以实现可持续发展 和环境保护的目标。
热力学第一定律的表述
01
热力学第一定律的表述是：能量既不能凭空产生，也不能凭空 消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体
传递给另一个物体。
02
热力学第一定律也可以表述为：在封闭系统中，能量守恒。
03
热力学第一定律也可以表述为：系统总能量的变化等于系 统与环境之间传递的热量和系统对外界所做的功之和。
制冷与空调技术
制冷与空调技术
制冷和空调技术是利用热力学原理实现热量转移和控制的工程技术。
制冷剂的选择
制冷剂是制冷和空调技术中的重要物质，需要具备适当的热力学性质 和环保性能。
制冷循环的类型
制冷循环有多种类型，如压缩式、吸收式和吸附式等，每种类型都有 其特定的应用场景。
空调系统的优化
为了提高空调系统的效率和降低能耗，需要对空调系统进行优化设计， 如采用变频技术、智能控制等措施。
《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。
清华大学热工基础课件工程热力学加传热学1绪论
我国57%的城市空气中总悬浮颗粒超标； 48个大中城市空气中的SO2浓度超标； 82%城市出现过酸雨；
我国的CO2排放量仅次于美国，居世界第二， 占世界总排放量的13.6%。
据世界银行报导，我国城市空气污染对人体安 康和生产造成的损失估计每年200亿美元；酸雨使 农作物减产每年损失达50亿美元。
我国的能源建立要走可持续开展的道 路，必须两条腿走路：
0-2 热工根底的研究内容
热工基础
工程热力学篇
〔热工理论根底〕 传热学篇
主要研究内容：
热工根底主要研究热能利用的根 本规律以及热能利用过程及自然界所有 热现象中热量传递的根本规律。
1.工程热力学的研究内容与研究方法
〔1〕研究内容
工程热力学主要研究热能和机械能之间 相互转换的规律及提高能量转换经济性的途径 和技术措施 。〔举例〕
〔1〕合理利用能源，提高能源利用率。 主要途径就是改造或更新技术落后的能源 利用终端设备；
〔2〕大力开发对环境无污染或污染很小 的新能源，如太阳能、风能、水能、地 热能、海洋能、生物质能以及核能等。
3. 能量的转换与利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。
燃料电池
机械能
氢、酒精等二次能源
及化学变化和核反响的热力学能，也称为内 热能；
电能 ：与电荷的运动和积蓄有关的能量； 化学能 ：通过化学反响释放的能量； 核能 ：通过核反响释放的能量； 辐射能 ：物体以电磁波的形式发射的能量。
2. 能源
能源是指能够直接或间接提供能量的物
质资源。
〔1〕能源分类
1〕按开发利用的情况： 常规能源：煤、石油、天然气、水能、核能等。 新能源：太阳能、风能、海洋能、生物质能、
〔2〕研究方法
我国的CO2排放量仅次于美国，居世界第二， 占世界总排放量的13.6%。
据世界银行报导，我国城市空气污染对人体安 康和生产造成的损失估计每年200亿美元；酸雨使 农作物减产每年损失达50亿美元。
我国的能源建立要走可持续开展的道 路，必须两条腿走路：
0-2 热工根底的研究内容
热工基础
工程热力学篇
〔热工理论根底〕 传热学篇
主要研究内容：
热工根底主要研究热能利用的根 本规律以及热能利用过程及自然界所有 热现象中热量传递的根本规律。
1.工程热力学的研究内容与研究方法
〔1〕研究内容
工程热力学主要研究热能和机械能之间 相互转换的规律及提高能量转换经济性的途径 和技术措施 。〔举例〕
〔1〕合理利用能源，提高能源利用率。 主要途径就是改造或更新技术落后的能源 利用终端设备；
〔2〕大力开发对环境无污染或污染很小 的新能源，如太阳能、风能、水能、地 热能、海洋能、生物质能以及核能等。
3. 能量的转换与利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。
燃料电池
机械能
氢、酒精等二次能源
及化学变化和核反响的热力学能，也称为内 热能；
电能 ：与电荷的运动和积蓄有关的能量； 化学能 ：通过化学反响释放的能量； 核能 ：通过核反响释放的能量； 辐射能 ：物体以电磁波的形式发射的能量。
2. 能源
能源是指能够直接或间接提供能量的物
质资源。
〔1〕能源分类
1〕按开发利用的情况： 常规能源：煤、石油、天然气、水能、核能等。 新能源：太阳能、风能、海洋能、生物质能、
〔2〕研究方法
清华大学热工基础课件工程热力学加传热学第一章
pv RT
17
（3）状态参数坐标图 以独立状态参数为坐标的坐标图。 在以两个独立状态参数为坐标的平面坐
标图上，每一点都代表一个平衡状态。
18
1-4 准平衡过程和可逆过程
（1）热力过程 系统由一个状态到达另一个状态的变化过程。
19
（2）准平衡过程（准静态过程）
所经历的每一个状态都无限地接近平衡状 态的过程。
热力学温标取水的三相点为基准点，并定 义其温度为273.16 K。温差1K相当于水的三 相点温度的1/273.16。
热力学温标与摄氏温标的关系： 温差:1 K = 1 ℃
t = T – 273.15 K 14
国际单位制（SI）采用热力学温度T作 为基本状态参数。 4) 温度的测量
a. 接触式 水银温度计、酒精温度计 热电偶、电阻温度计等。
闭口 系统
边界 外界
4
（2）开口系统
与外界有物质交
进口
换的系统。系统的容
积始终保持不变，也
称为控制容积系统。
（3）绝热系统 与外界没有热量交换的系统。 出口
（4）孤立系统
与外界既无能量（功、热量） 交换又无物质交换的系统。
5
1-2 平衡状态及基本状态参数
1. 平衡状态
（1）状态（热力状态）
系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状 况称为系统的热力状态，简称状态。
9
压力测量：
绝对压力 p、大气压力pb、表压力pe、真空度pv
p =pb +pe
p =pb -pv
只有绝对压力 p 才是状态参数。
10
（2）温度
1）温度的物理意义
温度是反映物体冷热程度的物理量。温度的 高低反映物体内部微观粒子热运动的强弱。
清华大学热工基础课件工程热力学加传热学1绪论
列中间状态，最终回到初始状态。
工程热力学的发展历程
早期发展
工程热力学起源于古代人类对火的使用和对蒸汽的认识。 随着工业革命的兴起，人们对热能转换和利用的研究逐渐 深入。
基础理论建立
19世纪末，卡诺、焦耳等科学家通过实验研究，建立了热 力学的理论基础，包括卡诺循环、焦耳定律等。
现代发展
随着科技的不断进步，工程热力学在能源转换、环境保护 、航空航天等领域的应用越来越广泛，成为能源、动力、 化工等学科的重要基础。
要关注热力系统能量的转换与传递过程，以及系统状态变化的规律。
02
热力系统
热力系统是指可以与周围环境进行热量交换的封闭系统。系统内的能量
转换与传递过程遵循热力学的第一定律和第二定律。
03
热力循环
在工程热力学中，热力循环是一系列连续的热力学过程，包括吸热、膨
胀、放热、压缩等过程。循环中，系统从某一初始状态出发，经过一系
19世纪末，傅里叶、牛顿等科学家对传热学进行了系统 的研究和总结，奠定了传热学的基础。
20世纪以来，随着科技的发展和工业的进步，传热学在 理论和实践方面都取得了长足的进步。
传热学的研究对象和内容
01
传热学的研究对象是热量传递过程中的规律和现象，主要 研究导热、对流、辐射三种传热方式。
02
导热是指热量在物体内部通过分子、原子等微观粒子的运动传递 ；对流是指流体在运动过程中将热量传递给固体壁面；辐射是指
热力循环与热效率
介绍各种热力循环，如蒸汽循环 、燃气循环等，以及如何提高循 环效率和减少能量损失。
传热学部分大纲
导热基本定律与稳态导热
介绍导热基本定律，即傅里叶定律，以 及稳态导热的分析方法和计算。
对流换热
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q p ( u v)T d v ( T u)vd T M d v N d T
M
T
v
Tpv
2u
Tv
N v
T
2u vT
q 不是状态参数 热量不是状态参数
常用的状态参数间的数学关系
x
1
倒数式 Reciprocity
relation
y
z
y x z
循环式 Cyclic
s
f T
h v pu pv fvfTT T f vv fv T
uf Tsf TTf v
吉布斯函数（Gibbs Function）
d h T d s v d p d T s s d T v d p
dhT s sdTvdp
令 g hTs 吉布斯函数 GHTS
dgsdTvdp gg(T, p) 是特征函数
四个 Maxwell ralation
p s
v
T v
s
s
p
T
v T
p
v s
p
T p
s
s
v
T
p T
v
四个特征函数（吉布斯方程）
d T u d ps d u v f( s ,v ) dd d u f T h uss vd sd d v p uvT d s sd h dfv p h f v ( ( s T ,,p v ) ) d us g s v Td vT ud vg s g p p( T ,p )
作业
10-2 10-3 10-4
第十章
热力学微分关系式 及实际气体的性质
Thermodynamic differential relation and the
property of real gas
§10-1 研究热力学微分关系式的目的
确定 u,h,s 与可测参数（p,v,T,cp )之
间的关系，便于编制工质热力性质表。
§10-3 数学基础
点函数 z f (x, y) —— 状态参数
d z( x z)yd x( y z)xd yM dN xdy
全微分欧拉定义
2z 2z xy yx
M y
x
N x
y
全微分条件
Total differential
热量是不是满足全微分条件？
可逆过程 qdupdv
du(uv)Tdv(T u)vdT
T 1vpvT
[Pa1]
§10-3 热系数
4. 绝热压缩系数 Coefficient of adiabatic compressibility
s 1vpvs
[Pa1]
热系数应用举例
用实验方法测熵变，组织一个实验
Maxwell关系
s pT
Tvp
vp
sT T vpdp vpdp
§10-5 熵、内能和焓的微分关系式 p,v,T ds,du,dhGeneralized relations
T
u s
v
p
u v
s
h的特征函数
Tdsdhvdp dhTdsvdp
热力学恒等式
T
h s p
dhhspdsphs dp
h
v
p
s
h uhpvhpps
h f (s, p) 是特征函数
u f (s,v) 是特征函数
亥姆霍兹函数（Holmhotz Function）
d u T d s p d v d T s s d T p d v
uf(p,v) uf(s,v)
uf(T,v) uf(s,p) •••
其中只有某一个关系式有这样的 特征，当这个关系式确定，其它参数 都可以从这个关系式推导得到，这个 关系式称为“特征函数”。
u的特征函数
u f (s,v) 是特征函数
Tdsdupdv热力学恒等式
duTdspdv
duusvdhsuuvpsvdvuuvs v
确定 c p , c v 与 p,v,T 的关系，用以建立
实际气体状态方程。
确定 c p 与 c v 的关系，由易测的 c p 求得 c v 。
热力学微分关系式适用于任何工质，可用 其检验已有图表、状态方程的准确性。
§10-2 特征函数Characteristic function
简单可压缩系统，两个独立变量。
P，v，T 可测，实际测量是让一个参数
不变，测量其它两个参数的变化关系
1. 定容压力温度系数（弹性系数）
v 1pTpv
[K1]
定容下，压力随温度的变化率
§10-4 热系数
2. 定压热膨胀系数 Volume expansivity
p 1vTvp
[K1]
3. 定温压缩系数
Isothermal compressibility
x yz
y zx
z xy
1
relation
常用的状态参数间的数学关系
链式
x y z ywzwxw
1
不同下标式
x wz
w xy yxww yz
四个特征函数（吉布斯方程）
Gibbs equation
d T u d ps d u v f( s ,v )
d 全d 微 分 f T h 条s件 d d v p MT vd s d sh f p h Nsf v ( ( s T v ,,p v ) ) d Tv s g s d ps v v T Md 关g ax系 w式g p e( T ll,p )
g的物理意义: g的减少＝可逆等温过程 对外的技术功，或者说，g是可逆等温 条件下焓中能转变为功的那部分，也称 吉布斯自由焓 Free enthalpy
四个特征函数（吉布斯方程）
Gibbs equation
d T u d ps d u v f( s ,v ) d T h d vd s h p h ( s ,p ) d fsd pT d f f v ( T ,v ) d g sd vT d g g p ( T ,p )
duT s sdTpdv
令 f uTs 亥姆霍兹函数 FUTS dfsdTpdv
f的物理意义: f的减少＝可逆等温过程 的膨胀也称亥 姆霍兹自由能 Free energy
f的特征函数
dfsdTpdv f f (T,v) 是特征函数
df Tf vdTfvTdv
八个偏导数
u (s)v
T
(hs)p
h (p)s
v
g (p)T
u (v)s
p(fv)T
(Tf )v s(Tg)p
四个特征函数（吉布斯方程）
只需记住
duTdspdv dhTdsvdp dfsdTpdv dgsdTvdp
会推导出 八个偏导数
和四个 Maxwell
关系式
§10-4 热系数Thermal coefficient