热工基础课件
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热工基础(第二版)-张学学(1)绪论课件
2022/10/23
15
0-2 热工基础的研究内容
热工基础
（热工理论基础）
工程热力学篇 传热学篇
主要研究内容：
热工基础主要研究热能利用的基 本规律、提高热能利用率的方法以及 热能利用过程及自然界所有热现象中 热量传递的基本规律。
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1.工程热力学的研究内容与研究方法
（1）研究内容
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健 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。
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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
高温热源 吸热Q1 作功W
热机 机械能
放热Q2
水泵
冷却水
低温热源
如何提高热机的热能利用率（热效率）是
工程热力学的主要研究内容之一 。
2022/10/23
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2.传热学的研究内容与研究方法
（1）研究内容
传热学以热力学第一、第二定律为 基础，研究热量传递的规律。
所谓热量，是指在温差的作用下传递的热能的 数量。由于在人们的日常生活和生产实践中温差 几乎无处不在，所以热量传递是普遍存在的物理 现象。
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 。
（2）研究方法
工程热力学采用经典热力学的宏观
（不涉及微观，整体对待）研究方法，
还普遍采用抽象、概括、理想化和简化
处理方法。
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热工基础与应用 (第4版)课件：工质的热力性质和热力过程
t2 t1
c t2
c t2 0C
t2
c t1 0C
t1
t1
t2 t1
t c dt c t (t 0)
0C
0C
c =c(t2)
c t2 t1
t2 t
热工基础与应用 3、平均比热容的直线关系式
c t2
t2 cdt
t1
t2 t1
(a
bt)dt
a(t 2
t1 )
b
2
(t
2 2
t12 )
wi
mi m
;
xi
ni n
;
i
Vi V
换算关系：i xi ；
wi
xi M i ； xi M i
xi
wi / M i wi / M i
三、折合摩尔质量和折合体常数
M eq
m n
xi M i
Rg,eq wi Rg,i
热工基础与应用
四、理想气体混合物的热力学能和焓及熵
比热容 ：
c wici
U
mcvt
m
5 2
Rg t
5.226
2.5 0.287
(140
27)
423.7(kJ)
热工基础与应用 §4-5 理想气体的基本热力过程
理想气体热力过程的研究前提如下： 1、理想气体 ； 2、过程为可逆过程；
3、比热容为定值。
理想气体热力过程的研究步骤如下： 1、列出过程方程式：根据过程特点列出或推导出过程
R)
9 2
Rg
(9 2
R)
热工基础与应用
§4-3 理想气体的比热力学能和比焓及比熵
一、 理想气体的比热力学能和比焓
热工基础(张学学)第一章.ppt
对于可逆过程1～2：
W pdV
1
2
18
单位质量工质所作的膨胀功用符号 w 表示，单位为 J/kg 或 kJ/kg。 2
w pdv
w pdv
1
膨胀：dv > 0，w > 0； 压缩：dv < 0，w < 0。 (2) 示功图（p-v图）
w 的大小可以用 p-v 图上的 过程曲线下面的面积来表示 。
5
（3）状态参数 用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数，如温度、 压力、比体积等。 状态参数的特点：当状态确定时，状态参数的数值也随
之确定；反之亦然。
（4）非平衡状态 系统内部存在不平衡势（温差或压差），因此存在能量
或质量传递的宏观物理状况。
非平衡状态不能用状态参数来描写。
6
2. 基本状态参数
只有绝对压力 p 才是状态参数。 当绝对压力 p 高于大气压力 pb 时，有：p = pb + pe 当绝对压力 p 低于大气压力 pb 时，有：p = pb － pv
8
（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。
当两个温度不同的物体相互接触时，它们之间将发生热 量传递，如果没有其它物体影响，这两个物体的温度将逐渐
22
（3）示热图（T-s图） 在可逆过程中，单位质 量工质与外界交换的热量， 可以用 T-s 图（温熵图）上 过程曲线下的面积来表示。 温熵图也称为示热图。
q Tds
1
2
23
热力学温标与摄氏温标的关系：
t = T – 273.15 K 温差：1 K = 1 ℃ 国际单位制（SI）采用热力学温度T 作为基本状态参数。
W pdV
1
2
18
单位质量工质所作的膨胀功用符号 w 表示，单位为 J/kg 或 kJ/kg。 2
w pdv
w pdv
1
膨胀：dv > 0，w > 0； 压缩：dv < 0，w < 0。 (2) 示功图（p-v图）
w 的大小可以用 p-v 图上的 过程曲线下面的面积来表示 。
5
（3）状态参数 用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数，如温度、 压力、比体积等。 状态参数的特点：当状态确定时，状态参数的数值也随
之确定；反之亦然。
（4）非平衡状态 系统内部存在不平衡势（温差或压差），因此存在能量
或质量传递的宏观物理状况。
非平衡状态不能用状态参数来描写。
6
2. 基本状态参数
只有绝对压力 p 才是状态参数。 当绝对压力 p 高于大气压力 pb 时，有：p = pb + pe 当绝对压力 p 低于大气压力 pb 时，有：p = pb － pv
8
（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。
当两个温度不同的物体相互接触时，它们之间将发生热 量传递，如果没有其它物体影响，这两个物体的温度将逐渐
22
（3）示热图（T-s图） 在可逆过程中，单位质 量工质与外界交换的热量， 可以用 T-s 图（温熵图）上 过程曲线下的面积来表示。 温熵图也称为示热图。
q Tds
1
2
23
热力学温标与摄氏温标的关系：
t = T – 273.15 K 温差：1 K = 1 ℃ 国际单位制（SI）采用热力学温度T 作为基本状态参数。
热工基础复习总结PPT课件
第6页/共16页
四、理想气体的热力过程
1. 理想气体 4 种基本热力过程及多变过程的特点，过 程中状态参数及功与热量的计算，注意过程都是 可逆的。
2. 能按已知条件在 p－v及T－s 图上正确画出过程线， 注意过程线的起点应在 4 条基本过程线的交点上。
五、喷管、绝热节流 1. 喷管中气体流速和流量的计算、出口处压力 p2 与背压的关系、临界压力比的定义 、喷管的选型。
4）掌握热力学能、总能、焓、膨胀功、轴功、技术 功、流动功等概念以及膨胀功、技术功在 p－ 图上 的图示。
第4页/共16页
3. 热力学第二定律的实质和经典表述。 1）理解热力学第二定律的实质和 2 种经典表述； 2）循环、卡诺循环（正、逆循环）的组成、经济性
指标， 卡诺定理的指导意义。
4. 熵的定义式，过程中引起熵变的原因，热熵流和熵
第7页/共16页
c 2(h1 h2 )
2. 绝热节流现象及其过程特点。
m A c
六、气体动力循环、致冷循环
1. 活塞式压气机的工作原理、三种压缩过程的分析及功和热量的计算；容积效率、 多级压缩的目的、最佳压力比及其确定原则、多级压缩的优缺点和参数特征。
2. 理解内燃机循环、燃气轮机循环和制冷循环的基 本工作原理；
注意定性温度、定型尺寸（特征尺寸）、特征速度 的选择和修正系数的使用。
三、辐射换热 1. 热辐射的基本概念: 包括热辐射的特点、 黑体、白体、透明体、灰体、辐射力、 有效辐个定律的内容及应用。 3. 角系数的定义、性质
角系数是纯几何参数，与表面性质无关，角系 数满足互换性、完整性和分解性。 4. 空间热阻、表面热阻、热阻网络图。 5. 两黑表面及两灰表面间辐射换热的计算。 6. 遮热板的原理及应用。
热工基础与应用 (第4版)课件：气体动力装置及循环
循环净功 w0 qH qL w345 w21
２ s
循环热效率
s 5 １v
t
w0 qH
1 qL qH
1
cv (T5 T1)
cv (T3 T2 ) cp (T4
T3 )
定义三个参数
压缩比 v1
增压比
v2
定压预胀比 v4
v
p3
p2
T
4
p
v3
２
5
v
１
s
热工基础与应用
热效率的表达式如下
T 3” 3’ 3 2”
压气机耗功 wC h2 h1 cp (T2 T1)
循环净功 w0 qH qL wT wC
2’
4
2
4’
4”
1
s
m
n
热效率 t
t
1
qL qH
1
1 T1 T2
1 1 1
cp (T4 cp (T3
T1) T2 )
1 T1 T2
T4 T1
T3 T2
1
循环放热量 qL cv (T4 T1)
循环净功
循环热效率
w0 qH qL w234 w21
t
w0 qH
1 qL qH
1 cv (T4 T1) cp (T3 T2 )
t
1
1 1 ( 1)
p
２３ s
s
４ １v
T
3
p
２
4 v
１
s
热工基础与应用
四、三种理想循环的比较
1、压比ε相同、吸热量 qH 相同的比较 面积23562=面积22’3’5’62=面积23”5”62=q1 面积14561<面积14’5’61 <面积14”5”61
２ s
循环热效率
s 5 １v
t
w0 qH
1 qL qH
1
cv (T5 T1)
cv (T3 T2 ) cp (T4
T3 )
定义三个参数
压缩比 v1
增压比
v2
定压预胀比 v4
v
p3
p2
T
4
p
v3
２
5
v
１
s
热工基础与应用
热效率的表达式如下
T 3” 3’ 3 2”
压气机耗功 wC h2 h1 cp (T2 T1)
循环净功 w0 qH qL wT wC
2’
4
2
4’
4”
1
s
m
n
热效率 t
t
1
qL qH
1
1 T1 T2
1 1 1
cp (T4 cp (T3
T1) T2 )
1 T1 T2
T4 T1
T3 T2
1
循环放热量 qL cv (T4 T1)
循环净功
循环热效率
w0 qH qL w234 w21
t
w0 qH
1 qL qH
1 cv (T4 T1) cp (T3 T2 )
t
1
1 1 ( 1)
p
２３ s
s
４ １v
T
3
p
２
4 v
１
s
热工基础与应用
四、三种理想循环的比较
1、压比ε相同、吸热量 qH 相同的比较 面积23562=面积22’3’5’62=面积23”5”62=q1 面积14561<面积14’5’61 <面积14”5”61
西安交大热工基础课件
热与流体研究中心
28
4. 状态参数熵
定义ds
( q
T
)r
为状态参数熵的微分
p ab A
用一组可逆绝热线，把它分
割成无限多种微元循环，每个微 元循环都是可逆旳。
1 dc
O
2
B
v
热与流体研究中心
29
pA
q1 b
• a•
• 1
对任意微元循环abcda：
2 •
•c •d q2 q2
B v
吸热：q1，温度为T1
理想气体等温膨胀
T
Q
W
多种说法等效
热与流体研究中心
9
热力学第二定律多种表述旳等效性：
QL QL
QH
热源：失去 QH QL QH QL QO WOt
外界：得到 WO
QL
冷源：失去 QL QL 0
TH WO QL TL
总效果：从单一热源吸热 Q1 Q2 Qnet
பைடு நூலகம்
全部转变为功
Wnet
Ex,Q
Q(1
T0 T
)
En,Q
Q T0 T
热与流体研究中心
25
3. 多热源旳可逆循环
1. 热源多于两个旳可逆循环
任意可逆循环，如左图之1H2L1。
T
H
•
•2 1•
L• s
吸热过程： 1H2，工质温度变化，为可逆，
需热源温度时时与工质相等，这么就 要有无限多种热源。
放热过程： 2L1，无限多种冷源。
第三节 热力学第二定律
热与流体研究中心
1
一、热力过程旳方向性
温差传热
A
QA
B
[政史地]西安交大热工基础课件
![[政史地]西安交大热工基础课件](https://img.taocdn.com/s3/m/9bbb270f53ea551810a6f524ccbff121dd36c5f7.png)
与传热方程式相对应，可以得到在该传热过程中传热系数 的计算式。
7
第七页，共61页。
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
k
1
1
1
h1 h2
h1 h2
tf1
tf2
说明:（1）h1和h2为复合换热表面传热系数 （2）两侧面积相等
8
kAtm
注意
36
第三十六页，共61页。
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
1 简化模型
以顺流情况为例
假设：
• 冷热流体的质量流量qm2、qm1以及比热容c2、c1
是常数； • 传热系数是常数； • 换热器无散热损失； • 换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
d qm1c1 dt1 d qm2c2 dt 2
dt dt1 dt2
dt1
1 qm1c1
d
dt 2
1 qm2c2
d
dt
1 qmhch
1 qmccc
d
d
d k dA t
39
第三十九页，共61页。
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
dt d k dA t
dt kdA
t
tx dt k Ax dA
t t
0
ln
tx t
k Ax
40
第四十页，共61页。
热工基础基本概念 ppt课件
发电机
凝 汽 器
(2)工质（水，蒸汽）
(3)膨胀做功
(4)循环(加压、加热、 膨胀做功、放热)
给水泵
1.1 热能转变为机械能的过程
过热器 锅 炉
热机
汽轮机 (1) 热动力装置
蒸汽动力装置 发电机 燃气动力装置
凝
汽 (2) 热动力机(热机)
器
给水泵
1.1 热能转变为机械能的过程
(3)工质：实现热能与机械能转换的媒介物质。 如：燃气、烟气、水蒸气、氟利昂、空气。
热工学
Basis of Heat Energy Engineering
2015-03-03
能源转换利用的关系
风 能
水 能
化 学 能
燃 料 电 池
风 车
水水
轮 机
车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
地
太
一次能源
热 阳 (天然存在)
能能
供 暖
光转 热换
光 电 转
换
能 90%
机械能 发电 电动 机机
热机
直接利用
二次能源
工程热力学与节能
工程热力学
是一门研究热能有效利用及热能和
其它形式能量建转立换节规律能的科学 理论及技术
热工学是重要的技术基础课
四大力学
理论力学：机械系统 热力学与统计物理学：热力系统 电动力学：电、磁系统 量子力学：微观系统 重要性
工程热力学 物理热力学 化学热力学 生物热力学 溶液热力学
热工学的研究内容
1.3 热力学状态及基本状态参数
状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 状态参数：描述热力系状态的宏观物理量。
结论：
• 状态一定，则状态参数也一定，反之亦然。 • 状态参数变换，则状态一定发生变化。
热工基础与应用 (第4版)课件：热能转换的基本概念和基本定律
§2-2 热力学能和总储存能 一、内部储存能——热力学能：工质微观粒子所具有的能量。
分子运动所具有的内动能
热力学能
分子间由于相互作用力所具有的内位能 维持一定分子结构的化学能和原子核内部的核能
热力学能U 是状态参数； 比热力学能 u＝U/m
热工基础与应用
二、外部储存能
Ek
1 mc2 2
或
ek
1 c2 2
可逆过程的热量
热工基础与应用
§1-3 热力循环
1、定义：
工质从某一初态出发经历一系列热 力状态变化后 又回到原来初态的热力 过程．即封闭的热力过程,简称循环。
2、分类 : 按性质 按目的
可逆循环:全部由可逆过程构成。 不可逆循环:只要存在不可逆过程。
正循环(即动力循环)：对外输出动力。 逆循环(即制冷循环或热泵循环）：制冷或制热。
q du pdv
或
2
q u pdv
1
热工基础与应用
§2-5 稳定流动系统的能量方程
一、稳定流动系统
1、定义：稳定流动系统是指热力系统内各点状态参数不随时间变
化的流动系统。
2、实现条件：
(1)进出系统的工质流量相等且不随时间而变；
(2)系统进出口工质的状态不随时间而变；
(3)系统与外界交换的功和热量等所有能量不随时间而变。
热工基础与应用
四、状态参数坐标图和状态方程式
1、独立的状态参数 ：简单可压缩系统 2 。
2、状态参数坐标图
p
T
p1
1( p1, v1 )
T1
1 (T1 , s1 )
O
v1 v
O
3、状态方程式
状态参数坐标图
s1 s
热工基础期末复习精品PPT课件
14
六、水定压加热汽化过程
1、水定压加热汽化过程
预热
汽化
过热
t < ts
t = ts
t = ts
t = ts
t >ts
15
第三章 理想气体混合物和湿空气
一、混合气体的分压力定律和分容积定律
质量分数 体积分数 摩尔分数 各种分数之间的换算
二、混合气体的比热容、热力学能、焓
1.比热容
c混 wici c混 xici Cm混xiCmi
们之间的比值是一定的。 热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必定产生相 应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应量的热。 应用范围：系统、工质、过程
第一定律第一解析式 QUW δQdUδW quw δqduδw 热 功的基本表达式
9
六、稳定流动能量方程式
流入系统的能量 – 流出系统的能量 = 系统内部储能增量: ΔECV 考虑到稳流特征： ΔECV=0 m1=m2=m; 及h=u+pv
3、 cp- cV
cpcVdh d T dudud p T vduduRdgTTduRg
cp cV Rg
迈耶公式
12
三、 理想气体热力学能和焓 仅是温度的函数 1、 因理想气体分子间无作用力
u u k u T d u c V d T
2、 hupvuRgT
hhT dhcpdT
3、利用气体热力性质表计算热量
Qmh2h1mc2f22c2f21mgz2z1W S
(A)
qh2h11 2cf22cf21 gz2z1 ws
(B)
1）改写式（B）为式（C）
q u w s p 2 v 2 p 1 v 1 1 2 c f 2 2 c f 2 1 g z 2 z 1 （C）
热工基础PPT 第一章 基本概念
������������������
状态参数是状态的单值函数，值取决于工质所处 状态，与过程无关
设x为任意状态参数，则
������2 ������1
������������ = ������2 − ������1 ,
������������ = 0
若x = f(y, z)，则可得 ������������ ������������ ������������ = ������������ + ������������ ������������ ������������ 状态参数的积分与路径,状态参数 的微量是一个全微分
比体积和密度(v，ρ) ������ = ������ =
������ ������ ������ ������
������������/������3 ������3 /������������
密度单位体积内物质的质量
比体积指的是单位质量的物质所占的体积
比体积是一个状态参数，则密度肯定也是工质的一个状态
绝热 pm
pout
分析：(1)该系统满足弛豫时间短的条件； (2)设过程进行时 a. 无摩擦(无耗散效应)； b. 没有压差(无势差损失)。
3.可逆条件
(1) 系统内外要随时处于力平衡和热平衡；
(2) 弛豫时间短； (3) 没有耗散效应 。
结论：可逆过程=没有耗散效应的v
1.2 状态参数 1.3 平衡状态 1.4 准静态过程及可逆过程 1.5 功和热量
系统中各处压力、温度均匀一致的状态，称为平衡状态。
当系统处于平衡状态的时候，系统中所有的状态参数都有
确定的数值，并且是一个定值。只有处于平衡状态的系统，
它的所有状态参数才会有确定的数值。
热工基础优秀课件
3.2.1静止流体所受的力
• 静止流体所受的外力有质量力和压应力两种,流体垂直 作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，习惯上 又称为压力。
（1）压力单位 在国际单位制（SI制）中，压力的单位为N/m2，称
为帕斯卡（Pa），帕斯卡与其它压力单位之间的换算 关系为： 1atm（标准大气压）=1.033at（工程大气压）
应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。
3.2.3 静力学原理在压力和压力差测量 上的应用
思考：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时读
数 R反映了什么？
p1p2
(0 )gR(z2 z1)g
p1 z1
p2 z2
R A A’
3.2.3 静力学原理在压力和压力差测量
上的应用
• 2．压差计
（2）双液柱压差计
gz p常数
• 对于静止流体中任意两点1和2，则有：
p 2p 1g (z1z2)
两边同除以g
p2
g
p1
g
z1
z2
——静力学基本方程
3.2.2 流体静力学基本方程
• 讨论
（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；
（2）在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平面上各点的压力 处处相等。压力相等的面称为等压面；
（3）压力具有传递性：液面上方压力变化时，液体内部各点的压力 也将发生相应的变化。即压力可传递，这就是帕斯卡定理；
（4）若记， 称为广义压力，代表单位体积静止流体的总势能（即 静压能p与位能gz之和），静止流体中各处的总势能均相等。因
此，位置越高的流体，其位能越大，而静压能则越小。
3.2.3 静力学原理在压力和压力差测量 上的应用
类似地，与x轴、y轴相垂直的面（参见图1-2）上受到 的应力分别为：
西安交大热工基础课件
热与流体研究中心
14
热工基础
导热、对流和辐射综合表现
房间散热
h1, tf1
h2, tf2
研究传热过程的基本目的： 传热量和温度分布
热与流体研究中心 15
热工基础
第二节 导热的基本定律及稳态导热
1. 导热的基本定律
（1）温度场和温度梯度
定义： 物体中各点温度值所组成的集合
z
y
x
热与流体研究中心
16
0 1 bt
热与流体研究中心
34
热工基础
（三）通过等截面直肋的导热
肋片：指依附于基础表面上的扩展表面。
热与流体研究中心
35
热工基础
特点：前面分析中例题在导热热流量传递路径 上处处相等，工程实际中还会遇到热流量处处变化 的稳态导热情况，肋片的导热既是如此。
热与流体研究中心
36
热工基础
1.定义：温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直 接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动 而进行的热量传递现象。
导热特点:
1) 依靠微观粒子的无规则热运动 2) 物体之间不发生宏观相对位移
热与流体研究中心 3
热工基础
基本公式：
t w1
t w2
A
t A
t q A
qdx dt 0 t w1 q t t w1 x
q t w1 t w2
x
t w2
t
t
r
Φ qA
t
A
t R
热与流体研究中心
26
热工基础
热阻的概念
t1 t2
热工基础ppt课件
共建课堂 作业独立完成 平时成绩是期末成绩的一部分
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32
HVAC — refrigeration systems, heat pumps, etc. 供热通风与空调工程——制冷系统，热泵等
Cryogenics — gas separation and liquefaction 低温——气体分离及液化
Biomedical applications 生物医学应用
flight invented and built by Wilbur and Orville Wright
flown by them at Kitty Hawk, North Carolina December 17,
1903 .They opened the era of aviation.
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2
绪论
0-1 能量与能源 0-2 热工基础的研究内容
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3
0-1 能量与能源
能量
能量是物质运动的度量。 世界是由物质构成的，一切物质都处于运 动状态，所以一切物质都具有能量。
能量是人类社会进步的动力。
ppt能 : 物体的动能与势能； 热能 ：物质分子热运动动能与位能之和，即不涉
直接利用：将热能直接用于加热物体 如：烘干、蒸煮、采暖、熔化等等；
间接利用：将热能转变为其它形式的能 * 如：热能向机械能的转换 热能向机械能转换后再由机械能转换为电能 热能向电能直接转换
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9
0－2 热工基础的研究内容
1.工程热力学的研究内容与研究方法 2.传热学的研究内容与研究方法
宏观方法—经典热力学
①根据热力学的两个定律，运用严密的逻辑推理， 对物体的宏观现象进行分析研究，而不涉及物质 的微观结构和微观粒子的运动情况。
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HVAC — refrigeration systems, heat pumps, etc. 供热通风与空调工程——制冷系统，热泵等
Cryogenics — gas separation and liquefaction 低温——气体分离及液化
Biomedical applications 生物医学应用
flight invented and built by Wilbur and Orville Wright
flown by them at Kitty Hawk, North Carolina December 17,
1903 .They opened the era of aviation.
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绪论
0-1 能量与能源 0-2 热工基础的研究内容
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0-1 能量与能源
能量
能量是物质运动的度量。 世界是由物质构成的，一切物质都处于运 动状态，所以一切物质都具有能量。
能量是人类社会进步的动力。
ppt能 : 物体的动能与势能； 热能 ：物质分子热运动动能与位能之和，即不涉
直接利用：将热能直接用于加热物体 如：烘干、蒸煮、采暖、熔化等等；
间接利用：将热能转变为其它形式的能 * 如：热能向机械能的转换 热能向机械能转换后再由机械能转换为电能 热能向电能直接转换
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0－2 热工基础的研究内容
1.工程热力学的研究内容与研究方法 2.传热学的研究内容与研究方法
宏观方法—经典热力学
①根据热力学的两个定律，运用严密的逻辑推理， 对物体的宏观现象进行分析研究，而不涉及物质 的微观结构和微观粒子的运动情况。
热工基础课件
热与流体研究中心
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热工基础
常用状态参数
压力P、温度T、体积V、热力学能U、 焓H和熵S，其中压力、温度和体积可直 接用仪器测量，称为基本状态参数。其余 状态参数可根据基本状态参数间接算得。
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热工基础
强度量与广延量
强度量：与系统质量无关，如P、T。强度 量不具有可加性。
广延量：与系统质量成正比，如V、U、H、 S。广延量具有可加性。广延量的比参数 （单位质量工质的体积、热力学能等）具有 强度量的性质，不具有可加性。
排入大气
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5
热工基础
燃气轮机装置示意图
热与流体研究中心
6
小型燃气轮机
热工基础
热与流体研究中心
7
热工基础
热与流体研究中心
8
热工基础
热与流体研究中心
9
热工基础
蒸汽动力装置（流程图）
热与流体研究中心
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热工基础
比较上述两种热机
不同点：构造和工作特性不同。 相同点： 存在某一种媒介物质以获得能量；
（如内燃机中混合气，蒸汽机中的水） 存在能提供热能的能量源； 余下的热能排向环境介质。
结论：
各种形式的热机都存在以下几个相同的热力过 程：吸热、膨胀作功和排热。
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热工基础
名词定义：
工质（working substance; working medium ）:
实现热能和机械能相互转化的媒介物质。 ① 膨胀性；② 流动性；③ 热容量；④ 稳定性、安全性； ⑤ 环保性能；⑥价格。因此，物质三态中气体最合适。
热源（heat source; heat reservoir）:
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根据受力平衡有：
pA p0 A ghA 0
化简得：
p p0 gh
h—静止流体中任意点在自由液面下的深度
这就是重力作用下的液体平衡方程，通常 称为流体静力学基本方程。——表达式之一
适用范围：重力作用下的平衡状态均质不可 压缩连通的流体。
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若在静止液体中任取两 点 1 和 2 ，点 1 和点 2 压强各为 p1 和 p2, 位置坐标各为 z1 和 z2 ， 则有：
p1 p0 g ( z0 z1 ) p2 p0 g ( z0 z2 )
以上两式同除以g,整理后得
p1 p2 z2 两式联立得 z1 g g
a
g
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3.常见的等压面
• 重力作用下同一静止液体中的水平面。重
力场中等压面判别条件：静止的连通的均 质的水平面。 • 气液分界面，即液体的自由表面，各点压 强均等于分界面上气体的压强，如处于大 气中的液体表面均为一个大气压。 • 互不掺混的两种液体的分界面，如水和水 银等。
在实验室研究中，由于压强比较小，或便于计
量和表达，也可用液柱高度作为压强的单位。
也有一些用标准大气压或工程大气压作为压强
单位的情况，计算时需要换算成标准单位。
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计示压强
讨论思考题2-4
讨论思考题2-5
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第三节 等压面及其性质
M点的绝对压强和相对压强为
1-2为等压面，则p1=p2
p pa 2 gh2 1 gh1
Pe= ρ2gh2－ ρ1gh1
测量气体压强时，ρ1gh1项可忽略不计,Pe=ρ2gh2
(2)被测容器中的流体压强小于大气压强情况
在等压面1—2上
p g h1 g h2
1 2
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2. 流体静压强的大小：与作用面的方向无关，即任一点上各
方向的流体静压强都相同。
Z B
Px Pn
Py
O
C Y
X
A Pz
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第二节 流体静压强的计量
• •
压强的计量标准 绝对压强：以绝对真空为基准计量的压强 值，即流体的真实压强，用p表示。 相对压强：以同高程的当地大气压pa为基 准计量的压强值。
位势能
压强势能
p z C g
常数
高度h=p/(ρg)：压强势能
结论：在重力作用下 静止液体中各点的单 位重量液体的总势能 相等。
几何意义
水头:单位重量流体所具有的能量用液柱 高表示，称为水头。
位置水头
p z C g
压强水头
常数
静水头（测压管水头）：位置 水头z和压强水头p/(ρg)之和。
船闸
当船下行时，先将闸室充水，待室内水位与上游 相平时，将上游闸门开启，让船只进入闸室。随即 关闭上游的闸门，闸室放水，待其降至与下游水位 相平时，将下游闸门开启，船只即可出闸。上行时 与上述过程相反。
•
连通器的应用
锅炉汽包的高读水位计
液位计
液面上压力相等时，连通的密度相同的
连续液体的高度相同；连通的密度不同 液体的高度不同，密度较小的液体的液 位较高。
结论：在重力作用下 静止液体中各点的静 水头相等。
二、流体静力学基本方程的应用 一般应用 求解步骤 ： 1．选择正确的等压面。选择等压面是解决问 题的关键，根据等压面的条件，选择包含已知条 件和未知量的符合条件的水平面为等压面，一般 选在两种液体的分界面或气液分界面上。 2．根据具体情况，结合流体静力学基本方程 列出每个等压面的压强表达式，从而把等压面压 强与已知点压强、未知点压强联系起来。 3．令等压面压强相等，得到求解未知点压强 的方程式，从而代入数据得到答案。
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压强的单位
• 标准单位：帕斯卡（简称帕），单位符号为Pa。 1Pa=1N/m2 • 由于Pa比较小，工程上较大的压强的计量常用 kPa或MPa，以MPa居多，设备型号中省略的 压强单位，若无特别说明，均为MPa。
1kPa=103Pa, 1MPa=106Pa 汽轮机 N200-12.75/535/535
h2 = h - h1 = (4.55-3.2)m = 1.35m
二、流体静力学基本方程的应用 仪器应用 定义：两个以上的容 器在所盛液体的自由表面 以下连通称为连通器。
如何判断连通器中的等压面？
判断依据：连通器中的等压面是静止、连 通的同一种流体中的水平面。
连通器的应用
•
河水被大坝隔断，上下 游的水位差较大，航船 无法通过。船闸是利用 向两端有闸门控制的航 道内灌、泄水，以升降 水位，使船舶能克服航 道上的集中水位落差的 厢形通航建筑物。
1. 等压面定义：压强相等的各点所组成 的面。 2. 等压面特性： （1）等压面与质量力互相垂直。 （2）等压面不能相交。
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等压面的性质举例：
（1）质量力只有重力时，重力与等压面相 垂直，在小范围内等压面为水平面。
气 液
（2）加速运动的油罐，等压面为倾斜平面。
液柱式压力计
U形管
倾斜式
弹簧管压力表
活塞式压力计
精密数字压力表
倾斜式微压计
液柱式测压计
1 测压管 结构和测量原理 相对压强为： pe= ρg h
内径不小于10mm
绝对压强为：
p pa gh
测压管适用范围
由于测压管中的工作介质就是被测容器 中的液体，所以测压管只能用于测量液 体的压强；
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水压机工作原理
•
图示为一水压机的装置简图，它由一个杠杆装 置1、一个小活塞缸2和一个大活塞缸3组成，4 是被挤压的物体。通过杠杆装置在小活塞上施 加一个较小的作用力，根据帕斯卡原理，产生 的压强通过连通管内的水传递到大活塞上，由 于大活塞的面积为小活塞面积的20倍，传递过 来的压强在大活塞上产生放大的力，从而挤压 物体。
连通器的特点
•液面上压力不相等时，所受压力较小的液体
的液位较高。 •两段液柱间有气体时，认为气体空间各点压 力相等。
流 体 静 力 学 基 本 方 程 的 应 用
你了解的压力计有哪些？
型 压 力 计 式 基本工作原理 通过弹性元件变形量测量
金属式
电气式
液柱式
将压力信号转换为电信号
流体静力学的连通器原理
绝对压强和相对压强的应用
属于流体的物性和状态的有关公式、计 算、资料数据等多采用绝对压强，例如 理想气体状态方程，饱和蒸汽压，汽轮 机主汽门前的蒸汽参数，凝汽器或除氧 器参数等的压强值。 属于流体工程的强度、测试等有关压强 值多采用计示压强。例如计算受压容器 强度，管道附件公称压力，高压加热器 水侧压力，汽轮机调节和润滑油压，泵 与风机进出口压强等。
静止流体对固体壁面的压力
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前 言 流体静力学的研究内容：流体在外力作用下 静止平衡的规律及其在工程实际中的应用。
静止 绝对静止：相对于惯性参考坐标系 (地球)静止 相对静止：相对于非惯性参考坐标系 (其他参照物)静止
流体静力学的应用：研究静止流体压强分 布规律，是液柱式测压计基本工作原理的 依据，是研究流体动力学的基础。
p=p0+ρgh 分析 在静止液体中，任意一点的静压强由两部分组成： 一部分是自由液面上的压强p0；另一部分是该点到 自由液面的单位面积上的液柱重量ρgh。当p0有变 化时，液体内部各点的压强也发生同样大小的变化， 这就是著名的帕斯卡原理，该原理在水压机、液压 传动等水利机械中得到广泛应用。 在重力作用下的静止液体中，静压强随深度按线性 规律变化，即随深度的增加，压强值成正比增大。 在连通的静止液体中，位于同一深度的各点的静压 强相等，即任一水平面都是等压面。
气 液 水银 水
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例2-1 判断连通器中的等压面
油 水
Ⅲ
Ⅱ Ⅰ 5 1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ⅲ 9 6 2 10 7 3 11 8 Ⅰ 4 Ⅱ
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例2-1 答案 在I水平面上： 1与2，同种液体但不连通，故不在一个等压面上。 2、3与4，同种液体且连通，故在一个等压面上。 • 在Ⅱ水平面上： 6与8同在同种液体中，并连通，在一个等压面上。 7与6、8不在同种液体中，故不在一个等压面上。 • 在Ⅲ水平面上： 9、l0与11，不在一个等压面上因为 9与10、11不 是同种液体， l0与11虽然在同种液体中，但不连 通，被水隔断。
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书名：热工基础 作者：张红霞 ISBN： 978-7-111-35611-0 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件
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第二章 流体静力学
流体静压强及其性质
流体静压强的计量 等压面及其性质 流体静力学基本方程及其应用
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静止流体的特点
能承受法向力，不能承受切向力。 不表现粘性作用。（静力学规律对无粘
性流体和实际流体都适用。）
处于受力平衡状态，符合牛顿第一定律 即
F 0
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第一节 流体静压强及其性质
一、流体静压强：当流体处于静止状态时的压强 称为流体静压强，用符号p表示，单位为Pa。 二、流体静压强的两个基本特性： 1.流体静压强的方向：垂直指向作用面。