最新[工学]-第十四章-工程热力学教学讲义PPT课件
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(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。
工程热力学ppt课件
1906--1912年，
德国物理化学家
能斯特根据低温
下化学反应中大
量的实验事实，
归纳出热力学第
三定律即绝对零
度不能达到，
使热力学理论更
趋完善。
15
1942年，美国的凯
南在热力学的基础
上提出了有效能的
概念，使人们对能
源利用和节能认识
又上了一个台阶。
J. H. Keenan1900—1977
完整编辑ppt
2. 微观方法————统计热力学
从物质的微观结构出发，应用统计方法研究大量
分子乱运动的统计平均性质，导出热力学定理，
可从微观机理解释热现象的本质。 但模型假设
有近似性，且分析计算繁复。
完整编辑ppt
21
工程上要求简单、可靠，故以宏观方
法为主。
工程热力学常采用抽象、概括、理想
化的方法，这种略去次要因素，抓住
3.何雅玲《工程热力学精要分析及典型题精解》西安
交通大学出版社2000
完整编辑ppt
23
煤、 天然气等)的化学能 。
地下燃料资源日益减少，不能满足飞
速发展的生产力对动力的需求。 世界
各国对原子能、太阳能、地热能， 乃
至海洋能、生物能等各种新能源正大
力开展多方面的研究工作，以期找到
新的能源出路。
完整编辑ppt
6
热
能
的
动
力
利
用
举
例
：
内
燃
机
的
工
作
过
程
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7
B、蒸汽动力装置工作过程
工程热力学
Engineering Thermodynamics
工程热力学14
Q Up UR W
生成物 反应物 容积变化功
化学反应系统的热一律表达式
1、闭口系 Q Up UR W v Qv U p U R
p Qp H p HR
v + 绝热
Up UR
p + 绝热
Hp HR
化学反应系统的热一律表达式
2、开口系
Q Hout Hin Wt
p
R
p Qp
H out
Qp0'
CO
Qp0
Q po '
Q0 p ''
393522kJ/kmolCCO2
Qp0' 282993kJ/kmolCO2
Qo p ''
CO2
燃烧热值（发热量、热值）
1kmol燃料完全燃烧时的热效应的绝对值
放热为负 H f
例
CO
1 2 O2
CO2
Qp'
标准状态 Qp0 282993kJ / kmol(CO)
CO的标准热值
H
0 f
Qp0
282993kJ
/
kmol(CO)
高热值与低热值
若含H的燃料燃烧，会有H2O产生
如果 Tp Ts ( pv ) 生成物是液态水
如果 Tp Ts ( pv )
高热值
H
h f
生成物是气态水
低热值
H
l f
高热值与低热值
例
H2
1 2 O2
H 2O
标准态
H
0h f
285838kJ
有 T + v 测固、液燃料的发热量
化 学
T
+
p 测气体燃料的发热量
生成物 反应物 容积变化功
化学反应系统的热一律表达式
1、闭口系 Q Up UR W v Qv U p U R
p Qp H p HR
v + 绝热
Up UR
p + 绝热
Hp HR
化学反应系统的热一律表达式
2、开口系
Q Hout Hin Wt
p
R
p Qp
H out
Qp0'
CO
Qp0
Q po '
Q0 p ''
393522kJ/kmolCCO2
Qp0' 282993kJ/kmolCO2
Qo p ''
CO2
燃烧热值（发热量、热值）
1kmol燃料完全燃烧时的热效应的绝对值
放热为负 H f
例
CO
1 2 O2
CO2
Qp'
标准状态 Qp0 282993kJ / kmol(CO)
CO的标准热值
H
0 f
Qp0
282993kJ
/
kmol(CO)
高热值与低热值
若含H的燃料燃烧，会有H2O产生
如果 Tp Ts ( pv ) 生成物是液态水
如果 Tp Ts ( pv )
高热值
H
h f
生成物是气态水
低热值
H
l f
高热值与低热值
例
H2
1 2 O2
H 2O
标准态
H
0h f
285838kJ
有 T + v 测固、液燃料的发热量
化 学
T
+
p 测气体燃料的发热量
《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。
第十四章第一节热机PPT课件(人教版)
内燃机车
喷气发动机
热机:内能转化成机械能的装置 分类：汽油机、柴油机
火箭发动机
汽油机的结构
进气门
曲轴
火花塞
气缸 排气门
活塞 连杆
知识点2 汽油机的工作原理
吸气冲程 进气门打开
汽油和空气的 混合物
排气门关闭 活塞向下运动
知识点2 汽油机的工作原理
紧缩冲程
进气门关闭
机械能
转化
内能
排气门关闭 活塞向上运动
课堂教学展示 习题解答
3.下列关于如图所示实验的说法，错误的是( C ) A.试管口出现的白雾是液化的结果 B.该实验基本能反应热机的工作原理 C.木塞冲出的过程中机械能转化为内能 D.该实验可以说明做功能改变物体的内能
知识点3
柴油机
区别
构造 吸气 点火
汽油机
柴空气的混合物 空气
课堂教学展示 随堂演练
1. 一台单缸四冲程汽油机，如图所示为_做__功_冲程， 若飞轮转速为3600r/min，该汽油机活塞1s对外做功_30_次， 完成的冲程数是120 个，活塞往复运动 60 次。
课堂教学展示 课堂演练
2.一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200 r/min, 它1 s内做功的次数和完成的冲程数是 ( A ) A.10次,40个冲程 B.20次,80个冲程 C.40次,80个冲程 D.80次,80个冲程
知识点2 汽油机的工作原理
做功冲程
进气门关闭
内能
转化
机械能
排气门关闭 活塞向下运动
知识点2 汽油机的工作原理
排气冲程 进气门关闭
废气 排气门打开
活塞向上运动
一个工作循环有四个冲程，
吸气
活塞往返两次，曲轴转两圈，
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。
《工程热力学》PPT课件
n从到0，放热→0 →吸热；等温线右内能增加，左内能减少。 例如压缩机压缩过程：K＞n＞１
第五节 热力学第二定律
重点掌握：
1、热力学第二定律的表述； 2、热力循环的热效率； 3、卡诺循环的热效率。
一、热力学第二定律的表述
1、热量不可能自发的、不付任何代价的由一个低温物 体传至高温物体。—热量不可能自发地从冷物体转移到
K= cp/cν：绝热指数
3、参数间的关系： 由 Pvk=常数 →P1v1k=P2v2k →P1/P2=(v2/v1)k 又 Pv=RT →P=RT/v →Tvk-1=常数 →T1/T2=(v2/v1)k-1 →T2=T1(v1/v2)k-1 =T1εk-1 4、过程量的计算： 推出： w=-u q=w+ u q=0
一、定容过程
1、定义：过程进行中系统的容积（比容）保持不变
的过程。
2、过程方程式：ν =常数 3、参数间的关系： 由 PV=RT 知，P/T=常数， 所以： P1/P2=T1/T2, P1/T1=P2/T2 4、过程量的计算： 又 q=Δ u+w， 由 W=∫PdV， 且 dV=0
→ w=0
→ q=Δ u
热力系统从一个平衡状 态到另一个平衡状态的变 化历程。
力过程。
二、膨胀功Ｗ（Ｊ）
气体在热力过程中由于体 积发生变化所做的功（又 称为容积功）
规定：热力系统对外界做功为正，外界对热
力系统做功为负。 由δ W=PdV得： dV>0，膨胀,δ W>0， 系统对外界做功； dV<0，压缩,δ W<0， 外界对系统做功； dV=0，δ W=0， 系统与外界之间无功量 传递。
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。
工程热力学PPT教案
四、热量与功的异同：
1.均为通过边界传递的能量；
2.均为过程量； 3.功传递由压力差推动，比体积变化是作功标志；
热量传递由温差推动，比熵变化是传热的标志；
4.功是物系间通过宏观运动发生相互作用传递的能量； 热是物系间通过紊乱的微粒运动发生相互作用而传递的
能量。
功
热是无条件的；
热
功是有条件、限度的。
附： 1kWhห้องสมุดไป่ตู้ 3600kJ
第38页3/8共55页
6．讨论 有用功(useful work)概念
Wu W Wl Wp
pb
f
其中:
W—膨胀功(compression/expansion work)；
Wl—摩擦耗功； Wp＿排斥大气功。
例A7001331
第39页3/9共55页
用外部参数计算不可逆过程的功
第5页/5共55页
二、系统及边界示例
• 汽车发动机
第6页/6共55页
• 汽缸-活塞装置（闭口系例）
第7页/7共55页
• 移动和虚构边界
第8页/8共55页
注意： 1）系统与外界的人为性 2）外界与环境介质 3）边界可以是： a）刚性的或可变形的或有弹性的 b）固定的或可移动的 c）实际的或虚拟的
p
p1 1
O
v1
T
T2 2
p
p3 3
vO
s2
sO
T3
T
第30页3/0共55页
附：纯物质的p-v-T图
第31页3/1共55页
水p-v-T图
第32页3/2共55页
1-5 工质的状态变化过程
一、准静态过程(quasi-static process; quasi-equilibrium process)
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[工学]-第十四章-工程热力学
§14-1 概 述
应用：化学反应的过程 chemical reaction
√ 动力装置煤、油、天然气的燃烧
水处理 化工过程
目的:
热力学基本定律用于化学过程， 研究这些过程能量的转换、平衡、 方向性、化学平衡
有化学反应过程的特点
1、独立变量数
无化学反应：简单可压缩系统，2 有化学反应：独立变量数>2
Q0 p''
Qp
Qp0'
Q
0 p
CO
Q
o p'
Q p 0 '' 3 9 3 5 2 2 k J/k m o lCC O 2 Q p 0 ' 2 8 2 9 9 3 k J/k m o lC O 2Q
o p
''
CO2
燃烧热值（发热量、热值）
Heating value of the fuel
1kmol燃料完全燃烧时的热效应的绝对值 Complete 放热为负 H f
热效应与反应热Heat of reaction
反应热：系统与外界交换的热量，过程量
容积变化功
热效应： T
状态量
1 kmol
盖斯定律
Hess Law
盖斯定律(1840年)
当反应前后物质的
C Qp2 D
种类给定时，化学反
应的热效应，与中间 Qp1
Qp3
过程无关，只与过程 A 初始和终了状态有关。 Qp4
B
Qp5
Qp1 Qp2 Qp3 Qp4 Qp5
E
某些测不出（或不易 测）的热效应可由易
测的热效应代替。
标准态
盖斯2OQQ p0''Q p0 p 0 测 不11 准0同52 Q时9k p0产J/k 生Qm p0o '' lC QO p0'
CO12O2 CO2Qp0'
力不平衡势 热不平衡势 化学势 Chemical potential
有化学反应过程的特点
5、功
反应物系中与外界交换的功包含体积变化 功、电功及对磁力以及其它性质的力作功：
WtotWWu
总功
体积功，无法利用
系统对外作功为正，外界对系统作功为负
有化学反应过程的特点
6、热力学能
化学反应物系热力学能变化包括化学内能 （也称化学能）
v + 绝热
Up UR
p + 绝热
Hp HR
化学反应系统的热一律表达式
2、开口系
Q H out H inW t
p
R
p Qp Hout Hin
p
R
p + 绝热
Hout Hin
p
R
化学反应热效应 Thermal effect
当系统经历一个化学反应过程，只作容
积变化功，若所得生成物的温度与反应物温
固、液 V 0 只计气体反应前后 n 一般 Q p Qv
一般燃烧工程， Q p 用的最多
标准定压热效应
不同的T, p下，热效应不同，为比较
标准态： 25oC(298.15K),
Standard reference
1 atm (101.325kPa)
state
标准定压热效应 Q
0 p
或 H 0
查手册
Chemically reacting systems 一、化学反应系统的热一律表达式
本章只考虑容积变化功，忽略动、位能变化
1、闭口系
QUW QdUW
a A b B c C d D
QUpURW
生成物 反应物 容积变化功
化学反应系统的热一律表达式
1、闭口系 QUpURW v Qv Up UR
p Qp Hp HR
H 0 fh H 0 fl 4 4 0 1 1 k J /k m o l . H 2 O
1kmol H2O在25oC时的汽化潜热
标准生成焓
a A b B c C d D
定容反应 Q v c U m C d U m D a U m A b U m B
定容反应 Q vcH m CdH m DaH m AbH m B 理想气体 RMcdTpabTR
UUthUch
7、物质的量
不是质量
化学反应物系物质的量可能增大、减小 或者保持不变。
2H2+O2=2H2O
二. 可逆过程和不可逆过程
在完成某含有化学反应的过程后，当使过程沿相反 方向进行时，能够使物系和外界完全恢复到原来状态， 不留下任何变化的理想过程就是可逆过程。
一切含有化学反应的实际过程都是不可逆的，可逆 过程是一种理想的极限。少数特殊条件下的化学反应， 如蓄电池的放电和充电，接近可逆，而象燃烧反应则是 强烈的不可逆过程。 幻灯片 10
1atm 定压热效应
定压热效应和定容热效应
固体、液体燃料 Q p Qv
Q p Q v H U U p V U
参与反应的是理想气体
Q pQ v U(npVm)U
(npVm)nRm TnpnR Rm T
一般燃烧反应分子数变化不大
Q p Qv
定压热效应和定容热效应
固体、液体、理想气体同时参与反应 CO2CO2
度相等，这时1kmol主要反应物或生成物所
吸收或放出的热量
反应热效应
C H 4 2 O 2 C O 2 2 H 2 O (g )
取1kmol CH4 作为基准
常用 定容热效应
定压热效应
规定：吸热为正，放热为负
化学反应热效应
T + v Qv Up UR 1atm
定容热效应
T + p Qp HpHR 状态量
例 CO1 2O2 CO2Qp ' 标准状态 Q p 0 282993kJ/km ol(C O )
CO的标准热值
H 0 f Q p 0 2 8 2 9 9 3 k J /k m o l( C O )
高热值与低热值
Higher heating value and Lower heating value
若含H的燃料燃烧，会有H2O产生
如果 Tp Ts ( pv ) 生成物是液态水
如果 Tp Ts ( pv )
高热值
H
h f
生成物是气态水
低热值
H
l f
高热值与低热值
例
H2 12O2 H2O
标准态 H 0 fh 2 8 5 8 3 8 k J/k m o l.H 2
H 0 fl 2 4 1 8 2 7 k J/k m o l.H 2
化学反应过程中，若正向反应能作出有用功，则在 逆向反应中必须由外界对反应物系作功。可逆时正向反 应作出的有用功与逆向反应时所需加入的功绝对值相同， 符号相反。可逆正向反应作出的有用功最大，其逆向反 应时所需输入的有用功的绝对值最小。
PEMFC Working Principles
§14-2 热一律在化学反应系统中的应用
§14-1 概 述
应用：化学反应的过程 chemical reaction
√ 动力装置煤、油、天然气的燃烧
水处理 化工过程
目的:
热力学基本定律用于化学过程， 研究这些过程能量的转换、平衡、 方向性、化学平衡
有化学反应过程的特点
1、独立变量数
无化学反应：简单可压缩系统，2 有化学反应：独立变量数>2
Q0 p''
Qp
Qp0'
Q
0 p
CO
Q
o p'
Q p 0 '' 3 9 3 5 2 2 k J/k m o lCC O 2 Q p 0 ' 2 8 2 9 9 3 k J/k m o lC O 2Q
o p
''
CO2
燃烧热值（发热量、热值）
Heating value of the fuel
1kmol燃料完全燃烧时的热效应的绝对值 Complete 放热为负 H f
热效应与反应热Heat of reaction
反应热：系统与外界交换的热量，过程量
容积变化功
热效应： T
状态量
1 kmol
盖斯定律
Hess Law
盖斯定律(1840年)
当反应前后物质的
C Qp2 D
种类给定时，化学反
应的热效应，与中间 Qp1
Qp3
过程无关，只与过程 A 初始和终了状态有关。 Qp4
B
Qp5
Qp1 Qp2 Qp3 Qp4 Qp5
E
某些测不出（或不易 测）的热效应可由易
测的热效应代替。
标准态
盖斯2OQQ p0''Q p0 p 0 测 不11 准0同52 Q时9k p0产J/k 生Qm p0o '' lC QO p0'
CO12O2 CO2Qp0'
力不平衡势 热不平衡势 化学势 Chemical potential
有化学反应过程的特点
5、功
反应物系中与外界交换的功包含体积变化 功、电功及对磁力以及其它性质的力作功：
WtotWWu
总功
体积功，无法利用
系统对外作功为正，外界对系统作功为负
有化学反应过程的特点
6、热力学能
化学反应物系热力学能变化包括化学内能 （也称化学能）
v + 绝热
Up UR
p + 绝热
Hp HR
化学反应系统的热一律表达式
2、开口系
Q H out H inW t
p
R
p Qp Hout Hin
p
R
p + 绝热
Hout Hin
p
R
化学反应热效应 Thermal effect
当系统经历一个化学反应过程，只作容
积变化功，若所得生成物的温度与反应物温
固、液 V 0 只计气体反应前后 n 一般 Q p Qv
一般燃烧工程， Q p 用的最多
标准定压热效应
不同的T, p下，热效应不同，为比较
标准态： 25oC(298.15K),
Standard reference
1 atm (101.325kPa)
state
标准定压热效应 Q
0 p
或 H 0
查手册
Chemically reacting systems 一、化学反应系统的热一律表达式
本章只考虑容积变化功，忽略动、位能变化
1、闭口系
QUW QdUW
a A b B c C d D
QUpURW
生成物 反应物 容积变化功
化学反应系统的热一律表达式
1、闭口系 QUpURW v Qv Up UR
p Qp Hp HR
H 0 fh H 0 fl 4 4 0 1 1 k J /k m o l . H 2 O
1kmol H2O在25oC时的汽化潜热
标准生成焓
a A b B c C d D
定容反应 Q v c U m C d U m D a U m A b U m B
定容反应 Q vcH m CdH m DaH m AbH m B 理想气体 RMcdTpabTR
UUthUch
7、物质的量
不是质量
化学反应物系物质的量可能增大、减小 或者保持不变。
2H2+O2=2H2O
二. 可逆过程和不可逆过程
在完成某含有化学反应的过程后，当使过程沿相反 方向进行时，能够使物系和外界完全恢复到原来状态， 不留下任何变化的理想过程就是可逆过程。
一切含有化学反应的实际过程都是不可逆的，可逆 过程是一种理想的极限。少数特殊条件下的化学反应， 如蓄电池的放电和充电，接近可逆，而象燃烧反应则是 强烈的不可逆过程。 幻灯片 10
1atm 定压热效应
定压热效应和定容热效应
固体、液体燃料 Q p Qv
Q p Q v H U U p V U
参与反应的是理想气体
Q pQ v U(npVm)U
(npVm)nRm TnpnR Rm T
一般燃烧反应分子数变化不大
Q p Qv
定压热效应和定容热效应
固体、液体、理想气体同时参与反应 CO2CO2
度相等，这时1kmol主要反应物或生成物所
吸收或放出的热量
反应热效应
C H 4 2 O 2 C O 2 2 H 2 O (g )
取1kmol CH4 作为基准
常用 定容热效应
定压热效应
规定：吸热为正，放热为负
化学反应热效应
T + v Qv Up UR 1atm
定容热效应
T + p Qp HpHR 状态量
例 CO1 2O2 CO2Qp ' 标准状态 Q p 0 282993kJ/km ol(C O )
CO的标准热值
H 0 f Q p 0 2 8 2 9 9 3 k J /k m o l( C O )
高热值与低热值
Higher heating value and Lower heating value
若含H的燃料燃烧，会有H2O产生
如果 Tp Ts ( pv ) 生成物是液态水
如果 Tp Ts ( pv )
高热值
H
h f
生成物是气态水
低热值
H
l f
高热值与低热值
例
H2 12O2 H2O
标准态 H 0 fh 2 8 5 8 3 8 k J/k m o l.H 2
H 0 fl 2 4 1 8 2 7 k J/k m o l.H 2
化学反应过程中，若正向反应能作出有用功，则在 逆向反应中必须由外界对反应物系作功。可逆时正向反 应作出的有用功与逆向反应时所需加入的功绝对值相同， 符号相反。可逆正向反应作出的有用功最大，其逆向反 应时所需输入的有用功的绝对值最小。
PEMFC Working Principles
§14-2 热一律在化学反应系统中的应用