第一篇工程热力学基础知识
工程热力学第一章基本概念
04
热力循环
循环的定义和分类
定义
热力循环是一系列按照一定顺序进行的热力过程，并且最终 回到初始状态。
分类
根据不同的分类标准，如工作介质、循环温度、循环方式等 ，可以将热力循环分为多种类型，如蒸汽循环、燃气循环、 制冷循环等。
理想循环和实际循环
理想循环
理想循环是指在没有任何损失的 理想情况下进行的循环，其效率 最高。例如，理想蒸汽循环、理 想燃气循环等。
可逆过程和不可逆过程
总结词
可逆过程和不可逆过程是热力学中重要的概念，它们在能量转换和利用中具有重要意义。
详细描述
可逆过程是指系统在变化过程中，每一个中间状态都是平衡状态，且不引起其他影响的过程。不可逆过程则是指 系统在变化过程中，存在非平衡状态，且会引起其他影响的过程。这两种过程的特性对热力学系统的能量转换和 利用具有重要影响。
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平衡状态的分类
绝对平衡状态
系统内部各部分之间没有任何相对运 动或相对变形，整个系统处于完全静 止的状态。
相对平衡状态
系统内部各部分之间存在一定的相对 运动或相对变形，但这种运动或变形 是稳定的，不会引起系统内部各部分 之间的相互作用或能量交换。
平衡状态参数
01
02
03
04
温度
表示物体冷热程度的物理量， 是物体分子热运动的宏观表现 。
工程热力学第一章基本概念
目
CONTENCT
录
• 热力系统 • 热力平衡 • 热力过程 • 热力循环
01
热力系统
热力系统的定义
热力系统
在工程热力学中，热力系统是指一个封闭或开放的 体系，其中包含着相互作用的物质和能量。
第1章 工程热力学基础
绪论一、2002年我国能源状况：•一次能源消费量为14.8亿吨标准煤，为世界第二大能源消费国•一次能源产量为13.87亿吨标准煤Ø煤炭产量13.8亿吨，居世界第1位Ø原油1.67亿吨，居世界第5位Ø天然气产量326.6亿立方米，居世界第16位•发电装机容量3.57亿千瓦，居世界第2位二、世界能源发展趋势：•目前全世界能源总消费量约为130亿吨标准煤,化石能源占80%以上•工业国家能源消费经历由煤炭向优质能源（石油、天然气）转变，再进一步向可再生能源过渡•为实现可持续发展，欧洲、日本等正大力发展风电、太阳能、生物质能等可再生能源，每年增长率达30%以上•人均能源消费量与人均GDP的增长有很强的相关性•从世界范围看，人均GDP达1万美元（中等发达国家水平）以前，人均能源消费量增长较快，其值约为4吨标煤，其后增长变缓•在人均GDP达1万美元阶段，日本人均能源消费量为4.25吨标煤 (1980年)，韩国为4.07吨标煤(1997年)，而美国为8吨标煤 (1960年)三、未来我国能源需求预测：•2020年，我国一次能源需求值在25～33亿吨标煤之间，均值是29亿吨标煤Ø煤炭：21～29亿吨Ø石油：4.5～6.1亿吨Ø天然气：1400～1600亿立方米Ø发电装机容量：8.6～9.5亿千瓦，其中水电2.0～2.4亿千瓦•2050年要达到目前中等发达国家水平，人均能源消耗应达3.0吨标煤以上，能源需求总量约为50亿吨标煤四、我国能源面临的矛盾与挑战：1、能源供需矛盾突出•我国人均能源可采储量远低于世界平均水平,石油2.60吨，天然气1074立方米，煤炭90吨，分别为世界平均值的11.1%，4.3%，55.4%•我国目前人均能源消费约为1吨标煤，世界平均值为2.1吨标煤，美国11.7吨标煤，OECD 国家6.8吨标煤•到2050年，我国能源供应将面临更为严峻挑战，国内常规能源难以满足需求的增长2、能源安全，尤其是石油安全问题凸现•到2020年，我国石油消费量将为4.5~6.1亿吨，届时国内石油产量为1.8~2.0亿吨，对外依存度将达60% •我国煤炭资源丰富，但探明程度低，可供建矿的精查储量严重不足3、能源利用效率低下，节能任务十分艰巨•我国能源效率约为31.4%，与先进国家相差10个百分点，主要工业产品单位能耗比先进国家高出30%以上•目前，我国正面临着重化工业新一轮增长，国际制造业转移以及城市化进程加速的新情况，经济发展对能源的依赖度增大，能源翻一番保GDP翻两番的任务艰巨4、环境污染严重，可持续发展面临较大压力•从环境容量看，二氧化硫为1620万吨，氮氧化物为1880万吨，到2020年，如不采取措施，两者的排放量将分别达到4000万吨和3500万吨•我国CO2的排放量已成为世界第2位，未来将面临巨大的国际压力五、我国能源发展战略：我国应以保障供应为主线，实施“节能优先、供应安全、结构优化、环境友好”的可持续发展能源战略。
第一章工程热力学基础
c p ,m cv,m Rm Rm 8.3143 J (kmol K )
由上面两个公式可推导得出下面的关系式：
cv , m c p ,m
1 1
Rm Rm
1
理想气体的比热容、热力学能和焓
比热容c（J/kgK）是单位质量的物质在可逆过程中温 度升高1℃（或1K）所吸收或放出的热量
闭口系统能量方程
对1 kg工质而言，有： q 对微元过程而言，有：
u2 u1 w ห้องสมุดไป่ตู้ u w
δq du δw
（1）公式可用于任何过程，任何工质。
（2）Q、W、U为代数值。当热力学能增加时，U> 0， 当热力学能减少时，U<0 。
（3）对可逆循环，因dw= pdv， du= 0，故：
例如：空气中已知rN2=0.79，rO2=0.21（忽略其他成 分），则空气的折合摩尔质量：
N rN O rO 28 0.79 32 0.21 28.84kg kmol
2 2 2 2
热力过程分析
定容过程
热力过程分析
等压过程
热力过程分析
绝热过程
热力过程分析
平衡状态的充要条件是： （1）热平衡（2）力平衡（3）相平衡（4）化学平衡
稳定未必平衡 平衡未必均匀
状态参数
压力 p、温度 T、比容 v
内能U，焓H，熵S
（容易测量）
1、压力 p 物理中压强，单位: Pa ,
N/m2
常用单位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665 104 Pa
工程热力学基本知识
p p0 pe p p0 pv
第0章 工程热力学基本知识
第一节 基本概念
二、气体状态参数与状态方程 3.比容 单位质量物质所占的容积，称为比容，代表 符号V。单位m3/kg
第0章 工程热力学基本知识
第一节 基本概念
二、气体状态参数与状态方程 4.理想气体状态方程
pv R T
p1v1 p2v2 R T1 T2
第0章 工程热力学基本知识
第一节 基本概念
一、热力系统 3.热源 定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。 高温热源（热源-- heat source ） 低温热源（冷源—heat sink） 恒温热源(constant heat reservoir) 变温热源
第0章 工程热力学基本知识
第一节 基本概念
第一节 基本概念
二、气体状态参数与状态方程 2.压力
气体压力是分子撞击容器内壁的结果，代表 符号P。压力的单位是什么？ 相对压力？绝对压力？真空度？
第0章 工程热力学基本知识
第一节 基本概念
二、气体状态参数与状态方程 2.压力
pe p
p0
pv
p
当 p > p0 当 p < p0
表压力 pe
真空度 pv
循环：循环是指气体经过几个过程又回到其起始的状态。 循环的整个过程在压容图上构成一个闭合的曲线。
P2 P1 O
(P2 ,V2)
(P1 ,V1)
在这个循环中，气体状态从起 始状态P1V1到P2V2，又原路返回到 P1V1。外界对系统作功和系统对外 作功完全相等，净功为零！
V2
V1
第0章 工程热力学基本知识
第0章 工程热力学基本知识
第二节 热力学基本定律
第一章 工程热力学基础知识
2)分类
机循环 ） 。
逆向循环：依靠消耗机械能而将热量从低温热 源传向高温热源的循环（热泵循环） 。
3)热机循环
p
T
1
1
2
v
2
s
3)热机循环
p
1
T
1
a W1 b
a
Q1
W
2 W2
b
2
Q2 v2 v
s1 s2 s
v1
W Q1 Q 2
2. 循环热效率
t
W Q1
＝
Q1 Q 2 Q1
＝1 -
一、功、热量和内能
1. 功
dw pAdx pdv
v2
A
w
pdv
v1
功不是热力状态的参数， 是一个过程量 。
w
2. 热量
系统吸热 热量为正 热量为负
系统放热
过程量
3. 内能
工质的内能：工质内部所具有的各种能量的总称。 对于理想气体：内能是温度的单值函数 ，工质的内能 是一个状态参数 。 1kg工质的内能： u mkg工质的内能： U
p
p
g
pg p p0
大气压力线
p g＝ p p 0
pv
p
2)真空度： p v
pv p0 p
只有绝对压力才是真正说明气体状态的状态参数！
（2） 温度T
表示气体冷热程度的物理量
摄氏温度：用 t 表示，单位为℃
热力学 (开尔文或绝对)温度：用 T 表示，单位为K
t T 273 . 15
2. 平衡态
系统中气体各部分的温度和压力必须均匀一致，并且 不随时间的变化而变化，这样的状态称为热力学平衡态， 简称平衡态。
工程热力学 第一章 基本概念及定义
1-2 热力系统
1、基本概念
■热力系统(thermodynamic system)
被人为地从周围物体中分割出来，作为热力学
分析对象的有限物质系统。
■外界(surrounding)
与系统发生质能交换的物体。
■边界(boundary)
系统与外界的分界面。
8（a）汽轮机
（a）开口系统
●表压力
(gauge pressure)和真空度(vacuum)
e p v p 压力计处于环境压力下测得的工质压力。
●各压力之间的关系
24
b e
p
p p =+b v
p p p =-当绝对压力高于大气压力时：当绝对压力低于大气压力时：
均匀>平衡>稳定。
pdV
图上，可以用过程
体积变化功的正负与体积的变化相同，
工质膨胀时对外界作功，工质压缩时外界对工质V。
试分别求两过程的
1
初、终状态相同，但中间途径不同，因此膨胀功不同。
41。
工程热力学知识点笔记总结
工程热力学知识点笔记总结第一章热力学基本概念1.1 热力学的基本概念热力学是研究能量与物质的转化关系的科学，它关注热与功的转化、能量的传递和系统的状态变化。
热力学中最基本的概念包括系统、热力学量、状态量、过程、功和热等。
1.2 热力学量热力学量是描述系统的性质和状态的物理量，包括内能、焓、熵、自由能等。
内能是系统的总能量，焓是系统在恒压条件下的能量，熵是系统的无序程度，自由能是系统进行非体积恒定的过程中能够做功的能量。
1.3 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒的表达形式，在闭合定容系统中，系统的内能变化等于系统所接受的热量减去系统所做的功。
1.4 热力学第二定律热力学第二定律是描述系统不可逆性的定律，它包括开尔文表述和克劳修斯表述。
开尔文表述指出不可能将热量完全转化为功而不引起其他变化，克劳修斯表述指出热量自然只能从高温物体传递到低温物体。
根据第二定律，引入了熵增大原理和卡诺循环。
1.5 热力学第三定律热力学第三定律是指当温度趋于绝对零度时，系统的熵趋于零。
这一定律揭示了绝对零度对热力学过程的重要意义。
第二章热力学系统2.1 定态与非定态定态系统是指系统的性质在长时间内不发生变化，非定态系统是指系统的性质在长时间内发生变化。
2.2 开放系统与闭合系统开放系统是指与外界交换物质和能量的系统，闭合系统是指与外界不交换物质但可以交换能量的系统。
2.3 热力学平衡热力学平衡是指系统内各部分之间的温度、压力、化学势等性质达到一致的状态。
系统处于热力学平衡时，不会产生宏观的变化。
第三章热力学过程3.1 等温过程在等温过程中，系统的温度保持不变，内能的变化全部转化为热量输给外界。
3.2 绝热过程在绝热过程中，系统不与外界交换热量，内能的变化全部转化为对外界所做的功。
3.3 等容过程在等容过程中，系统的体积保持不变，内能的变化全部转化为热量。
3.4 等压过程在等压过程中，系统的压强保持不变，内能的变化转化为对外界所做的功和系统所吸收的热量。
工程热力学第一章基本概念PPT课件
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。
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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。
工程热力学基本知识点
第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来,这种人为分隔的研究对象,称为热力系统,简称系统;边界：分隔系统与外界的分界面,称为边界;外界：边界以外与系统相互作用的物体,称为外界或环境;闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统,也称控制质量;开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统,又称控制体积,简称控制体,其界面称为控制界面; 绝热系统：系统与外界之间没有热量传递,称为绝热系统;孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换,称为孤立系统;单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系;复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系,如固、液、气组成的三相系统;单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系; 多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系;均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系;非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布,称非均匀系;热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况,称为工质的热力状态,简称为状态;平衡状态：系统在不受外界影响的条件下,如果宏观热力性质不随时间而变化,系统内外同时建立了热的和力的平衡,这时系统的状态称为热力平衡状态,简称为平衡状态;状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数;如温度T、压力P、比容υ或密度ρ、内能u、焓h、熵s、自由能f、自由焓g等;基本状态参数：在工质的状态参数中,其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来,称为基本状态参数;温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量,其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映;热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡,则它们彼此之间也必然处于热平衡; 压力：垂直作用于器壁单位面积上的力,称为压力,也称压强;相对压力：相对于大气环境所测得的压力;如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力即为相对压力;比容：单位质量工质所具有的容积,称为工质的比容;密度：单位容积的工质所具有的质量,称为工质的密度;强度性参数：系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同,与质量多少无关,没有可加性,如温度、压力等;在热力过程中,强度性参数起着推动力作用,称为广义力或势;广延性参数：整个系统的某广延性参数值等于系统中各单元体该广延性参数值之和,如系统的容积、内能、焓、熵等;在热力过程中,广延性参数的变化起着类似力学中位移的作用,称为广义位移; 准静态过程：过程进行得非常缓慢,使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够的时间恢复到新的平衡态,从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近平衡状态,整个过程可看作是由一系列非常接近平衡态的状态所组成,并称之为准静态过程; 可逆过程：当系统进行正、反两个过程后,系统与外界均能完全回复到初始状态,这样的过程称为可逆过程;膨胀功：由于系统容积发生变化增大或缩小而通过界面向外界传递的机械功称为膨胀功,也称容积功;热量：通过热力系边界所传递的除功之外的能量; 热力循环：工质从某一初态开始,经历一系列状态变化,最后又回复到初始状态的全部过程称为热力循环,简称循环;2.常用公式状态参数:1212xxdx-=⎰⎰=0dx状态参数是状态的函数,对应一定的状态,状态参数都有唯一确定的数值,工质在热力过程中发生状态变化时,由初状态经过不同路径,最后到达终点,其参数的变化值,仅与初、终状态有关,而与状态变化的途径无关;温 度 ：1．BT w m =22式中22w m —分子平移运动的动能,其中m 是一个分子的质量,w 是分子平移运动的均方根速度； B —比例常数；T —气体的热力学温度;2．t T +=273压 力 ：1．nBT w m n p 322322==式中P —单位面积上的绝对压力；n —分子浓度,即单位容积内含有气体的分子数VNn =,其中N 为容积V 包含的气体分子总数; 2．fFp =F —整个容器壁受到的力,单位为牛N ；f —容器壁的总面积m 2;3．g p B p +=P >BH B p -=P <B式中 B —当地大气压力P g —高于当地大气压力时的相对压力,称表压力；H —低于当地大气压力时的相对压力,称为真空值; 比容: 1．mV v = m 3/kg式中 V —工质的容积m —工质的质量2．1=v ρ 式中 ρ—工质的密度kg/m3v —工质的比容m 3/kg热力循环:⎰⎰=w q δδ或∑=∆0u ,⎰=0du循环热效率:12121101q q q q q q w t -=-==η 式中 q 1—工质从热源吸热；q 2—工质向冷源放热；w 0—循环所作的净功;制冷系数：212021q q q w q -==ε 式中 q 1—工质向热源放出热量；q 2—工质从冷源吸取热量；w 0—循环所作的净功;供热系数：211012q q q w q -==ε 式中 q 1—工质向热源放出热量q 2—工质从冷源吸取热量w 0—循环所作的净功第二章 气体的热力性质 1.基本概念理想气体：气体分子是由一些弹性的、忽略分子之间相互作用力引力和斥力、不占有体积的质点所构成;比热：单位物量的物体,温度升高或降低1K1℃所吸收或放出的热量,称为该物体的比热;定容比热：在定容情况下,单位物量的物体,温度变化1K1℃所吸收或放出的热量,称为该物体的定容比热;定压比热：在定压情况下,单位物量的物体,温度变化1K1℃所吸收或放出的热量,称为该物体的定压比热;定压质量比热：在定压过程中,单位质量的物体,当其温度变化1K1℃时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定压质量比热;定压容积比热：在定压过程中,单位容积的物体,当其温度变化1K1℃时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定压容积比热;定压摩尔比热：在定压过程中,单位摩尔的物体,当其温度变化1K1℃时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定压摩尔比热;定容质量比热：在定容过程中,单位质量的物体,当其温度变化1K1℃时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定容质量比热;定容容积比热：在定容过程中,单位容积的物体,当其温度变化1K1℃时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定容容积比热;定容摩尔比热：在定容过程中,单位摩尔的物体,当其温度变化1K1℃时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定容摩尔比热;混合气体的分压力：维持混合气体的温度和容积不变时,各组成气体所具有的压力;道尔顿分压定律：混合气体的总压力P 等于各组成气体分压力P i 之和;混合气体的分容积：维持混合气体的温度和压力不变时,各组成气体所具有的容积;阿密盖特分容积定律：混合气体的总容积V 等于各组成气体分容积V i 之和;混合气体的质量成分：混合气体中某组元气体的质量与混合气体总质量的比值称为混合气体的质量成分;混合气体的容积成分：混合气体中某组元气体的容积与混合气体总容积的比值称为混合气体的容积成分;混合气体的摩尔成分：混合气体中某组元气体的摩尔数与混合气体总摩尔数的比值称为混合气体的摩尔成分;对比参数：各状态参数与临界状态的同名参数的比值;对比态定律：对于满足同一对比态方程式的各种气体,对比参数r p 、r T 和r v 中若有两个相等,则第三个对比参数就一定相等,物质也就处于对应状态中; 2.常用公式 理想气体状态方程： 1．RT pv =式中 p —绝对压力 Pa v —比容m 3/kgT —热力学温度 K 适用于1千克理想气体;2．mRT pV =式中 V —质量为m kg 气体所占的容积 适用于m 千克理想气体; 3．T R pV M 0=式中 V M = M v —气体的摩尔容积,m 3/kmol ；R 0=MR —通用气体常数,J/kmol ·K适用于1千摩尔理想气体; 4．T nR pV 0=式中 V —nK mol 气体所占有的容积,m 3；n —气体的摩尔数,Mmn =,kmol适用于n 千摩尔理想气体;5．通用气体常数：R 083140=RJ/Kmol ·KR 0与气体性质、状态均无关;6．气体常数：RMM R R 83140==J/kg ·K R 与状态无关,仅决定于气体性质;7．112212p v p v T T =比热：1．比热定义式：dTqc δ=表明单位物量的物体升高或降低1K 所吸收或放出的热量;其值不仅取决于物质性质,还与气体热力的过程和所处状态有关;2．质量比热、容积比热和摩尔比热的换算关系：04.22'ρc Mcc ==式中 c —质量比热,kJ/Kg ·k 'c —容积比热,kJ/m 3·kM c —摩尔比热,kJ/Kmol ·k3．定容比热：vv vvT u dT du dTq c ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂===δ 表明单位物量的气体在定容情况下升高或降低1K 所吸收或放出的热量; 4．定压比热：dTdh dTq c pp==δ 表明单位物量的气体在定压情况下升高或降低1K 所吸收或放出的热量; 5．梅耶公式：R c c v p =- R c c v p 0''ρ=- 0R MR Mc Mc v p ==-6．比热比： vp vp vp Mc Mc c c c c ===''κ1-=κκRc v 1-=κnRc p道尔顿分压定律：VT ni i n p p p p p p ,1321⎥⎦⎤⎢⎣⎡=++++=∑=阿密盖特分容积定律：PT ni i n V V V V V V ,1321⎥⎦⎤⎢⎣⎡=++++=∑=质量成分：ii m g m=1211nn i i g g g g =+++==∑容积成分： ii V r V=1211nn i i r r r r r ==++==∑ 摩尔成分： i i n x n =1211nn i i x x x x x ==+++==∑容积成分与摩尔成分关系：i i i nr x n==质量成分与容积成分：i i i i i i i i m n M M M g x r m nM M M====i i i ii i i M Rg r r r M R ρρ===折合分子量：111ni in ni i i i i i i n Mm M x M r M nn=======∑∑∑1211211nn i i niM g g g g M M M M ===+++∑折合气体常数：0010001nnii ni i ii i i R m n R R nRM R g R M mmm========∑∑∑001122n nR R R M r M r M r M ==+++12121n n r r r R R R =+++11ni i ir R==∑分压力的确定i i i Vp p r p V==i i i i i i i R Mp g p g p g p M R ρρ=== 混合气体的比热容：121nn n i ii c g g c g c ==+=∑12c +g c +混合气体的容积比热容：121'''nn n i i i c r r c rc ==+=∑12c'+r c'+混合气体的摩尔比热容：11n ni i i i i i i Mc M g c x M c ====∑∑混合气体的热力学能、焓和熵 1ni i UU ==∑ 或1ni i i U m u ==∑1n i i H H ==∑ 或 1ni i i H m h ==∑1n i i S S ==∑ 或 1ni i i S m s ==∑ 范德瓦尔Van der Waals 方程()2a p v b RTv ⎛⎫+-= ⎪⎝⎭ 对于1kmol 实际气体()02M M a p V b R T V ⎛⎫+-= ⎪⎝⎭ 压缩因子：id v pvz v RT==对比参数： r c TT T =, r cpp p =,r cv v v =第三章 热力学第一定律 1.基本概念热力学第一定律:能量既不能被创造,也不能被消灭,它只能从一种形式转换成另一种形式,或从一个系统转移到另一个系统,而其总量保持恒定,这一自然界普遍规律称为能量守恒与转换定律;把这一定律应用于伴有热现象的能量和转移过程,即为热力学第一定律;第一类永动机：不消耗任何能量而能连续不断作功的循环发动机,称为第一类永动机;热力学能：热力系处于宏观静止状态时系统内所有微观粒子所具有的能量之和;外储存能：也是系统储存能的一部分,取决于系统工质与外力场的相互作用如重力位能及以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量宏观动能;这两种能量统称为外储存能;轴功：系统通过机械轴与外界传递的机械功称为轴功;流动功或推动功：当工质在流进和流出控制体界面时,后面的流体推开前面的流体而前进,这样后面的流体对前面的流体必须作推动功;因此,流动功是为维持流体通过控制体界面而传递的机械功,它是维持流体正常流动所必须传递的能量; 焓：流动工质向流动前方传递的总能量中取决于热力状态的那部分能量;对于流动工质,焓=内能+流动功,即焓具有能量意义；对于不流动工质,焓只是一个复合状态参数;稳态稳流工况：工质以恒定的流量连续不断地进出系统,系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定,不随时间变化,称稳态稳流工况;技术功：在热力过程中可被直接利用来作功的能量,称为技术功;动力机：动力机是利用工质在机器中膨胀获得机械功的设备;压气机：消耗轴功使气体压缩以升高其压力的设备称为压气机;节流：流体在管道内流动,遇到突然变窄的断面,由于存在阻力使流体压力降低的现象;2.常用公式 外储存能： 宏观动能：221mc E k =重力位能：mgz E p =式中g —重力加速度;系统总储存能：1．p k E E U E ++=或mgz mc U E ++=2212．gz c u e ++=221 3．U E = 或u e =没有宏观运动,并且高度为零热力学能变化： 1．dT c duv =,⎰=∆21dT c u v适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 2．)(12T T c u v -=∆适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程用定值比热计算 3．1020121221t c t c dt c dt c dt c u t vmt vmt v t v t t v ⋅-⋅=-==∆⎰⎰⎰适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程用平均比热计算 4．把()T f c v =的经验公式代入⎰=∆21dT c u v 积分;适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程用真实比热公式计算 5．∑∑====+++=ni i i ni i n u m U U U U U1121由理想气体组成的混合气体的热力学能等于各组成气体热力学能之和,各组成气体热力学能又可表示为单位质量热力学能与其质量的乘积; 6．⎰-=∆21pdv q u适用于任何工质,可逆过程; 7．q u =∆适用于任何工质,可逆定容过程8．⎰=∆21pdv u适用于任何工质,可逆绝热过程;9．0=∆U适用于闭口系统任何工质绝热、对外不作功的热力过程等热力学能或理想气体定温过程;10．W Q U -=∆适用于mkg 质量工质,开口、闭口,任何工质,可逆、不可逆过程; 11.w q u -=∆适用于1kg 质量工质,开口、闭口,任何工质,可逆、不可逆过程 12.pdv q du -=δ适用于微元,任何工质可逆过程 13．pv h u ∆-∆=∆热力学能的变化等于焓的变化与流动功的差值; 焓的变化： 1．pV U H+=适用于m 千克工质2．pv u h +=适用于1千克工质 3．()T f RT u h =+=适用于理想气体4．dT c dhp =,dT c h p ⎰=∆21适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程5．)(12T T c h p -=∆适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程,用定值比热计算 6221211201t t t t t p p p pmpm t h c dt c dt c dt c t c t ∆==-=⋅-⋅⎰⎰⎰适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程用平均比热计算 7．把()T f c p =的经验公式代入⎰=∆21dT c h p 积分;适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程,用真实比热公式计算 8.∑∑====+++=ni i i n i i n h m H H H H H1121由理想气体组成的混合气体的焓等于各组成气体焓之和,各组成气体焓又可表示为单位质量焓与其质量的乘积;9．热力学第一定律能量方程CVS dE W m gz C h m gz C h Q ++⎪⎭⎫⎝⎛++-⎪⎭⎫ ⎝⎛++=δδδδ11211222222121适用于任何工质,任何热力过程;10．s w gdz dc q dh δδ---=221 适用于任何工质,稳态稳流热力过程 11．s w q dh δδ-=适用于任何工质稳态稳流过程,忽略工质动能和位能的变化;12．⎰-=∆21vdp q h适用于任何工质可逆、稳态稳流过程,忽略工质动能和位能的变化; 13．⎰-=∆21vdp h适用于任何工质可逆、稳态稳流绝热过程,忽略工质动能和位能的变化; 14．q h =∆适用于任何工质可逆、稳态稳流定压过程,忽略工质动能和位能的变化; 15．0=∆h适用于任何工质等焓或理想气体等温过程; 熵的变化： 1．⎰=∆21Tqs δ适用于任何气体,可逆过程; 2．g fs s s ∆+∆=∆f s ∆为熵流,其值可正、可负或为零；g s ∆为熵产,其值恒大于或等于零; 3．12lnT T c s v=∆理想气体、可逆定容过程 4．12lnT T c s p=∆理想气体、可逆定压过程 5．2112ln lnp pR v v R s ==∆理想气体、可逆定温过程 6．0=∆s 定熵过程121212121212ln lnln lnln ln p p c v v c p p R T T c v v R T T c s v p pv +=-=+=∆适用于理想气体、任何过程 功量：膨胀功容积功： 1．pdv w =δ 或⎰=21pdv w适用于任何工质、可逆过程 2．0=w适用于任何工质、可逆定容过程 3．()21w p v v =-适用于任何工质、可逆定压过程 4．12lnv v RT w =适用于理想气体、可逆定温过程 5．u q w ∆-=适用于任何系统,任何工质,任何过程; 6．q w =适用于理想气体定温过程; 7．u w ∆-=适用于任何气体绝热过程; 8．dT C w v ⎰-=21适用于理想气体、绝热过程 9．()()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=--=--=∆-=-k k p p k RT T T R k v p v p k uw 1121212211111111适用于理想气体、可逆绝热过程 10．()()()11111111121212211≠⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=--=--=-n p p n RT T T R n v p v p n w n n 适用于理想气体、可逆多变过程 流动功: 1122v p v p w f-=推动1kg 工质进、出控制体所必须的功; 技术功: 1．s tw z g c w +∆+∆=221 热力过程中可被直接利用来作功的能量,统称为技术功; 2．s tw gdz dc w δδ++=221 适用于稳态稳流、微元热力过程 3．2211v p v p w w t-+=技术功等于膨胀功与流动功的代数和; 4．vdp w t-=δ适用于稳态稳流、微元可逆热力过程 5．⎰-=21vdp w t适用于稳态稳流、可逆过程 热量：1．TdS q =δ适用于任何工质、微元可逆过程;2．⎰=21Tds q适用于任何工质、可逆过程 3．W UQ +∆=适用于mkg 质量任何工质,开口、闭口,可逆、不可逆过程 4．w u q +∆=适用于1kg 质量任何工质,开口、闭口,可逆、不可逆过程 5．pdv du q +=δ适用于微元,任何工质可逆过程; 6．⎰+∆=21pdv uq适用于任何工质可逆过程; 7.2222212Q h C gZ m δδ⎛⎫=++-⎪⎝⎭2111112S CV h C gZ m W dE δδ⎛⎫++++ ⎪⎝⎭适用于任何工质,任何系统,任何过程; 8．s w gdz dc dh q δδ+++=221适用于微元稳态稳流过程9．t w h q +∆= 适用于稳态稳流过程 10．u q ∆=适用于任何工质定容过程 11．()12T T c q v-=适用于理想气体定容过程; 12．h q ∆=适用于任何工质定压过程 13．()12T T c q p-=适用于理想气体、定压过程 14．0=q适用于任何工质、绝热过程 15．()()1112≠---=n T T c n kn q v 适用于理想气体、多变过程第四章 理想气体的热力过程及气体压缩1.基本概念分析热力过程的一般步骤：1.依据热力过程特性建立过程方程式,p=fv ；2.确定初、终状态的基本状态参数；3.将过程线表示在p-v 图及T —s 图上,使过程直观,便于分析讨论;4.计算过程中传递的热量和功量;绝热过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的状态变化过程,即0=q δ或0=q 称为绝热过程; 定熵过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程,称为定熵过程; 多变过程：凡过程方程为=n pv 常数的过程,称为多变过程;定容过程：定量工质容积保持不变时的热力过程称为定容过程;定压过程：定量工质压力保持不变时的热力过程称为定压过程;定温过程：定量工质温度保持不变时的热力过程称为定温过程;单级活塞式压气机工作原理：吸气过程、压缩过程、排气过程,活塞每往返一次,完成以上三个过程; 活塞式压气机的容积效率：活塞式压气机的有效容积和活塞排量之比,称为容积效率;活塞式压气机的余隙：为了安置进、排气阀以及避免活塞与汽缸端盖间的碰撞,在汽缸端盖与活塞行程终点间留有一定的余隙,称为余隙容积,简称余隙; 最佳增压比：使多级压缩中间冷却压气机耗功最小时,各级的增压比称为最佳增压比;压气机的效率：在相同的初态及增压比条件下,可逆压缩过程中压气机所消耗的功与实际不可逆压缩过程中压气机所消耗的功之比,称为压气机的效率; 热机循环：若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为机械能,则此循环称为热机循环; 气体主要热力过程的基本公式多变指数n ：z 级压气机,最佳级间升压比：i 1z1p p β＋＝第五章 热力学第二定律 1.基本概念 热力学第二定律：开尔文说法：只冷却一个热源而连续不断作功的循环发动机是造不成功的;克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体;第二类永动机：从单一热源取得热量,并使之完全转变为机械能而不引起其他变化的循环发动机,称为第二类永动机;孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换,称为孤立系统;孤立系统熵增原理：任何实际过程都是不可逆过程,只能沿着使孤立系统熵增加的方向进行; 定熵过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程,称为定熵过程;热机循环：若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为机械能,则此循环称为热机循环;制冷：对物体进行冷却,使其温度低于周围环境温度,并维持这个低温称为制冷;制冷机：从低温冷藏室吸取热量排向大气所用的机械称为制冷机;热泵：将从低温热源吸取的热量传送至高温暖室所用的机械装置称为热泵;理想热机：热机内发生的一切热力过程都是可逆过程,则该热机称为理想热机;卡诺循环：在两个恒温热源间,由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成的循环,称为卡诺循环;卡诺定理：1．所有工作于同温热源与同温冷源之间的一切可逆循环,其热效率都相等,与采用哪种工质无关; 2．在同温热源与同温冷源之间的一切不可逆循环,其热效率必小于可逆循环; 自由膨胀：气体向没有阻力空间的膨胀过程,称为自由膨胀过程; 2.常用公式 熵的定义式：⎰=∆21Tqs δ J/kg K工质熵变计算：12s s s -=∆,⎰=0ds工质熵变是指工质从某一平衡状态变化到另一平衡状态熵的差值;因为熵是状态参数,两状态间的熵差对于任何过程,可逆还是不可逆都相等;1．1212ln ln v vR T T c s v +=∆理想气体、已知初、终态T 、v 值求 ΔS;2．1212ln ln P PR T T c s P -=∆理想气体已知初、终态T 、P 值求 ΔS;3．1212ln ln P Pc v v c s v P +=∆理想气体、已知初、终态P 、v 值求 ΔS; 4．固体及液体的熵变计算：12ln ,T T mc s T mcdTds =∆=5．热源熵变：TQ s =∆ 克劳修斯不等式：0≤⎰rT Qδ任何循环的克劳修斯积分永远小于零,可逆过程时等于零; 闭口系统熵方程：∑=∆=∆∆+∆=∆ni i iso sur sys iso s s s s s 1或式中： ΔS sys ——系统熵变； ΔS sur ——环境熵变；ΔS I ——某子系统熵变;开口系统熵方程：1122s m s m s s s sur sys iso -+∆+∆=∆式中：m 2s 2——工质流出系统的熵；m 1s 1——工质流入系统的熵; 不可逆作功能力损失： ISO S T W∆=∆0式中：T 0——环境温度；ΔS ISO ——孤立系统熵增;第八章 湿空气 1.基本概念湿空气：干空气和水蒸气所组成的混合气体; 饱和空气：干空气和饱和水蒸气所组成的混合气体;未饱和空气：干空气和过热水蒸气所组成的混合气体;绝对湿度：每立方米湿空气中所含有的水蒸气质量;饱和绝对湿度：在一定温度下饱和空气的绝对湿度达到最大值,称为饱和绝对湿度相对湿度：湿空气的绝对湿度v ρ与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度s ρ的比值含湿量比湿度：在含有1kg 干空气的湿空气中,所混有的水蒸气质量饱和度：湿空气的含湿量d 与同温下饱和空气的含湿量d s 的比值湿空气的比体积：在一定温度T 和总压力p 下,1kg 干空气和水蒸气所占有的体积湿空气的焓： 1kg 干空气的焓和水蒸气的焓的总和; 第十一章 制 冷 循 环 1．基本概念制冷：对物体进行冷却,使其温度低于周围环境的温度,并维持这个低温称为;空气压缩式制冷：将常温下较高压力的空气进行绝热膨胀,获得低温低压的空气;蒸汽喷射制冷循环：用引射器代替压缩机来压缩制冷剂,以消耗蒸汽的热能作为补偿来实现制冷的目的;蒸汽喷射制冷装置：由锅炉、引射器或喷射器、冷凝器、节流阀、蒸发器和水泵等组成;吸收式制冷：利用制冷剂液体气化吸热实现制冷,它是直接利用热能驱动,以消耗热能为补偿将热量从低温物体转移到环境中去;吸收式制冷采用的工质是两种沸点相差较大的物质组成的二元溶液,其中沸点低的物质为制冷剂,沸点高的物质为吸收剂; 热泵：是一种能源提升装置,以消耗一部分高位能机械能、电能或高温热能等为补偿,通过热力循环,把环境介质水、空气、土壤中贮存的不能直接利用的低位能量转换为可以利用的高位能;影响制冷系数的主要因素：降低制冷剂的冷凝温度即热源温度和提高蒸发温度冷源温度,都可使制冷系数增高; 2．常用公式制冷系数：210q w ε==收获消耗空气压缩式制冷系数 1122111111T p T p κκε-==-⎛⎫- ⎪⎝⎭或1121T T T ε=-卡诺循环的制冷系数：11,31c T T T ε=-习题答案2-5当外界为标准状态时,一鼓风机每小时可送300 m 3的空气,如外界的温度增高到27℃,大气压降低到,而鼓风机每小时的送风量仍为300 m 3,问鼓风机送风量的质量改变多少解：同上题2130099.3101.32512()()100021287300273v p p m m m R T T =-=-=-⨯＝2－14 如果忽略空气中的稀有气体,则可以认为其质量成分为%2.232=go ,%8.762=N g ;试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度; 解：折合分子量28768.032232.011+==∑ii Mg M ＝气体常数86.2883140==M R R ＝288)/(K kg J • 容积成分2/22Mo M g r o o =＝％ =2N r1－％＝％标准状态下的比容和密度4.2286.284.22==M ρ＝ kg /m 3ρ1=v ＝ m 3/kg2—181天然气在标准状态下的密度；2各组成气体在标准状态下的分压力; 解：1密度(97160.6300.18440.18580.2441.8328)/100i i M rM ==⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯∑ ＝30/736.04.2248.164.22m kg M ===ρ 2各组成气体在标准状态下分压力 因为：p r p i i ===325.101*%974CH p3－8 容积由隔板分成两部分,左边盛有压力为600kPa,温度为27℃的空气,右边为真空,容积为左边5倍;将隔板抽出后,空气迅速膨胀充满整个容器;试求容器内最终压力和温度;设膨胀是在绝热下进行的;解：热力系：左边的空气 系统：整个容器为闭口系统 过程特征：绝热,自由膨胀 根据闭口系统能量方程WU Q +∆=绝热0=Q自由膨胀W ＝0 因此ΔU=0。
第一章工程热力学基础
1 / 15第一章 工程热力学基础第一节 工质热力状态的基本参数一、状态与状态参数状态：热力系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况。
状态参数：描述工质状态特性的各种状态的宏观物理量。
如：温度（）、压力（）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（）、焓（）、熵（）、自由能（）、自由焓（）等。
状态参数的数学特性: ． 1212x x dx -=⎰表明：状态的路径积分仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。
．⎰dx表明：状态参数的循环积分为零基本状态参数：可直接或间接地用仪表测量出来的状态参数。
如：温度、压力、比容或密度温度：宏观上，是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量。
微观上,是大量分子热运动强烈程度的量度BT w m =22式中22w m —分子平移运动的动能，其中是一个分子的质量，w 是分子平移运动的均方根速度；—比例常数； —气体的热力学温度。
热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。
摄氏度与热力学温度的换算： t T +=273 ．压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。
fFp =式中：—整个容器壁受到的力，单位为牛顿（）；—容器壁的总面积（）。
微观上：分子热运动产生的垂直作用于容器壁上单位面积的力。
nBT w m n p 322322==式中：—单位面积上的绝对压力；—分子浓度，即单位容积内含有气体的分子数VNn =，其中为容积包含的气体分子总数。
压力测量依据：力平衡原理 压力单位：相对压力：相对于大气环境所测得的压力。
工程上常用测压仪表测定的压力。
以大气压力为计算起点，也称表压力。
g p B p +=（>） H B p -=（<）式中 —当地大气压力 —高于当地大气压力时的相对压力，称表压力； —低于当地大气压力时的相对压力，称为真空值。
注意：只有绝对压力才能代表工质的状态参数 ．比容:比容：单位质量工质所具有的容积。
工程热力学与传热学基础知识
1
第一章 基本概念
掌握热力系统、平衡状态、准静态过程、 可逆过程等基本概念。
掌握状态参数的特征，基本状态参数p， v，T的定义和单位等。掌握热量和功量 过程量的特征。
2
1-1热力系统（system）
热力系统(热力系、系统) ---人为分离出来的研 究对象。 外界--surrounding ：与系统发生质、能交换的 物系。 边界（boundary）：系统与外界的分界面 （线）。
p f (v, T ) F p, v, T 0
T f ( p, v)
上式称为状态方程，它们的具体形式 取决于工质的性质，一般由实验求出，也 可由理论分析求得。 例：理想气体状态方程
pv RT
32
二、状态参数坐标图 （1）状态公理 对于和外界只有热量和体积变化功（膨 胀功或压缩功）的简单可压缩系统，只需两 个独立的参数（如p、v，p、T 或v、T）便可 确定它的平衡状态。
22
（2）比体积 定义： 单位质量的工质所占有的体积，用 符号v表示，单位为 m3/kg 。
V v m
密度： 单 位 体 积 工 质 的 质 量 ， 用 符 号 表示，单位为 kg/ m3 。
v 1
比体积和密度二者相关，通常以比体积作 为状态参数 。 23
（3）温度
1）温度的物理意义
13
平衡的实质
不存在不平衡势
– 温差 （Temperature differential）— 热不平
衡势
– 压差 — 力不平衡势 – 相变 — 相不平衡势 – 化学反应 — 化学不平衡势
14
（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。
工程热力学 基本知识点
第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。
边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。
外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。
闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。
开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。
绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。
孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。
单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。
复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。
单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。
多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。
均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。
非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。
热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。
平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。
状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。
如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。
基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。
温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。
热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。
压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。
相对压力：相对于大气环境所测得的压力。
工程热力学第1章基本概念[1]
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p0
p
1.
.
.
p，T
v 2
准静态过程有实际意义吗？
既是平衡，又是变化
既可以用状态参数描述，又可进行热功转换
疑问：理论上准静态应无限 缓慢，工程上怎样处理？
准静态过程的工程条件
破坏平衡所需时间 （外部作用时间）
恢复平衡所需时间 （驰豫时间）
>>
有足够时间恢复新平衡 准静态过程
1
2
3
非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
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
简单可压缩系统
最重要的系统
简单可压缩系统
只交换热量和一种准静态的容积变化功
容积变化功
压缩功 膨胀功
§1-2 热力系描述：状态和状态参数
状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况
引入可逆过程的意义
准静态过程是实际过程的理想化过程， 但并非最优过程，可逆过程是最优过程。 可逆过程的功与热完全可用系统内工质 的状态参数表达，可不考虑系统与外界 的复杂关系，易分析。
实际过程不是可逆过程，但为了研究方 便，先按理想情况（可逆过程）处理， 用系统参数加以分析，然后考虑不可逆 因素加以修正。
状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦 然 2、状态参数的积分特征：状态参数的变化 量与路径无关，只与初终态有关 3、当热力系经历一封闭的状态变化过程， 又回复到原始状态时，状态的参数变化为0. 4、状态参数的微分特征：全微分
状态参数的微分特征
设z
=z (x , y)
第一章 工程热力学基础知识
1．工质内部所具有的总能量。
第1章 工程热力学基础知识
1.2 热力学第一定律
分子热运动的动能，是T的函数。 内能
分子间的吸引作用的位能,是v的函数。
理想气体分子间无吸引力，无位能。
内能是温度的单值函数。
第1章 工程热力学基础知识
1.2 热力学第一定律
定 容 加
内能为状态参 热 数。只与工质的 初、终状态有关， 与工质由状态1变 化到状态2所经历 的过程无关。
第1章 工程热力学基础知识 1.1 热工转换的基础知识
三、热力过程及其功量
p
（一）热力系统和热力过程
热力系统：某宏观尺寸范围内的工质
作为研究对象，称为热力系统。
v
热力过程：工质由某一状态变化到另 一个状态所经历的全部过程的总和。
（二）热力过程的功量（示功图） 工质由上止点膨胀到下止点，此过程的功量。
式中：a、b、c是常数。 相应于每一温度下的比热容称为真实比热容。
第1章 工程热力学基础知识 1.1 热工转换的基础知识
C a bt ct2
C a bt ct2
气体由t1升到t2所需的热量：
q12
t2 t1
Cdt
面积12t2t1
常用的状态参数：压力 p ；温度T ；比
体积v ；内能U ；焓 H；熵S 。 基本状态参数 ：压力 p；温度 T；比体积 v。
第1章 工程热力学基础知识 1.1 热工转换的基础知识
（一） 压力p 1． 单位面积上所作用的垂直力称为压力p。
2 ．单位：Pa，1 Pa=1N/m2 ，工程上常用kPa与Mpa。
第1章 工程热力学基础知识
第三节 气体的热力过程
第一章 工程热力学基础知识(1)
要想得到功 要想得到功， 热能或 必须化费热能 必须化费热能或其它能量 第一定律又可表述为 “第一类永动机是不可能制成的” 第一类永动机是不可能制成的” 第一类永动机是不可能制成的
一种既不靠外界提供能量， 一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能 却可以不断对外作功的机器称为第一类永动机 第一类永动机。 量，却可以不断对外作功的机器称为第一类永动机。
外界： 外界：系统以外的所有物质 边界(界面 ： 边界 界面)：系统与外界的分界面 界面
系统与外界的作用都通过边界 系统与外界的作用都通过边界 的作用都通过
热力系统 热力系统
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＋ 非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
稳定但存在不平衡势差 稳定但存在不平衡势差 但存在 去掉外界影响， 去掉外界影响， 外界影响 则状态变化 若以（热源 铜棒 冷源） 铜棒+冷源 若以（热源+铜棒 冷源） 为系统，又如何？ 为系统，又如何？
稳定不一定平衡， 稳定不一定平衡，但平衡一定稳定
若组成热力系统的各部分之间没有热 量的传递，系统就处于热的平衡； 量的传递，系统就处于热的平衡； 各部分之间没有相对位移， 各部分之间没有相对位移，系统 就处于力的平衡。 就处于力的平衡。 若同时具备了热和力的平衡， 若同时具备了热和力的平衡，系 统就处于热力平衡。 统就处于热力平衡。
能源转换利用的关系
燃 料 电 池 风 车 风 能 水 轮 机 水 能 水 车 燃 烧 化 学 能 核 能 聚 变 热 发 电 机 能 电 动 机 热 次能源 裂 变 地 热 能 光 热 太 阳 能 一次能源 天然存在) (天然存在) 光 电 转 换
工程热力学知识点总结
工程热力学知识点总结工程热力学知识点很多，同学们需要多进行归纳总结，下面给大家整理了，欢迎阅读!第一章、基本概念1、边界边界有一个特点（可变性）：可以是固定的、假想的、移动的、变形的。
2、六种系统（重要！）六种系统分别是：开（闭）口系统、绝热（非绝热）系统、孤立（非孤立）系统。
a.系统与外界通过边界：功交换、热交换和物质交换.b.闭口系统不一定绝热，但开口系统可以绝热。
c.系统的取法不同只影响解决问题的难易，不影响结果。
3、三参数方程=B+Pg=B-H这两个方程的使用，首先要判断表盘的压力读数是正压还是负压，即你所测物体内部的绝对压力与大气压的差是正是负。
正用1，负用2。
ps.《工程热力学（第六版）》书8页的系统，边界，外界有详细定义。
第二章、气体热力性质1、各种热力学物理量P：压强[单位Pa]v：比容（单位m^3/kg）R：气体常数（单位J/(kg*K)）书25页T：温度（单位K）m：质量（单位kg）V：体积（单位m^3）M：物质的摩尔质量（单位mol）R：/(kmol*K)，气体普实常数2、理想气体方程：Pv=RTPV=m*R。
*T/MQv=Cv*dTQp=Cp*dTCp-Cv=R另外求比热可以用直线差值法！第三章、热力学第一定律1、闭口系统：Q=W+△U微元：δq=δw+du （注：这个δ是过程量的微元符号）2、闭口绝热δw+du=03、闭口可逆δq=Pdv+du4、闭口等温δq=δw5、闭口可逆定容δq=du6、理想气体的热力学能公式dU=Cv*dT一切过程都适用。
为什么呢？因为U是个状态量，只与始末状态有关、与过程无关。
U是与T相关的单值函数，实际气体只有定容才可以用6、开口系统ps.公式在书46页（3-12）7、推动功Wf=P2V2-P1V1（算是一个分子流动所需要的微观的能量）a、推动功不是一个过程量，而是一个仅取决于进出口状态的状态量。
b、推动功不能够被我们所利用，其存在的唯一价值是使气体流动成为开系。
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主要内容：
一、功、热量和内能 二、封闭系统能量方程式 三、开口系统稳定流动能量方程式 四、熵及温熵图
通出版社,2004. [3]沈维道.工程热力学（第3版）[M] .高等教育出版社,
2001.
2020/8/5
第一章 工程热力学基础知识 第一节 气体的热力性质 第二节 热力学第一定律 第三节 气体的热力过程 第四节 热力学第二定律
2020/8/5
第一节 气体的热力性质
一、气体的基本状态参数 二、热力系统、平衡态和热力过程 三、理想气体的状态方程式 四、工质的比热
3. 热力过程
1）热力过程：热力系统从一个状态向另外一个状 态变化时所经历的全部状态的总和 。 2）内平衡过程 ：热力系统从一个平衡状态连续 经历一系列平衡的中间状态过渡到另外一个平衡 状态，这样的过程称为内平衡过程。 3）内不平衡过程
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4）可逆过程：系统经历一个过程之后，如果沿原来
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第三节 气体的热力过程
热力过程
基本
一般
定容过程 定压过程 等温过程 绝热过程
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一、定容过程
工质在变化过程中容积保持不变的热力过程。
p
T
2
2
1 2′
v
1
2′ s
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二、定压过程
工质在变化过程中压力保持不变的热力过程。
p
2′
1
2
T
p ＝定值
T2 v＝定值
2
工作时，从t 高温1热0源0%取得热量，把其中一部
表述： 分转变根为据机长械期能制，造而制另冷一机部的分经传验给总低结温出热：源，
这不是管实利现用热什功么转机换器的，必都要不条可件能。不付代价的 1）不可能创实造现出把只热从量热由源低吸温热物作体功转而移不到向高冷温源物放体热。 的热机。
2）热量不可能自发地从冷物体转移到热物体。
4. 比热比：
（绝热指数） （等熵指数）
KCp /Cv
5. 梅耶公式： Cp－Cv R
，
Cv
1R K 1
Cp
K K
1
R
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第二节 热力学第一定律
能量转换与守恒定律
热力学第一定律 热能和机械能在转移和转换的过程中，
能量的总量必定守恒。
热能
相互转换
机械能
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能量转换与守恒定律
p
2′
dq=0
T 2′
1
1
2020/8/5
2 2
v
s
五、多变过程
凡工质按 pv n 定值而变化的热力过程称为多变过程。
n−多变指数
0
定压
n＝ 1
等温
K
绝热
∞
定容
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第四节 热力学第二定律
一、热力循环与循环热效率 二、热力学第二定律的几种表达
三、卡诺循环与卡诺定理
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四、孤立系统的熵增原理
3.复习：工程热力学基础知识。 4.预习：第一节发动机理论循环。
2020/8/5
＝1 m
vV
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二、热力系统、平衡态和 热力过程
1.热力系统
1 ）热力系统：在热力学中，把某一宏观尺寸范
围内的工质作为研究的具体对象。
2 ）外界：与该系统有相互作用的其它系统 。
3 ）边界：系统与外界的分界面 。
边界的性质：可以是真实的， 也可以是假想的； 可以固定也可以移动。
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研究能量（热能）性质及其转换规律的学科
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工程热力学研究主要内容
热力学基本定律
常用工质的热力性质
分析计算实现热能和机械能相互 转换
的各种热力过程和热力循环，阐明
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提
参考资料
[1]陈培陵.汽车发动机原理[M].人民交通出版社,2004. [2]张西振,吴良胜.发动机原理与汽车理论[M].人民交
v
s
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3)热机循环 p1 a
W
b
W2 v1
T
W1 2
v2 v
1 a
b Q2
s1
Q1 2
s2 s
WQ1Q2
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2. 循环热效率
t W Q1＝Q1Q 1Q2＝ 1-Q Q1 2
2020/8/5
二、热力学第二定律的几种表
根据长期制达造热机的经验总结出：为了
连续的获得机械能，必须有两个热源，热机
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一、气体的基本状态 参数
1. 工质 1）工质：热能 媒介物质 机械能 2 ）工质的选择：热力学中热能与机械能之间 的相互转换是通过物质的体积变化来实现的，
常选 气态物质 作为工质。
3 ）气态工质：气体和蒸气
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2.气体的状态参数 1）定义：标志气体热力状态的各个物理量
封闭系统：系统与外界无物质交换
4 ）分类
开口系统：系统与外界有物质交换 绝热系统：系统与外界无热量交换
孤立系统： 系统与外界无任何相互 作用，既无物质交换， 也无能量交换
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2. 平衡态
系统中气体各部分的温度和压力必须均匀一致，并且 不随时间的变化而变化，这样的状态称为热力学平衡态， 简称平衡态。
（2） 温度T 表示气体冷热程度的物理量
摄氏温度：用 t 表示，单位为℃
热力学 (开尔文或绝对)温度：用 T 表示，单位为K
tT27.135
只有热力学温度才是状态参数 ！
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（3） 比容v
1）比容：单位质量的物质所占有的体积。
vV m
式中 V——体积 ； m——质量。
2 ）密度：单位容积的物质所具有的质量 。
一、热力循环与循环热效率
1. 热力循环
1)定义：工质从初态出发，经过一系列的变化又回到 初态的封闭过程，简称循环。
正向循环：把热能转变为机械能的循环（热 2)分类 机循环 ） 。
逆向循环：依靠消耗机械能而将热量从低温热 源传向高温热源的循环（热泵循环） 。
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3)热机循环 p1
T
1
2 2
T1
1
2′
v
s
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二、定压过程
工质在变化过程中压力保持不变的热力过程。
p
2′
1
2
T
定压
2 1
2′
定容
v
s
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三、定温过程
工质在变化过程中温度保持不变的热力过程。
p
2′
1
2
v
T
2′ 1 2
s
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四、绝热过程 pvK 定值
系统与外界没有热量交换的情况下发生的热力过程。 等熵过程：可逆的绝热过程。
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一、功、热量和内能
1. 功
A
dw pA dpxdv
v2
w pdv
v1
功不是热力状态的参数，
w
是一个过程量 。
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2. 热量
系统吸热 系统放热
热量为正 热量为负
过程量
3. 内能
工质的内能：工质内部所具有的各种能量的总称。
对于理想气体：内能是温度的单值函数 ，工质的内能 是一个状态参数 。
路径逆向进行，能使系统与外界同时恢复到初始状
态而不留下任何痕迹。
p
可逆过程是无摩
擦、无温差的内
p1
1
平衡过程
1´
p2
2
2´
W
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v1
v2
v
三、理想气体的状态方程
理想气体：气体内部其分子不占有体积 ， 分子间又没有吸引力 的气体。
F(p,v,T)0 1kg理想气体 ： pv RT mkg理想气体： pVmRT
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三、卡诺循环与卡诺定理
1. 卡诺循环
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1）卡诺循环的组成
工作于两个热源间的，由两个定温过程 和两个绝热过程所组成的可逆正向循环。
2）卡诺循环的热效率
tcw q10
1q2 q1
1T2 T1
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2. 卡诺定理 ➢定理一：在相同的高温热源和低温热源之 间工作的一切可逆热机具有相同的热效率。 ➢定理二：在相同高温热源和低温热源间工 作的任何不可逆热机的热效率都小于可逆热 机的热效率。
1kg工质的内能： u
mkg工质的内能： U
Umu
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二、封闭系统能量方程式
已知： 1kg工质封闭在气缸内 进行一个可逆过程的 膨胀作功。
quw
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三、开口系统稳定流动能
已知：
量方程式
q
1kg工质在开口系
p1
统中作稳定流动， v1
C1
Ⅰ-Ⅰ界面为进口，
Ⅱ-Ⅱ界面为出口，
在孤立系统内，一切实际过程（即不可逆过程） 都朝着使系统熵增大的方向进行，在极限情况（即可 逆过程）下，系统的熵保持不变。
S系统0
判断自然界一切自发过程实现的可行性
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总结 1.气体的热力性质
状态参数；热力系统；平衡态；热力过程；比热。
2.热力学第一定律
功、热量、内能；封闭系统能量方程式；开口系统能 量方程式；熵及温熵图。