2热工第二章——工程热力学课件PPT
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工程热力学(第2章--热力学第一定律)
第一篇 工程热力学
第二章 热力学第一定律
本章主要内容
热力学第一定律的实质 系统储存能 闭口系能量方程 状态参数焓 开口系能量方程及其应用
2
2-1 热力学第一定律的实质
➢19世纪30-40年代，迈尔·焦耳（德国医生） 发现并确定了能量转换与守恒定律。恩格斯 将其列为19世纪三大发现之一（细胞学说、 达尔文进化论）。
5
永动机设想？
Q
电
锅 炉
加 热 器
汽轮机 发电机
凝
给水泵
汽
器
Wnet
Qout
6
2-2 系统储存能
➢ 能量是物质运动的度量，运动有各种不同的形 态，相应的就有各种不同的能量。
➢ 系统储存的能量称为储存能，它有内部储存能 与外部储存能之分。
系统储存能
内部储存能 （热力学能）
外部储存能 （宏观机械能）
➢能量转换与守恒定律指出：一切物质都具有 能量。能量既不可能被创造，也不可能被消 灭，它只能在一定的条件下从一种形式转变 为另一种形式。而在转换过程中，能的总量 保持不变。
3
实质：热力学第一定律是能量转换与守恒 定律在热力学中的具体应用。
热功转换可归结为两种运动形式之间的转化：
宏观物体的机械运动 微观分子的热运动
说明：由计算结果可知，将汽轮机的散热量忽略不计时，对汽轮机
功率的影响并不大。所以，将汽轮机内蒸汽的膨胀作功过程看成是绝热 过程来分析是合理的。
30
例2-3 某300MW机组，锅炉的出力为qm=1024×103kg/h，出口蒸
汽锅每焓炉小为的时h效的2=率燃33煤η92量炉.=3B9K？2J%/，kg标，准锅煤炉发进热口量给q水煤=焓29为27h01=K1J1/9k7g.，3K求J/锅kg炉，
第二章 热力学第一定律
本章主要内容
热力学第一定律的实质 系统储存能 闭口系能量方程 状态参数焓 开口系能量方程及其应用
2
2-1 热力学第一定律的实质
➢19世纪30-40年代，迈尔·焦耳（德国医生） 发现并确定了能量转换与守恒定律。恩格斯 将其列为19世纪三大发现之一（细胞学说、 达尔文进化论）。
5
永动机设想？
Q
电
锅 炉
加 热 器
汽轮机 发电机
凝
给水泵
汽
器
Wnet
Qout
6
2-2 系统储存能
➢ 能量是物质运动的度量，运动有各种不同的形 态，相应的就有各种不同的能量。
➢ 系统储存的能量称为储存能，它有内部储存能 与外部储存能之分。
系统储存能
内部储存能 （热力学能）
外部储存能 （宏观机械能）
➢能量转换与守恒定律指出：一切物质都具有 能量。能量既不可能被创造，也不可能被消 灭，它只能在一定的条件下从一种形式转变 为另一种形式。而在转换过程中，能的总量 保持不变。
3
实质：热力学第一定律是能量转换与守恒 定律在热力学中的具体应用。
热功转换可归结为两种运动形式之间的转化：
宏观物体的机械运动 微观分子的热运动
说明：由计算结果可知，将汽轮机的散热量忽略不计时，对汽轮机
功率的影响并不大。所以，将汽轮机内蒸汽的膨胀作功过程看成是绝热 过程来分析是合理的。
30
例2-3 某300MW机组，锅炉的出力为qm=1024×103kg/h，出口蒸
汽锅每焓炉小为的时h效的2=率燃33煤η92量炉.=3B9K？2J%/，kg标，准锅煤炉发进热口量给q水煤=焓29为27h01=K1J1/9k7g.，3K求J/锅kg炉，
第二章——工程热力学课件PPT
100 U1A2 60 Q2B1 U 2B1 40
Q2B1 80
第二章 讨论课
2、一个装有2kg工质的闭口系经历了如下 过程：过程中系统散热25kJ，外界对系统 做功100KJ，比热力学能减小15KJ/kg，并 且整个系统被举高1000m。试确定过程中系 统动能的变化。
Q E W
第二章 讨论课
空
Q
调
Q W
T
第二章 讨论课
➢ 计算题
1、对某种理想气体加热100KJ，使其由状 态1沿途径A可逆变化到状态2，同时对外做 功60KJ。若外界对该气体做功40KJ，迫使 它沿途径B可逆返回状态1。问返回过程中该 气体是吸热还是放热？热量是多少？
Q1A2 U1A2 W1A2 Q2B1 U 2B1 W2B1
V
1b 2
2c1
状态参数 ( Q W ) ( Q W )
1a 2
1b 2
热力学能及闭口系热一律表达式
定义 dU = Q - W 热力学能U 状态函数
Q = dU + W Q=U+W
闭口系热一律表达式
！！！两种特例 绝功系 Q = dU 绝热系 W = - dU
热力学能U 的物理意义
不可能制成的”
§2-2 热一律的推论热力学能
热力学能的导出 闭口系循环
Q W
( Q W ) 0
热力学能的导出
( Q W ) 0 对于循环1a2c1
p1
( Q W ) ( Q W ) 0
b
1a 2
2c1
a
c
对于循环1b2c1
2
( Q W ) ( Q W ) 0
• u : 比参数 [kJ/kg] • 热力学能总以变化量出现，热力学能零点人 为定
工程热力学 第二章 图文
思考
宏观动能和内动能的区别？
§2-3 热力学第一定律导出
热力学第一定律基本表达式
加入系统的能量总和—热力系统输出的能量总和 = 热力系总储存能的增量
加入系统的能量总和－热力系统输出的能量总和
= 热力系总储存能的增量
δW
δ mi ei
E
δm jej
E+dE
δQ
d
如果是闭口系，如何简化？
闭口系统的热一律基本表达式
来源：
19世纪30-40年代，迈耶，焦耳等发现并确 定了能量转换与守恒定律。恩格斯将这列为19世 纪三大发现之一（细胞学说、达尔文进化论）。
能量转换与守恒定律定律指出：一切物质都 具有能量。能量既不可能创造，也不能消灭，它 只能在一定的条件下从一种形式转变为另一种形 式。而在转换中，能量的总量恒定不变。
能量转换与守恒定律
认识个别、特殊能量 机械能、电能、磁能等有序能的守恒 热现象不是一个独立的现象，
其它形式的能量都最终转化为热能
热力学第一定律的本质
本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用
18世纪初，工业革命，热效率只有1% 1842年，J.R. Mayer阐述热一律，但没有
引起重视 1840-1849年，Joule用多种实验的一致性
系统的能量
能量是物质运动的度量，运动有各种不同 的形态，相应的就有各种不同的能量。
系统储存的能量称为储存能，它有内部储 存能与外部储存能之分。系统的内部储存 能即为热力学能
§2-2 热力学能（内能）
Internal energy
定义
系统内部各种形式能量的总和称为系 统的热力学能，简称为内能 U。单位质量 的热力学能称为比内能 u。
闭口系， δmi 0 δm j 0 忽略宏观动能Uk和位能Up， E U
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
.
1.1 工质及热力系
工 质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质
热源（高温热源） ：工质从中吸取热能的物系
冷源（低温热源） ：接受工质放出热能的物系
为了研究问题方便，热力学中常把分析对象从周围 物体中分割出来，研究它与周围物体之间的能量和物 质的传递。
.
热力系统（热力系）：人为分割出来作为热 力学分析对象的有限物质系统。 外 界：热力系统以外的部分。 边 界：系统与外界之间的分界面。
四. 平衡状态
如果在不受外界影响的条件下，系统的状 态能够始终保持不变,则系统的这种状态称为 平衡状态。
.
实现平衡的充要条件： 系统内部及系统与外界之间的一切不平衡
势差（力差、温差、化学势差）消失是系统实 现热力平衡状态的充要条件。
.
热力平衡状态满足：
热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的 传递。
由于压力计的测压元件处于某种环境压力 的作用下，因此压力计所测得的压力是工质的真 实压力 p （或称绝对压力）与环境压力 p b 之差，叫做表压力 p e斯卡(简称帕) 符
号： p a ，
1pa 1N/m2
工程单位：
标准大气压（atm , 也称物理大气压） 巴 (bar) 工程大气压（at） 毫米汞柱（mmHg) 毫米水柱（mmH2O)
压
气 燃机
燃 气 轮
料
机
空
气
.
压缩制冷装置系统简图
.
地源热泵
.
本课程的主要内容
基本概念 热力学第一定律 理想气体的性质 理想气体的热力过程 热力学第二定律 水蒸汽 湿空气 制冷循环
.
第一章 热力学基本概念 1.1 工质及热力系 1.2 热力系的宏观描述 1.3 基本状态参数 1.4 热力过程及热力循环
1.1 工质及热力系
工 质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质
热源（高温热源） ：工质从中吸取热能的物系
冷源（低温热源） ：接受工质放出热能的物系
为了研究问题方便，热力学中常把分析对象从周围 物体中分割出来，研究它与周围物体之间的能量和物 质的传递。
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热力系统（热力系）：人为分割出来作为热 力学分析对象的有限物质系统。 外 界：热力系统以外的部分。 边 界：系统与外界之间的分界面。
四. 平衡状态
如果在不受外界影响的条件下，系统的状 态能够始终保持不变,则系统的这种状态称为 平衡状态。
.
实现平衡的充要条件： 系统内部及系统与外界之间的一切不平衡
势差（力差、温差、化学势差）消失是系统实 现热力平衡状态的充要条件。
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热力平衡状态满足：
热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的 传递。
由于压力计的测压元件处于某种环境压力 的作用下，因此压力计所测得的压力是工质的真 实压力 p （或称绝对压力）与环境压力 p b 之差，叫做表压力 p e斯卡(简称帕) 符
号： p a ，
1pa 1N/m2
工程单位：
标准大气压（atm , 也称物理大气压） 巴 (bar) 工程大气压（at） 毫米汞柱（mmHg) 毫米水柱（mmH2O)
压
气 燃机
燃 气 轮
料
机
空
气
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压缩制冷装置系统简图
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地源热泵
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本课程的主要内容
基本概念 热力学第一定律 理想气体的性质 理想气体的热力过程 热力学第二定律 水蒸汽 湿空气 制冷循环
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第一章 热力学基本概念 1.1 工质及热力系 1.2 热力系的宏观描述 1.3 基本状态参数 1.4 热力过程及热力循环
工程热力学第二章lm——工程热力学课件PPT
q du pdv dh vdp
h是状态量，设 h f (T , p)
dh
( h T
)p
dT
h (p )T
dp
q
( h T
)p
dT
h [(p )T
v]dp
定压 dp=0
cp
( q
dT
)p
( h T
)p
定压比热与定容比热的关系
定容过程： qv cvdT 定压过程： qp cpdT
qp qv [ pdv]p d ( pv) p
V=1m3的容器有N2，温度为20 ℃ ，压力表读数 1000mmHg，pb=1atm，求N2质量。
m
pVM
(1000 1) 1.013105 1.0 28
760
2.658kg
RmT
8.31431000 293.15
状态方程的应用
求平衡状态下的参数
n kmol : pV nRmT
m kg : pV mRT
cpdT cvdT RdT cp cv R
cp cv 0R
cp,m cv,m MR Rm
比热比k：定压比热与定 容比热的比值。
k cp cp cp,m cv cv cv,m
cv
R k 1
kR cp k 1
定值比热，真实比热和平均比热
定值比热：根据分子运动论得出各理想气体的摩尔比 热均相等，称为定值比热。
阿伏伽德罗定律：相同 p 和 T 下各理想气体的摩尔 容积Vm相同
在标准状况下
p0 1.01325 105 Pa T0 273.15K
Vm0 22.414 m3 kmol
代入理想气体状态 方程，可求得：
Rm 8.3143 [ kJ kmol K]
h是状态量，设 h f (T , p)
dh
( h T
)p
dT
h (p )T
dp
q
( h T
)p
dT
h [(p )T
v]dp
定压 dp=0
cp
( q
dT
)p
( h T
)p
定压比热与定容比热的关系
定容过程： qv cvdT 定压过程： qp cpdT
qp qv [ pdv]p d ( pv) p
V=1m3的容器有N2，温度为20 ℃ ，压力表读数 1000mmHg，pb=1atm，求N2质量。
m
pVM
(1000 1) 1.013105 1.0 28
760
2.658kg
RmT
8.31431000 293.15
状态方程的应用
求平衡状态下的参数
n kmol : pV nRmT
m kg : pV mRT
cpdT cvdT RdT cp cv R
cp cv 0R
cp,m cv,m MR Rm
比热比k：定压比热与定 容比热的比值。
k cp cp cp,m cv cv cv,m
cv
R k 1
kR cp k 1
定值比热，真实比热和平均比热
定值比热：根据分子运动论得出各理想气体的摩尔比 热均相等，称为定值比热。
阿伏伽德罗定律：相同 p 和 T 下各理想气体的摩尔 容积Vm相同
在标准状况下
p0 1.01325 105 Pa T0 273.15K
Vm0 22.414 m3 kmol
代入理想气体状态 方程，可求得：
Rm 8.3143 [ kJ kmol K]
工程热力学课件第2章
用热力学第一定律分析热力学问题的步骤：
1. 确定所研究的系统，建立坐标系；
2. 分析过程中系统本身的能量变化及与外界交换的能量；
3. 列出平衡方程；(包括能量的、质量的） 4. 求解。
8
一、闭口系统的热力学第一定律表达式
Q
ΔU
W
取封闭气缸中的工质为研究对象，忽略系统动能和位能的 变化，则：
Ek 0
不花费能量就可以产生功的第一类永动机是 不可能制造成功的。
3
2–2 热力学能和总能
一、热力学能(internal energy)
Uch－化学能
U
Unu－原子核能 平移动能 Uk 转动动能 振动动能 Uth Up— 内位能
f 1 T
f 2 T , v
U U (T , v)
在无化学反应及原子核反应的过程中，化学能和原子 核能都不变化，可以不考虑，热力学能的变化只是内位能 和内动能的变化。
33
流入：
1 2 1 2 qm1 h1 cf 1 gz1 qm2 h3 cf 3 gz3 2 2
流出：
1 1 qm1 h2 cf22 gz2 qm2 h4 cf24 gz4 2 2
根据能量平衡方程：
E p 0
则：E U
对于微元过程：
δQ dU δW
热力学第一定律解析式 9
注意：
1. 表达式中Q、W、ΔU都是代数值，规定：系统吸热Q为正值，系统 对外作功W为正，反之则为负。系统的热力学能增大时， ΔU为正，反 之为负。 2.对于单位质量工质：
δq du δw
17
在 时间段内系统的能量变化为： 根据热力学第一定律可得 ：
1. 确定所研究的系统，建立坐标系；
2. 分析过程中系统本身的能量变化及与外界交换的能量；
3. 列出平衡方程；(包括能量的、质量的） 4. 求解。
8
一、闭口系统的热力学第一定律表达式
Q
ΔU
W
取封闭气缸中的工质为研究对象，忽略系统动能和位能的 变化，则：
Ek 0
不花费能量就可以产生功的第一类永动机是 不可能制造成功的。
3
2–2 热力学能和总能
一、热力学能(internal energy)
Uch－化学能
U
Unu－原子核能 平移动能 Uk 转动动能 振动动能 Uth Up— 内位能
f 1 T
f 2 T , v
U U (T , v)
在无化学反应及原子核反应的过程中，化学能和原子 核能都不变化，可以不考虑，热力学能的变化只是内位能 和内动能的变化。
33
流入：
1 2 1 2 qm1 h1 cf 1 gz1 qm2 h3 cf 3 gz3 2 2
流出：
1 1 qm1 h2 cf22 gz2 qm2 h4 cf24 gz4 2 2
根据能量平衡方程：
E p 0
则：E U
对于微元过程：
δQ dU δW
热力学第一定律解析式 9
注意：
1. 表达式中Q、W、ΔU都是代数值，规定：系统吸热Q为正值，系统 对外作功W为正，反之则为负。系统的热力学能增大时， ΔU为正，反 之为负。 2.对于单位质量工质：
δq du δw
17
在 时间段内系统的能量变化为： 根据热力学第一定律可得 ：
工程热力学多媒体课建2章13923张.ppt
热能工程教研室
图2-2 推动功
二、推动功和流动功
1、推动功(flow work; flow energy)
p
p1
1
o
v1
v
推动功：
工质在开口系统中流动而传递的功叫推动功。 pAH pv
热能工程教研室
对推动功的说明
1、与宏观流动有关，流动停止，推动功不存在 2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化
在 只有单股流体进出时：
q m1 = q m2 = q m
热能工程教研室
min
u1
2
in
ci2n
gzin
Q
Wi
mout
uout 1
2
c2 out
gzout
稳定流动能量方程
q m1 = q m2 = q m
将以上条件代入式（2-20），并用qm 除式（2-20），有
q
h
1 2
c2
f
gz
wsi
（2-21）
——因而统计系统的总能时，不考虑系统整体的外观能量，但要计算 流体的流动动能，重力位能以及热力学能。
假定系统除与外界有物质流交换，在没有质量流穿越的边界
上，还可以有传热和作功的相互作用。
假定进口、出口截面上存在局部平衡条件。
假定流动为一元流动
——仅在沿流动的方向上才有参数的变化。
热能工程教研室
一、开口系的能量方程
q u w w ( pv) wt
c2/2
wi
做功的根源w
wt g△z △(pv) wi
热能工程教研室
【例2-2】
已知新蒸汽进入汽轮机时的焓h1=3232kJ/kg，流速 cf1=50m/s，乏汽流出汽轮机时的焓h2=2302kJ/kg，流速 cf2=120m/s。忽略热损失和位能差。若蒸汽流量q m 为 10 t/h，试求：
工程热力学第二章教材
第二章 热力学第一定律
First Law Of Thermodynamics
第一章内容回顾
一、本章基本公式列表于1-1，在学习中应熟练掌握。
表1-1 第一章的基本公式
v V m m v p pb p e p pb p v t T 273.15K W1 2. Q1 2 或 或 或 T t 273.15K w1 2 q1 2
二、迁移能——功量和热量
功量和热量都是系统与外界相互作用所传递的能量，而不 是系统本身所具有的能量（如热力学能、宏观动能和重力
位能等），其值并不由系统的状态确定，而是与传递时所
经历的具体过程有关。 功量和热量不是系统的状态参数，而是与过程特征有关的过 程量，称为迁移能。
三、功量
热力系与外界发生功的作用有多种形式，包括容积功、 推动功、流动功等。
pb
f
传热（不需要物体的宏观位移）：当热源与工质接触时，接
触处两个物体中杂乱运动的质点进行能量交换，结果高 温物体把能量传递给低温物体
作功过程往往伴随着能量形态的转化：
工质膨胀过程：热力学能→机械能 工质压缩过程：机械能→热力学能 热能转化为机械能的过程包括两类过程： （1）能量转换的热力学过程：由热能传递转变为工质的热 力学能，然后由工质膨胀把热力学能变为机械能，转换过 程中工质的热力状态发生变化，能量的形式也发生变化； （2）单纯的机械过程：由热能转换而得的机械能再变成活 塞和飞轮的动能，若考虑工质本身的速度和离地面高度的变 化，则还变成工质的宏观动能和位能，其余部分则通过机器 轴对外输出。
第二章 热力学第一定律
First Law Of Thermodynamics
本章的基本要求
深入理解热力学第一定律的实质； 掌握能量、储存能、热力学能、迁移能、焓的概念及计算式； 掌握体积变化功、推动功、轴功和技术功的概念及计算式； 熟练掌握热力学第一定律的基本能量方程式（闭口系统和开口 系统），能够正确、灵活地应用热力学第一定律表达式来分析 计算工程实际中的有关问题。
First Law Of Thermodynamics
第一章内容回顾
一、本章基本公式列表于1-1，在学习中应熟练掌握。
表1-1 第一章的基本公式
v V m m v p pb p e p pb p v t T 273.15K W1 2. Q1 2 或 或 或 T t 273.15K w1 2 q1 2
二、迁移能——功量和热量
功量和热量都是系统与外界相互作用所传递的能量，而不 是系统本身所具有的能量（如热力学能、宏观动能和重力
位能等），其值并不由系统的状态确定，而是与传递时所
经历的具体过程有关。 功量和热量不是系统的状态参数，而是与过程特征有关的过 程量，称为迁移能。
三、功量
热力系与外界发生功的作用有多种形式，包括容积功、 推动功、流动功等。
pb
f
传热（不需要物体的宏观位移）：当热源与工质接触时，接
触处两个物体中杂乱运动的质点进行能量交换，结果高 温物体把能量传递给低温物体
作功过程往往伴随着能量形态的转化：
工质膨胀过程：热力学能→机械能 工质压缩过程：机械能→热力学能 热能转化为机械能的过程包括两类过程： （1）能量转换的热力学过程：由热能传递转变为工质的热 力学能，然后由工质膨胀把热力学能变为机械能，转换过 程中工质的热力状态发生变化，能量的形式也发生变化； （2）单纯的机械过程：由热能转换而得的机械能再变成活 塞和飞轮的动能，若考虑工质本身的速度和离地面高度的变 化，则还变成工质的宏观动能和位能，其余部分则通过机器 轴对外输出。
第二章 热力学第一定律
First Law Of Thermodynamics
本章的基本要求
深入理解热力学第一定律的实质； 掌握能量、储存能、热力学能、迁移能、焓的概念及计算式； 掌握体积变化功、推动功、轴功和技术功的概念及计算式； 熟练掌握热力学第一定律的基本能量方程式（闭口系统和开口 系统），能够正确、灵活地应用热力学第一定律表达式来分析 计算工程实际中的有关问题。
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
热力学第一定律的各种能量方程式在形式上随有不同, 热力学第一定律的各种能量方程式在形式上随有不同 但由热变功的实质都是一致的,只是不同场合不同应 但由热变功的实质都是一致的 只是不同场合不同应 用而已. 用而已
§ 2—7 能量方程式的应用
一、动力机 工质流经汽轮机、燃气轮机等动力机时，压力降低， 工质流经汽轮机、燃气轮机等动力机时，压力降低， 对机器作功；进出口速度相差不多，动能改变很小， 对机器作功；进出口速度相差不多，动能改变很小，可忽 对外界略有散热， 为负的 数量很小，可不计。 为负的， 略；对外界略有散热，q为负的，数量很小，可不计。
准静态和可逆闭口系能量方程
简单可压缩系准静态过程 简单可压缩系准静态过程 δw = pdv δq = du + pdv 热一律解析式之一 q = ∆ u + ∫ pdv 简单可压缩系可逆过程 简单可压缩系可逆过程 δ q = Tds Tds = du + pdv 热力学恒等式 ∫ Tds = ∆ u + ∫ pdv
2-16~2-17为不同形式的稳定能量方程式，对有无扰 为不同形式的稳定能量方程式， 为不同形式的稳定能量方程式 动和摩擦均能用。 动和摩擦均能用。
三、稳定流动能量方程式的分析
1 2 q − ∆u = ∆c f + g∆z + ∆( pv) + wi 2
工质对机 器作功
技术功w 技术功 t wt = wi + 1 (c 2 2 − c 2 1 ) + g ( z 2 − z1 ) f f 2 q − ∆u = w
1 2 q = ∆h + ∆c f + g∆z + wi 2
1kg工质对机器所作的功 工质对机器所作的功
§ 2—7 能量方程式的应用
一、动力机 工质流经汽轮机、燃气轮机等动力机时，压力降低， 工质流经汽轮机、燃气轮机等动力机时，压力降低， 对机器作功；进出口速度相差不多，动能改变很小， 对机器作功；进出口速度相差不多，动能改变很小，可忽 对外界略有散热， 为负的 数量很小，可不计。 为负的， 略；对外界略有散热，q为负的，数量很小，可不计。
准静态和可逆闭口系能量方程
简单可压缩系准静态过程 简单可压缩系准静态过程 δw = pdv δq = du + pdv 热一律解析式之一 q = ∆ u + ∫ pdv 简单可压缩系可逆过程 简单可压缩系可逆过程 δ q = Tds Tds = du + pdv 热力学恒等式 ∫ Tds = ∆ u + ∫ pdv
2-16~2-17为不同形式的稳定能量方程式，对有无扰 为不同形式的稳定能量方程式， 为不同形式的稳定能量方程式 动和摩擦均能用。 动和摩擦均能用。
三、稳定流动能量方程式的分析
1 2 q − ∆u = ∆c f + g∆z + ∆( pv) + wi 2
工质对机 器作功
技术功w 技术功 t wt = wi + 1 (c 2 2 − c 2 1 ) + g ( z 2 − z1 ) f f 2 q − ∆u = w
1 2 q = ∆h + ∆c f + g∆z + wi 2
1kg工质对机器所作的功 工质对机器所作的功
工程热力学第二章
解：根据公式Q = U + W 因此 W Q U 60 70 130kJ W<0，说明外界对空气作功，即空气被 压缩。 提示：热量的正负值及功的正负值的物理 意义要记住.
符号规定
系统吸热Q为正，放热Q为负； 系统对外作功W为正，反之为负； 系统热力学能增大ΔU为正，反之为负。
δq du δw
δQ dU pdV
q u w
Q U pdV
1 2
3.对于可逆过程：
4. 对于单位质量工质可逆过程： 5. 动能位能变化不能忽略时：
δq du pdv
Ek 0 Ep 0
q u pdv
1
2
Q E W
34
q e w
e u ek ep
外部储存能
比总能e还可写成：
28
宏观动能与内动能的区别
3.热力学第一定律的一般表达式
热是能的一种，机械能变热能，或热能变 机械能的时候，他们之间的比值是一定的。 或： 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。
能量不能产生，也不能消灭；不同形式能 量之间可以相互转换，但能的总量不变 热力学第一定律实质上就是能量守恒和转换定律对热 现象的应用
⑵ 热力学第一定律的普遍表达方式
对任何系统的任何过程都应有如下能量平衡关系： 进入系统的能量 = 离开系统的能量 + 系统能量贮存的增量
2014-9-27
22
热力学第一定律的实质
功的正负规定
系统对外界作功为正；外界对系统作功为负
2014-9-27
10
准静态过程中功的计算
工程热力学课件 2
1、与宏观流动有关，流动停止，推动功不存在 2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化
Change in
= the total energy of the system
闭口系循环的热一律表达式
Q W
要想得到功，必须花费热能或其它能量 热一律又可表述为“第一类永动机是
不可能制成的” Perpetual –motion machine of the first kind
§2－2 热力学能和总能
化学能 chemical energy
核能 nuclear energy
热力学能/内能：
符号：U 法定计量单位：焦耳（J）
比热力学能：（1kg物质的热力学能）
符号：u 单位：J/kg
热力学能是状态参数，是热力状态的单值函数：
2
U 1 dU U2 U1 dU 0
二、外部储存能
➢ 需要用在系统外的参考坐标系测量的参数来 表示的能量，称为外部储存能，它包括系统 的宏观动能和重力位能：
宏观动能：Ek
1 2
mc
2 f
重力位能：Ep mgz
机械能
三、系统的总储存能（简称总能）
系统的总储存能为系统的内部储存能与外部
储存能之和，用 E 表示：
E
U
1 2
mc2f
mgz
1kg工质的总能为比总能：
e
u
1 2
c
2 f
gz
内能U 的物理意义
dU = Q - W
Q
W
dU 代表某微元过程中系统通过边界 交换的微热量与微功量两者之差值，也 即系统内部能量的变化。
➢ 分子热运动形成的内动能。它是温度的函数。
➢ 分子间相互作用形成的内位能。它是比体积和 温度的函数。
Change in
= the total energy of the system
闭口系循环的热一律表达式
Q W
要想得到功，必须花费热能或其它能量 热一律又可表述为“第一类永动机是
不可能制成的” Perpetual –motion machine of the first kind
§2－2 热力学能和总能
化学能 chemical energy
核能 nuclear energy
热力学能/内能：
符号：U 法定计量单位：焦耳（J）
比热力学能：（1kg物质的热力学能）
符号：u 单位：J/kg
热力学能是状态参数，是热力状态的单值函数：
2
U 1 dU U2 U1 dU 0
二、外部储存能
➢ 需要用在系统外的参考坐标系测量的参数来 表示的能量，称为外部储存能，它包括系统 的宏观动能和重力位能：
宏观动能：Ek
1 2
mc
2 f
重力位能：Ep mgz
机械能
三、系统的总储存能（简称总能）
系统的总储存能为系统的内部储存能与外部
储存能之和，用 E 表示：
E
U
1 2
mc2f
mgz
1kg工质的总能为比总能：
e
u
1 2
c
2 f
gz
内能U 的物理意义
dU = Q - W
Q
W
dU 代表某微元过程中系统通过边界 交换的微热量与微功量两者之差值，也 即系统内部能量的变化。
➢ 分子热运动形成的内动能。它是温度的函数。
➢ 分子间相互作用形成的内位能。它是比体积和 温度的函数。
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理想气体u和h仅仅是温度的单一函数!
定容 q du 定压 q dh
du cvdT dh cpdT
§2.2理想气体比热
R R0 M
[J / kg.K ]
1) 理想气体比热
比热：单位物量的物体，温度升高或降低1K所吸收或
放出的热量
C q
dt
根据热量和物量单位的不同，比热又可分为：
c : 质量比热容 Cm: 摩尔比热容 C’: 体积比热容
1.67
双原子
5 2 R0
7 2
R0
1.4
多原子 7 2 R0 9 2 R0 1.29
第二章 气体的热力性质
2.1理想气体与实际气体 2.2理想气体比热容 2.3实际气体状态方程 2.4对比态定律与压缩因子图
1) 范德瓦尔方程
通过对理想气体的两个假设进行修正，得到描述实际气 体性质的范德瓦尔方程
cpdT cvdT RdT
c : 质量比热容
cp cv R
C’: 体积比热容 Cm: 摩尔比热容
c p cv 0 R c p,0 cv,0 M R R0
比热比k：定压比热与 定容比热的比值。
k c p cp c p,m cv cv cv,m
cv
R k 1
cp
kR k 1
(4) 定值比热，真实比热和平均比热
R0——通用气体常数（Universal Gas constant）
R0 8314.3 [ J kmol K ]
与气体种类无关
R——气体常数（Gas constant）
R R0 M
[J / kg.K ]
与气体种类有关 M-----Molar mass
例如
R空 气
R0 M 空气
8314.3 28.97
理想气体，忽略分子体积，分子自由运动空间为v
实际气体，考虑分子体积，分子自由运动空间为v－b
分子运动引起的动压力为
pa
RT vb
理想气体，忽略分子作用力，对气体压力无影响
实际气体，考虑分子作用力，气体压力减小
分子作用力导致压力减小量为
pi
a 2
a v2
两个效应叠加，得到
RT a p v b v2
2.658kg
8314.3 293.15
28
第二章 气体的热力性质
2.1理想气体与实际气体 2.2理想气体比热容 2.3实际气体状态方程 2.4对比态定律与压缩因子图
§2.2理想气体比热
比热是计算内热能和焓的关键!!
q u
cv
( dT
)v
( T
)v
q h
cp
( dT
)p
( T
)p
为便于分析计算 理想气体（ideal gas）： 经过科学抽象的假想气体模型
假设条件 气体分子是弹性的、不占体积的质点 分子之间没有引力和斥力
理想气体可以用简单的状态方程描述，遵循克拉贝龙方程。
完全意义的理想气体是不存在的
2) 理想气体状态方程
Ideal-gas equation of state
287
J kg K
气体方程计算时注意事项
压力为绝对压力 采用热力学温标，温度单位为K 统一单位，最好采用国际单位
V=1m3的容器有N2，温度为20 ℃ ，压力表读数 1000mmHg，pb=1atm，求N2质量。
m
pV RT
pV R0 T
M
(1000 1) 1.013105 1.0
760
宏观试验与微观分析均可导出理想气体状态方程
pv RT
克拉贝龙方程
四种形式的理想气体状态方程
1 km ol : pVm R0T
状 态
n km ol : pV nR0T
方 1 kg : pv RT
程 m kg : pV m RT
注意:
摩尔容积Vm R0与R 统一单位
R04的)单通位是用km气ol，体为与常分数子量RM0对与应,气所以体理气常方数程中Rn是kmol!!
工程热力学
Engineering Thermodynamics
北京航空航天大学
第二章 气体的热力性质
2.1理想气体与实际气体 2.2理想气体比热容 2.3实际气体状态方程 2.4对比态定律与压缩因子图
§2.1理想气体与实际气体
实际气体（real gas）：真实工质，热力状态不能用简单方程描述。
第二章 气体的热力性质
2.1理想气体与实际气体 2.2理想气体比热容 2.3实际气体状态方程 2.4对比态定律与压缩因子图
§2.4对比态定律与压缩因子图
压缩因子z 对比参数与对比态定律 压缩因子图
1) 压缩因子z的引入
实际气体状态方程 理想气体状态方程
复杂，不利于工程计算 简单，利于工程计算
kJ kg K
kJ kmol K
kJ Nm3 K
kJ kg oC
kJ kmol oC
kJ Nm3 oC
Cm=M·c=22.414C’
(3) 定压比热与定容比热的关系
定容过程： 定压过程：
q du pdv
qv cvdT
qp cpdT
qp qv [ pdv]p d ( pv)p
定值比热：根据分子运动论得出各理想气体的摩尔
比热均相等，称为定值比热运动自由度
C v,m
dU m dT
i 2 R0
C p,m
dH m dT
d (U m R0T ) dT
i2 2
R0
单原子
Cv,m[kJ/kmol.K]
3 2
R0
Cp,m [kJ/kmol.K]
5 2
R0
k
用理想气体 状态方程计 算实际气体
z表示实际气体性质对理 想气体的偏离程度，是状 态函数。
不能直接利用，需修正
v=zvid pv=zRT