工程热力学课件

气缸
活塞
飞轮
热 源
工质、机器和热源组成的 系统
假设过程是可逆的。
问题：过程可逆的条件是什么？
气缸
可逆过程模拟
活塞
飞轮
热 源
左止点
p
1
v
气缸
活塞
飞轮 续41
热 源
左止点
p
1
2
v
气缸
热 源
左止点
p
1
飞轮 续41
2
v
气缸
热 源
左止点
p
1
飞轮 续41
2
v
气缸
热 源
左止点
p
1
飞轮 续41
2
v
气缸
热 源
左止点
p
1
飞轮 续41
2
v
气缸
热 源
左止点
p
1
飞轮 续41
v
气缸
热 源
左止点
p
1
飞轮 续41
v
气缸
热 源
左止点
p
1
飞轮 续41
v
气缸
热 源
左止点
p
1
飞轮 续41
右止点
2
v
气缸
热 源
左止点
p
1
飞轮 续41
右止点
问题：左图中阴影
部分的面积代表什
2
么？
v
作功： ✓ 借作功来传递能量总是和物体的宏观位移有关。 ✓ 作功过程中往往伴随着能量形态的变化。
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 或真空度 p v
压力的单位：国际标准单位：帕斯卡(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)
工程热力学
热能的利用
１.热 利 用—将热能直接用于加热物体，以满足 烘干、采暖、熔炼等需要。
２.动力利用—通过各种热能动力装置将热能转换 成机械能或者转换成电能加以利用， 为人类的日常生活、工农业生产及 交通运输提供动力。
能量的转换和传递过程
一 次 能 源
风 水 化核地太
力学
热阳
能 能 能能能能
工程热力学通常只研究平衡状态。
1-3 基本状态参数
一. 温标
定义：温标是指温度的数值表示法 温标三要素：
测温物质及其测温属性
基准点
分度方法
经验温标与绝对温标：
任选一种物质的某一测温属性，采用以 上温标的规定所得到的温标称为经验温标， 经验温标依赖于测温物质的物理性质。热力 学理论指出可以建立一种不依赖于测温物质 的性质的温标,即热力学绝对温标。
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。
传热： ✓ 借传热来传递能量不需要物体的宏观移动。 ✓ 传热是相互接触的物体间存在温差时发生的 能量传递过程。
二、容积功
气缸
三. 比体积和密度
比体积
单位质量物质所占的体积 v V
m
单位：m 3 / k g
密度
单位体积物质的质量
m 单位：kg/m3 V
v与ρ互成倒数，即：vρ＝1
1.4 热力过程及热力循环
一. 热力过程：
热力系统由一个状态变化到另一个状态的全部过 程。
就热力系本身而言，热力学仅对平衡状态 进行描述。
工质在某一瞬间呈现出来的宏观物理状 况，简称状态。
二. 状态参数：
描述工质所处状态的宏观物理量。如温度、 压力等。
三. 状态参数的特性：
状态参数都是宏观的物理量。
状态参数是热力系统的单值函数，其值只取 决于初终态，与过程无关。
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。
燃 烧
裂变
聚 变
传 热
传热
燃 料
风 车
电
池
水 车
水 力 机
械
热
热 机温
差
二
机械能
发
次 能 源
发 电机
电
Biblioteka Baidu
电
动机
能
光
电
磁
流 体
热用
反 应
发户
电
电
能
热能转换装置的工作过程
热能
热机
( 转换装置 )
机械能
蒸汽机示意图
锅炉
汽缸 活塞
冷凝器 曲柄连杆
曲轴箱 泵
燃 气 轮 机 装 置 系统 简 图
废
燃烧室
气
燃料泵
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
根据系统与外界物质交换、热量交换的情况 闭口系统：系统与外界无物质交换，系统内质量恒 定不变，也称控制质量 开口系统：系统与外界有物质交换，系统被划定在 一定容积范围内，也称控制容积 绝热系统：系统与外界无热量交换
孤立系统：系统与外界既无能量交换，也无物质交换
1-2 热力系的宏观描述
一. 热力学状态：
外 界：热力系统以外的部分。
边 界：系统与外界之间的分界面。
边界可以是实在的，也可以是假想的； 可以是固定的，也可以是移动的。
系统与边界：
系统
系统
以空间为系统，进、 出口边界均为假想边 界，系统与外界有物 质交换
以气缸内气体为系统, 活塞表面上的边界是移 动边界，系统与外界没 有物质交换
热力系统的分类：
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。
力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位 移。
自然界的物质实际上都处于非平衡状态， 平衡只是一种极限的理想状态。
热力学绝对温标（热力学温度或绝对温度）
开尔文在热力学第二定律的基础上，从理论 上引入的与测温物质性质无关的温标。它可作为 标准温标，一切经验温标均可以用此温标来校正。
符号为T，单位为K(称“开尔文”)
规定水的三相点为基准点，并规定此点的温 度为273.16K
二. 压力
定义：单位面积上所受的垂直作用力称为压力 （即压强) 压力计：测量工质压力的仪器。常见的压力计有 压力表和U型管。
二、 过程量-功和热量
只要存在不平衡势差的推动作用，系统和外 界就会发生能量的交换-作功或传热
功的力学定义：功是力和力方向上位移的乘积。
W Fdx
2
W 1 2
Fdx
1
功的热力学定义：
在力差推动下，热力系统通过边界而传递的能 量，且其全部效果可表现为举起重物。
观察下面的过程,看热能是如何
转换为功的