工程热力学基础分解
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开口系统中引进或排出工质而输入或排出系 统的总能量。
12
7. 工质的性质
对简单可压缩系，只要知道两个独立的状态 参数，就可以确定其状态。
状态方程 f p,v,T 0
理想气体的假设与状态方程：
分子为不占体积的弹性质点； 除碰撞外分子间无其它作用力。
u u(T )
特例： h u(T ) pv u(T ) RgT h(T )
由于分子热运动而具有的能量。
U U (T, v)
总（储存）能(total stored energy of system)
热力学能，内部储存能
E U EK Ep
e u ek ep
总能
宏观动能 宏观位能
外部储存能
11
焓(enthalpy)
定义：H=U+pV h=u+pv 单位：J（kJ） J/kg（kJ/kg） 焓是状态参数 物理意义：
W pAdx pdV
2
W 1 pdV
9
4.热量： 仅仅由于温差而通过边 界传递的能量。 符号约定：系统吸热“+”； 单位：J , kJ 放热“-”
可逆过程计算式及状态参数图
δQ TdS
2
Q 1 TdS
功和热量是过程量。
10
5. 热力学能（内能）、总能和焓
热力学能(internal energy)
17
Q
H2
H1
m
cf22 2
cf21 2
mg
z2
z1
WS
H
Wt
q
h2
h1
1 2
cf22 cf21
g z2 z1 ws h wt
对可逆过程 :
δwt vdp
技术功
wt
ws
1 2
cf2
gz
w ( p2v2 p1v1)
18
4.稳定流动能量方程式的应用
对于气体，机械中的一般位 能差可以忽略不计
1)蒸汽轮机、燃气轮机
(steam turbine、gas turbine)
流进系统：h1
1 2
c
2 f1
流出系统：h2
1 2
c2f
2
,
wS
内部储能增量： 0
(h1
1 2
c
2 f1
)
(h2
1 2
c2f
2
)
wS
wt
19
2)压气机、水泵类 (compressor, pump)
流入： h1 , ws
流出：
24
取控制体为压气机 （但不包括水冷部分） 考察能量平衡
流入： P m1h1
流出： 水 m1h2
内增： 0
P 水 m1 h2 h1 m3cpw (t4 t3 ) m1cp T2 T1
第一定律第一解析式—热
对可逆过程 : δw pdv
功的基本表达式
16
3. 开口系统稳定流动能量方程
(steady-flow energy equation)
稳定流动特征： 1）各截面上参数不随时间变化。 2）ΔECV=0， ΔSCV=0， ΔmCV=0ּ···
考虑只有一个进口和一个出口的情况。 注意：各截面间参数可不同。
h2 , q
（水泵可忽略散热）
内增： 0
wc wt h2 h1 q
20
3)换热器（锅炉、加热器等） (heat exchanger: boiler、heater)
21Biblioteka 换热器（锅炉、换热器等）将整个流体 区域取作开口系 (包含冷、热流体)
若忽略动能差、位能差，整体绝热
流入： m1h1 m2h3 流出： m1h2 m2h4
4
开口系—open system （控制体积CV）
—通过边界与外界有质量交换
5
汽 车 发 动 机
幻灯片 6
绝热系—adiabatic system— 与外界无热量交换;
孤立系—isolated system— 与外界无任何形式的质能交换。
简单可压缩系—simple compressible system —由可压缩物质组成，无化学反应、与外界仅有
工程热力学
（Engineering Thermodynamics）
1
《工程热力学》
第1章 热力学基本概念 第2章 热力学基本定律 第3章 气体的性质和热力过程 第4章 实际气体与湿空气 第5章 热机
2
绪论
1.能源的种类： 水力能、风能、地热能、太阳能、燃料的化学能、
核能、海洋能、生物质能等。
2. 通过热能形式被利用的能源在我国占总能源利用 的90%以上，世界其他各国也平均超过85%。
14
二、 热力学第一定律
1. 第一定律的表述： 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。
关于第一类永动机
15
2. 闭口系基本能量方程式
忽略宏观动能ΔUk和位能ΔUp， E U , 可得：
Q U W q u w
对于循环 Qnet Wnet
内增： 0
h4
h3
m1 m2
h1
h2
22
4) 喷管或扩压管（绝热）
h1
1 2
c
2 f1
h2
1 2
c2f 2
5) 绝热节流（绝热） h1 h2
6) 绝热混合或分流
min mout Hin Hout
23
例题
一台稳定工况运行的水冷式压缩机，运行参数如附图所 示。设空气的比热容cp=1.003kJ/(kg·K)，水的比热 cpw=4.187 kJ/(kg·K)。若不计压气机向环境的散热损失 以及动能差及位能差，试确定驱动该压气机所需的功率。 [已知空气的焓差h2-h1=cp(T2-T1)]
热能的利用方式： 直接利用：加热（冷却）； 间接利用：热能－机械能（电能）。
3. 工程热力学主要是研究热能和机械能相互转换规 律、方法和提高转化效率的途径。
3
一、 基本概念
1. 热力系统：人为分割出来，作为热 力学研究对象的有限物质系统。 闭口系—closed system （控制质量CM）
—没有质量越过边界
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理想气体的状态方程： pv RgT
式中，Rg是气体常数[J/(kg.K)]，与气体种类有关。 理想气体是实际气体在低压高温时的抽象，常温下空 气、氧气、氮气、湿空气等可以看作理想气体计算。
非理想气体（如蒸汽、液体）：
其温度离其饱和较近，一般不能作为理想气体处理， 否则会有较大的误差。其所有的状态参数的计算可以 通过查图表或计算机软件计算。
交换容积变化功的有限物质系统。
7
2. 可逆过程和不可逆过程 定义：系统可经原途径返回原来状
态而在外界不留下任何变化 的过程。 条件：传热无温差，膨胀无压差、 无摩擦等耗散。
8
不可逆 可逆
3. 过程功
功的符号约定： 系统对外作功为“+”； 外界对系统作功为“-”
体积变化功：仅仅由于 体积发生变化而通过边 界传递的机械功。它是 过程量。对可逆过程：
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7. 工质的性质
对简单可压缩系，只要知道两个独立的状态 参数，就可以确定其状态。
状态方程 f p,v,T 0
理想气体的假设与状态方程：
分子为不占体积的弹性质点； 除碰撞外分子间无其它作用力。
u u(T )
特例： h u(T ) pv u(T ) RgT h(T )
由于分子热运动而具有的能量。
U U (T, v)
总（储存）能(total stored energy of system)
热力学能，内部储存能
E U EK Ep
e u ek ep
总能
宏观动能 宏观位能
外部储存能
11
焓(enthalpy)
定义：H=U+pV h=u+pv 单位：J（kJ） J/kg（kJ/kg） 焓是状态参数 物理意义：
W pAdx pdV
2
W 1 pdV
9
4.热量： 仅仅由于温差而通过边 界传递的能量。 符号约定：系统吸热“+”； 单位：J , kJ 放热“-”
可逆过程计算式及状态参数图
δQ TdS
2
Q 1 TdS
功和热量是过程量。
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5. 热力学能（内能）、总能和焓
热力学能(internal energy)
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Q
H2
H1
m
cf22 2
cf21 2
mg
z2
z1
WS
H
Wt
q
h2
h1
1 2
cf22 cf21
g z2 z1 ws h wt
对可逆过程 :
δwt vdp
技术功
wt
ws
1 2
cf2
gz
w ( p2v2 p1v1)
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4.稳定流动能量方程式的应用
对于气体，机械中的一般位 能差可以忽略不计
1)蒸汽轮机、燃气轮机
(steam turbine、gas turbine)
流进系统：h1
1 2
c
2 f1
流出系统：h2
1 2
c2f
2
,
wS
内部储能增量： 0
(h1
1 2
c
2 f1
)
(h2
1 2
c2f
2
)
wS
wt
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2)压气机、水泵类 (compressor, pump)
流入： h1 , ws
流出：
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取控制体为压气机 （但不包括水冷部分） 考察能量平衡
流入： P m1h1
流出： 水 m1h2
内增： 0
P 水 m1 h2 h1 m3cpw (t4 t3 ) m1cp T2 T1
第一定律第一解析式—热
对可逆过程 : δw pdv
功的基本表达式
16
3. 开口系统稳定流动能量方程
(steady-flow energy equation)
稳定流动特征： 1）各截面上参数不随时间变化。 2）ΔECV=0， ΔSCV=0， ΔmCV=0ּ···
考虑只有一个进口和一个出口的情况。 注意：各截面间参数可不同。
h2 , q
（水泵可忽略散热）
内增： 0
wc wt h2 h1 q
20
3)换热器（锅炉、加热器等） (heat exchanger: boiler、heater)
21Biblioteka 换热器（锅炉、换热器等）将整个流体 区域取作开口系 (包含冷、热流体)
若忽略动能差、位能差，整体绝热
流入： m1h1 m2h3 流出： m1h2 m2h4
4
开口系—open system （控制体积CV）
—通过边界与外界有质量交换
5
汽 车 发 动 机
幻灯片 6
绝热系—adiabatic system— 与外界无热量交换;
孤立系—isolated system— 与外界无任何形式的质能交换。
简单可压缩系—simple compressible system —由可压缩物质组成，无化学反应、与外界仅有
工程热力学
（Engineering Thermodynamics）
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《工程热力学》
第1章 热力学基本概念 第2章 热力学基本定律 第3章 气体的性质和热力过程 第4章 实际气体与湿空气 第5章 热机
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绪论
1.能源的种类： 水力能、风能、地热能、太阳能、燃料的化学能、
核能、海洋能、生物质能等。
2. 通过热能形式被利用的能源在我国占总能源利用 的90%以上，世界其他各国也平均超过85%。
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二、 热力学第一定律
1. 第一定律的表述： 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。
关于第一类永动机
15
2. 闭口系基本能量方程式
忽略宏观动能ΔUk和位能ΔUp， E U , 可得：
Q U W q u w
对于循环 Qnet Wnet
内增： 0
h4
h3
m1 m2
h1
h2
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4) 喷管或扩压管（绝热）
h1
1 2
c
2 f1
h2
1 2
c2f 2
5) 绝热节流（绝热） h1 h2
6) 绝热混合或分流
min mout Hin Hout
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例题
一台稳定工况运行的水冷式压缩机，运行参数如附图所 示。设空气的比热容cp=1.003kJ/(kg·K)，水的比热 cpw=4.187 kJ/(kg·K)。若不计压气机向环境的散热损失 以及动能差及位能差，试确定驱动该压气机所需的功率。 [已知空气的焓差h2-h1=cp(T2-T1)]
热能的利用方式： 直接利用：加热（冷却）； 间接利用：热能－机械能（电能）。
3. 工程热力学主要是研究热能和机械能相互转换规 律、方法和提高转化效率的途径。
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一、 基本概念
1. 热力系统：人为分割出来，作为热 力学研究对象的有限物质系统。 闭口系—closed system （控制质量CM）
—没有质量越过边界
13
理想气体的状态方程： pv RgT
式中，Rg是气体常数[J/(kg.K)]，与气体种类有关。 理想气体是实际气体在低压高温时的抽象，常温下空 气、氧气、氮气、湿空气等可以看作理想气体计算。
非理想气体（如蒸汽、液体）：
其温度离其饱和较近，一般不能作为理想气体处理， 否则会有较大的误差。其所有的状态参数的计算可以 通过查图表或计算机软件计算。
交换容积变化功的有限物质系统。
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2. 可逆过程和不可逆过程 定义：系统可经原途径返回原来状
态而在外界不留下任何变化 的过程。 条件：传热无温差，膨胀无压差、 无摩擦等耗散。
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不可逆 可逆
3. 过程功
功的符号约定： 系统对外作功为“+”； 外界对系统作功为“-”
体积变化功：仅仅由于 体积发生变化而通过边 界传递的机械功。它是 过程量。对可逆过程：