《热工与流体力学基础》课件第一章 热力学基本概念
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2014-9-14
叶轮
2
（4）孤立热力系
与外界既无能量（功、热量）交 换又无物质交换的系统。
2014-9-14
特殊热力系
如:热源
本身热容量很大， 且在放出或吸收有限量 热量时自身温度及其它 热力学参数没有明显变 化的物体。 提供热量的热源称 为高温热源；吸收热量 的热源称为低温热源。
高温热源
源自文库吸热Q1 作功W
第一篇 工 程 热 力 学
2014-9-14
工程热力学是从工程应用的角度研究热能与机械能 之间相互转换的规律。 工程热力学是各种动力装置、制冷装置、热泵空调机 组、锅炉及各种热交换器进行分析和计算的理论基础。
本篇主要讲述：热力学的基本概念及基本定律（热力 学第一定律、热力学第二定律）；理想气体的热力性质和 热力过程；参与能量转换与传递的工作介质（水蒸气、混 合气体、湿空气等）的热力性质；蒸汽动力循环；气体和 蒸汽的流动等工程热力学基础知识。
1 MPa = 103 kPa =106 Pa
3. 常用工质: 热机循环中: 水蒸气、空气 、燃气 、 制冷循环 、热泵循环中: 氨 、氟里昂
2014-9-14
蒸汽动力循环示意图
过热蒸汽
过热器 锅 炉
汽机 轮
发电机
锅 炉
凝 汽 器 给水泵
汽轮机
循环水
乏汽
凝汽器
水泵 冷却水
2014-9-14
二、 热力系、 边界与外界
1. 热力系
——在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为
研究的对象，并将之人为划分出来,称为热力系统，简称 热力系或系统。 • 可为真实的物质、设备或假想的热力学模型 如:泵中的水、汽轮机 、卡诺热机
2014-9-14
如:对小球进行受力分析
A
α
C O G B
β
T
C O β α G (b)
B NB
(a)
2014-9-14
热力系
过热蒸汽 发电机
高温热源 吸热Q1 作功W 热机 机械能 放热Q2 低温热源
热机
机械能
放热Q2
低温热源
2014-9-14
第二节 工质的热力状态和基本状态参数
工质在进行热 量传递和能量转 换的过程中, 其
汽机轮 锅 炉 凝 汽 器
状态不断发生变 化．
2014-9-14
一、 热力状态和状态参数
１．热力状态
——工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态， 简称状态。
• • •
2014-9-14
本章难点
• 本章的许多概念比较抽象，较难理解。学习中应将抽 象的概念与具体的物理量或图形联系起来。 • 在工程热力学中普遍采用抽象和简化的方法，为此， 应对研究方法的实用性和科学依据有比较深刻的理解。
2014-9-14
第一节 工质和热力系
一、工质
1. 什么是工质 ? ——实现热能与机械能相互传递与转换的媒介物 质。 2. 工质特性:可压缩、易膨胀、易流动
锅 炉
汽轮机
循环水
乏汽
凝汽器
水泵
冷却水
2014-9-14
热力系
过热器 锅 炉 凝 汽 器
2014-9-14
汽机轮
高温热源
吸热Q1 作功W
热机
机械能
放热Q2
给水泵
低温热源
2. 外界
——与热力系相互作用的周围物体。
3. 边界
——热力系与外界之间的分界面。
• 可实际存在,亦可假想;可固定不动,亦可移动或变形。
2014-9-14
热力学温标
英国物理学家开尔文（ Kelvin) 在热力学第二 定律基础上建立，也称绝对温标。
基本状态参数
用热力学温标确定的温度称为热力学温度。 热力学温标取水的三相点为基准点，并定义 其温度为 273.16 K。温差 1K相当于水的三相点温 度的1/273.16。
2014-9-14
热力学温标
2014-9-14
热力学温度T
K
1K=1℃
摄氏温标
瑞典天文学家摄尔修斯（ Celsius ）于 1742 年 建立。 在标准大气压下，纯水的冰点温度为0 ℃ ，纯 水的沸点温度为100 ℃，纯水的三相点（固、液、 汽三相平衡共存的状态点）温度为0.01℃ 。 选择水银的体积作为温度测量的物性，认为其 随温度线性变化，并将0 ～100 ℃温度下的体积差 均分成100份，每份对应1 ℃。
２．状态参数
——描述工质热力状态的宏观的物理量。
状态参数特征： • 状态参数的变化量只与初、终态有关，与所经历的路径 无关。 • 经历一个循环，状态参数的变化量必为零。 • 状态参数与状态一一对应。
2014-9-14
常用状态参数
可直接或间接测量 基本状态参数
温度（T）、压力（p）、比体积（v）
导出状态参数
2014-9-14
三、 热力系的分类
边界
（1）封闭热力系
与外界有能量传 递, 无物质交换的系统。 系统的质量恒定不变 。 气缸 活塞
2014-9-14
（2）开口热力系
与外界有能量、 物质交换的系统。 系统的容积始终保 持变。
进口
1 1
汽轮机
边界
2 出口
（3）绝热热力系
与外界没有热 量交换的系统。
2014-9-14
第一章
热力学基本概念
2014-9-14
学习导引
本章介绍了许多重要的概念，对于后续内 容的学习非常重要。在学习过程中，应注意把 相关的概念串接起来，既对单个概念的物理意 义有较深刻的理解，又能从整体上将这些概念
有机的联系起来。
2014-9-14
学习要求
• • 理解工质、热力系的定义，掌握热力系的分类。 理解热力状态和状态参数的定义；掌握状态参数的特征、分 类，基本状态参数的物理意义和单位；掌握绝对压力、表压 力和真空度的关系。 掌握平衡状态的物理意义及实现条件。 了解状态方程式及参数坐标图的物理意义及作用。 理解热力过程、准平衡过程和可逆过程的物理意义与联系， 能正确判定准平衡过程和可逆过程。
热力学能（U）、焓（H）和熵（S）
2014-9-14
二、 基本状态参数
１．温度
——用来标志物体冷热程度的物理量。 • 温度是热平衡的判据 。
温度相等
• 温度的测量: 温度计 • 温度的数值表示: 温标
温 标 摄氏温标 温度及符号 摄氏温度t
热平衡
单 位 ℃
关 系 Tt+273.15 或 Tt+273
热力学温标与摄氏温标的关系
温差: 1 K = 1 ℃
T
或
2014-9-14
=t
+ 273.15
T = t + 273
基本状态参数
2. 压力
——指单位面积上承受的垂直作用力(即压强) .
• 压力的实质:大量分子向容器壁面撞击的平均结果. • 压力的符号: p • 压力的单位: Pa （帕），1 Pa =1 N/ m2
叶轮
2
（4）孤立热力系
与外界既无能量（功、热量）交 换又无物质交换的系统。
2014-9-14
特殊热力系
如:热源
本身热容量很大， 且在放出或吸收有限量 热量时自身温度及其它 热力学参数没有明显变 化的物体。 提供热量的热源称 为高温热源；吸收热量 的热源称为低温热源。
高温热源
源自文库吸热Q1 作功W
第一篇 工 程 热 力 学
2014-9-14
工程热力学是从工程应用的角度研究热能与机械能 之间相互转换的规律。 工程热力学是各种动力装置、制冷装置、热泵空调机 组、锅炉及各种热交换器进行分析和计算的理论基础。
本篇主要讲述：热力学的基本概念及基本定律（热力 学第一定律、热力学第二定律）；理想气体的热力性质和 热力过程；参与能量转换与传递的工作介质（水蒸气、混 合气体、湿空气等）的热力性质；蒸汽动力循环；气体和 蒸汽的流动等工程热力学基础知识。
1 MPa = 103 kPa =106 Pa
3. 常用工质: 热机循环中: 水蒸气、空气 、燃气 、 制冷循环 、热泵循环中: 氨 、氟里昂
2014-9-14
蒸汽动力循环示意图
过热蒸汽
过热器 锅 炉
汽机 轮
发电机
锅 炉
凝 汽 器 给水泵
汽轮机
循环水
乏汽
凝汽器
水泵 冷却水
2014-9-14
二、 热力系、 边界与外界
1. 热力系
——在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为
研究的对象，并将之人为划分出来,称为热力系统，简称 热力系或系统。 • 可为真实的物质、设备或假想的热力学模型 如:泵中的水、汽轮机 、卡诺热机
2014-9-14
如:对小球进行受力分析
A
α
C O G B
β
T
C O β α G (b)
B NB
(a)
2014-9-14
热力系
过热蒸汽 发电机
高温热源 吸热Q1 作功W 热机 机械能 放热Q2 低温热源
热机
机械能
放热Q2
低温热源
2014-9-14
第二节 工质的热力状态和基本状态参数
工质在进行热 量传递和能量转 换的过程中, 其
汽机轮 锅 炉 凝 汽 器
状态不断发生变 化．
2014-9-14
一、 热力状态和状态参数
１．热力状态
——工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态， 简称状态。
• • •
2014-9-14
本章难点
• 本章的许多概念比较抽象，较难理解。学习中应将抽 象的概念与具体的物理量或图形联系起来。 • 在工程热力学中普遍采用抽象和简化的方法，为此， 应对研究方法的实用性和科学依据有比较深刻的理解。
2014-9-14
第一节 工质和热力系
一、工质
1. 什么是工质 ? ——实现热能与机械能相互传递与转换的媒介物 质。 2. 工质特性:可压缩、易膨胀、易流动
锅 炉
汽轮机
循环水
乏汽
凝汽器
水泵
冷却水
2014-9-14
热力系
过热器 锅 炉 凝 汽 器
2014-9-14
汽机轮
高温热源
吸热Q1 作功W
热机
机械能
放热Q2
给水泵
低温热源
2. 外界
——与热力系相互作用的周围物体。
3. 边界
——热力系与外界之间的分界面。
• 可实际存在,亦可假想;可固定不动,亦可移动或变形。
2014-9-14
热力学温标
英国物理学家开尔文（ Kelvin) 在热力学第二 定律基础上建立，也称绝对温标。
基本状态参数
用热力学温标确定的温度称为热力学温度。 热力学温标取水的三相点为基准点，并定义 其温度为 273.16 K。温差 1K相当于水的三相点温 度的1/273.16。
2014-9-14
热力学温标
2014-9-14
热力学温度T
K
1K=1℃
摄氏温标
瑞典天文学家摄尔修斯（ Celsius ）于 1742 年 建立。 在标准大气压下，纯水的冰点温度为0 ℃ ，纯 水的沸点温度为100 ℃，纯水的三相点（固、液、 汽三相平衡共存的状态点）温度为0.01℃ 。 选择水银的体积作为温度测量的物性，认为其 随温度线性变化，并将0 ～100 ℃温度下的体积差 均分成100份，每份对应1 ℃。
２．状态参数
——描述工质热力状态的宏观的物理量。
状态参数特征： • 状态参数的变化量只与初、终态有关，与所经历的路径 无关。 • 经历一个循环，状态参数的变化量必为零。 • 状态参数与状态一一对应。
2014-9-14
常用状态参数
可直接或间接测量 基本状态参数
温度（T）、压力（p）、比体积（v）
导出状态参数
2014-9-14
三、 热力系的分类
边界
（1）封闭热力系
与外界有能量传 递, 无物质交换的系统。 系统的质量恒定不变 。 气缸 活塞
2014-9-14
（2）开口热力系
与外界有能量、 物质交换的系统。 系统的容积始终保 持变。
进口
1 1
汽轮机
边界
2 出口
（3）绝热热力系
与外界没有热 量交换的系统。
2014-9-14
第一章
热力学基本概念
2014-9-14
学习导引
本章介绍了许多重要的概念，对于后续内 容的学习非常重要。在学习过程中，应注意把 相关的概念串接起来，既对单个概念的物理意 义有较深刻的理解，又能从整体上将这些概念
有机的联系起来。
2014-9-14
学习要求
• • 理解工质、热力系的定义，掌握热力系的分类。 理解热力状态和状态参数的定义；掌握状态参数的特征、分 类，基本状态参数的物理意义和单位；掌握绝对压力、表压 力和真空度的关系。 掌握平衡状态的物理意义及实现条件。 了解状态方程式及参数坐标图的物理意义及作用。 理解热力过程、准平衡过程和可逆过程的物理意义与联系， 能正确判定准平衡过程和可逆过程。
热力学能（U）、焓（H）和熵（S）
2014-9-14
二、 基本状态参数
１．温度
——用来标志物体冷热程度的物理量。 • 温度是热平衡的判据 。
温度相等
• 温度的测量: 温度计 • 温度的数值表示: 温标
温 标 摄氏温标 温度及符号 摄氏温度t
热平衡
单 位 ℃
关 系 Tt+273.15 或 Tt+273
热力学温标与摄氏温标的关系
温差: 1 K = 1 ℃
T
或
2014-9-14
=t
+ 273.15
T = t + 273
基本状态参数
2. 压力
——指单位面积上承受的垂直作用力(即压强) .
• 压力的实质:大量分子向容器壁面撞击的平均结果. • 压力的符号: p • 压力的单位: Pa （帕），1 Pa =1 N/ m2