热力学在生活中的应用

本科课程论文

题目热力学在生活中的应用

学院工程技术学院

专业机械设计制造及其自动化

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2014年11月20日

目录

1.摘要 (3)

2.关键字 (3)

3.前言 (3)

4.正文 (3)

4.1热力学第一定律 (3)

4.2热力学第二定律 (4)

4.3生活中的热力学现象及应用 (4)

4.4 热机 (5)

4.5 结论 (6)

5.参考文献 (7)

热力学在生活中的应用

1.摘要：热力学第一和第二定律是热力学的最基本最重要的理论基础，其中热力学第一定律从数量上描述了热能与机械能相互转换时数量的关系。热力学第二定律从质量上说明热能与机械能之间的差别，指出能量转换是时条件和方向性。在工程上它们都有很强的指导意义。

2.关键字：热力学生活应用热机

3.前言：热机在人类生活中发挥着重要的作用。现代化的交通运输工具都靠它提供动力。热机的应用和发展推动了社会的快速发展也不可避免地损失部分能量并对环境造成一定程度的污染。

4.正文：

4.1 热力学第一定律

热力学第一定律：热力学的基本定律之一。是能的转化与守恒定律在热力学中的表现。它指出热是物质运动的一种形式，并表明，一个体系内能增加的量值△E（=E末-E 初）等于这一体系所吸收的热量Q与外界对它所做的功之和，可表示为△E＝W＋Q。

对热力学第一定律应从广义上理解，应把系统内能的变化看作是系统所含的一切能量（如化学的、热的、电磁的、原子核的、场的能量等）的变化，而所作的功是各种形式的功，如此理解后，热力学第一定律就成了能量转换和守恒定律。在1885年，恩格斯把这个原理改述为“能量转化与守恒定律”，从而准确而深刻地反映了这一定律的本质内容。

同时热力学第一定律也可表述为：第一类永动机是不可能制造的。在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机

械, 这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论，这种不需要外界提供能量的永动机称为“第一类永动机”。根据热力学第一定律这种装置显然无法制成。

4.2 热力学第二定律

热力学第二定律：热力学的又一基本定律。它是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的总结。自热力学第一定律被发现以后，人们注意到许多自行发生的过程都是单方向的，例如热量从高温物体传到低温物体，水由高处向低处流动，气体的扩散与混合，其反向自行发生的过程虽然没有违反第一定律，却从来还没有发现过，可见除了第一定律外，必定还有其他的定则在限制这些过程的发生方x向。

热力学第二定律对工程实践有着重要的指导意义。例如：有些简单过程进行的方向很容易看出来，但是很多比较复杂的过程，如一些化学反应，要直接预测它们进行的方向是很困难的。这时可以通过计算孤立系的熵的变化来预测；热力学第二定律揭示了一切实际过程都具有不可逆性。从能量利用的角度来看，不可逆意味着能量的贬值、可用能和功的损失。掌握能量贬值的规律性便可避免一些不必要的能量损失，从而达到节约能源的目的。

4.3 生活中的热力学现象及应用

生活中无处不存在热力学现象，热力学现象的本质和原理亦来自生活。其实我们身边经常可以看到很多和热力学有关的现象，只是我们经常是不会去用学过的知识很好的联系和分析它。比如家里用的空调，热水器，抽水泵，高压锅等等，都是我们身边很轻易就可以看到的例子。

高压锅，大家并不陌生，现在还有很多家庭用来烧饭用的，我们来了解一下它工作时候的一些原理。

刚开始高压锅里面主要含有水和对应的食物，主要的变化过程是水和水蒸气的变化，密封高压锅里面的水经加热慢慢达到对应的温度压力下的饱和水，这个过程为预热阶段，所吸收的热量称为液体热。继续加热处于湿蒸汽状态，在此过程中对应的温度压力不变，称为饱和压力和饱和温度，一直到高压锅里面的水加热成干饱和蒸汽，这个过程称为气化阶段，所吸收的热量称为汽化潜热。继续对干饱和蒸汽加热，达到过热状态，即得到过热蒸汽。这主要是高压锅内部水和水蒸气的变化情况。

接着从过路内部压力和外部压力来分析高压锅气阀工作情况。每个高压锅都有对应的工作压力和压力释放阀动作值，一般高压锅工作压力在80kpa左右，压力释放阀动作值在120kpa左右，也就是説过热蒸汽继续加热到，压力阀外部压力和重力之和与内部气体的压力相平衡的时候就会将压力阀间歇性的顶起来，在内外压力差变化的时候内部高温高压蒸汽不断地派出去，里面的蒸汽比容将会随着时间的加长增大，里面的食物主要是靠着一定时间的高温高压蒸汽的作用煮烂煮熟。

空调也是我们生活中随处可见的制冷制热器。它主要是利用工质在压缩膨胀过程中吸热放热来实现制冷制热的。

空调制冷原理

空调器通电后，制冷系统内制冷剂的低压蒸汽被压缩机吸入并压缩为高压蒸汽后排至冷凝器。同时轴流风扇吸入的室外空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热量，使高压制冷剂蒸汽凝结为高压液体。高压液体经过过滤器、节流机构后喷入蒸发器，并在相应的低压下蒸发，吸取周围的热量。同时贯流风扇使空气不断进入蒸发器的肋片间进

行热交换，并将放热后变冷的空气送向室内。如此室内空气不断循环流动，达到降低温度的目的。

制热工作原理

热泵制热是利用制冷系统的压缩冷凝器来加热室内空气。空调器在制冷工作时，低压制冷剂液体在蒸发器内蒸发吸热而高温高压制冷剂在冷凝器内放热冷凝。热泵制热是通过电磁换向，将制冷系统的吸排气管位置对换。原来制冷工作蒸发器的室内盘管变成制热时的冷凝器，这样制冷系统在室外吸热向室内放热，实现制热的目的。

4.4 热机

热机原理是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能的机器动力机械的一类,如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、内燃机、喷气发动机等。热机通常以气体作为工质（传递能量的媒介物质叫工质）利用气体受热膨胀对外做功。热能的来源主要有燃料燃烧产生的热能、原子能、太阳能和地热等。

内燃机

内燃机气缸盖中有进气道和排气道内装进、排气门。新鲜充量(即空气或空气与燃料的可燃混合气)经空气滤清器、进气管、进气道和进气门充入气缸。膨胀后的燃气经排气门、排气道和排气管最后经排气消声器排入大气。进、排气门的开启和关闭是由凸轮轴上的进、排气凸轮

通过挺柱、推杆、摇臂和气门弹簧等传动件分别加以控制的这一套机件称为内燃机配气机构。通常由空气滤清器、进气管、排气管和排气消声器组成进排气系统。

为了向气缸内供入燃料内燃机均设有供油系统。汽油机通过安装在进气管入口端的化油器将空气与汽油按一定比例(空燃比)混合然后经进气管供入气缸由汽油机点火系统控制的电火花定时点燃。柴油机的燃油则通过柴油机喷油系统喷入燃烧室在高温高压下自行着火燃烧。