工程热力学课件 PPT
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没有物质交换。
工程热力学课件
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常见的热力常系统
• 绝热系—adiabatic system
与外界无热量交换；
• 孤立系—isolated system
与外界既无能量交换也无物质交换；
• 简单可压缩系—simple compressible system
由可压缩流体组成，无化学反应、与外界可 逆功的交换只有体积变化功一种形式的系统。
变温热源（variational heat reservoir）
3.1 热力系统（热力系、系统、体系）和 外界及边界
系统（thermodynamic system or system）
人为分割出来，作为热力学研究对象的有限物质；
外界（surrounding ）与体系发生能量和物质交换的物质；
边界（boundary）系统与外界的分界线（面）；
注意：1) 闭口系与质量不变系的区别；
2) 开口系与绝热系的关系；
3) 孤立系与绝热系的关系。
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3.5热力系统示例图
刚性绝热气缸-活 塞系统，B侧有电 热丝加热
红线内 —闭口绝热系
黄线内不包含电热丝
—闭口系
黄线内包含电热丝
—闭口绝热系
蓝线内—孤立系
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3.6 热力系示例图
注：广延量的比参数又具有强度量的性质。比如：
V
m
任意两个系统状态相同的充要条件是： 所有状参一一对应相等。
两个简单可压缩系统状态相同的充要条件是： 两个独立的状态参数分别对应相等。
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一、温度（temperature）
温度：物体的冷热程度 热平衡：冷热程度相同时，两物体达到热平衡
热力学第零定律——热平衡定律 （the zeroth law of thermodynamics）
刻 度：基准点间 1/180
热力学温标 基准点：水的三相点 规定为273.16K
燃气轮机 gas turbine
类
喷气动力装置 jet power plant
蒸汽动力装置
steam power
plant
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燃气轮机装置示意图
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四冲程汽油机
工程热力学课件
5
四冲程柴油机
工程热力学课件
6
二冲程汽油机
工程热力学课件
7
返回
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对工质的要求： ① 膨胀性
② 流动性
③ 热容量 ④ 稳定性、安全性 ⑤ 环保性能 ⑥ 价格
物质三态中 气体最合适
2.热源（heat source；heat reservoir）
定义：工质从中吸取或向之排放热能的物质系统。
{ {{ 热源
温度高低 温度变化
高温热源（热源 — heat source） 低温热源（冷源—heat sink） 恒温热源（constant heat reservoir）
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3.2 边界示意图
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3.3 热力系统分类（1）
• 按组元数：
单元系—one component system; pure system 多元系—multicomponent system
• 按相数：
单相系—homogeneous system
多相系—heterogeneous system
注意：1) 不计恒外力场的影响;
2) 多相系未必不均匀（湿蒸汽亦可均匀分布）；
3) 单元系未必均匀（汽液平衡分离）。
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3.4热力系统分类（2）
• 按系统与外界有无质量交换分为： 开口系（open system）控制体积（CV）
通过边界与外界有物质交换；
闭口系（close system）控制质量（CM）
工程热力学课件
பைடு நூலகம்
11
三者之间的关系：
System
Boundary
Surroundings
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汽缸-活塞装置（闭口系例）
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汽车发动机（开口系示例）
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注意：
① 系统与外界设定的人为性； ② 外界与环境介质； ③ 边界可以是：
ⅰ 刚性的或可变形的； ⅱ 固定的或可移动的； ⅲ 真实存在的或虚拟的。
刚性绝热喷管
取红线为系统—闭口系 取喷管为系统—开口系绝热系？
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§1-3 工质的热力状态及基本状态数
• 热力学状态— state of thermodynamic system
— 某一瞬间系统所呈现的宏观物理状况
• 状态参数— state of properties
— 描述系统所处状态的宏观物理量 a) .状态参数是宏观量，反映了大量粒子运动的宏观平均效果，
只有平衡态才有统一的状态参数。
常用的状参有：p, T，Ｖ，Ｕ，Ｈ，Ｓ等， 其中ｐ，Ｔ，Ｖ称为基本状态参数。
ｂ）状态参数的特性：状态的单值函数
物理上：与过程无关 数学上：其微分是全微分
工程热力学课件
dx0, dx dx
abc
adc
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c)状态参数的分类： 广延量—与系统质量多少有关 extensive properties 强度量—与系统质量多少无关 intensive properties
如果A 与 B，A与C热平衡，则B与C热平衡
—测量温度的依据
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温标（temperature scale）－温度的表示方法
温标的组成：1.基准点，2.刻度
摄氏温标：基准点：1atm 水 冰点 规定为 0 ℃ 1atm 水 汽点 规定为 100 ℃
刻 度：基准点间 1/100
华氏温标 基准点：1atm 水 冰点 规定为 32 °F 1atm 水 汽点 规定为 212 °F
第一章 基本概念
基本概念（Basic concepts and definitions）
§1-1 热能动力装置（Thermal Power Plant）
定义： 从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力
的整套设备。
{ { 燃气动力装置
内燃机 internal combustion engine
分
combustion gas power plant
蒸汽动力装置（流程图）
汽轮机
过热器 锅炉
泵
工程热力学课件
发电机
冷凝器
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共同本质：
都是通过媒介物的：吸热 膨胀做功 排热 来完成从燃料燃烧产生的热能向机械能的转化。
§1-2 工质、热源及热力系统 1. 工质（working substance; working medium ）
定义:实现热能和机械能互相转化的媒介物质。
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常见的热力常系统
• 绝热系—adiabatic system
与外界无热量交换；
• 孤立系—isolated system
与外界既无能量交换也无物质交换；
• 简单可压缩系—simple compressible system
由可压缩流体组成，无化学反应、与外界可 逆功的交换只有体积变化功一种形式的系统。
变温热源（variational heat reservoir）
3.1 热力系统（热力系、系统、体系）和 外界及边界
系统（thermodynamic system or system）
人为分割出来，作为热力学研究对象的有限物质；
外界（surrounding ）与体系发生能量和物质交换的物质；
边界（boundary）系统与外界的分界线（面）；
注意：1) 闭口系与质量不变系的区别；
2) 开口系与绝热系的关系；
3) 孤立系与绝热系的关系。
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3.5热力系统示例图
刚性绝热气缸-活 塞系统，B侧有电 热丝加热
红线内 —闭口绝热系
黄线内不包含电热丝
—闭口系
黄线内包含电热丝
—闭口绝热系
蓝线内—孤立系
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3.6 热力系示例图
注：广延量的比参数又具有强度量的性质。比如：
V
m
任意两个系统状态相同的充要条件是： 所有状参一一对应相等。
两个简单可压缩系统状态相同的充要条件是： 两个独立的状态参数分别对应相等。
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一、温度（temperature）
温度：物体的冷热程度 热平衡：冷热程度相同时，两物体达到热平衡
热力学第零定律——热平衡定律 （the zeroth law of thermodynamics）
刻 度：基准点间 1/180
热力学温标 基准点：水的三相点 规定为273.16K
燃气轮机 gas turbine
类
喷气动力装置 jet power plant
蒸汽动力装置
steam power
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四冲程柴油机
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6
二冲程汽油机
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对工质的要求： ① 膨胀性
② 流动性
③ 热容量 ④ 稳定性、安全性 ⑤ 环保性能 ⑥ 价格
物质三态中 气体最合适
2.热源（heat source；heat reservoir）
定义：工质从中吸取或向之排放热能的物质系统。
{ {{ 热源
温度高低 温度变化
高温热源（热源 — heat source） 低温热源（冷源—heat sink） 恒温热源（constant heat reservoir）
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15
3.2 边界示意图
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3.3 热力系统分类（1）
• 按组元数：
单元系—one component system; pure system 多元系—multicomponent system
• 按相数：
单相系—homogeneous system
多相系—heterogeneous system
注意：1) 不计恒外力场的影响;
2) 多相系未必不均匀（湿蒸汽亦可均匀分布）；
3) 单元系未必均匀（汽液平衡分离）。
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3.4热力系统分类（2）
• 按系统与外界有无质量交换分为： 开口系（open system）控制体积（CV）
通过边界与外界有物质交换；
闭口系（close system）控制质量（CM）
工程热力学课件
பைடு நூலகம்
11
三者之间的关系：
System
Boundary
Surroundings
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汽缸-活塞装置（闭口系例）
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汽车发动机（开口系示例）
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注意：
① 系统与外界设定的人为性； ② 外界与环境介质； ③ 边界可以是：
ⅰ 刚性的或可变形的； ⅱ 固定的或可移动的； ⅲ 真实存在的或虚拟的。
刚性绝热喷管
取红线为系统—闭口系 取喷管为系统—开口系绝热系？
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§1-3 工质的热力状态及基本状态数
• 热力学状态— state of thermodynamic system
— 某一瞬间系统所呈现的宏观物理状况
• 状态参数— state of properties
— 描述系统所处状态的宏观物理量 a) .状态参数是宏观量，反映了大量粒子运动的宏观平均效果，
只有平衡态才有统一的状态参数。
常用的状参有：p, T，Ｖ，Ｕ，Ｈ，Ｓ等， 其中ｐ，Ｔ，Ｖ称为基本状态参数。
ｂ）状态参数的特性：状态的单值函数
物理上：与过程无关 数学上：其微分是全微分
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dx0, dx dx
abc
adc
22
c)状态参数的分类： 广延量—与系统质量多少有关 extensive properties 强度量—与系统质量多少无关 intensive properties
如果A 与 B，A与C热平衡，则B与C热平衡
—测量温度的依据
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温标（temperature scale）－温度的表示方法
温标的组成：1.基准点，2.刻度
摄氏温标：基准点：1atm 水 冰点 规定为 0 ℃ 1atm 水 汽点 规定为 100 ℃
刻 度：基准点间 1/100
华氏温标 基准点：1atm 水 冰点 规定为 32 °F 1atm 水 汽点 规定为 212 °F
第一章 基本概念
基本概念（Basic concepts and definitions）
§1-1 热能动力装置（Thermal Power Plant）
定义： 从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力
的整套设备。
{ { 燃气动力装置
内燃机 internal combustion engine
分
combustion gas power plant
蒸汽动力装置（流程图）
汽轮机
过热器 锅炉
泵
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发电机
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共同本质：
都是通过媒介物的：吸热 膨胀做功 排热 来完成从燃料燃烧产生的热能向机械能的转化。
§1-2 工质、热源及热力系统 1. 工质（working substance; working medium ）
定义:实现热能和机械能互相转化的媒介物质。