发动机原理课件-第一章工程热力学基础
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热容量：向热力系统加热（或取热）使之温度 升高（或降低）1K所需的热量,用C表示。
比热：单位质量工质的热容量，用c表示。
即c=C/m 单位J/(kgK）
或：c=dq/dT（即：单位质量的物质作单位温度变化
时吸/放的热量）
2、比热与过程的关系
＊ 功量和热量都是过程量，故比热与过程有关。 ＊热力过程中最常见的加热过程是保持压力不变
第一章 工程热力学基础
热力学是研究能量（热能）性质和转换规律的科学。 工程热力学是其最早 发展的一个分支。
本章主要内容：
1、热力状态、热力过程、参数 2、热力学的基本定理：热力学第一定理和第二定理。 3、典型热力过程和热力循环。 4、发动机的理想循环。
第一节 气体的状态及状态方程
重点掌握：
1、基本概念：热力系统、工质、热力状态、 理想气体等； 2、热力系统分类； 3、P-V图。
压力(P)、比容(ν)、温度(T)。
三、基本状态参数
1、比容：用ν表示，单位是m3/kg 。
定义：单位质量的物质所占的容积。即：
ν=V/M
V--物质的容积,[m3]; M--物质的质量，[kg]。 比容的倒数是？
2、压力：用P表示，单位是Pa，Mpa、kPa。
定义：系统单位面积上受到的垂直作用力。
气体的状态也可用PV图上的一个点表示，比 较直观。
第二节 热力过程及过程量
重点掌握：
1、基本概念：热力过程、功、热量、熵； 2、热力状态参数与热力过程参数的区分与联系； 3、功、热量的计算，正负的规定； 4、T-S图。
一、热力过程
热力系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的变化历程。
P-V图上,一个点表示气体的一个热力状态; 一条曲线表示一个热力过程。
系统本身所具有的能量包括：宏 微观观能能量量
பைடு நூலகம்
宏观能量包括：
动能 位能
：机械能E
微观能量即系统的内能U，包括：内 内动位能能
内位能与分子间的距离、吸引力有关,是比容的函数； 内动能包括移动动能、转动动能和振动动能，是温度的单
值函数。
※ 内能也称热力学能或热能，仅考虑内位能和内动能。 ※对于理想气体，不考虑分子间的位能，故内能只是分子 的内动能，仅与温度有关，是温度的单值函数，用符号U 表示，单位J。
dV>0，膨胀,δW>0，
系统对外界做功；
dV<0，压缩,δW<0，
外界对系统做功；
dV=0，δW=0，系统与 外界之间无功量传 递。
膨胀,W>0 压缩,W<0
※可逆过程是无摩擦、无温差传热的平衡过程，是实际过程的理想 极限。无特殊说明，都可认为是可逆过程。
三、热量
定义：一个质量不变的热力系统，不做功而通过 边界传递的能量形式。 是系统与外界之间依靠温差来传递的能量形式， 用Q表示 q=Q/m J/kg 规定：传入热力系统的热量为正值，即吸热为 正；传出热力系统的热量为负值，即放热为负。
ds>0,Q>0,吸热;
ds<0,Q<0,放热;
ds=0,无热量交换.
※比容ν的变化量标志着有无做功，熵s的变化量标志 着有无传热。
第三节 热力学第一定律
重点掌握： 1、热力学第一定律的表述；
2、内能与温度的关系； 3、闭口系统能量方程； 4、理想气体内能的计算。
一、热力学第一定律
定义：当热能与其它形式的能量相互转换时，能的总量保 持不变。
一、热力系统
1、定义：在热力学中，把某一宏 观尺寸范围内的工质体为研究 的具体对象，称为热力系统；
界面
热力系
外界
研究对象以外的一切物质，称为外界； 热力系统和外界的分界面，称为界面。
2、工质：在热力设备中用来实现热能与其它形式 的能量交换的物质。
※热机的工质一般都是气体工质。 ※通过工质状态的变化实现与外界的能量交换。
二、热力状态与状态参数
1、热力状态： 热力系统在某一瞬间所呈现的
宏观物理状况。
热力平衡状态：当外界条件不变系统内状态长时
间不变。 （具有均匀一致的P、T）
2、状态参数：用来描述气体热力状态的物理量 主要状态参数：压力P、比容ν、温度T、内能Ｕ、
熵Ｓ、焓Ｈ。
基本状态参数：可直接测量的状态参数，包括：
二、功Ｗ（Ｊ）
气体在热力过程中由于体积发生变化所做的功 （又称为容积功）
功的计算：δW=Fdx=APdx=PdV
W12=∫12PdV 对单位质量的工质：
w12=W/m=∫12PdV/m=∫12Pdν
※故P-V图上,W12为过程线与横轴围成的面积。
规定：系统对外界做功为正，外界对系统做功为负
由δW=PdV得：
三、闭口系统的能量方程
1、定义:
与外界没有质量交换的系统。
2、能量方程式
Q-W=ΔU
故Q=ΔU+W
对于微元过程： δQ=dU+δW
对于1kg工质：
q=Δu+w （Ｊ/Kg)
—闭口系统能量方程
※以上各项均为代数值，可正可负或零，且不受 过程的性质和工质性质的限制。
四、理想气体的比热 1、比热的定义和单位
＊可表述为：不花费任何能量就产生功的第一类永动机是 不存在的。
＊可表述为：对于任何一个热力系统： 进入系统的能量-离开系统的能量=系统内部储存能量的 变化量
※热力学第一定律是能量转换与守恒定律在热力学上的具体应用。 它表达工质在受热作功过程中，热量、作功和内能三者之间的平 衡关系。
二、内能（U）-工质内部所具有的各种能量总称
即：P=F/A
压力的测量
3、温度：用T表示，单位是K。 （Ｔ↑气体分子的平均 定义：表征物体的冷热程度 动能越大）
四、理想气体的状态方程
1、理想气体：气体分子本身不占有体积，分 子之间无相互作用力的气体。 2、理想气体的状态方程：
Pν=RT PV= mRT V= mν 对空气，R=0.287kJ/kg·K 3、压容图
和容积不变，因此比热也相应的分为定压质量比热和 定容质量比热，分别以符号cP 和cν 表示。
＊ 绝热指数（定熵指数或比热比）：K= cP / cν
3、比热与气体性质、温度的关系
实验证明，多数气体的比热随温度的升高而增大，但为 使计算简便，不考虑比热随温度的变化，即采用定值比 热（或定比热）。
※热量与功一样，是系统在热力过程中与外界传递的能量 形式。
※它们都是过程量，不是系统本身所具有的能量。
四.熵和温熵图
熵S的增量等于系统在可 逆过程（温差无穷小） 中交换热量除以传热时 绝对温度的商：
ds=δq/T
1Kg工质的熵的单位J/kgK mKg工质熵的单位Ｊ/K
吸热,Q>0
放热Q<0
熵s（导出量）是一个状态 参数
比热：单位质量工质的热容量，用c表示。
即c=C/m 单位J/(kgK）
或：c=dq/dT（即：单位质量的物质作单位温度变化
时吸/放的热量）
2、比热与过程的关系
＊ 功量和热量都是过程量，故比热与过程有关。 ＊热力过程中最常见的加热过程是保持压力不变
第一章 工程热力学基础
热力学是研究能量（热能）性质和转换规律的科学。 工程热力学是其最早 发展的一个分支。
本章主要内容：
1、热力状态、热力过程、参数 2、热力学的基本定理：热力学第一定理和第二定理。 3、典型热力过程和热力循环。 4、发动机的理想循环。
第一节 气体的状态及状态方程
重点掌握：
1、基本概念：热力系统、工质、热力状态、 理想气体等； 2、热力系统分类； 3、P-V图。
压力(P)、比容(ν)、温度(T)。
三、基本状态参数
1、比容：用ν表示，单位是m3/kg 。
定义：单位质量的物质所占的容积。即：
ν=V/M
V--物质的容积,[m3]; M--物质的质量，[kg]。 比容的倒数是？
2、压力：用P表示，单位是Pa，Mpa、kPa。
定义：系统单位面积上受到的垂直作用力。
气体的状态也可用PV图上的一个点表示，比 较直观。
第二节 热力过程及过程量
重点掌握：
1、基本概念：热力过程、功、热量、熵； 2、热力状态参数与热力过程参数的区分与联系； 3、功、热量的计算，正负的规定； 4、T-S图。
一、热力过程
热力系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的变化历程。
P-V图上,一个点表示气体的一个热力状态; 一条曲线表示一个热力过程。
系统本身所具有的能量包括：宏 微观观能能量量
பைடு நூலகம்
宏观能量包括：
动能 位能
：机械能E
微观能量即系统的内能U，包括：内 内动位能能
内位能与分子间的距离、吸引力有关,是比容的函数； 内动能包括移动动能、转动动能和振动动能，是温度的单
值函数。
※ 内能也称热力学能或热能，仅考虑内位能和内动能。 ※对于理想气体，不考虑分子间的位能，故内能只是分子 的内动能，仅与温度有关，是温度的单值函数，用符号U 表示，单位J。
dV>0，膨胀,δW>0，
系统对外界做功；
dV<0，压缩,δW<0，
外界对系统做功；
dV=0，δW=0，系统与 外界之间无功量传 递。
膨胀,W>0 压缩,W<0
※可逆过程是无摩擦、无温差传热的平衡过程，是实际过程的理想 极限。无特殊说明，都可认为是可逆过程。
三、热量
定义：一个质量不变的热力系统，不做功而通过 边界传递的能量形式。 是系统与外界之间依靠温差来传递的能量形式， 用Q表示 q=Q/m J/kg 规定：传入热力系统的热量为正值，即吸热为 正；传出热力系统的热量为负值，即放热为负。
ds>0,Q>0,吸热;
ds<0,Q<0,放热;
ds=0,无热量交换.
※比容ν的变化量标志着有无做功，熵s的变化量标志 着有无传热。
第三节 热力学第一定律
重点掌握： 1、热力学第一定律的表述；
2、内能与温度的关系； 3、闭口系统能量方程； 4、理想气体内能的计算。
一、热力学第一定律
定义：当热能与其它形式的能量相互转换时，能的总量保 持不变。
一、热力系统
1、定义：在热力学中，把某一宏 观尺寸范围内的工质体为研究 的具体对象，称为热力系统；
界面
热力系
外界
研究对象以外的一切物质，称为外界； 热力系统和外界的分界面，称为界面。
2、工质：在热力设备中用来实现热能与其它形式 的能量交换的物质。
※热机的工质一般都是气体工质。 ※通过工质状态的变化实现与外界的能量交换。
二、热力状态与状态参数
1、热力状态： 热力系统在某一瞬间所呈现的
宏观物理状况。
热力平衡状态：当外界条件不变系统内状态长时
间不变。 （具有均匀一致的P、T）
2、状态参数：用来描述气体热力状态的物理量 主要状态参数：压力P、比容ν、温度T、内能Ｕ、
熵Ｓ、焓Ｈ。
基本状态参数：可直接测量的状态参数，包括：
二、功Ｗ（Ｊ）
气体在热力过程中由于体积发生变化所做的功 （又称为容积功）
功的计算：δW=Fdx=APdx=PdV
W12=∫12PdV 对单位质量的工质：
w12=W/m=∫12PdV/m=∫12Pdν
※故P-V图上,W12为过程线与横轴围成的面积。
规定：系统对外界做功为正，外界对系统做功为负
由δW=PdV得：
三、闭口系统的能量方程
1、定义:
与外界没有质量交换的系统。
2、能量方程式
Q-W=ΔU
故Q=ΔU+W
对于微元过程： δQ=dU+δW
对于1kg工质：
q=Δu+w （Ｊ/Kg)
—闭口系统能量方程
※以上各项均为代数值，可正可负或零，且不受 过程的性质和工质性质的限制。
四、理想气体的比热 1、比热的定义和单位
＊可表述为：不花费任何能量就产生功的第一类永动机是 不存在的。
＊可表述为：对于任何一个热力系统： 进入系统的能量-离开系统的能量=系统内部储存能量的 变化量
※热力学第一定律是能量转换与守恒定律在热力学上的具体应用。 它表达工质在受热作功过程中，热量、作功和内能三者之间的平 衡关系。
二、内能（U）-工质内部所具有的各种能量总称
即：P=F/A
压力的测量
3、温度：用T表示，单位是K。 （Ｔ↑气体分子的平均 定义：表征物体的冷热程度 动能越大）
四、理想气体的状态方程
1、理想气体：气体分子本身不占有体积，分 子之间无相互作用力的气体。 2、理想气体的状态方程：
Pν=RT PV= mRT V= mν 对空气，R=0.287kJ/kg·K 3、压容图
和容积不变，因此比热也相应的分为定压质量比热和 定容质量比热，分别以符号cP 和cν 表示。
＊ 绝热指数（定熵指数或比热比）：K= cP / cν
3、比热与气体性质、温度的关系
实验证明，多数气体的比热随温度的升高而增大，但为 使计算简便，不考虑比热随温度的变化，即采用定值比 热（或定比热）。
※热量与功一样，是系统在热力过程中与外界传递的能量 形式。
※它们都是过程量，不是系统本身所具有的能量。
四.熵和温熵图
熵S的增量等于系统在可 逆过程（温差无穷小） 中交换热量除以传热时 绝对温度的商：
ds=δq/T
1Kg工质的熵的单位J/kgK mKg工质熵的单位Ｊ/K
吸热,Q>0
放热Q<0
熵s（导出量）是一个状态 参数