2011/6/1 第一部分：绪论 1、工程热力学 工程热力学是研究热能有效利用及其热能与其他形式能量转换规律的科学。 2、热力学分类 工程热力学（热能与机械能），物理热力学，化学热力学等 3、热力装置的共同特点 热源和冷源、工质、容积变化功、循环 4、热效率 1 W Q η= =收益 代价 5、工程热力学研究内容 能量转换的基本定律，工质的基本性质和热力过程，热工转换设备及其工作原理，化学热力学基础。 6、工程热力学研究方法 （1）宏观方法：连续体(continuum)，用宏观物理量描述其状态，其基本规律是无数经验的总结（如：热力学第一定律）。 特点：可靠，普遍，不能任意推广 经典 （宏观,平衡）热力学 （2）微观方法：从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象及规律 特点：揭示本质，模型近似 微观（统计）热力学
第一章：基本概念 1、热力系统 （1）热力系统(热力系、系统)：人为指定的研究对象（如：一个固定的空间）； （2）外界：系统以外的所有物质； （3）边界(界面)：系统与外界的分界面； （4）系统与外界的作用都通过边界； （5）以系统与外界关系划分： 有无 是否传质开口系闭口系 是否传热非绝热系绝热系 是否传功非绝功系绝功系 是否传热、功、质非孤立系孤立系 （6）简单可压缩系统 只交换热量和一种准静态的容积变化功； 2、状态和状态参数 （1）状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 （2）状态参数：描述热力系状态的物理量 （3）状态参数的特征： ●状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 ●状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关 ●状态参数的微分特征：全微分 （4）强度参数与广延参数 ●强度参数：与物质的量无关的参数，如压力p、温度T ●广延参数：与物质的量有关的参数可加性,如质量m、容积V、内能（也称之 为：热力学能）U、焓H、熵S 3、基本状态参数 （1）压力p ( pressure ) ●物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2。 ●绝对压力与环境压力的相对值——相对压力； ●只有绝对压力p 才是状态参数； ●大气压随时间、地点变化；
第一章基本概念 1.基本概念 热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。 边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。 外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。 闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。 开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。 绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。 单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。 复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。 单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。 多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。 均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。 非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。 热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。 状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。 基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。 温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。 热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。 压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。 相对压力：相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压
第一章、基本概念 1、边界 边界有一个特点（可变性）：可以是固定的、假想的、移动的、变形的。 2、六种系统（重要！） 六种系统分别是：开（闭）口系统、绝热（非绝热）系统、孤立（非孤立）系统。 a.系统与外界通过边界：功交换、热交换和物质交换. b.闭口系统不一定绝热，但开口系统可以绝热。 c.系统的取法不同只影响解决问题的难易，不影响结果。 3、三参数方程 a.P=B+Pg b.P=B-H 这两个方程的使用，首先要判断表盘的压力读数是正压还是负压，即你所测物体内部的绝对压力与大气压的差是正是负。正用1，负用2。 ps.《工程热力学（第六版）》书8页的系统，边界，外界有详细定义。 第二章、气体热力性质 1、各种热力学物理量 P：压强[单位Pa] v：比容（单位m^3/kg） R：气体常数（单位J/(kg*K)）书25页 T：温度（单位K） m：质量（单位kg） V：体积（单位m^3）
M：物质的摩尔质量（单位mol） R：8.314kJ/(kmol*K)，气体普实常数 2、理想气体方程： Pv=RT PV=m*R。*T/M Qv=Cv*dT Qp=Cp*dT Cp-Cv=R 另外求比热可以用直线差值法！ 第三章、热力学第一定律 1、闭口系统： Q=W+△U 微元：δq=δw+du （注：这个δ是过程量的微元符号）2、闭口绝热 δw+du=0 3、闭口可逆 δq=Pdv+du 4、闭口等温 δq=δw 5、闭口可逆定容 δq=du 6、理想气体的热力学能公式
dU=Cv*dT 一切过程都适用。为什么呢？因为U是个状态量，只与始末状态有关、与过程无关。U是与T相关的单值函数，实际气体只有定容才可以用 6、开口系统 ps.公式在书46页（3-12） 7、推动功 Wf=P2V2-P1V1（算是一个分子流动所需要的微观的能量） a、推动功不是一个过程量，而是一个仅取决于进出口状态的状态量。 b、推动功不能够被我们所利用，其存在的唯一价值是使气体流动成为开系。 8、焓（重要！） 微观h=u+PV U分子静止具有的内能 PV分子流动具有的能量 a、焓是一个状态量，对理想气体仍然为温度T的单值函数。 b、焓在闭口系统中无物理意义，仅作为一个复合函数。 9、技术功 从技术角度，可以被我们利用的功 Wt=0.5△c^2+g△Z+Ws(轴功) q=△h+Wt当忽略动位能时，Wt=Ws q=△h+Ws=△PV+△u+w（膨胀功） 10、可逆定容的方程 Ws=-∫VdP 表示对外输出的轴功。 与dU相同，dh=CpdT对一切理想气体成立 第四章 理想气体的热力过程及气体压缩
《工程热力学》课程教案 郑州轻工业学院张文慧 *** 本课程教材及主要参考书目： 教材： 沈维道、童钧耕主编，工程热力学（第四版），高等教育出版社，2007.6. 手册： 严家騄、余晓福著，水和水蒸气热力性质图表，高等教育出版社，1995.5. 实验指示书： 郑州轻工业学院编，工程热力学实验指导书，2007. 参考书： 沈维道、蒋智敏、童钧耕编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2001.6. 何雅玲编，工程热力学精要分析及典型题精解，西安交通大学出版社，2000.4. 毕明树、周一卉编，工程热力学学习指导，化学工业出版社，2005.7. 曾丹苓、敖越、张新铭、刘朝编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2002.12. 廉乐明、李力能、吴家正等编，工程热力学（第四版），中国建筑工业出版社，2000.12. 绪论（2学时） 1. 教学目标及基本要求 从人类用能的历史和能量转换装置的实例中认识理解：热能利用的广泛性和特殊性；工程热力学的研究内容和研究方法；本课程在专业学习中的地位；本课程与后续专业课程乃至专业培养目标的关系。 2. 各节教学内容及学时分配 0-1 热能及其利用（0.5学时） 0-2 热力学及其发展简史（0.5学时） 0-3 能量转换装置的工作过程（0.2学时） 0-4 工程热力学研究的对象及主要内容（0.8学时） 3. 重点难点 工程热力学的主要研究内容；研究内容与本课程四大部分（特别是前三大部分）之联系；工程热力学的研究方法 4. 教学内容的深化和拓宽 增加能量转换装置的工作过程一节；热力学基本定律的建立；热力学各分支； 本课程与《传热学》、《流体力学》等课程各自的任务及联系；有关工程热力学及其应用的网上资源。 5. 教学方式