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朱明善清华大学工程热力学课件全集ppt讲解

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工程热力学幻灯片(绪、1、2章)(上课)

工程热力学幻灯片(绪、1、2章)(上课)
7
四、学习方法
1、掌握(理解）基本概念和基本定律 （一棵大树：根、干、枝、果） 2、掌握热力学研究方法：对复杂事物 进行抽象、简化和假设的方法 3、重视基本技能的训练
8
第一章
热能
热动力 装置
基本概念
机械能
第一节热能转变成机械能的过程
热动力装置
制冷装置
内燃动力装置 蒸汽动力装置 燃气动力装置
气缸、活塞、曲柄、 连杆、飞轮、进气阀、 排气阀、火花塞 9
负压
p
绝对真空
比容v
密度
V v m
［m3/kg]
各压力间的关系
［kg/m3]
两者相互不独立
v
1

37
三、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 (广义力)
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 U、焓 H、熵S
比参数：
V v m 比容
表示在坐标图上 2）任意一点为平衡态 3）不平衡态无法在图 上表示
v
常见p-v图和T-s图
46
第五节 准静态过程、可逆过程
一、热力过程
p1 = p0+重物
T1 = T0
突然去掉重物 最终 p2 = p0 T2 = T0
p0
p
1.
.
p，T
2
v
47
二、准静态过程
假如重物有无限多层
1、定义：如果过程中
处于平衡状态的系统有一种保持平衡 的趋势；对于不平衡的系统有一种达到平 衡的趋势。
41
平衡与稳定
稳定：参数不随时间变化
铜棒：稳定但存在不平衡势差，它的稳 定是靠外界影响来维持的。去掉外界影 响，则状态变化，直 到温度均匀为止 稳定不一定平衡

工程热力学 第0章 绪论 图文

工程热力学 第0章 绪论 图文
南京航空航天大学
工程热力学的研究方法
采用经典热力学的宏观研究方法，有时利用分子运动论和 统计热力学基本观点和研究成果 还普遍采用抽象、概括、理想化和简化处理方法
南京航烧系统(Combustion systems) –动力的产生——发动机，电厂等。（ Power
按开发的步骤 ➢ 一次能源：煤、石油、天然气、风能、水能、太阳能等 ➢ 二次能源：电力、煤气、汽油、沼气、氢气、酒精等
其他分类….
南京航空航天大学
能量的转化与利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转化过程
燃料电池
氢、酒精等二次能源
电能
机械能 辐射能
光电池
发电机
机械
风能、水能、海洋能
机械能
热能 直接利用
式的推导。 • 明确各章节的作用和相互的联系，解决什么问
题，得出什么结论。 • 热力学的直观语言很重要：p-v图、T-s图、h-s
煤、石油、天然气
核能
核反应
燃烧 集热器
热机 90％
热 能 直接利用
燃烧
太阳能 光合作用
生物质能 食物利用
南京航空航天大学
0-2 热力学发展简史
南京航空航天大学
“冷”、“热”的概念 钻木取火：最早的人为的热-功转换
南京航空航天大学
最早的热-功转换机械
（hero engine ）
南京航空航天大学
Thomas Savery的蒸汽机
南京航空航天大学
工程热力学涉及的领域
–流体压缩和运动——风机，泵，压缩机等。 （Fluid compression and movement — fans, pumps, compressors, etc.)
–供热通风与空调工程——制冷系统，热泵等。 （HVAC — refrigeration systems, heat pumps, etc.）

(精品)工程热力学(全套467页PPT课件)

(精品)工程热力学(全套467页PPT课件)
从能源结构来看，2004年一次能源消费中，煤炭占 67.7%，石油占22.7%，天然气占2.6%，水电等占 7.0%；一次能源生产总量中，煤炭占75.6%，石油 占13.5%，天然气占3.0%，水电等占7.9%。
我国能源现状
据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储 采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的 50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭 速度。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
工程热力学属于应用科学（工程科学） 的范畴，是工程科学的重要领域之一。
工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其 它形式能量转换规律的科学
工程热力学所属学科
工
工程热力学
程
传热学 Heat Transfer
热
流体力学 Hydrodynamics
工程热力学是节能的理论基础
能量转化的一般模式
一
次 能
热能
源
电能 机械能
问题：下面哪些是热机，哪些不是？
燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、 发电机、电动机
能量转化的一般模式
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
换 1 MPa = 106 Pa
算 关
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa

清华大学工程热力学课件第3章03

清华大学工程热力学课件第3章03
x 35.56cm3
L x 3.556cm F
pB 2bar VB 80cm3
F 10cm2 pA 10bar VA 20cm3
I. 活塞无摩擦，完全导热(续)
解：2） QA，WA
突然拔掉销钉，活塞无摩擦, 不是准静态
QA UA WA pdv
无法确定
pB 2bar VB 80cm3
QB UB WB pdv
3） QA+B
QA+B UA+B WA+B
0
F 10cm2
pA 10bar VA 20cm3
I. 活塞完全导热，无摩擦
F 10cm2
II. 活塞完全导热，有摩擦 且经历准静态等温过程
pA 10bar VA 20cm3
I. 活塞无摩擦，完全导热
解：1）活塞移动距离L A、B的质量及T均未变
pAVA pA 'VA ' pBVB pB 'VB '
pA ' pB '
pAVA pBVB 10 20 2 80 VA ' VB ' 20 x 80 x
容积效率:
V
V Vh
1 c
p2 p1
1
n
1
讨论：
（1） p2 一定，c p1
V
（2）
c
和n一定，
p2 p1
V
极限 V 0
p 3
c VC Vh
2
VC 4 V3
1 V
V1 V
余隙影响例题
已知：
Vh p1
10b.a4r4,t515m135,Vo C3 ,p02.0232.35mba3r,
n=1.2
wt

清华大学工程热力学讲义101PPT课件

清华大学工程热力学讲义101PPT课件

q p ( u v)T d v ( T u)vd T M d v N d T
M
T
v
Tpv
2u
Tv
N v
T
2u vT
q 不是状态参数 热量不是状态参数
常用的状态参数间的数学关系
x
1
倒数式 Reciprocity
relation
y
z
y x z
循环式 Cyclic
s
f T
h v pu pv fvfTT T f vv fv T
uf Tsf TTf v
吉布斯函数（Gibbs Function）
d h T d s v d p d T s s d T v d p
dhT s sdTvdp
令 g hTs 吉布斯函数 GHTS
dgsdTvdp gg(T, p) 是特征函数
四个 Maxwell ralation
p s
v
T v
s
s
p
T
v T
p
v s
p
T p
s
s
v
T
p T
v
四个特征函数（吉布斯方程）
d T u d ps d u v f( s ,v ) dd d u f T h uss vd sd d v p uvT d s sd h dfv p h f v ( ( s T ,,p v ) ) d us g s v Td vT ud vg s g p p( T ,p )
作业
10-2 10-3 10-4
第十章
热力学微分关系式 及实际气体的性质
Thermodynamic differential relation and the

《工程热力学》课件

《工程热力学》课件

理想气体混合物
理想气体混合物的性质
理想气体混合物具有加和性、均匀性、 扩散性和完全互溶性等性质。
VS
理想气体混合物的计算
通过混合物的总压力、总温度和各组分的 摩尔数来计算混合物的各种物理量。
真实气体近似与修正
真实气体的近似
真实气体在一定条件下可以近似为理想气体。
真实气体的修正
由于真实气体分子间存在相互作用力，因此需要引入修正系数对理想气体状态方程进行 修正。
特点
工程热力学是一门理论性较强的学科 ，需要掌握热力学的基本概念、定律 和公式，同时还需要了解其在工程实 践中的应用。
工程热力学的应用领域
能源利用
工程热力学在能源利用领域中有 着广泛的应用，如火力发电、核 能发电、地热能利用等。
工业过程
工程热力学在工业过程中也发挥 着重要的作用，如化工、制冷、 空调、热泵等。
稳态导热问题
稳态导热是指物体内部温度分布不随时间变 化的导热过程，其特点是热量传递达到平衡 状态。
对流换热和辐射换热的基本规律
对流换热的基本规律
对流换热主要受牛顿冷却公式支配，即物体 表面通过对流方式传递的热量与物体表面温 度和周围流体温度之间的温差、物体表面积 以及流体性质有关。
辐射换热的基本规律
辐射换热主要遵循斯蒂芬-玻尔兹曼定律， 即物体发射的辐射能与物体温度的四次方成
正比，同时也与周围环境温度有关。
传热过程分析与计算方法简介
要点一
传热过程分析
要点二
计算方法简介
传热过程分析主要涉及热量传递的三种方式（导热、对流 和辐射）及其相互影响，需要综合考虑物性参数、几何形 状、操作条件等因素。
常用的传热计算方法包括分析法、实验法和数值模拟法。 分析法适用于简单几何形状和边界条件的传热问题；实验 法需要建立经验或半经验公式；数值模拟法则通过计算机 模拟传热过程，具有较高的灵活性和通用性。

工程热力学PPT课件

工程热力学PPT课件
另一种表述是，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
还有一种表述是，自然发生的热传递总是向着熵增加的方向进行，即系统总是向着熵增加的方向演化。
热力学第二定律的应用
01
在能源利用领域，热力学第二定律指导我们如何更有效地利用能源，避免能源 浪费。例如，在发电厂中，利用热力学第二定律可以优化蒸汽轮机的设计和运 行，提高发电效率。
热力学第二定律的实质
热力学第二定律的实质是揭示了自然界的不可逆性，即自然界的自发过程总是向着熵增加的方向进行 。这意味着自然界的能量转化和物质转化总是向着无序和混乱的方向发展，而不是向着有序和规则的 方向发展。
热力学第二定律的实质还表明了人类对自然界的干预和改造是有限制的，我们不能违背自然规律来无 限地利用能源和资源。因此，我们需要更加珍惜和合理利用自然界的能源和资源，以实现可持续发展 和环境保护的目标。
热力学第一定律的表述
01
热力学第一定律的表述是：能量既不能凭空产生，也不能凭空 消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体
传递给另一个物体。
02
热力学第一定律也可以表述为：在封闭系统中，能量守恒。
03
热力学第一定律也可以表述为：系统总能量的变化等于系 统与环境之间传递的热量和系统对外界所做的功之和。
制冷与空调技术
制冷与空调技术
制冷和空调技术是利用热力学原理实现热量转移和控制的工程技术。
制冷剂的选择
制冷剂是制冷和空调技术中的重要物质，需要具备适当的热力学性质 和环保性能。
制冷循环的类型
制冷循环有多种类型，如压缩式、吸收式和吸附式等，每种类型都有 其特定的应用场景。
空调系统的优化
为了提高空调系统的效率和降低能耗，需要对空调系统进行优化设计， 如采用变频技术、智能控制等措施。

《工程热力学》课件

《工程热力学》课件

空调技术
空调系统的运行与热力学密切相关。制冷和 制热循环的原理、空调系统的能效分析以及 室内空气品质的保障等方面均需要热力学的
支持。
热力发电与动力工程
热力发电
热力学在热力发电领域的应用主要体现在锅炉、汽轮机和燃气轮机等设备的能效分析和 优化上。通过热力学原理，提高发电效率并降低污染物排放。
动力工程
热力学与材料科学的关系
材料科学主要研究材料的组成、结构、性质以及应用，而热力学为材料科学提供了材料制备、性能优 化和失效分析的理论基础。
在材料制备过程中，热力学可以帮助人们了解和控制材料的相变、结晶和熔融等过程，优化材料的性能 。
在材料性能优化方面，热力学为材料科学家提供了理论指导，帮助人们理解材料的热稳定性、抗氧化性 等性能，从而改进材料的制备工艺和应用范围。
热力学与其他学科的联系
热力学与物理学的关系
热力学与物理学在研究能量转换和传递方面有 密切联系。物理学中的热学部分为热力学提供 了基本概念和原理，如温度、热量、熵等。
热力学的基本定律，如热力学第一定律和第二 定律，是物理学中能量守恒和转换定律的具体 应用。
物理学中的气体动理论和分子运动论为热力学 提供了微观层面的解释，帮助人们理解热现象 的本质。
高效热能转换与利用技术
高效热能转换技术
随着能源需求的不断增加，高效热能转换与利用技术 成为研究的重点。例如，高效燃气轮机、超临界蒸汽 轮机等高效热能转换设备的研发和应用，能够提高能 源利用效率和减少污染物排放。
热能利用技术
除了高效热能转换技术外，热能利用技术的进步也是工 程热力学领域的重要发展方向。例如，热电转换技术、 热光转换技术等新型热能利用技术，为能源的可持续利 用提供了新的解决方案。

清华大学工程热力学讲义42PPT课件

清华大学工程热力学讲义42PPT课件

可逆过程
SSf
0
不可逆绝热过程 S 0 Sf 0
可逆绝热过程 S 0 Sf 0
不易求
Sg 0 Sg 0 Sg 0 Sg 0
熵变的计算方法
理想气体 任何过程
S21
2
1 cv
dTRlnv2
T
v1
S21
2
1 cp
dTRlnp2
T
p1
仅 可 逆 过 程
S21
2
1 cp
dvv12cv
∴ 对任意循环
Q Tr
0
克劳修斯 不等式
= 可逆循环 < 不可逆循环 > 不可能 热二律表达式之一
克劳修斯不等式例题
A 热机是否能实现
Q
T
2000 1000
800 300
可能
0.667kJ/K 0
1000 K 2000 kJ
如果：W=1500 kJ
Q
T
2000 1000
500 300
不可能
0.333kJ/K 0
克劳修斯不等式
Q Tr
0 dS 0
dS 0
Q 0 熵的物理意义
可逆时 dS 0
Q 0
熵变表示可逆 过程中热交换
dS 0
Q 0 的方向和大小
熵是状态量
dS 0
dS可 逆 dS不 可 逆 0
可逆循环
Q T
0
Q Q
0
1a2 T 2b1 T
Q Q
2b1 T
1b2 T
p
a
2
Q Q
A 1200 kJ 1500 kJ
800 kJ 500 kJ
300 K
注意： 热量的正和负是站在循环的立场上

《工程热力学》PPT课件

《工程热力学》PPT课件

n从到0，放热→0 →吸热；等温线右内能增加，左内能减少。 例如压缩机压缩过程：K＞n＞１
第五节 热力学第二定律
重点掌握：
1、热力学第二定律的表述； 2、热力循环的热效率； 3、卡诺循环的热效率。
一、热力学第二定律的表述
1、热量不可能自发的、不付任何代价的由一个低温物 体传至高温物体。—热量不可能自发地从冷物体转移到
K= cp/cν：绝热指数
3、参数间的关系： 由 Pvk=常数 →P1v1k=P2v2k →P1/P2=(v2/v1)k 又 Pv=RT →P=RT/v →Tvk-1=常数 →T1/T2=(v2/v1)k-1 →T2=T1(v1/v2)k-1 =T1εk-1 4、过程量的计算： 推出： w=-u q=w+ u q=0
一、定容过程
1、定义：过程进行中系统的容积（比容）保持不变
的过程。
2、过程方程式：ν =常数 3、参数间的关系： 由 PV=RT 知，P/T=常数， 所以： P1/P2=T1/T2, P1/T1=P2/T2 4、过程量的计算： 又 q=Δ u+w， 由 W=∫PdV， 且 dV=0
→ w=0
→ q=Δ u
热力系统从一个平衡状 态到另一个平衡状态的变 化历程。
力过程。
二、膨胀功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）
规定：热力系统对外界做功为正，外界对热
力系统做功为负。 由δ W=PdV得： dV>0，膨胀,δ W>0， 系统对外界做功； dV<0，压缩,δ W<0， 外界对系统做功； dV=0，δ W=0， 系统与外界之间无功量 传递。
四、课程的特点、要求、学时分配、考核
特点:本课程理论性较强，无多少实物供参照，课堂上的 讲授以理论分析和推导为主。

工程热力学第1章基本概念[1]PPT课件

工程热力学第1章基本概念[1]PPT课件
14
状态参数的微分特征
设 z =z (x , y)
dz是全微分
dzxzy dxyy yx
可判断是否 是状态参数
16
§1-3 基本状态参数
压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）
1、压力 p 物理中压强，单位: Pa , N/m2 常用单位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665104 Pa17
3.对于平衡状态，有确定性：非平衡态，则为变化
量。
13
状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦 然 2、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 3、当热力系经历一封闭的状态变化过程， 又回复到原始状态时，状态的参数变化为0. 4、状态参数的微分特征：全微分
但平衡状态是死态，没有能量交换
能量交换
状态变化
如何描述
破坏平衡 31
§1-5 状态方程、坐标图
平衡状态可用一组状态参数描述其状态
想确切描述某个热力系，是 否需要所有状态参数？
状态公理：对组元一定的闭口系，
独立状态参数个数 N=n+1
32
状态公理
闭口系： 不平衡势差 状态变化 能量传递
消除一种不平衡势差 达到某一方面平衡 消除一种能量传递方式
压力p测量
一般是工质绝对压力与环境压力的相对值 ——相对压力
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
18
绝对压力与相对压力
当 p > pb 当 p < pb
表压力 pe 真空度 pv

工程热力学全部课件pptx

工程热力学全部课件pptx

与外界没有物质和能量交 换的系统。
孤立系统
封闭系统
开放系统
热力学基本定律
热力学第零定律
如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡状态，那么这两个系统也必定处于热平衡状态。
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持 不变。
热力学第二定律
热力学循环
由一系列热力学过程组成的闭合路径，如卡诺循环、布雷顿循环 等。
02 热力学第一定律
能量守恒原理
1
能量不能自发地产生或消失，只能从一种形式转 换为另一种形式。
2
在一个孤立系统中，总能量始终保持不变。
3
能量转换过程中，各种形式的能量在数量上保持 平衡。
热力学第一定律表达式
Q = ΔU + W
其中，Δ(mv^2)/2表示系 统动能的变化量；
开口系统能量方程可表示 为：Q = ΔU + Δ(mv^2)/2 + Δ(mgh) + Δ(mΦ)。
Δ(mgh)表示系统势能的 变化量；
03 热力学第二定律
热力学第二定律表述
不可能从单一热源取热，使之完全转 换为有用的功而不产生其他影响。
热力学系统内的不可逆过程总是朝着 熵增加的方向进行。
具有加和性
理想气体基本过程
01
等温过程
温度保持不变的过程，如等温膨胀 和等温压缩
等容过程
体积保持不变的过程，如等容加热 和等容冷却
03
02
等压过程
压力保持不变的过程，如等压加热 和等压冷却
绝热过程
系统与外界没有热量交换的过程， 如绝热膨胀和绝热压缩
04

清华大学热工基础课件工程热力学加传热学1绪论

清华大学热工基础课件工程热力学加传热学1绪论

列中间状态，最终回到初始状态。
工程热力学的发展历程
早期发展
工程热力学起源于古代人类对火的使用和对蒸汽的认识。 随着工业革命的兴起，人们对热能转换和利用的研究逐渐 深入。
基础理论建立
19世纪末，卡诺、焦耳等科学家通过实验研究，建立了热 力学的理论基础，包括卡诺循环、焦耳定律等。
现代发展
随着科技的不断进步，工程热力学在能源转换、环境保护 、航空航天等领域的应用越来越广泛，成为能源、动力、 化工等学科的重要基础。
要关注热力系统能量的转换与传递过程，以及系统状态变化的规律。
02
热力系统
热力系统是指可以与周围环境进行热量交换的封闭系统。系统内的能量
转换与传递过程遵循热力学的第一定律和第二定律。
03
热力循环
在工程热力学中，热力循环是一系列连续的热力学过程，包括吸热、膨
胀、放热、压缩等过程。循环中，系统从某一初始状态出发，经过一系
19世纪末，傅里叶、牛顿等科学家对传热学进行了系统 的研究和总结，奠定了传热学的基础。
20世纪以来，随着科技的发展和工业的进步，传热学在 理论和实践方面都取得了长足的进步。
传热学的研究对象和内容
01
传热学的研究对象是热量传递过程中的规律和现象，主要 研究导热、对流、辐射三种传热方式。
02
导热是指热量在物体内部通过分子、原子等微观粒子的运动传递 ；对流是指流体在运动过程中将热量传递给固体壁面；辐射是指
热力循环与热效率
介绍各种热力循环，如蒸汽循环 、燃气循环等，以及如何提高循 环效率和减少能量损失。
传热学部分大纲
导热基本定律与稳态导热
介绍导热基本定律，即傅里叶定律，以 及稳态导热的分析方法和计算。
对流换热
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主 0-2 热能转换装置的工
要
作过程
内 0-3 工程热力学的研究
容
对象及其主要内容
0-4 热力学的研究方法
0-1 热能及其利用
风 能
燃
水 力 能
化 学 能
核 能
地 热 能
太
一次能源
阳 (天然存在)
能
料 电 池
风 车
水水
轮 机
车
燃 烧
聚裂 变变
热
供 暖
光转 热换
光 电 转
能 90%
换
机械能 发电 电动 机机
习惯上：物体冷热程度的度量。 热力学第零定律:
如果两个系统分别与第三个系统处于 热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。
温度测量的 理论基础
B 温度计
温度的热力学定义
处于同一热平衡状态的各个热力系， 必定有某一宏观特征彼此相同，用于描 述此宏观特征的物理量 温度。
温度是确定一个系统是否与其它系 统处于热平衡的物理量
2、温标：指温度的标度或温度的定量表示法。 热力学温标（单位：开尔文，符号K）， 摄氏温标℃， 华氏温标℉ 朗肯温标 R
热力学温标T——不依赖于测温物质的性质。 选 用热力学温度，以水的三相点为基准点，并规定 它的温度为273.16K，即每单位开尔文等于水三 相点的1/273.16。
常用温标之间的关系
准静态过程的工程应用
例：活塞式内燃机 2000转/分 曲柄 2冲程/转，0.15米/冲程
活塞运动速度=20002 0.15/60=10 m/s 压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s
破坏平衡所需时间 （外部作用时间）
>>
恢复平衡所需时间 （驰豫时间）
一般的工程过程都可认为是准静态过程
具体工程问题具体分析。
T2
p1>p2
常见的不可逆过程
自由膨胀
混合过程
•• • • ••
• •• •••
注:对非平衡态由于其各部分状态参数不尽相同,故无法绘 在状态参数坐标图上。
1-5 准静态过程和可逆过程
平衡状态
状态不变化
能量不能转换
非平衡状态
无法简单描述
热力学引入准静态（准平衡）过程
一、基本概念
1、过程 —热力系由一个状态变化 到另一个状态所经历的全部状态的 集合。
2、非准静态过程 —系统经历一系 列不平衡状态的过程。
1-3 热力状态参数
一、定义：用于描述热力系状态的宏观特性量。
二、特点
1、与状态一一对应，完全取决于状态。
2、状态变化时，状态参数只取决于初、终两态， 与变化路径无关。
三、分类
1、强度参数：与质量无关，且不可相加的状态 参数。如压力P、温度T、密度ρ、比焓h、比熵 s、比容ν、比内能u
2、广延参数：与质量成正比且可以相加的状态 参数。如容积V、内能U、熵S
朱明善
教材与参考书
教 材：《工程热力学》朱明善等编
参考书：《工程热力学》（第二版） 庞麓鸣等编
《工程热力学》（第四版 ） 沈维道编 2007年
《工程热力学》严家騄编 2007年
绪论
工程热力学是重要的专业基础课
工程热力学
是一门研究热能有效利用及 热能和其它形式能量转换规律 的科学
0-1 热能及其利用
则外界、活塞、
p
p外 系统不能同时恢
复原态。
1
2
摩擦损失的影响
若f＝0
系统对外作功W，外界得到的功W ’＝W 若外界将得到的功W ’再返还给系统 则外界、活塞、系统同时恢复原态。
p
p外
1
2
二、可逆过程
系统经历某一过程后，如果能使系 统与外界同时恢复到初始状态，而不留 下任何痕迹，则此过程为可逆过程。
给水泵
二、燃气轮机装置的工作原理
压气机 — 从大气环境吸
气，并将其压缩，使得其压
力和温度得以提高。
燃烧室 — 空气和燃料在
其中混合并燃烧，得到高温
高压的燃气。
涡轮机 — 高温高压的燃
燃烧室
气推动涡轮机叶轮旋转对外
输出机械功。
工质（空气、燃气）在装置内周而复始地循环，进
而实现将热能转换为机械能的任务。
燃烧过程 ：喷油嘴喷油，燃料燃烧， 气体压力和温度急剧升高
（燃料的化学能转换为热能）。
膨胀过程 ：高温高压气体推动活塞下 行，曲轴向外输出机械功。
排气过程 ：活塞接近下死点时，排气 门开，在压差的作用下废气 流出气缸。 随后，活塞上行，将残余气体推出气 缸。
重复上述过程，将热能转换为机械能。
0-3 工程热力学的研究内容
1、能量转换的基本定律
2、工质的基本性质与热力过程
3、热功转换设备、工作原理 4、化学热力学基础
0-4 工程热力学研究方法
1、宏观方法：连续体，用宏观物理量 描述其状态，其基本规律是无数经验的 总结。
特点：可靠，普遍，不能任意推广
√ 经典 （宏观）热力学
工程热力学研究方法
v=f (p ,t ) u=f (p ,t )
h=f (p ,t ) s=f (p ,t )
(设已知状态参数为p,t) 以上这一系列方程都可称为状态方程,但在不作说明的情况 下它通常指p,v ,T组成的方程。
二、 状态参数坐标图
两个状态参数可确定一个状态,那么就可以画一些二维坐标 图,其横纵坐标分别对应一个状态参数,其上点即为状态点。
无 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系
1
m
Q W
4
1 开口系
1+2 闭口系
1+2+3 绝热闭口系
2
1+2+3+4 孤立系
3 非孤立系＋相关外界
＝孤立系
热力系统其它分类方式
其它分类方式
均匀系 物理化学性质
非均匀系
工质种类
单元系 多元系
单相 相态
多相
简单可压缩系统
最重要的系统 简单可压缩系统 只交换热量和一种准静态的容积变化功
燃气装置基本特点
燃 料
燃烧室
压
燃
气
气
机
轮
空
机
气
1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热)
废 气
三、内燃机的工作原理
进气过程 ：进气阀开，排气阀关，活 塞下行，将空气吸入气 缸。
压缩过程 ：进、排气门关，活塞上行 压缩空气，使其温度和 压力得以升高。
2
W pdV
1
1kg工质：w =pdv
2
w 1 pdv
注意：
p
p外 上式仅适用于
1
2
准静态过程
p
1.
p 1
示功图(p-V图)
W
mkg工质：
W =pdV
.
2
2
V
W 1 pdV
1kg工质：
p外 2
w =pdv
2
w 1 pdv
p 准静态容积变化功的说明
1.
1）单位为
W
[kJ]
压力p测量
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
绝对压力与相对压力
当 p > pb 当 p < pb
表压力 pg 真空度 pv
p pg pb p pb pv
pg
p
pv
pb
p
（二）比容 单位质量的物质所占的体积。
V
m
m3 / kg
1
kg / m3
（三）温度 1、定义：温度是物系间达到热平衡的判据
3、准静态过程 —系统经历一系列 无限接近平衡状态过程。
准静态过程有实际意义吗？
既是平衡，又是变化
既可以用状态参数描述，又可进行热功转换
疑问：理论上准静态应无限 缓慢，工程上怎样处理？
准静态过程的工程条件
破坏平衡所需时间
恢复平衡所需时间
（外部作用时间） >> （驰豫时间）
有足够时间恢复新平衡 准静态过程
第一章 基本概念
1-1 热力系统
主 要 内 容
1-2 状态 平衡状态 1-3 热力状态参数 1-4 状态方程、状态参数坐标图 1-5 准静态过程和可逆过程 1-6 功和热量
1-7 热力循环
1-1 热力系统
一、系统、外界与边界
热力系统(热力系、系统)：人为地研究对象 外界：系统以外的所有物质
边界(界面)：系统与外界的分界面或来自w[kJ/kg]
.
2） p-V 图上用面积表示
2 3）功的大小与路径有关，
V
过程量
4）统一规定：dV>0，膨胀 对外作功（正）
dV<0，压缩 对内作功（负）
5）适于准静态下的任何工质（一般为流体）
6）外力无限制，功的表达式只是系统内部参数
7）有无f，只影响系统功与外界功的大小差别
摩擦损失的影响
若有f 存在，就存在损失 系统对外作功W，外界得到的功W ’<W 若外界将得到的功W ’再返还给系统，系 统得到的功W’’<W’
9 T / R t / F 459.67 T / R 9 T / K
5
1-4 状态方程、状态参数坐标图
一、状态方程
足够的状态参数就能确定一个状态,而一旦状态确定 ,该 状态的所有状态参数也就确定了。
热力学的研究结果告诉我们 , 对于可压缩纯物质只要两 个状态参数就足够了。
那么从数学上就应有:
内燃机装置
空气、油
废气
吸气
压缩 点火
膨胀
排气
内燃机装置基本特点