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_09_第五章-2017——工程热力学课件PPT

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工程热力学课件完整版

工程热力学课件完整版
的热消失时，必产生相应量的功；消耗一定量的功时 ，必出现与之对应的一定量的热。
第三章 理想气体的性质
基本要求： 1、熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式； 2、正确理解理想气体比热容的概念，熟练应用比热容计算理想 气体热力学能、焓、熵及过程热量； 3、掌握有关理想气体的术语及其意义； 4、掌握理想气体发生过程； 5、了解理想气体热力性质图表的结构，并能熟练应用它们获得 理想气体的相关状态参数。
T
不可逆过程的熵增（过程角度）
q
T
0
克劳休斯积分不等式（循环角度）
dsiso 0
孤立系统角度
ds sf sg 非孤立系统角度
熵、热力学第二定律的数学表达式
1. 熵的定义
ds qre
T
2. 循环过程的熵
3. 可逆过程的熵变
qre Tds
ds 0,则 q 0 可逆过程中ds 0,则 q 0
dv
q cndT Tds
T s
n
T cn
T ,定容过程 cV
T ，定压过程 cp
4个基本过程中的热量和功的计算
2
2
1、定容过程
w pdv 0 1
wt 1 vdp v( p2 p1)
2、定压过程
qv u cv (T2 T1)
2
w 1 pdv p(v2 v1)
热力学上统一规定：外界向系统传热为正，系统向外界传热为负。
可逆过程的热量
T
1
B
qre = Tds
T
A
2
q
ds qrev
T
S1
S dS S2
q “+”
q “-”
热力循环
功：工质从某一初态出发，经历一系列热力状态后，又回到原来 初态的热力过程称为热力循环，即封闭的热力过程，简称循环。

工程热力学第五章

工程热力学第五章

S与传热量的关系
热力过程 S12 S 2 S1 12 T
对于循环 △S=0
S
Q
r
= 可逆 >不可逆 <不可能
克劳修斯不等式
Q
Tr
除了传热,还有其它因素影响熵
12
不可逆绝热过程 Q 0 dS 0 不可逆因素会引起熵变化 总是熵增
熵流和熵产
对于任意微元过程有 dS 定义 熵流
Tr为热源温度
注意：过程可逆， 传热温差为0，故热源 温度Tr=工质温度T
δQrev 循环积分 0 Tr 或 Qrev T 0
该积分称为克劳修斯积分
定义 定义
熵 比熵
Qrev Qrev dS Tr T qrev qrev ds Tr T
热源温度 =工质温 度

对所有微元不可逆循环积分求和 对该不可逆循环 δQ Tr 0
δQ T 0 r
克劳修斯积分不等式
克劳修斯积分含义： （1）工质经过任何不可逆循环，克劳修斯积分小于零； （2）工质经过任何可逆循环，克劳修斯积分等于零； （3）工质经过任何循环，克劳修斯积分不可能大于零。 可以利用来判断一个循环是否能进行，是可逆循环， 还是不可逆循环。
熵变的计算方法
水和水蒸气：查图表 固体和液体： 通常 cp cv c 常数 例：水 c 4.1868kJ/kg.K
Qre dU pdv dU cmdT
Qre cmdT 熵变与过程无关，假定可逆： dS T T T2 S cm ln T1
熵变的计算方法

Q
Tr
2 B 1
0

Qห้องสมุดไป่ตู้
Tr

工程热力学 第五章(3) 图文

工程热力学 第五章(3) 图文
exu1 u1 u0 T0 s1 s0 p0 v1 v0
T0
cp
ln
T1 T0
R ln
p1 p0
p0
RT1 p1
RT0 p0
RT0 ln
p1 p0
p0 p1
1
244kJ
/ kg
闭口系统内能的Ex举例
1kg空气，由p1=50bar, t1=17oC, 膨胀到 p2=40bar, t2=17oC, 已知p0=1bar, t0=17oC
exu=?
w
假定 q 通过可逆热机作功 w’
exu = w ’’= w + w ’
q w ’’
w’
q'
T0
闭口系统内能的Ex与An
热一律：
q ' u0 u1 w ''
热二律：
q'
siso s0 s1 T0 0
q ' T0 s0 s1
w '' u1 u0 T0 s1 s0
E Ex An
Yong的理解
热力系只与环境相互作用、从任意状态可逆地 变化到与环境平衡时，才能作出最大的有用功。
当系统由一任意状态可逆地变化到与给定 环境相平衡的状态时，理论上可以无限转换 为任何其它能量形式的那部分能量，称为Ex
功
100%相互转换
能量中除了 Ex 的部分，就是 An
E Ex An
求：该膨胀过程对外界的最大有用功
exu1
RT0 ln
p1 p0
p0 p1
1
244kJ
/ kg
exu2
RT0
ln
p2 p0
p0 p2
机械能、电能：An=0 Ex=E 环境介质中的热能： Ex=0

(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

工程热力学课件

工程热力学课件

稳态
描述最简单
系统内的状态参数不随时间而变化
均匀态 系统内的状态参数在空间的分布均匀一致
第四节 热力学状态参数
一、常见的状态参数
1、压力 2、温度 3、比容 4、内能 5、焓 6、熵
可直接观察和测量的状态参数：基本状态参数
热量和功量 ——非状态参数
p
第四节 热力学状态参数
一、常见的状态参数 二、状态参数的特性
一、状态 ：系统在某一瞬间所处的宏观状况
二、状态参数 ：描述系统宏观状态的物理量
三、平衡态（热力学平衡状态）
热平衡：热力系统的温度均匀一致，且不随时间而变 平衡态
力平衡：热力系统的压力均匀一致，且不随时间而变
平衡态：在无外界影响的条件下，热力学系统内部工质的温度和
压力到处是均匀一致的且不随时间变化。
第一篇 工程热力学
第01章 第02章 第03章 第04章 第05章
工程热力学的基本概念 热力学第一定律 热力学第二定律 理想气体 水蒸气
第06章 第07章
气体和蒸汽的流动 压缩机的热力过程
第08章 第09章 第10章
气体动力循环 蒸气压缩制冷循环 湿空气
第01章 工程热力学的基本概念
第一节 工质的概念及应用 第二节 热力学系统 第三节 热力学平衡态 第四节 热力学状态参数 第五节 准静态过程和可逆过程
边界
可以是真实的、也可以是虚拟的； 可以是固定的、也可以是活动的。 系统与外界通过边界相互作用； 有三种交换：①物质；② 功量；③ 热量
第二节 热力学系统
一、（热力学）系统、外界、边界 二、系统与外界的类型 划分依据：物质、功量、热量交换
1、系统的类型
开口系统：与外界有物质交换

工程热力学第五章(热力学第二定律)09(理工)(沈维道第四版)

工程热力学第五章(热力学第二定律)09(理工)(沈维道第四版)

T2 w 300 有 t tC 1 1 70% 由 t q1 T1 1000
w t q1 0.7 100 70kJ
四、卡诺定理举例（2）
（2） 当吸热和放热均有温差时，工质实际在吸热温 度为800K和放热温度为400K的两个热源间工作， 则热效率为
T2 400 t tC 1 1 50% 70% T1 800
循环净功为
w t q1 0.5 100 50kJ
可见，由于传热温差的存在，循环热效率降低了。
§5-4 熵与克劳修斯不等式
热二律推论之一
卡诺定理给出热机的最高理想
热二律推论之二
克劳修斯不等式反映方向性
第五章 热力学第二定律
§5-1 热力学第二定律的实质
热力学第一定律
能量守恒与转换定律
能量之间数量的关系
所有满足能量守恒与转换定律 的过程是否都能自发进行？
一、自发过程的方向性
自发过程：不需要任何外界作用而自动进 行的过程。 摩擦生热： 机械能变热能 自动地热能变机械能？


水自动地由高处向低处流动 自动地低处流向高处？ 两液体混合过程自动进行 自动地将两种液体分离？ 热量自发地由高温物体传向低温物体
◆ §5-3 卡诺定理
热二律的推论之一 卡诺定理有两个分定理， 下面予以介绍
◆ 一、 卡诺定理
定理1：在相同的高温恒温热源和相同的低温 恒温热源间工作的所有可逆热机，热效率相 同，且与工质的性质无关。
定理2：在相同的高温恒温热源和相同的低温恒 温热源间工作的所有热机，以可逆热机的热效 率最高。不可逆热机热效率总小于这两个热源 间工作的可逆热机的热效率。 可见，在两个不同 T 的恒温热源间工作的一切 可逆热机的热效率相同， tR = tC 在给定的温度界限间工作的一切热机，tC最高 热机极限 减小不可逆性，可提高热效率。

《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。

工程热力学第五章课件

假定Q1= Q1’
开尔文的证明—反证法
T1 Q1
WIR -WR
WIR WR
Q 1’
WIR=Q1-Q2 WR=Q1’-Q2’
WIR- WR = Q2’ - Q2 > 0
T1无变化 从T2吸热Q2’-Q2
IR
Q2 T2
R
WR
Q 2’
对外作功WIR-WR
违反开表述，单热源热机
把R逆转
要证明 tIR tR
38
选择题
1. 热力学第一定律告诉我们，热机效率不可能（） ，热力学第二定律告诉我们，它也不能（），而 只能（）。
A 大于1；B 等于1； C 小于1
A B C
2.如果热源温度不变，增大卡诺循环的输出功， 则卡诺循环的热效率将（） A 增大 B 不变 C 减小 D不定 B
39
卡诺定理— 热二律的推论之一
Carnot principles
定理：在两个不同温度的恒温热源间工作的 所有热机，以可逆热机的热效率为最高。 即在恒温T1、T2下
t,任 t,R
卡诺提出：卡诺循环效率最高 结论正确，但推导过程是错误的 当时盛行“热质说” 1850年开尔文，1851年克劳修斯分别重新证明
要证明 tIR tR 若 tIR > tR
T1 q1 Rc q2 T2 w
卡诺循环热机效率
t,C
T2 s2 s1 T2 1 1 T1 s2 s1 T1
卡诺循环热机效率的说明
t,C
T2 1 T1
• t,c只取决于恒温热源T1和T2
而与工质的性质无关；
• T1越大t,c越高, T2越小t,c越高
c
31

《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
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qa/2 4、画剪力弯矩图：
FS
qa/2
FS
+
0
A BC
M
qa2/4
qa2/4
M
+
A BC
-D qa/2
0
D
A+ B-
FS 3 FRB
q1 0 q2 q q3 0
dM dx
FS
dFS q dx
BUAA
§5-5
A
MECHANICS OF MATERIALS
剪力、弯矩与载荷集度间的微分关系
q(x)
正方向的规定：x轴从左到右为正
B
q(x)向上为正
x q
FS
M+dM
M
dx FS+dFS
微段平衡：
FS+q(x)dx=FS+dFS M+FSdx+q(x)dx2/2=M+dM
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
➢ 组合刚架的内力分析：
qa C a/2 a/2
qa
a
A
qa B
F2
F1
C
a/2 N2 N1 a/2
qa
a
A
FAx
M
FAAy
qa B
qa
FBy
N1=qa F1=FBy=2qa
N2
N1
F2 F1
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
M左
dx F右
dx 0
F左 = F右 M左+M = M右
M顺时针
为正
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
➢ 利用微分关系画剪力弯矩图
qa/2
A
BC
a/2 a/2
qa/2
q/2
1、求支反力：FAy=qa/2 FDy= qa/2
2、求出特征截面的剪力弯矩值：
a
D 3、确定各段的曲线形状：
(dFS)/dx=q(x) (dM)/dx=FS
切记：q向上为正；x向右为正。
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
dFS q dx
dM dx
FS
d2M dx 2
q
剪力图某点处的切线斜率 = 该截面处载荷集度的大小
弯矩图某点处的切线斜率 = 该截面处剪力的大小
该截面处载荷集度的正负 决定 弯矩图某点处的凹凸性
路标支架 ——曲杆
缆车框架
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
➢ 平面曲杆的内力分析：
曲杆的内力：轴力，剪力，弯矩
F
一般建立极坐标来表示截面的位置
FS FN M
符号：轴力，剪力同前
弯矩：使曲率增大者为正，或
者不规定符号，画在受
F
压的一侧。
分析方法：截面法
FS=Fcos()
M=FRsin()
BUAA
➢ 刚架的内力分析：
MECHANICS OF MATERIALS
刚架的内力：轴力，剪力，弯矩
符号：轴力，剪力同前 弯矩：没有正负号规定， 画在受压的一侧
分析方法：截面法
BUAA
x1
B
C
a
qLeabharlann a x2FCyAFAx FAy
MECHANICS OF MATERIALS
1、求支反力 FAx=qa FAy=qa/2 Fcy=qa/2
➢ 非均布载荷作用下，画剪力与弯矩图
q(x) q(x) R
0 xa
x
x
xb
非均布载荷的合力：R xb q( x)dx = 平面图形的面积 xa
非均布载荷对某一点的合力矩：
M R x xb x q(x)dx xa
x
平面图形的重心坐标
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
例：三角形分布载荷作用，画剪力与弯矩图
FN=-Fsin()
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
本讲内容
第五章 弯 曲 内 力
§5-4 剪力弯矩图 §5-5 剪力、弯矩与载荷集度间的微分关系
BUAA
➢ 组合梁的内力分析：
2Fa F
2Fa F1 F2 F
F1 F2
MECHANICS OF MATERIALS
梁间铰可以传递剪 力，不能传递力偶 矩。
1 2
qx22
M3 FRB x3
dM 2 dx2
FRA
qx2
0
x2
bl ab
FS 2 FRA qx2
BUAA q
A l
a
MECHANICS OF MATERIALS B b
x1
x3
x2
M1 FRA x1
M2
FRA ( x2
a
l) 2
1 2
qx22
M3 FRB x3
FS1 FRA FS 2 FRA qx2
1）你认为纳维的结论是否正确？
2）若认为不正确，请给出正确结论。
F
q
A
B
A
B
l
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
最大弯矩是否发生在分布载荷的合力作用处？
q A
l a
x1 x2
B b
x3
qlb
qla
FRA a b FRB a b
M1 FRA x1
M2
FRA ( x2
a
l) 2
FS
q0l 6
q0 2l
x2
－ 2 次抛物线
M q0l x q0 x3 6 6l
－ 3 次曲线
FS
q0l 6
q0 2l
x2
0
q0l 2 / 9 3
xC l / 3
MC
q0l 6
xC
q0 6l
x3 C
q0l 2 93
BUAA
思考题：
MECHANICS OF MATERIALS
若简支梁上承受一集中力，则最大弯矩发生在集中力 作用处，若简支梁上承受一段均匀分布载荷，纳维认 为最大弯矩发生在分布载荷的合力处。
解：1. 求支反力
FR
qol 2
2. 建立剪力弯矩方程
FAy
qol 6
FBy
qol 3
FS
q0l 6
x 2
q0 x l
M
q0l 6
x
x 2
q0 x l
x 3
FS
q0l 6
q0 2l
x2
M q0l x q0 x3 6 6l
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
3. 画剪力弯矩图
F
q
F左
M右
F左+q(x)dx+F=F右 M左+ F左dx+Fdx/2+q(x)dx2/2=M右
M左
dx F右
dx 0
F左+ F = F右 M左 = M右
F向上为正
在集中力偶作用处，梁微段的内力关系: 剪力连续，弯矩突变
M
q
F左
M右
F左+q(x)dx=F右 M左+ F左dx+M+q(x)dx2/2=M右
2、建立局部坐标 3、分段进行内力分析： CB段：Fs=-Fcy=-qa/2 M=qax1/2 FN=0 AB段：Fs=qa-qx2 M=qax2-qx22/2 FN=qa/2
FS图
_
+ qa
M图 qa2/2
qa2/2 qa/2
FN图
+ qa/2
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
q(x) = 0 q(x) = c < 0 q(x)= c > 0 q(x) = ax + b q(x) = ax + b
q
(a > 0)
(a < 0)
Fs图
M图 斜线
2次凹曲线 2次凸曲线
2次凸曲线 2次凹曲线 3次曲线
3次曲线
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
在集中力作用处，梁微段的内力关系: 弯矩连续，剪力突变