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工程热力学课件详解

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(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ppt

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热力系统的环境影响评价
环境影响
环境影响是指人类活动对环境产生的各种影响，包括正面和负面 影响。
生命周期评价
生命周期评价是一种用于评估产品或服务在整个生命周期内对环境 的影响的方法。
热力系统的环境影响
热力系统在运行过程中会产生各种环境影响，如排放污染物、消耗 能源等。
可持续性与可再生能源在热力学中的应用
高效热力系统的研究与开发
高效热力系统设计
针对不同应用场景，研究开发高效热 力系统，如高效燃气锅炉、高效空调 系统等，通过优化系统结构和运行参 数，降低能耗和提高能效。
高效热力系统评估
建立和完善高效热力系统的评估体系 ，制定相关标准和规范，为实际应用 提供指导和依据。
热力学在可再生能源利用中的应用
热力学在工程中的应用
热力发动机
热力发动机原理
热力发动机利用燃料燃烧产生的 热能转化为机械能，通过活塞、 转子或涡轮等机构输出动力。
热力发动机类型
热力发动机有多种类型，如内燃 机、蒸汽机和燃气轮机等，每种 类型都有其特点和应用领域。
热力发动机效率
提高热力发动机效率是重要的研 究方向，通过优化设计、改善燃 烧过程和减少热量损失等方法可 以提高效率。
新型热力材料与技术
新型热力材料
随着科技的发展，新型热力材料不断涌现，如纳米材料、复合材料等，这些材料 具有优异的热物理性能和热力学特性，为热力系统的优化和能效提升提供了新的 可能性。
新型热力技术
新型热力技术如热管技术、热泵技术、热电技术等在工程热力学领域的应用越来 越广泛，这些技术能够实现高效能的热量传递和转换，提高能源利用效率。
要点二
详细描述
热力系数是衡量热力学系统转换效率的参数，表示系统输 出功与输入功的比值。它反映了系统转换能量的能力，是 评价系统性能的重要指标之一。热力效率是衡量系统能量 转换效率的参数，表示系统输出有用功与输入总功的比值 。它反映了系统在能量转换过程中的损失程度，也是评价 系统性能的重要指标之一。

工程热力学课件教学PPT

工程热力学课件教学PPT

qc wnet
h2
h1 h4
h3 h1
h4
T2
T1 T4
T3 T1 T4
1
1
1
1
T1 T2
T1
T2 T1
1
T3 T4
定比热—invariable specific heat capacity
12
空气压缩制冷循环特点
• 优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。
• 缺点：
一.简介 3
冷却水 2
冷却器
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
空气压缩制冷循环过程
四个主要部件；工质：空气
1 2 绝热压缩 p T 2 3 等压冷却 向环境放热，T
3 4 绝热膨胀 T <T1 （冷库）
4 1 等压吸热 T
T1
理想化处理：①理气； ②定化热; ③ 可逆；
p
3
4
P-v图和T-s图
T
2 3Βιβλιοθήκη 1 42T01 T2
1
v 2 绝热压缩
s
s
2 3 等压冷却 p
3 4 绝热膨胀 s
逆布雷登循环
4 1 等压吸热
p
二.制冷系数—the coefficient of performance(COP)
qc qc
wnet q1 qc
q1 h2 h3
qc h1 h4
wnet h2 h1 h3 h4 h2 h3 h1 h4
T
卡诺逆循环
q1T1
w
C
q1 w
q1 q1 q2
T1 T1 T0
T1不变, T0 εC
T0 qT2 2
T0不变, T1 εC

最新[工学]-第十四章-工程热力学教学讲义PPT课件

最新[工学]-第十四章-工程热力学教学讲义PPT课件
[工学]-第十四章-工程热力学
§14-1 概 述
应用：化学反应的过程 chemical reaction
√ 动力装置煤、油、天然气的燃烧
水处理 化工过程
目的:
热力学基本定律用于化学过程， 研究这些过程能量的转换、平衡、 方向性、化学平衡
有化学反应过程的特点
1、独立变量数
无化学反应：简单可压缩系统，2 有化学反应：独立变量数>2
Q0 p''
Qp
Qp0'
Q
0 p
CO
Q
o p'
Q p 0 '' 3 9 3 5 2 2 k J/k m o lCC O 2 Q p 0 ' 2 8 2 9 9 3 k J/k m o lC O 2Q
o p
''
CO2
燃烧热值（发热量、热值）
Heating value of the fuel
1kmol燃料完全燃烧时的热效应的绝对值 Complete 放热为负 H f
热效应与反应热Heat of reaction
反应热：系统与外界交换的热量，过程量
容积变化功
热效应： T
状态量
1 kmol
盖斯定律
Hess Law
盖斯定律(1840年)
当反应前后物质的
C Qp2 D
种类给定时，化学反
应的热效应，与中间 Qp1
Qp3
过程无关，只与过程 A 初始和终了状态有关。 Qp4
B
Qp5
Qp1 Qp2 Qp3 Qp4 Qp5
E
某些测不出（或不易 测）的热效应可由易
测的热效应代替。
标准态
盖斯2OQQ p0''Q p0 p 0 测 不11 准0同52 Q时9k p0产J/k 生Qm p0o '' lC QO p0'

《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

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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。

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{
但 T < T0 ，Q不能传回 T 0 。
结论：温差使过程不可逆。
进一步分析，为使Q能传回 T 0 ，需加热泵，但要消耗一 定的功 W泵 ，也不可逆(比较水泵)。
压力差的影响：压力差使过程不可逆。
F α P f
pA > F cos α + f pA = F cos α + f
非准静态过程—nonequilibrium process 非准静态过程 准静态过程， 准静态过程，不可逆 准静态过程， 准静态过程，可逆
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）
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）
3.6 热力系示例图
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？
§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 dx ∫ dx = 0, ∫abc dx = ∫adc 数学上：其微分是全微分

《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。

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

工程热力学课件


2）状态参数的特性 • 状态参数—状态的单值函数 • 物理上—与过程无关
•
数学上—
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。
状态参数的积分特征
状态参数变化量与路径无关，只与初终态有关。 数学上： 点函数、态函数 point function a 2 b
温差 — 热不平衡势 压差 — 力不平衡势 相变 — 相不平衡势 化学反应 — 化学不平衡势
3. 平衡的本质
不存在不平衡势。
In an equilibrium state there are no unbalanced potentials.
4.平衡Equilibrium与稳定Steady
稳定：参数不随时间变化 稳定但存在不平衡势差 去掉外界影响，则状态变化 若以（热源+铜棒+冷源） 为系统，又如何？
3. 典型举例
吸热、膨胀 逆行 内燃机：送燃料（油+空气）────→作功────→排气 蒸汽动力装置: 送燃料→燃烧(放热)→过热蒸汽(吸热)→作功(汽体膨胀) ↑←──送回锅炉←──冷凝水←────↓
4. 动力装置的普遍规律 能量转换的媒介---工质（燃气、汽）。 膨胀性---作功。 双热源---吸热、放热。
2）温度的热力学定义
热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931） 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
为什么叫做热力学第零定律
热力学第零定律 1931年 T
热力学第一定律
热力学第二定律
18401850年
18541855年
当 p < pb 真空度 pv Vacuum pressure pe p pb pv p
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d a
c
ห้องสมุดไป่ตู้
b
三、状态参数的分类
v
1.尺度量：描述系统总体特征，如系统的总容积V、总内能 U、总焓H、总熵S等，数值与系统的质量成正比，具有可加 性。
2.强度量：描述系统内各点特征，如压力p、温度T等，数值 与系统的质量无关，不具有可加性。
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
压力的单位： p P N / m2 ( Pa)
f
1MPa 106 Pa
1bar 105 Pa
工程热力学与流体力学 ——气体或者液体作用在单位容器壁面上的垂直作用力称为压力。
分子运动论把气体压力看做是气体分子撞击壁面的宏观表现
1、压力
1）压力的概念与单位 2）绝对压力、大气压力、表压力与真空度 绝对压力：气体的真实压力 ——工程热力学计算中使用的压力
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 力平衡：热力系统的压力均匀一致，且不随时间而变
平衡态
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
绝对压力： 大气压力： 表压力、真空度： 相对压力 ——压力计显示的压力
当绝对压力高于大气压力， p>pb时 压力计指示的数值——表压力 pg = p - pb
当绝对压力低于大气压力， p<pb时 压力计指示的数值——真空度
pv = pb - p
2、温度
定义： 通俗地： 温度是物体冷热程度的标志 微观上：与物体内分子运动的平均动能成正比 热力学： 一切处于热平衡的系统其温度值均相等
9
度
t oC
32
5
t oC 5 (t oF 32) 9
0℃
2120F 沸点 180
320F 冰点
3、比容 比容定义： 单位质量工质所占有的容积 单位： 密度定义： 单位体积工质所具有的质量 单位： 比容与密度的关系 ——互为倒数
第一节 工质的概念及应用
一、热能动力装置与制冷装置的作用 1、热能动力装置：热能转换为机械能
第一节 工质的概念及应用
一、热能动力装置与制冷装置的作用 1、热能动力装置：热能转换为机械能 2、制冷装置（热泵）：热量从低温处传递到高温处
压缩机
第一节 工质的概念及应用
一、热能动力装置与制冷装置的作用 1、热能动力装置：热能转换为机械能 2、制冷装置（热泵）：热量从低温处传递到高温处 二、工质 1、定义：把热量转化为机械能的媒介物称为工质，把热能
转化为机械能，只有通过工质的膨胀来实现。 2、工质的基本性质：作为工质应具有良好的流动性和膨胀
性。 工质一般都是气态(汽态)。 3、常用工质：空气、燃气、蒸汽（水蒸气及制冷剂蒸汽气）
第二节 热力学系统
一、（热力学）系统、外界、边界 1、系统：相互作用的各种热力设备中
被划分出的作为研究对象的热力设备 2、外界：系统之外的其它热力设备 3、边界：系统与外界的分界面
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
封闭系统：与外界无物质交换
d a
c
b
1.状态参数的数值由状态唯一确定 v
2.当系统从初态变为终态时，状态参数的变化量，只与系统 的初、终态有关，而与变化过程无关。
p1a2 p1b2 p1c2 p12 p2 p1
3.工质经过一个循环，又回到初态时，
p1a2d1 p1 p1 0
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
稳态
描述最为简单
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
1、压力
1）压力的概念与单位 2）绝对压力、大气压力、表压力与真空度 绝对压力： 大气压力： 标准大气压：纬度45o的海平面上的常年平均气压（用pb表
示) 1atm=760mmHg=0.1013MPa=1.03323at。 标准状况:压力为1标准大气压、温度为0℃。
1、压力
1）压力的概念与单位
2）绝对压力、大气压力、表压力与真空度
d a
c
b
三、状态参数的分类
四、状态参数坐标图
v
1、p-v图
2、T-s图
等
点、线、面含义
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
d a
c
b
三、状态参数的分类
四、状态参数坐标图
v
五、基本状态参数
1、压力
2、温度
3、比容
1、压力
1）压力的概念与单位 物理学 ——单位面积上所受到的垂直作用力称为压强(压力)；
绝热系统：与外界无热量交换
孤立系统：与外界无任何交换（既无物质交换，又无功量
2、外界的类型
和热量交换）
热源：与系统只发生热量交换。 高温热源：向其他系统供热的热源（热源）； 低温热源：吸收其他系统放出热量的热源（冷源）。
功源：与系统只发生功量的交换。 质源：与系统只发生物质交换。
第三节 热力学平衡态
温标：温度的数值表示方法 绝对温度、摄氏温度、华氏温度
——热力学中采用的是绝对温度
绝对温度，摄氏温度 T(K ) t(oC) 273.15
T(K ) t(oC)
摄氏度的大小与开尔文的大小相比一致。 100℃
摄氏温度，华氏温度 t oC 5 t oF
9
100
摄氏温标上的1度大于华氏温标上的1
toF