工程热力学ppt课件

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

对于可逆过程有：
p
wt w p2v2 p1v1 f
1
2
2
1 pdv 1 d ( pv)
2
vdp （2-4a） 1
g
2
根 据 上 式 可 在 p-v 图 上 表 示 可 逆过程的技术功，如右图中的曲边 梯形面积 f-1-2-g-f 所示。
v
可逆过程的技术功
§2-4 焓
焓:
H U PV
热、使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力
发动机。
热力学第三定律： 绝对零度不可达。
1 基本概念
1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7
本课涉及的几种热能转换(移)过程 热力系统 工质的热力学状态及其基本状态参数 平衡状态、状态方程式、坐标图 工质的状态变化过程 过程功和热量 热力循环
一般国际上常用到的温度计量标准有四种：
➢摄氏(Celsius)温标； ➢华氏(Faharenheit)温标； ➢开尔文（Kelvin）温标（热力学（绝对）温标）； ➢朗肯(Rankine)温标。
摄氏温标和热力学（开尔文）温标间的关系：
t(C) T (K) 273.15
（1-1）
华氏温标与摄氏温标的转化关系：
?
§1-6 过程功和热量
一、功的热力学定义
功w 如
何在p-v 图上表示
?
功是热力系统通过边界而传递的能量，且其全部效果
可表现为举起重物。 约定：系统对外界作功为正，外界对系统作功为负。
二、可逆过程的功
功的数值不仅决定于工质的初态和终态，而且还和过程
的中间的途径有关，是过程量。对于可逆过程有： Nhomakorabeap1
2
2、可逆过程和准平衡过程是相同的，表述方式不同，本 质一样！有能量耗散时，准平衡过程也不可能成立。 当热力过程满足准平衡过程的条件时，它必然没有能 量耗散，此时可逆过程的成立条件也已经满足。

工程热力学 Thermodynamics 二、摩尔气体常数及其他形式
由阿伏伽德罗定律知：在同温同压下任何气体的摩尔
体积都相等。
pVm 常数 R T
pVm RT
摩尔气体常数R，与气体种类和气体状态无关。
R 8.31431J/(mol K)
其他形式还有 pV mRgT 或 pV nRT
Rg
c t2
c
t2 0C
t2
c
t1 0C
t1
t1
t2 t1
工程热力学 Thermodynamics
（3）平均比热容的直线关系式：
c t2 t1
a bt
a b(t2
t1)
（4）定值比热容：
定值比热容表
工程热力学 Thermodynamics
三、理想气体的热力学能和焓及熵
du cVdT
；u
T2 T1
cV
dT
dh cpdT ；h
T2 T1
c
p
dT
真实比热容 平均比热容
u
T2 T1
cV
dT
u
cV
t2 t1
(t2
t1)
平均比热容（表）
u
cV
t2 0C
t2
cV
t1 0C
t1
定值比热容
u cV T cV t
h
T2 T1
c
p dThcpt2 t1(t2
t1 )
工程热力学 Thermodynamics
第四章 理想气体的热力性质
第一节 理想气体及其状态方程式 一、概述 二、状态方程：
pv RgT 称为克拉珀龙状态方程。
理想气体定义：凡是遵循克拉贝珀状态方程的气体

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

4 英国
9755 23770
5.7
21217.6 21900
0.2
5 加拿大 5680 12716
5.2
20908.9 24034
0.9
6 俄罗斯 6081
9906
3.1
87827
4487
-17
7 日本 29320 43684
2.5
44591.6 43460 -0.2
8 韩国
2536
8882
8.1
9265
《工程热力学》教学课件
授课60学时 实验4学时
工程热力学 Thermodynamics
能源概论（绪论） §0-1 自然界的能源及其利用
一、能源及其分类
定义:能源是指可向人类提供各种能量和动力的物质 资源。
能源可以根据来源、形态、使用程度和技术、 污染程度以及性质等进行分类:
工程热力学 Thermodynamics (一)按来源分:
第一节 热力系、状态与状态参数 一、热力系统与工质
1、定义 人为划定的一定范围内的研究对象称为热力系统， 简称热力系或系统。
11
固定边界
移动边界
系统
系统
边界
22
热力系统
2、分类
工程热力学 Thermodynamics
按物质 闭口系：与外界无物质交换的系统 CM
交换 开口系：与外界有物质交换的系统 CV
1850~1851年克劳修斯和开尔文先后独立提出了热力学第二定律； 1906~1912年能斯特提出了热力学第三定律。
工程热力学 Thermodynamics
§0-3 工程热力学的研究对象、内容和方法
一、研究对象
热力学是研究热能和机械能相互转换规律，以提高能量利 用经济性（节能）为主要目的的一门学科。

1.2.5 基本状态参数
U形管式压力计示意图
pb
U形管式压力计示意图
pb
p pb
p pb
p
pg
p pb pg
p
pv
p pb pv
真空度
当工质是处于负压工作状态时，工质的真实压力p低于环境压力pb，
其测量得到的相对压力称为真空度 p v 。
第1章 基本概念
1.2 热力系统的状态和状态参数
1.2.5 基本状态参数
例1-2某刚性容器被分隔为两部分，在容器壁上分别装有三个压力表，表B的 读数为80kPa，表C的读数为100kPa，试问压力表A的读数是多少？ 设当地大气压为770mmHg。 已知： pgB 80kPa, pgC 100kPa, pb 770mmHg。 求 ： pgA ? 解 由图示依据真实压力、参考压力和 相对压力之间的关系,可写出如下3 个关系式,从中整理出所求量。
物质 （水蒸气）
热力系统
物质 (凝结水）
蒸汽放热给冷却1.2 热力系统的分类
第1章 基本概念
1.1 热力系统 1.1.2 热力系统的分类
开口热力系（水泵示意图）
开口热力系统（水泵示意图）
锅炉给水 来自冷凝器的水
电动机
水 泵
水泵的简化热力学分析模型
水泵的简化热力学分析模型
边 界的特性 可以是真实的，也可以是假想的；可以是固定的,也可以是
运动的。
第1章 基本概念
1.1 热力系统
1.1.1 热力系统的定义
热力系统、界面、外界
热力系、界面、 外界例Ⅳ
界面
系
统
界面是真实的、固定不动的
第1章 基本概念
1.1 热力系统

1、过程方程 、
κ=
cp cv
pv κ = 常数
∴κ > 1
Qc p > cv
2、初、终状态参数关系 、
p 2 v1 = p1 v 2
κ
pvκ = 常数
pv = RT
T2 v1 = T1 v2 κ −1 T2 p2 κ = T1 p1
1 1
2
2
κ
dp
1
=κ
R (T1 − T2 ) = κw κ −1
pκ
κ ( p1v1 − p 2 v 2 ) = κ −1
2）热量 ）
q=0
∆s = 0
∆u + w = 0 或 ∆u = − w ∆ h + wt = 0 或 ∆ h = − wt
4-3 多变过程的综合 分析
多变过程
1、 过程方程： pv n 、 过程方程：
pc dT pc dp sc − sb = ∫ cp − ∫ R = −R ln T T pb p pb
T
Qsc > sb
∴pc < pb
sb sc
s
定压线向左水平移动， 定压线向左水平移量转换 、 1）过程功 dp= 0 ∴wt = −∫1 vdp = 0 ） 2）热量 ）
2
2
v
4
3
wT = wt ,T
2）热量 ）
T
∆h = c p (t2 − t1) = 0
2’ 1 2
∆u = cv (t2 − t1) = 0
v2 p1 p1 q = w = wt = RT ln = RT ln = p1v1 ln v1 p2 p2
s
4

活塞式内燃机各种理想循环热力比较
Tmax 和 pmax 保持不变
T
3
q2 相等
2p
t
1
q2 q1
1 T2 T1
2m 2v
4
1
q1p q1m q1v
tp tm tv
s
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
分析循环的步骤：
将简化好的理想可逆循环表示在p-v、T-s图上
对理想循环进行分析计算
计算循环中有关状态点（如最高压力 点、最高温度点）的参数，与外界交换的 热量、功量以及循环热效率或工作系数。
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
研究目标：
分析以气体为工质的内燃机循环、 燃气轮机循环的热力性能，揭示能量利 用的完善程度与影响其性能的主要因素， 给出评价和改进这些装置热力性能的方 法与措施。
q2p q2m q2v
T
2p 2m 2v 1
3p 3m 3v 4v
4p4m
tp tm tv
s
q ？？Tmax和 1相同，图示 tp ,tm ,t大v 小
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益

-
25
循环热效率计算式：
t
wnet q1
1q2 q1
适用于一切循环、任意工质
t
1
Tm , L Tm , H
适用于多热源可逆循环、任意工质
t
1 TL TH
适用于卡诺循环、概括性卡诺 循环、任意工质
-
26
5–4 熵和热力学第二定律的数学表达式
一、熵的导出 比熵的定义式： ds δqrev
T
比熵是由热力学第二定律导出的状态参数。
Q1C > Q1R多 Q2C < Q2R多 T
t
1
Q2 Q1
∴ C > tR多
1 a
平均温度法：
4
b2 cT1 T2
d3
Q1R多 = T1(sc-sa) Q2R多 = T2(sc-sa)
tR多
1
T2
_
6
- T1
5s
21
§5-3 卡诺定理
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。
源的温度。
-
29
对于质量为 m 的工质，
dSδQrev δQrev
T
Tr
δQrev 0 Tr
注意：
1. 熵的变化表征了可逆过程中热交换的方向与大小。
2. 熵的定义式中的热量是可逆过程中交换的热量；温 度是热源温度或工质温度，要用绝对温度。
3. δQrev 0 Tr
热量是工质与热源交换的热量，温度 是热源温度。
定理1：在相同温度的高温热源和相同的低温热源 之间工作的一切可逆循环，其热效率都相 等，与可逆循环的种类无关，与采用哪种 工质也无关。
定理2：在同为温度T1的热源和同为温度T2的冷源 间工作的一切不可逆循环，其热效率必小 于可逆循环热效率。