工程熱力學(xué)讀書筆記

1、2011/6/1第一部分：緒論1、工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)是研究熱能有效利用及其熱能與其他形式能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué)。2、熱力學(xué)分類工程熱力學(xué)(熱能與機(jī)械能)，物理熱力學(xué)，化學(xué)熱力學(xué)等3、熱力裝置的共同特點(diǎn)熱源和冷源、工質(zhì)、容積變化功、循環(huán)4、熱效率收益代價(jià)WQ15、工程熱力學(xué)研究內(nèi)容能量轉(zhuǎn)換的基本定律，工質(zhì)的基本性質(zhì)和熱力過程，熱工轉(zhuǎn)換設(shè)備及其工作原理，化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)。6、工程熱力學(xué)研究方法(1)宏觀方法：連續(xù)體(continuum),用宏觀物理量描述其狀態(tài)，其基本規(guī)律是無數(shù)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)(如：熱力學(xué)第一定律)。特點(diǎn)：可靠，普遍，不能任意推廣經(jīng)典(宏觀，平衡)熱力學(xué)(2)微觀方法：從微觀粒子的運(yùn)動(dòng)及相互

2、作用角度研究熱現(xiàn)象及規(guī)律特點(diǎn)：揭示本質(zhì)，模型近似1/84微觀(統(tǒng)計(jì))熱力學(xué)第一章：基本概念1、熱力系統(tǒng)(1)熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng))：人為指定的研究對(duì)象(如：一個(gè)固定的空間)(2)外界：系統(tǒng)以外的所有物質(zhì)；(3)邊界(界面)：系統(tǒng)與外界的分界面；(4)系統(tǒng)與外界的作用都通過邊界；(5)以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：有無是否傳質(zhì)開口系閉口系是否傳熱非絕熱系絕熱系是否傳功非絕功系絕功系是否傳熱、功、質(zhì)非孤立系孤立系(6)簡單可壓縮系統(tǒng)只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功；2、狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)(1)狀態(tài)：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況(2)狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系狀態(tài)的物理量(3)狀態(tài)參數(shù)的特征：狀態(tài)確定，則狀態(tài)參

3、數(shù)也確定，反之亦然狀態(tài)參數(shù)的積分特征：狀態(tài)參數(shù)的變化量與路徑無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)狀態(tài)參數(shù)的微分特征：全微分(4)強(qiáng)度參數(shù)與廣延參數(shù)強(qiáng)度參數(shù)：與物質(zhì)的量無關(guān)的參數(shù)，如壓力p、溫度T廣延參數(shù)：與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)，如質(zhì)量m容積V、內(nèi)能(也稱之為：熱力學(xué)能)U、始H、嫡S比參數(shù):叮-門_比容比內(nèi)能比蠟比熠i3、基本狀態(tài)參數(shù)(1)壓力p(pressure)物理中壓強(qiáng)，單位：Pa(Pascal),N/m2。絕對(duì)壓力與環(huán)境壓力的相對(duì)值相對(duì)壓力；2/84只有絕對(duì)壓力p才是狀態(tài)參數(shù)；大氣壓隨時(shí)間、地點(diǎn)變化；(2)溫度T(Temperature)傳統(tǒng)：冷熱程度的度量。感覺，導(dǎo)熱，熱容量；微觀：衡量分子平均動(dòng)能的

4、量度；熱力學(xué)第零定律(R.W.Fowlerin1931),如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個(gè)系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個(gè)系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。處于同一熱平衡狀態(tài)的各個(gè)熱力系，必定有某一宏觀特征彼此相同，用于描述此宏觀特征的物理量溫度。溫度是確定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量。(3)比容v(specificvolume)工質(zhì)的稀疏程度。V.v=m3/kg4、平衡狀態(tài)(1)定義：在不受外界影響的條件下(重力場(chǎng)除外)，如果系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化，則該系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。(2)幾種平衡狀態(tài)熱平衡Thermalequilibrium:i

5、fthetemperatureisthesamethroughouttheentire力平衡Mechanicalequilibrium:ifthereisnochangeinpressureatanypointofthesystemwithtime相平衡Phaseequilibrium:whenthemassofeachphasereachesanequilibriumlevelandstaysthere化學(xué)平衡Chemicalequilibrium:ifitschemicalcompositiondoesnotchangewithtime.Thatis,nochemicalreactions

6、occur.(3)平衡的本質(zhì)平衡的本質(zhì)是不存在不平衡勢(shì)。溫差一熱不平衡勢(shì)壓差一力不平衡勢(shì)相變一相不平衡勢(shì)化學(xué)反應(yīng)一化學(xué)不平衡勢(shì)3/84穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻的穩(wěn)定：參數(shù)不隨時(shí)間變化穩(wěn)定但存在不平衡勢(shì)差去掉外界影響，則狀態(tài)變化若以（熱源+銅棒+冷源）為系統(tǒng)，又如何？（4）為什么引入平衡概念?穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定如果系統(tǒng)平衡，可用一組確切的參數(shù)（壓力、溫度）描述。但平衡狀態(tài)是死態(tài)，沒有能量交換，為此，引入準(zhǔn)靜態(tài)過程。5、狀態(tài)方程、坐標(biāo)圖（1）狀態(tài)公理對(duì)組元一定的閉口系，獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)個(gè)數(shù)N=n+1;獨(dú)立參數(shù)數(shù)目N不平衡勢(shì)差數(shù)=能量轉(zhuǎn)換方式的數(shù)目

7、=各種功的方式+熱量=n+1（n為容積變化功、電功、拉伸功、表面張力功等）；只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功，簡單可壓縮系統(tǒng)：N=n+1=24/84閉口系:狀態(tài)公理Statepostulate不平衡勢(shì)差I(lǐng)I狀態(tài)變化I能量傳遞消除一種不平衡勢(shì)差消除一種能量傳遞方式達(dá)到某一|一方面平衡而不平衡勢(shì)差彼此獨(dú)立/.獨(dú)立參數(shù)數(shù)目八=不平衡勢(shì)差數(shù)=能量轉(zhuǎn)換方式的數(shù)目=各種功的方式+熱量=/+1(2)狀態(tài)方程基本狀態(tài)參數(shù)(p,v,T)之間的關(guān)系，其方程的形式取決于工質(zhì)的性質(zhì)理想氣體的狀態(tài)方程：PV=mRT(3)座標(biāo)圖常見p-v圖和T-s圖P簡單可壓縮系統(tǒng)常見;圖和T-s圖系統(tǒng)任何平衡態(tài)可表示在坐標(biāo)圖上過程線

8、中任意一點(diǎn)為平衡態(tài)不平衡態(tài)無法在圖上用實(shí)線表示6、準(zhǔn)靜態(tài)過程、可逆過程(1)準(zhǔn)靜態(tài)過程5/84假如重物有無限多層每次只去掉無限薄一層系統(tǒng)隨時(shí)接近于平衡態(tài)（2）準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程條件破壞平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）>>恢復(fù)平衡所需時(shí)間（馳豫時(shí)間）有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡稱之為準(zhǔn)靜態(tài)過程，一般的工程過程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過程。例：活塞式內(nèi)燃機(jī)2000轉(zhuǎn)/分-曲柄2沖程/轉(zhuǎn)，0.1S米/沖程_L活塞運(yùn)動(dòng)速度=2000x2X0J5/60-10m/s壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速）350m/s破壞平衡所需時(shí)間恢復(fù)平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）|（馳豫時(shí)間）一般的工程過程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過程具體工程問題具體分

9、析.“突然“緩慢”（3）準(zhǔn)靜態(tài)過程的容積變化功、w=pdv以汽缸中次蛇工質(zhì)為系統(tǒng)初始：pxA=/外4/如果P外微小J（1/很小,近似認(rèn)為P不變可視為準(zhǔn)靜態(tài)過程析kg工質(zhì)發(fā)生容積變_化對(duì)外界作的功dfT=pxAxdl=pdV夕外1kg工質(zhì)_6w=pdvT4d/6/84"ikg工質(zhì)：=7?（1KW=pdV1kg工質(zhì)：Sw=ptv上式僅適用于準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功的說明1）單位為kJ或kJ/kg2）p-V圖上用面積表示3）功的大小與路徑有關(guān)，過程Pathfunction4）統(tǒng)一規(guī)定：dV>0,膨脹，對(duì)外功（正）；dV<0,壓縮，外內(nèi)作功（負(fù)）5）適于準(zhǔn)靜態(tài)下的任何工質(zhì)（一為

10、流體）6）外力無限制，功的表達(dá)式只是統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)7）有無f,只影響系統(tǒng)功與外界功的大小差別（4）可逆過程的定義系統(tǒng)經(jīng)歷某一過程后，如果能使系統(tǒng)與外界同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過程為可逆過程?？赡孢^程只是指可能性，并不是指必須要回到初態(tài)的過程?？赡孢^程的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)過程（無不平衡勢(shì)差）+無耗散效應(yīng)（通過摩擦使功變熱的效應(yīng)（摩阻，電阻，非彈性變性，磁阻等）=可逆過程引入可逆過程的意義1）準(zhǔn)靜態(tài)過程是實(shí)際過程的理想化過程，但并非最優(yōu)過程（準(zhǔn)靜態(tài)過程中的功可以轉(zhuǎn)換為熱），可逆過程是最優(yōu)過程。2）可逆過程的功與熱完全可用系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)表達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界的復(fù)雜關(guān)系，易分析7/843

11、)實(shí)際過程不是可逆過程，但為了研究方便，先按理想情況(可逆過程)處理，用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆因素加以修正。完全可逆、內(nèi)可逆與外可逆r完全可逆Totallyreversible可逆內(nèi)部可耳，外部不可逆7常見Internallyreversible外部可逆；內(nèi)部不可逆Externallyreversible例：內(nèi)可逆外不可逆7、功量(1)功的熱力學(xué)定義I當(dāng)熱力系與外界發(fā)生能量傳遞時(shí)，如果對(duì)外界的唯一效果可歸結(jié)為取起重物，此即為熱力系對(duì)外作功。(2)功的熱力學(xué)定義II功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，在力的推動(dòng)下，通過有序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能量(3)功的表達(dá)式功的一般表達(dá)式熱力學(xué)最常見的功容

12、積變化功其他準(zhǔn)靜態(tài)功，拉伸功，表面張力功，電功等8、熱量與嫡(1)熱量定義熱量是熱力系與外界相互作用的另一種方式，在溫度的推動(dòng)下，以微觀無序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能量。(2)熱量與容積變化功能量傳遞方式容積變化功傳熱量8/84性質(zhì)過程量過程量推動(dòng)力壓力p溫度T標(biāo)志dV,dvdS,ds條件準(zhǔn)靜態(tài)或可逆可逆(3)烯j(Entropy)的定義SCreversibledS=廣延量kJ/Kds=與=比參數(shù)kJ/kg.Krev心:可逆過程5%*除以傳熱時(shí)的丁所得的商(4)嫡的說明1)嫡是狀態(tài)參數(shù)2)符號(hào)規(guī)定系統(tǒng)吸熱時(shí)為正Q>0dS>0系統(tǒng)放熱時(shí)為負(fù)Q<0dS<03)嫡的物理意義：嫡體現(xiàn)了可

13、逆過程傳熱的大小與方向4)用途：判斷熱量方向計(jì)算可逆過程的傳熱量(5)示功圖與示熱圖9、熱力循環(huán)(1)熱力循環(huán)熱力系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化回到初態(tài)，這一系列變化過程稱為熱力循環(huán)(2)兩種循環(huán)9/84正循環(huán)動(dòng)力循環(huán)Powercycle順時(shí)針方向凈效應(yīng)：對(duì)外作功凈效應(yīng)：吸熱逆循環(huán)一制今循少Rerrigeratloncycle逆時(shí)針方向P-VS凈效應(yīng)；對(duì)內(nèi)作功凈效應(yīng)1放熱發(fā)動(dòng)機(jī)制冷(3)循環(huán)評(píng)價(jià)指標(biāo)正循環(huán)：凈效應(yīng)(對(duì)處作功，吸熱)動(dòng)力循環(huán):熱效率收益廣而收益=吸熱_2*=iOF=R制熱循環(huán)；制熱系數(shù)收益鹿熱_Q£一?一府一不逆循環(huán),凈效應(yīng)(對(duì)內(nèi)作功，放熱)制冷循環(huán)：制冷系數(shù)|7a|第二章：熱力學(xué)

14、第一定律1.熱力學(xué)第一定律的本質(zhì)(1)本質(zhì)：能量轉(zhuǎn)換及守恒定律在熱過程中的應(yīng)用(2)閉口系循環(huán)的熱一律表達(dá)式:,要想得到功，必須花費(fèi)熱能或其他能量。熱一律又可表述為第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的2.熱力學(xué)第一定律推論一一內(nèi)能定義w內(nèi)能打狀態(tài)函數(shù)8加元+西廠Q=AU+H!兩種特例絕功系3<?=dr絕熱系6W=dU10/84dr代表某微元過程中系統(tǒng)通過邊界交換的微熱量與微功量兩者之差值.也即系統(tǒng)內(nèi)部能量的變化e代表儲(chǔ)存于系統(tǒng)內(nèi)部的能斌內(nèi)儲(chǔ)存能（內(nèi)能、熱力學(xué)能）r移動(dòng)truriNlatinnB分子動(dòng)能(星動(dòng)mtatifln振動(dòng)、ibration4分了一位能bindingftHccs內(nèi)能5化學(xué)能ch

15、emicaleneiy;核能nuclearenergy系統(tǒng)總能totalenergy夕卜部儲(chǔ)存能maurostopicformsofenergy宏觀動(dòng)能kinetic£t=削曲上宏觀位能potentiale=mgz.系統(tǒng)總能pe=u+ek+一口機(jī)械能1一般行系統(tǒng)同坐標(biāo)，常用&dI,%<1 內(nèi)售是狀態(tài)量stateproperty 口二廣延參數(shù)IkJ u：比參數(shù)（kJ/kgJ 內(nèi)能總以變化量出現(xiàn)，內(nèi)能零點(diǎn)人為定熱一律的文字表達(dá)式熱一律:能量守恒與轉(zhuǎn)換定律離開系統(tǒng)的能量進(jìn)入系統(tǒng)的能量系統(tǒng)內(nèi)部儲(chǔ)存能量的變化3.閉口系能量方程Pointfunction-Exactdifferen

16、tials-dPathfunction-Inexactdifferentials-8般式0=AU+w的-(Iff+g=W+h，單位匚質(zhì)11）任何工質(zhì)外任何過程訶=dn+功（fiw）是廣義功Generali/dWork閉口系與外界交換的功量潴靜態(tài)容積變化功pdv拉伸功5小技伸士-油表面張力功§W表面張力=/必11/84準(zhǔn)靜態(tài)和可逆閉口系能量方程簡單可壓縮系準(zhǔn)靜態(tài)過程Bw=pdv的=+pdv熱一律解析式之一夕=A+Jpdv簡單可壓縮系可逆過程Tds=dw+pdv熱力學(xué)恒等式fTds=A«+Jpdv4.開口系能量方程BQ+8呵nM+tJ/l+咫）in-+*2+Mt-6%.推進(jìn)功的

17、表達(dá)式一"1、推進(jìn)功（流動(dòng)功、推動(dòng)功）/:14Flowwork-451;W=pA6l=pV用推二p】，對(duì)推進(jìn)功的說明U與宏觀流動(dòng)有關(guān)，流蝌止，推進(jìn)功不存在2、作用過程中，工質(zhì)儀發(fā)生位若變化，無狀蔻變化方，川1ft一爐，與所外狀態(tài)有美，是狀態(tài)4.并非工質(zhì)本身的甑量（動(dòng)能.位量）孌化引起.而由外界（家與風(fēng)機(jī)）做出，流動(dòng)工質(zhì)所攜帶的能量不是pdv沒力變化可理解為；由于工施的進(jìn)出，外界與系統(tǒng)之間所徒遞的一種機(jī)械功，表現(xiàn)為流動(dòng)工質(zhì)進(jìn)空系統(tǒng)使所攜帶和所傳遍的種能M12/845。+(甘+P什島2+如兒-8(-+/辦由=dEtV工程上常用流率I.r",',.J”-In->&#

18、39;；-.i:r-l-Hgra一，J：；'八:，“八二.*Q=dA'cv/-hyu+pv-c1/2+gzjrn0lti«-«-(w+pv+c2/2-gs)miii+w)ie定義工熠h=u+pvQ=d£；v/r+Jynet+>(h+c2/2+gz)wcur、fout.開口系能量方程-工(h+c:/2+gzj./Min定義:h培ErnlialDv的啜醐=u+pvH=u+pkJ1k雌是狀慈量strttcproperty2.H為廣延蓄數(shù)/，=£，+/'=m(n+pv)-rnh人為比卷鞅3、對(duì)流動(dòng)工質(zhì)，於代表能量(內(nèi)寓+排誑功)對(duì)加

19、止工質(zhì)，療不代表降量4、榭理意義：開口系中的工質(zhì)流動(dòng)而攜帶的.取決于熱ZJ狀您的簿第。5.穩(wěn)定流動(dòng)能量方程13/84net穩(wěn)定流動(dòng)條件Q=d%訴+/+(人+(?，/2+I如此(ft+c2/2+gz)'/in穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的推導(dǎo)Q=niCUIZ-oui=Afr+Ac2+gAz+mj1k瞿丁質(zhì)十|八Mc,i丁+髀I技術(shù)功TechnicQlvorkr一一i-機(jī)械能工程技術(shù)上可以直接利用q=A/?+uht閉口穩(wěn)流開口等價(jià)容積變化功修幾種功的關(guān)系?I技術(shù)功g軸功明推進(jìn)功A9R一(/?+»/2+gwQ=0一(方+u*/2+yttt任何流動(dòng)工質(zhì)任何穩(wěn)定流動(dòng)過程單位質(zhì)量工質(zhì)的開口與閉口閉口

20、系（|她）q=Aw容積變化功技P功穩(wěn)流開口系嗎=Ac2+%q=A/?+wht=+(/?1，)+wrW=A(/7V)+H；做功的根源w14/84準(zhǔn)靜態(tài)下的技術(shù)功技術(shù)功在示功圖上的表示6.穩(wěn)定流動(dòng)能力方程的應(yīng)用舉例2(7-A/?+Ac/2+gAz+ws熱力學(xué)問題經(jīng)常可忽略動(dòng)、位能變化例：，=1m/sc2=30m/s(c22-cj)/2=0.449kJ/kgNi=0m5=30ing(馬q)=。-3kJ/kgIbar下,0oC水的hx=84kJ/kg100，?水蒸氣的h2=2676kJ/kg輸出的鈾功是靠蜷隆轉(zhuǎn)變的q是通過裝置的單位質(zhì)員工質(zhì)與外界交帙的熱I)體積不大2)流量大3)保溫層透平(Turbi

21、ne)機(jī)械例1;透平(TurbinE)機(jī)械火力發(fā)電T蒸汽輪機(jī)核電Steamturbine飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)輪船發(fā)動(dòng)機(jī)卜燃?xì)鈾C(jī)移動(dòng)電站-15/84例2才壓縮機(jī)械Compressor壓縮機(jī)械火力發(fā)電核電水泵飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)輪船發(fā)動(dòng)機(jī)移動(dòng)電站制冷工空調(diào)）壓氣機(jī)壓縮機(jī)鐲入的軸歷轉(zhuǎn)變?yōu)橥樯?）體積不大2）流量大3J保溫層夕為0叫=r務(wù)=.換熱設(shè)備例3：換熱設(shè)備HeatExchangers火力發(fā)電：鍋爐、凝汽器即流體核電，熱交換器、凝汽器%冷流陣/J沒有作功部件q=A/?十M制冷空調(diào)蒸發(fā)器，冷凝器熱流體放熱員:“冷流體吸熱量工(I=Aft-h2-h>0絕熱節(jié)流q=Ah+w1|4：絕熱節(jié)流ThrottlingVal

22、ves管道閥門沒有作功部件絕熱(7=0制冷空調(diào)膨脹閥、毛細(xì)管Ah=。儲(chǔ)二fl2絕熱節(jié)流過程，前后方不變，但力不是處處相等第三章：理想氣體的性質(zhì)和過程火力發(fā)電裝置.現(xiàn),=hi-h2過焦盤汽秘機(jī)發(fā)電機(jī)工程熱力學(xué)的研究內(nèi)容I、能量轉(zhuǎn)換的基本定律2,工質(zhì)的基本性質(zhì)與熱力過程3、熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備、工作原理4.化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)16/84工程熱力學(xué)的兩大類工質(zhì)h理想氣體（idealS99）可用簡單的式子描述如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制航空發(fā)動(dòng)機(jī)以空氣為主的燃?xì)?、空調(diào)中的濕空氣等2、實(shí)際氣體（real不能用筒單的式子描述，真實(shí)工質(zhì)火力發(fā)電的水和水蒸氣、制冷空調(diào)中制冷:質(zhì)等1.理想氣體狀態(tài)方程理想氣體定義工凡遵循克拉貝龍方程的氣體

23、四種形式的克拉貝龍方科I：狀態(tài)方程nkinol:pV=叭RIkg：p=RTmke:pV=niRf摩彌容積匕1t%與A統(tǒng)單位摩爾容積Molarspecificvolume（Km）阿伏伽德羅假說Avogadro'shypothesis;相同和r下各理想氣體的摩爾容積/相同在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（P。=1。1325、16尸仃T。=273.15AT）片3”%而心常用來表示數(shù)量/?m與K的區(qū)別Km通用氣體常數(shù)UniversalGascutiNtant4=8-43iXohK與氣體種類無美R氣體常數(shù)Gasconstantp冗=/kJ/kg.K與氣體種類有關(guān)MMolarni；iss例如財(cái)f28.97X，計(jì)算時(shí)注

24、意事項(xiàng)1絕對(duì)壓力2,溫度單位K3,統(tǒng)一單位（最好均用國際單位）理想氣體模型Modelofideal-gas哪些氣體可當(dāng)作理想氣體L分子之間沒有作用力工分子本身不占容積當(dāng)文際氣體p很小，尸很大，r不太低時(shí)，即處于遠(yuǎn)高液態(tài)的稀薄狀態(tài)吐可視為理想氣體.41沒行理想/常溫，p7MPa的雙原子分T理想氣體但是，當(dāng)實(shí)際氣體口很小J,很大,7不太低時(shí),即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時(shí)，可視為理想氣體.如汽十發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)砂機(jī)以空，為霍的燃?xì)獾热臃肿觰%o,co»一般不能當(dāng)作理想氣體特殊可以，如空調(diào)的?？諝?，高溫?zé)煔獾模?.比熱谷17/84汁算內(nèi)能，焙，熱量都要用到熱容定義：比熱容單位物量的物質(zhì)升高1

25、K或1喧所需的熱量Theenergyrequiredtomi$ethetcmpcnitureofaunitmassofasubstancebyonedegree比熱容小質(zhì)量比熱容%-K%-cC/摩爾比熱容%1nolcD;容積比熱容%m3-Kc產(chǎn)mz”心比熱容螭超還是狀態(tài)量?用的最多的某些特定過程的比熱容2北北定容比熱容勺Specificheatatconstantvolume任意準(zhǔn)岸態(tài)過程是狀態(tài)量，設(shè)西="f+pCtV二曲Vjp=（曳上出+（四.出L,加、Er1裁、,"（后）丫"+（會(huì)"如dT加定容定壓比熱容匚Specificheatatconhmtpr

26、essure任意準(zhǔn)靜態(tài)過程是狀態(tài)量，設(shè)tSq=dit+pdv-cBt-vdph=«、P)JTJI品二陽=崇江十啜城定壓dh款聲,和c的說明1、大和Cp，過程已定，可當(dāng)作狀態(tài)量口2、前面的推導(dǎo)沒有用到理想氣體性質(zhì)適用于任何氣體。%.物理意義：。時(shí)1kg工質(zhì)升高IK內(nèi)能的增加量,物理意義；©時(shí)1口工質(zhì)升高IK皓的增加量3、ko箏的計(jì)算要用%和Cp口常見工質(zhì)的q和.的數(shù)值(KC時(shí)：|GhL凡716kJ，3KrL004kJ/kg.Kq,s=0.655kJ/kgJK亡8電=0.915kJ/kg.K1000*C時(shí):-IcVAi=也8"4kJ/kg.Kcpjlil=1.091k

27、J/k.KQ：s=伏775kJ/kg.Kcpl)2=L035kJ/kgJK25*C時(shí)：|。由0=藐14.868kJ3k3.理想氣體的u、h、s和熱容18/84一、理想氣體的"I8JJ年焦耳實(shí)驗(yàn)，對(duì)于理想氣體理氣絕熱自由膨脹pl1，1r不變HJISl理想氣體內(nèi)能的物理解釋BBS!理想氣體“只與tW關(guān)內(nèi)能=內(nèi)動(dòng)能+內(nèi)位能IITT,v理想氣體無分子間作用力，內(nèi)能只決定于內(nèi)動(dòng)能理想氣體內(nèi)能的計(jì)算理想氣體的培理想氣體的靖h=u+pv=uRT用想氣體”只與r有關(guān).h=f(T理想氣體的熱容§3Y理想氣體熱容、心瓦和$的計(jì)算理想氣體一般工質(zhì):du由“山，3+r.色dhq二pdrdhdud(

28、pv)'1-L/三亡+Rvdrdrdi力“、$的計(jì)算要用和、理想氣體熟容的計(jì)算方法:J把”邁耶公式Mqer'sformula令比熱比I、按定比熱2.按真實(shí)比熱計(jì)算3、按平均比熱法計(jì)算?如何求理想氣體的內(nèi)能"19/841 .按定比熱計(jì)算理想氣體熱容2、按其實(shí)比熱計(jì)算理想氣體的熱容分子運(yùn)動(dòng)論理想,I體C-R14m"一jdriJPM由一di2m|單原子雙原子多原子QB(kJ/kmaLK|-Rm2、2FQ皿ILJ/kmciLK-/?2算k1.671.41,293、按平均比熱計(jì)算理想氣體的熱容運(yùn)動(dòng)自由度下標(biāo)初春示單位為摩爾疝mk”門U1根據(jù)玄驗(yàn)結(jié)果整理5.研究熱力學(xué)過

29、程的目的和方法目的提高熱力學(xué)過程蹦功轉(zhuǎn)殿率熱力學(xué)過程受外部條件影響主要聽外部條件對(duì)熱娓換的影響利用外部條件,合理安推形成最滕環(huán)I對(duì)已確定的過程，進(jìn)行熱加算丁小C的=%+叼7+%丁'+/'+Cpm=%+，7+%"+與尸+CPrRB4B/Zt=2.1015+0.03252T-17.457x1(Tr5研究熱力學(xué)過程的對(duì)象與方法對(duì)象1）參數(shù)5V,W,九5）變化2）能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，q,耀明方法1） 象分類®®基本過程2）可逆過程（不可逆再修正）20/84研究熱力學(xué)過程的依據(jù)1）熱-律穩(wěn)流2）理想氣體3）可逆過程p'：1.-.：；,:-：；.l-i：-：

30、"-Jpv-RTc-c¥-/?Una=/(t)研究熱力學(xué)過程的步驟1）確定過程方程一一該過程中參數(shù)變化關(guān)系P二/(V),F二ftp),T=f(v)2）根據(jù)以知參數(shù)及過程方程求未知參數(shù)3）用丁7與p-Y圖表示4）求Au,同I,As5）計(jì)算小，叫,6.理想氣體的等嫡過程表示方法：變“笛國圄氏壬小變化理想氣體的過程方程adiabaticisentropic不能說絕熱過程就是等緇過程必須是可逆絕熱過程才是等篇過程.pv=constReversibleadiabatic（2）不僅心=0,杰=05處處相等氣體Q）可逆過程（3）A為常數(shù)理想氣體E%AA,As,的計(jì)算狀態(tài)參數(shù)的變化與過程無

31、關(guān)內(nèi)能變化格變化嫡變化理想氣體叫叫,0的計(jì)算膨脹功H-7.理想氣體熱力過程的綜合分析&K+WAft+w(21/84理想氣體的多變過程(Pflhlropicprocess)過程方程pvf'=const月是常量，每過程有一非值n=k®T?T1客變過程比熱容多變過程與基本過程的關(guān)系Ppvl=constn-kc-n-l(1)當(dāng)"=0pvQ=constnp=C(2)11=1pv1=const=T=C(3)pv=const=>5=C(4)pnvconst=>y=C理想氣體。過程的尸方Tt圖再、c,T上凸y下凹？7I斜率ITds=cdT-vdp22/84理想氣

32、過程的r-y圖曲T,7飛圖上的變化趨勢(shì)8.活塞式壓氣機(jī)的壓縮過程分析23/84壓氣機(jī)的作用式明出力棺圍陰結(jié)生活中：自行車打氣“工業(yè)上：鍋爐鼓風(fēng)、出口引風(fēng)、煉捌、燃?xì)廨啓C(jī)、制冷空調(diào)等等(活塞式(往復(fù)式)出口當(dāng)連續(xù)流動(dòng)<離心式，渦旋I軸流式，嵋桿連續(xù)流動(dòng)通風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)2<o.olwpm0.01MPa<Ap<Q.3也Ap>03MPnnerFanConi)ressor活塞式(piston)壓氣機(jī)的結(jié)枸流量小，升壓幅度可以很大.普遍使用在汽車，電冰箱，化工.E離心式(Centrifu自叫風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)升壓幅度小，結(jié)構(gòu)簡單。渦旋式(Scroll)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)小型設(shè)備，性能可靠

33、，不怕液擊。軸流式壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)流量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜口普遍使用在航空，輪船，化工.I1的：研究耗功，越少越好Minimizingnorkinput£指什么功技術(shù)功明理論壓氣功(可逆過程)可能的壓氣過程(1)、特別快，來不及換熱口(s)n-k口人特別慢，熱全散走“打=1(3)>實(shí)際壓氣過程是<n<k三種壓氣過程的參數(shù)關(guān)系24/84緒氣瑁兩級(jí)壓縮中間冷卻分析低壓知高壓缸WorksavedAPPiVP2有一個(gè)最佳增壓比不F1最佳增壓比的推導(dǎo)欲求W分蒙最小值，分級(jí)壓縮的其它好處潤滑油嬖求長16卜18。七,高壓壓氣機(jī)必須分級(jí)第四章：熱力學(xué)第二定律3:省功可證明|若m級(jí)A盤佳增壓比的

34、PlPiPaP田fl多級(jí)壓縮達(dá)到無方實(shí)皴0）不可能實(shí)現(xiàn).Q）結(jié)構(gòu)復(fù)雜（成本高）般采用24級(jí)壓縮25/84少飛漳獨(dú)力學(xué)第二定律SecondLawofThermodyiiamicsTTM.所有滿足能景守恒與轉(zhuǎn)換定律的過程是否都能自發(fā)進(jìn)行熱力學(xué)第一定律能量守恒與轉(zhuǎn)換定律能是之間數(shù)量的關(guān)系自然界自發(fā)過程演春誦自發(fā)過程的方向性自發(fā)過程不需要任何外界作用而自動(dòng)進(jìn)行的過程. 熱鼠由高溫物體傳向低溫物體I 摩擦生熱 水自動(dòng)地由高處向低處流動(dòng) 電流自動(dòng)地由高電勢(shì)流向低電勢(shì)自發(fā)過程的方向性Spontaneousprocess摩擦生熱功量100%發(fā)電廠功量40%熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)自然界過程的方向性表現(xiàn)在不同的方面

35、熱量熱量放熱能不能找出共同的規(guī)律性？能不能找到一個(gè)判據(jù)？|自發(fā)過程具有方向性、條件、限度I熱力學(xué)第二定律1.熱二定律的表述與實(shí)質(zhì)26/84熱二律的表述有60-70種開爾文一普朗克表述KelvinPlanckStatement不可能從單熱源取熱，并使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其它影響,1851年尤爾文一普朗克表述熱功轉(zhuǎn)換的角度1850年克勞修斯表述熱量傳遞的角度Itisimpossibleforanydevicethatoperatesonacycletoreceiveheatfromajinglereservoirandproduceanetamountofwork.理想氣體T過程1=w熱機(jī)；連

36、續(xù)作功構(gòu)成循環(huán)有吸熱，有放熱開爾文一普朗克表述Kelvin-PlanckStatement不可能從單熱源取熱，井使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其它影響O理想氣體過程0三川熱機(jī)不可能將從熱源吸收的熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Γ仨殞⒛骋徊糠謧鹘o冷源.環(huán)境是個(gè)大熱源但違反了熱力學(xué)第二定律perpvhiitI-motiontnnchiiivorthese-comlkind第二類水動(dòng)機(jī)：設(shè)想的從單一熱源取熱并使之完全變?yōu)楣Φ臒釞C(jī)”第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制造成功的這類永動(dòng)機(jī).并不違反熱力學(xué)第一定律克勞修斯表述CLawdusstatement不可能將熱從低溫物體傳至高溫物體而不引起其它變化.Itisimpossib

37、leI。constructadevicethatoperatesinacycleandproducesnoeflectother(hanthetranslcrofheatfromalower-1emperalurebodytoahigher-temperaturebody.克勞修斯表述Clausiusstatement不可能將熱從低溫物體傳至高溫物體而不引起其它變化。兩種表述的關(guān)系空調(diào)，制冷代價(jià).耗功熱量不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳至高溫物體0違反一種表述，必違反另一種表述!開爾文一普朗克表述克勞修斯表述：完全等效!27/84熱一律與熱;律熱：律的實(shí)質(zhì)熱一律否定第一類水動(dòng)機(jī)熱一律否定第

38、二類永動(dòng)機(jī)哨10。死不可能?熱機(jī)的熱效率最大能達(dá)到多少?又與哪些因素有關(guān)？自發(fā)過程都是具有方向性的表述之間等價(jià)不是偶然,說明共同本質(zhì)若想逆向進(jìn)行，必付出代價(jià)2.卡諾循環(huán)和卡諾定理卡諾循環(huán)熱機(jī)效率Canwiefficiency卡諾循環(huán)熱機(jī)效率的說明7l,c=卡諾循環(huán)一理想可逆熱機(jī)循環(huán)CarnotcycleCarnotheatengine卡諾防環(huán)示庭畫1-2定溫吸熱過程,%=2-3絕熱膨脹過程，對(duì)外作功3-4定溫放熟過程a%=T2(s2-s4-1絕熱壓縮過程，對(duì)內(nèi)作功的%卡諾循環(huán)熱機(jī)效率卡諾逆循上卡諾制熱循環(huán)Constantheatreservoir* /0只取決于恒溫?zé)嵩炊　亢投《c工研的性演

39、無關(guān)：* ,11%,丁/,溫差越大,k越高* A#xK,六叫上熱二律* 當(dāng)丁產(chǎn)7r見r=0,單熱源熱機(jī)不可能28/84三種甘諾循環(huán)卡諾定理推論在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩撮g工作的一切可逆熱機(jī)，具有相同的熱效率,旦與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān).求證；+r=叫I7；I由卡諾定理orr5口1，77lR2/建±于小R1）產(chǎn)皈|=恤工衿甯+R1=%也=面QiQ1與工賦無關(guān)r-I卡諾定理一.熱二律的推論之一Carnotprinciples定理：在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩磿r(shí)工作的所有熱機(jī)，以可逆熱機(jī)的熱效率為最高;即在恒溫丁廠人下以晨小R|卡諾提出，卡諾循環(huán)效率最高結(jié)論正確，但推導(dǎo)過程是錯(cuò)誤的當(dāng)時(shí)盛行“熱質(zhì)說”18

40、50年開爾文，1851年克勞修斯分別重新證明卡諾定理推論二在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩撮g工作的任何不可逆熱機(jī)，其熱效率總小于這兩個(gè)熱源間工作的對(duì)逆熱機(jī)的效率，r已證：如11y恤證明&=/*I反詼法，假定土耳廿小QiQ；令獷口”小廠襁筋*必-0一七-L!；-uvs/qy工質(zhì)循環(huán)、冷熱源均恢復(fù)原'-'n；-Ln；狀,外界無痕跡,只有可逆才行，與原假定矛盾.:.ab=cd-cf完全回?zé)釋R概括一"兀1-Ty這個(gè)結(jié)論提供了一個(gè)提高熱效率的途徑多熱源（變熱源）可逆機(jī)多熱源可逆熱機(jī)與相同溫度界限的卡諾熱機(jī)相比，熱效率如何？Q】c>Qir察&<?<業(yè)

41、犯多平均溫度法工Q"V（力叫）一Q1R=看（%）概括性甘諾熱機(jī)Ericssoncycle如果吸熱和放熱的多變指數(shù)相同卡諾定理小結(jié)1、在兩個(gè)不同T的恒溫?zé)嵩撮g作的一切可逆熱機(jī)慍=小2、親熱源間工作的切可逆熱機(jī)可眠多v同溫限間工作卡諾機(jī)加3、不可逆熱機(jī)如同熱源間工作可逆熱機(jī)幅/4nvRk=療困工在給定的溫度界限間工作的一切熱機(jī),門代最高熱機(jī)極限卡諾定理的意義從理論上確定了通過熱機(jī)循環(huán)實(shí)現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的條件，指出r提高熱機(jī)熱效率的方向，是研究熱機(jī)性能不可缺少的準(zhǔn)繩。對(duì)熱力學(xué)第二定律的建立具有重大意義。29/84卜諾定理舉例0熱機(jī)是否能實(shí)現(xiàn)10KI2000kJ小11200kJ沖廠150口

42、kl800kJ500kJ3（M）K實(shí)際循環(huán)與卡諾循環(huán)卡諾熱機(jī)只有理論意義，最高理想實(shí)際t很難實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)=303C77=74.7%實(shí)際火ZT發(fā)電f/25"C慍=659%實(shí)際回?zé)岷吐?lián)合循環(huán)/可達(dá)5U%3.克勞修斯不等式1、正循環(huán)（卡諾循環(huán)）（1）可逆循環(huán)克勞修斯不等式克勞修斯不等式的研究對(duì)象是循環(huán)方向性的判據(jù)r正循環(huán)克勞修斯不等式J逆循環(huán)的推導(dǎo)可逆循環(huán)I不可逆循環(huán)一也匚匚二一THij；：,f：吸熱放熱假定QlG中步克勞修斯不等式推導(dǎo)總結(jié)僅卡諾循環(huán)不可逆克勞修斯不等H正循環(huán)（卡諾循環(huán)）不可逆循環(huán)克勞修斯不等式反循環(huán)（K諾循環(huán)）不可逆循環(huán)克勞修斯不等式的推反循環(huán)（卡諾循環(huán)）可逆循環(huán)反循環(huán)（可

43、逆、不可逆）Q放熱正循環(huán)（可逆、不可逆）吸熱可逆時(shí)g也=-囪+&30/84克勞修斯不等式克勞修斯不等式例題熱源溫度將循一環(huán)用無數(shù)組©域細(xì)分，畋珈近似可看成R諾循環(huán)二對(duì)任意循環(huán)_/宣勞修方X不等式熱機(jī)是否能實(shí)現(xiàn)1000300可能=-0667kJ/K<0可逆循環(huán)iftonk4.嫡4不可逆循環(huán)不可能熱二律表達(dá)式之一2000500100。3U0=0.335kJ.'X>0不可能2000kJ(AV-1200kJ丫1500kJN00kJ.500kJ300K:F注意W灌鼎娥UA4V熱后的正和負(fù)是站在循環(huán)的立場(chǎng)上端的導(dǎo)出熱二律推論之一卡諾至理給出熱機(jī)的最高理想克勞修斯不等式

44、=可逆循環(huán)不可逆循環(huán)可逆過程邛序代表某一狀態(tài)函數(shù).熱二律推論之二克勞修斯不等式反映方向性熱二律推論之三埔反映方向性小知識(shí)定義，嫌比燃于19世紀(jì)中葉首先克勞修斯氐匚履闖冷）引入.式中占從1M5年起稱為心口lrp”由潔華劉仙洲教授譯成為，嘴，燃的物理意義定義：燧克勞修斯不等式比端熱源溫必.逆時(shí)殖。必=031/84燧的物理意義熠變表示可逆過程中熱交換的方向和大小燧是狀態(tài)量，6。T<0=0A521-&一耳之可逆循環(huán)r變與路徑無關(guān)，只與初終套有美Entropychange*6。：心可逆I,不可逆紳士】可進(jìn)二結(jié)豈不可逆不可逆過程AS與傳熱量的關(guān)系任意不可逆循環(huán)6Q5Q舊T1口工這iblTTJ

45、162T可逆不可逆AS與傳熱量的關(guān)系二可逆）不可逆針對(duì)過程V不可能燧流和燃產(chǎn)EntropyflowanilEntropygeneration時(shí)于任意微元過程有:定義不與看。一可逆過程/1：不可逆過程對(duì)于循環(huán)'。"一克勞修斯不等式靖流:明普除廣傳熱處有其它因素影響培淄產(chǎn);純粹由不可逆因素引起dS=g-MSJA5=St+A*d0工>0I永遠(yuǎn)1不可逆絕熱過程1巾/<>l)1、”逆i，i與上弓起焰支化L："熱,二律表達(dá)式之一結(jié)論：痘過程不可逆性大小的度量。燃流、炳產(chǎn)和炳變爆變的計(jì)算方法A5>0任意不可逆過程不可逆絕熱過程可逆絕熱過程內(nèi)=07=0AX&

46、gt;0A5=0戰(zhàn)二0福求、嫡變的計(jì)算方法嫡變的計(jì)算方法非理想氣體：查圖表固體和液體：通常!熱源（蓄熱器）工與外界交換熱量，丁幾乎不變例;水常數(shù)c=4,1868kJ/kgXB=(/L!+1pdv=dU=emdT假想蓄熱器玄辿；熱源的嫡變嫡變與過程無美，假定可逆:dS當(dāng)呼Qi5.孤立系統(tǒng)嫡增原理32/84r無偵景交換孤立系統(tǒng)J無熱最交換無功量交換=：可逆過程：不可逆過程熱二律表達(dá)式之一結(jié)電：孤立系統(tǒng)的烯只能增大，或者不孌，絕不能就小，這一規(guī)律稱為孤立系統(tǒng)婚增原理，Increaseofentropyprinciple孤立系統(tǒng)嫡增原理上孤立系統(tǒng)的燧只能增大，或者不變，絕不能減小蟲Theentropy

47、ofanioltcdsystemduringaprocessalwaysincreaseor,inthelimitingcaseofareversibleprocess,remainsconstant為什么用孤立系統(tǒng)?孤立系燧增原理舉例(1)傳熱方I句(產(chǎn)心)最常用的熱二律表達(dá)式：小可逆過程iiTeveiRihle二不川港11代in“M3hk6.嫡方程閉口系開口系凡二招+與+工嚴(yán)網(wǎng)九$M-Z首網(wǎng)叩端的性質(zhì)和計(jì)算 燧是狀態(tài)參數(shù)，狀態(tài)一定，蟒有確定的值; 搞的變化只與初,終態(tài)有關(guān)與過程的路徑無關(guān) 不可逆過程的嫡變可以在給定的初，終態(tài)之間任選一可逆過程進(jìn)行計(jì)算. 精是廣延量7.Ex及其計(jì)算33/84293K§4-7氏及其計(jì)算如何評(píng)價(jià)能量價(jià)值1956,1.RantL郎特Energy-皿段,東南大學(xué)夏彥懵教授翻譯火用AvailableEnei可用能Availubilih可用度Antrgy火無吧energy哪個(gè)參數(shù)才能正確評(píng)價(jià)能的價(jià)值熱量三種不同品質(zhì)的能量I、可無限轉(zhuǎn)換的能量（/a）理論上可以完全轉(zhuǎn)換為功的能最一高能強(qiáng)如：機(jī)械能、電能、水能、風(fēng)能2、不能轉(zhuǎn)換的能量（?1«