沈維道熱力學(xué)課件全集ppt說課材料

1、沈維道熱力學(xué)課件全集ppt工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)是重要的是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課專業(yè)基礎(chǔ)課工程熱力學(xué)工程熱力學(xué) 是一門研究是一門研究熱能熱能有效利用及有效利用及 熱能熱能和其它形式和其它形式能量能量轉(zhuǎn)換規(guī)律轉(zhuǎn)換規(guī)律 的科學(xué)的科學(xué)0-1 0-1 熱能及其利用熱能及其利用0-2 0-2 熱能轉(zhuǎn)換裝置的工熱能轉(zhuǎn)換裝置的工 作過程作過程0-3 0-3 工程熱力學(xué)的研究工程熱力學(xué)的研究 對象及其主要內(nèi)容對象及其主要內(nèi)容0-4 0-4 熱力學(xué)的研究方法熱力學(xué)的研究方法熱能及其利用熱能及其利用熱熱 能能電電 能能機(jī)機(jī) 械械 能能 風(fēng)風(fēng)能能水水力力能能化化學(xué)學(xué)能能核核能能地地?zé)釤崮苣芴栮柲苣芤淮文茉匆淮文茉? (

2、天然存在天然存在) )二次能源二次能源 光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換燃料電池燃料電池光熱光熱聚變聚變裂變裂變?nèi)紵紵囁囁啓C(jī)水輪機(jī)風(fēng)車風(fēng)車熱機(jī)熱機(jī)電動機(jī)電動機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)90%轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換直接利用直接利用供暖供暖0-2 0-2 熱能轉(zhuǎn)換裝置的工作過程熱能轉(zhuǎn)換裝置的工作過程一、蒸汽動力裝置的工作原理一、蒸汽動力裝置的工作原理 鍋鍋爐爐汽輪機(jī)汽輪機(jī) 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 給水泵給水泵 凝凝汽汽器器過熱器過熱器 1、熱源，冷源熱源，冷源2、工質(zhì)（水，蒸工質(zhì)（水，蒸 汽）汽）3、膨脹做功膨脹做功4、循環(huán)循環(huán) ( (加壓、加熱、加壓、加熱、膨脹做功、放熱膨脹做功、放熱) )二、燃?xì)廨啓C(jī)裝置二、燃?xì)廨啓C(jī)裝置的工作原理的工作

3、原理 l壓氣機(jī)壓氣機(jī) 從大氣環(huán)境吸從大氣環(huán)境吸氣，并將其壓縮，使得其壓氣，并將其壓縮，使得其壓力和溫度得以提高。力和溫度得以提高。l燃燒室燃燒室 空氣和燃料在空氣和燃料在其中混合并燃燒，得到高溫其中混合并燃燒，得到高溫高壓的燃?xì)?。高壓的燃?xì)?。l渦輪機(jī)渦輪機(jī) 高溫高壓的燃高溫高壓的燃?xì)馔苿訙u輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)對外氣推動渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)對外輸出機(jī)械功。輸出機(jī)械功。l工質(zhì)（空氣、燃?xì)猓┰谘b置內(nèi)周而復(fù)始地循環(huán)，進(jìn)工質(zhì)（空氣、燃?xì)猓┰谘b置內(nèi)周而復(fù)始地循環(huán)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的任務(wù)。而實(shí)現(xiàn)將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的任務(wù)。 1、熱源，冷源熱源，冷源2、工質(zhì)（燃?xì)猓┕べ|(zhì)（燃?xì)猓?3、膨脹做功膨脹做功4、循環(huán)循環(huán) (

4、 (加壓、加熱、加壓、加熱、膨脹做功、放熱膨脹做功、放熱) )壓壓氣氣機(jī)機(jī)燃燃?xì)鈿廨嗇啓C(jī)機(jī)燃燒室燃燒室空空氣氣廢廢氣氣燃燃料料三、內(nèi)燃機(jī)的工作原理三、內(nèi)燃機(jī)的工作原理 l進(jìn)氣過程進(jìn)氣過程 ：進(jìn)氣閥開，排氣閥關(guān)，活：進(jìn)氣閥開，排氣閥關(guān)，活塞下行，將空氣吸入氣塞下行，將空氣吸入氣 缸。缸。l壓縮過程壓縮過程 ：進(jìn)、排氣門關(guān)，活塞上行：進(jìn)、排氣門關(guān)，活塞上行壓縮空氣，使其溫度和壓縮空氣，使其溫度和 壓力得以升高。壓力得以升高。l燃燒過程燃燒過程 ：噴油嘴噴油，燃料燃燒，：噴油嘴噴油，燃料燃燒，氣體壓力和溫度急劇升高氣體壓力和溫度急劇升高 （燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能）。（燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能）。l膨脹

5、過程膨脹過程 ：高溫高壓氣體推動活塞下：高溫高壓氣體推動活塞下行，曲軸向外輸出機(jī)械功。行，曲軸向外輸出機(jī)械功。l排氣過程排氣過程 ：活塞接近下死點(diǎn)時，排氣：活塞接近下死點(diǎn)時，排氣門開，在壓差的作用下廢氣門開，在壓差的作用下廢氣 流出氣缸。流出氣缸。隨后，活塞上行，將殘余氣體推出氣隨后，活塞上行，將殘余氣體推出氣缸。缸。l重復(fù)上述過程，將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。重復(fù)上述過程，將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能?？諝?、油空氣、油廢氣廢氣吸氣吸氣壓縮壓縮點(diǎn)火點(diǎn)火膨脹膨脹排氣排氣內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)裝置裝置基本特點(diǎn)基本特點(diǎn)1、熱源，冷源熱源，冷源2、工質(zhì)（燃?xì)猓┕べ|(zhì)（燃?xì)猓?、膨脹做功膨脹做功4、循環(huán)循環(huán) (加壓、加熱、加壓、加熱

6、、 膨脹做功、放熱膨脹做功、放熱)四、蒸汽壓縮制冷裝置四、蒸汽壓縮制冷裝置 l壓氣機(jī)壓氣機(jī) 吸入來自蒸發(fā)器吸入來自蒸發(fā)器的低壓蒸汽，將其壓縮的低壓蒸汽，將其壓縮 ( 耗耗功功 ) 產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽。產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽。l冷凝器冷凝器 使氣體冷凝，得使氣體冷凝，得到常溫高壓的液體。到常溫高壓的液體。l節(jié)流閥節(jié)流閥 使液體降壓，產(chǎn)使液體降壓，產(chǎn)生低壓低溫的液體。生低壓低溫的液體。l蒸發(fā)器蒸發(fā)器 工質(zhì)吸收冷藏庫工質(zhì)吸收冷藏庫內(nèi)的熱量，汽化為低壓氣內(nèi)的熱量，汽化為低壓氣體，使冷體，使冷 庫降溫。庫降溫。 制冷空調(diào)制冷空調(diào)裝置裝置基本特點(diǎn)基本特點(diǎn)1、熱源，冷源熱源，冷源2、工質(zhì)（制冷劑）工質(zhì)（制冷劑）

7、3、得到容積變化功得到容積變化功4、循環(huán)循環(huán) (加壓、放熱、加壓、放熱、 膨脹、吸熱膨脹、吸熱)熱力熱力裝置裝置共同基本特點(diǎn)共同基本特點(diǎn) 1、熱源，冷源熱源，冷源 2、工質(zhì)工質(zhì) 3、容積變化功容積變化功 4、循環(huán)循環(huán) 1、能量轉(zhuǎn)換的基本定律能量轉(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、工作原理熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備、工作原理 4、化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)1、宏觀方法：宏觀方法：連續(xù)體，用宏觀物理量連續(xù)體，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)的描述其狀態(tài)，其基本規(guī)律是無數(shù)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)?？偨Y(jié)。 特點(diǎn)特點(diǎn)：可靠，普遍，不能任意推廣可靠，普遍，不能任意推廣

8、 經(jīng)典經(jīng)典 （宏觀宏觀）熱力學(xué)熱力學(xué) 0-4 0-4 工程熱力學(xué)研究方法工程熱力學(xué)研究方法2、微觀方法：微觀方法：從微觀粒子的運(yùn)動及相從微觀粒子的運(yùn)動及相互作用角度研究熱現(xiàn)象及規(guī)律互作用角度研究熱現(xiàn)象及規(guī)律 特點(diǎn)：特點(diǎn)：揭示本質(zhì)，模型近似揭示本質(zhì)，模型近似 微觀微觀（統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)）熱力學(xué)熱力學(xué) 工程熱力學(xué)研究方法工程熱力學(xué)研究方法l 抓住主線抓住主線l 理論聯(lián)系實(shí)際理論聯(lián)系實(shí)際l 重視基本技能訓(xùn)練重視基本技能訓(xùn)練 分析計(jì)算能力、實(shí)驗(yàn)技能分析計(jì)算能力、實(shí)驗(yàn)技能 認(rèn)真完成作業(yè)認(rèn)真完成作業(yè)1-1 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)1-2 狀態(tài)狀態(tài) 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)1-3 熱力狀態(tài)參數(shù)熱力狀態(tài)參數(shù)1-4 狀態(tài)方程、狀態(tài)參數(shù)

9、坐標(biāo)圖狀態(tài)方程、狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖1-5 準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程1-6 功和熱量功和熱量1-7 熱力循環(huán)熱力循環(huán)1-1 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)1-2 狀態(tài)狀態(tài) 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)1-3 熱力狀態(tài)參數(shù)熱力狀態(tài)參數(shù)1-4 狀態(tài)方程、狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖狀態(tài)方程、狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖1-5 準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程1-6 功和熱量功和熱量1-7 熱力循環(huán)熱力循環(huán)1-1 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng) 一、系統(tǒng)、外界與邊界一、系統(tǒng)、外界與邊界熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng)熱力系、系統(tǒng))：人為地研究對象：人為地研究對象外界外界：系統(tǒng)以外的所有物質(zhì)：系統(tǒng)以外的所有物質(zhì)邊界邊界(界面界面)：系統(tǒng)與外界的分界面：

10、系統(tǒng)與外界的分界面真實(shí)、虛構(gòu)真實(shí)、虛構(gòu)固定、活動固定、活動封閉熱力系（閉口系）封閉熱力系（閉口系） 只與外界有能量交換而無物質(zhì)交換只與外界有能量交換而無物質(zhì)交換開口熱力系開口熱力系( (開口系開口系) ) 與外界既有能量交換又有物質(zhì)交換與外界既有能量交換又有物質(zhì)交換孤立系孤立系 與外界既無能量交換又無物質(zhì)交換與外界既無能量交換又無物質(zhì)交換二、熱力系的分類二、熱力系的分類以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分： 有有 無無是否傳質(zhì)是否傳質(zhì) 開口系開口系 閉口系閉口系是否傳熱是否傳熱 非絕熱系非絕熱系 絕熱系絕熱系是否傳功是否傳功 非絕功系非絕功系 絕功系絕功系是否傳熱、功、質(zhì)是否傳熱、功、質(zhì)

11、 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系歸納：歸納：1234mQW1 開口系開口系非孤立系相關(guān)外界非孤立系相關(guān)外界孤立系孤立系1+2 閉口系閉口系1+2+3 絕熱閉口系絕熱閉口系1+2+3+4 孤立系孤立系 其它分類方式其它分類方式物理化學(xué)性質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì) 均勻系均勻系 非均勻系非均勻系工質(zhì)種類工質(zhì)種類多元系多元系單元系單元系相態(tài)相態(tài)多相多相單相單相最重要的最重要的系統(tǒng)系統(tǒng) 簡單可壓縮系統(tǒng)簡單可壓縮系統(tǒng)只交換只交換熱量熱量和和一種一種準(zhǔn)靜態(tài)的準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功容積變化功容積變化功容積變化功壓縮功壓縮功膨脹功膨脹功1-2 狀態(tài)狀態(tài) 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)一、狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)一、狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù) 狀態(tài)狀態(tài)：某一瞬間

12、熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況 狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)：描述系統(tǒng)所處狀態(tài)的宏觀物理量。：描述系統(tǒng)所處狀態(tài)的宏觀物理量。二、平衡狀態(tài)與非平衡狀態(tài)二、平衡狀態(tài)與非平衡狀態(tài) 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)：熱力系宏觀性質(zhì)不隨時間變化。：熱力系宏觀性質(zhì)不隨時間變化。 非平衡狀態(tài)非平衡狀態(tài)：熱力系宏觀性質(zhì)隨時間變化。：熱力系宏觀性質(zhì)隨時間變化。三、平衡狀態(tài)的判據(jù)三、平衡狀態(tài)的判據(jù)1、力平衡、力平衡 2、熱平衡、熱平衡 3、相平衡、相平衡 4、化學(xué)平衡、化學(xué)平衡1-3 熱力狀態(tài)參數(shù)熱力狀態(tài)參數(shù)一、定義：用于描述熱力系狀態(tài)的宏觀特性量。一、定義：用于描述熱力系狀態(tài)的宏觀特性量。二、特點(diǎn)二、特點(diǎn)1、與狀態(tài)

13、一一對應(yīng)，完全取決于狀態(tài)。、與狀態(tài)一一對應(yīng)，完全取決于狀態(tài)。2、狀態(tài)變化時，狀態(tài)參數(shù)只取決于初、終兩態(tài)，、狀態(tài)變化時，狀態(tài)參數(shù)只取決于初、終兩態(tài)，與變化路徑無關(guān)。與變化路徑無關(guān)。三、分類三、分類1、強(qiáng)度參數(shù)：與質(zhì)量無關(guān)，且不可相加的狀態(tài)、強(qiáng)度參數(shù)：與質(zhì)量無關(guān)，且不可相加的狀態(tài)參數(shù)。如壓力參數(shù)。如壓力P、溫度、溫度T、密度、密度、比焓、比焓h、比熵、比熵s、比容、比容、比內(nèi)能、比內(nèi)能u2、廣延參數(shù)：與質(zhì)量成正比且可以相加的狀態(tài)、廣延參數(shù)：與質(zhì)量成正比且可以相加的狀態(tài)參數(shù)。如容積參數(shù)。如容積V、內(nèi)能、內(nèi)能U、熵、熵S四、基本狀態(tài)參數(shù)四、基本狀態(tài)參數(shù)（一）壓力（一）壓力1、定義：單位面積上承受的垂直

14、作用力。即、定義：單位面積上承受的垂直作用力。即該公式計(jì)算的是工質(zhì)的真正壓力，也稱絕對壓力。該公式計(jì)算的是工質(zhì)的真正壓力，也稱絕對壓力。微觀上看：工質(zhì)的壓力是物質(zhì)微觀粒子對器壁撞擊的微觀上看：工質(zhì)的壓力是物質(zhì)微觀粒子對器壁撞擊的 總效果?？傂Ч?2、單位：、單位：1Pa=1N/m21kPa=1000 Pa，1MPa=106 Pa，1bar= 105 Pa1mmH2O=9.80665Pa，1mmHg=133.3Pa標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1atm=760mmHg=1.01325 105 Pa工程大氣壓工程大氣壓1at=1kgf/cm2= 9.80665104 PaAFPn注意：注意：只有只有絕對壓

15、力絕對壓力 p 才才是是狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)當(dāng)當(dāng) p pb表壓力表壓力 pg當(dāng)當(dāng) p 有足夠時間恢復(fù)新平衡有足夠時間恢復(fù)新平衡 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程例：例：活塞式內(nèi)燃機(jī)活塞式內(nèi)燃機(jī) 2000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分分 曲柄曲柄 2沖程沖程/轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)，0.15米米/沖程沖程活塞運(yùn)動速度活塞運(yùn)動速度=2000 2 0.15/60=10 m/s壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速）壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速）350 m/s破壞平衡所需時間破壞平衡所需時間（外部作用時間）（外部作用時間）恢復(fù)平衡所需時間恢復(fù)平衡所需時間（馳豫時間）（馳豫時間）一般的工程過程都可認(rèn)為是一般的工程過程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程具體工程問題具體分析。具體工

16、程問題具體分析。pp外外f初始：初始：p A = p外外 A + +fA如果如果 p外外微小微小 可視為可視為準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程dx以汽缸中以汽缸中mkg工質(zhì)為系統(tǒng)工質(zhì)為系統(tǒng)mkg工質(zhì)發(fā)生容積變工質(zhì)發(fā)生容積變化對外界作的功化對外界作的功 W = p A dx =pdV1kg工質(zhì)工質(zhì) w =pdvdx 很小很小，近似認(rèn)為近似認(rèn)為 p 不變不變pp外外2mkg工質(zhì)：工質(zhì)： W =pdV1kg工質(zhì)：工質(zhì)： w =pdv121WpdV21wpdv注意：注意：上式僅適用于上式僅適用于準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程pV. .12. .pp外外21mkg工質(zhì)：工質(zhì)： W =pdV21WpdV1kg工質(zhì)：工質(zhì)： w

17、=pdv21wpdvWpV. .12. .2） p-V 圖上用圖上用面積面積表示表示3）功的大小與路徑有關(guān)，功的大小與路徑有關(guān)， 過程量過程量4）統(tǒng)一規(guī)定：統(tǒng)一規(guī)定：dV0，膨脹，膨脹 對外作功（對外作功（正正） dV0，壓縮，壓縮 對對內(nèi)作功（內(nèi)作功（負(fù)負(fù)）5）適于適于準(zhǔn)靜態(tài)下準(zhǔn)靜態(tài)下的的任何任何工質(zhì)（一般為流體）工質(zhì)（一般為流體）6）外力無限制，功的表達(dá)式只是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)外力無限制，功的表達(dá)式只是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)7）有無有無f，只影響系統(tǒng)功與外界功的大小差別，只影響系統(tǒng)功與外界功的大小差別1）單位為單位為 kJ 或或 kJ/kgWw若有若有f 存在，就存在損失存在，就存在損失pp外外21系統(tǒng)對

18、外作功系統(tǒng)對外作功W，外界得到的功，外界得到的功W W若外界將得到的功若外界將得到的功W 再返還給系統(tǒng)，系再返還給系統(tǒng)，系統(tǒng)得到的功統(tǒng)得到的功WT2Q節(jié)流過程節(jié)流過程 ( (閥門）閥門）p1p2p1p2混合過程混合過程自由膨脹自由膨脹真空真空 準(zhǔn)靜態(tài)過程是實(shí)際過程的準(zhǔn)靜態(tài)過程是實(shí)際過程的理想化理想化過程，過程， 但并非但并非最優(yōu)最優(yōu)過程，可逆過程是過程，可逆過程是最優(yōu)最優(yōu)過程。過程。 可逆過程的功與熱可逆過程的功與熱完全完全可用可用系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)工質(zhì) 的的狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)表達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界表達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界 的復(fù)雜關(guān)系，易分析。的復(fù)雜關(guān)系，易分析。 實(shí)際過程不是可逆過程，但為了研

19、究方實(shí)際過程不是可逆過程，但為了研究方 便，先按便，先按理想理想情況（情況（可逆過程可逆過程）處理，）處理， 用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆 因素加以因素加以修正。修正。1 1、力學(xué)力學(xué)定義定義: : 力力 在在力力方向上的位移方向上的位移2、熱力學(xué)熱力學(xué)定義定義I：當(dāng)熱力系與外界發(fā)生能量當(dāng)熱力系與外界發(fā)生能量傳遞時，如果對外界的傳遞時，如果對外界的唯一效果可歸結(jié)為舉起唯一效果可歸結(jié)為舉起重物重物，此即為熱力系對外作功。，此即為熱力系對外作功。 熱力學(xué)熱力學(xué)定義定義II：功是系統(tǒng)與外界相互作用功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，在的一種方式，在力力的推動下，

20、通過的推動下，通過有序有序運(yùn)動方運(yùn)動方式傳遞的能量式傳遞的能量。一、功一、功3、功的計(jì)算式、功的計(jì)算式 物理上為物理上為: W=Fx 若系統(tǒng)內(nèi)外力平衡若系統(tǒng)內(nèi)外力平衡FdxW pAdxpdVxp二、熱量二、熱量 1、定義：、定義：熱量熱量是熱力系與外界相互作用的另是熱力系與外界相互作用的另一種方式，在一種方式，在溫度溫度的推動下，以微觀的推動下，以微觀無序無序運(yùn)動運(yùn)動方式傳遞的方式傳遞的能量。能量。 2、熱量的表達(dá)式、熱量的表達(dá)式 考慮：考慮： W=pdV 式中：式中：p為壓差是作功的驅(qū)動力為壓差是作功的驅(qū)動力, dV表示表示熱力系是否作功熱力系是否作功 對于熱量對于熱量Q： 熱傳遞的驅(qū)動力是

21、溫度熱傳遞的驅(qū)動力是溫度T，若，若dS表示熱力系是否傳熱應(yīng)有表示熱力系是否傳熱應(yīng)有:TdSQrev能量傳遞方式能量傳遞方式 容積變化功容積變化功 傳熱量傳熱量性質(zhì)性質(zhì) 過程量過程量 過程量過程量推動力推動力 壓力壓力 p 溫度溫度 T標(biāo)志標(biāo)志 dV , dv dS , ds公式公式pdvw Tdsq pdvw Tdsq條件條件 準(zhǔn)靜態(tài)或可逆準(zhǔn)靜態(tài)或可逆 可逆可逆revQdSTrevqdsT比參數(shù)比參數(shù) kJ/kgKds: 可逆過程可逆過程 qrev除以傳熱時的除以傳熱時的T所得的所得的商商 清華大學(xué)清華大學(xué)劉仙洲劉仙洲教授命名為教授命名為“熵熵”廣延量廣延量 kJ/K1 1、熵熵是是狀態(tài)參數(shù)狀

22、態(tài)參數(shù) 3、熵熵的物理意義：的物理意義：熵熵體現(xiàn)了體現(xiàn)了可逆過程可逆過程 傳熱的傳熱的大小大小與與方向方向2、符號符號規(guī)定規(guī)定系統(tǒng)系統(tǒng)吸熱吸熱時時為為正正 Q 0 dS 0系統(tǒng)系統(tǒng)放熱放熱時時為為負(fù)負(fù) Q 0 dS pBAB非準(zhǔn)靜態(tài)過程，非可逆過程非準(zhǔn)靜態(tài)過程，非可逆過程取取A或或B中氣體為系統(tǒng)中氣體為系統(tǒng)可逆熱力學(xué)可逆熱力學(xué)沒法計(jì)算沒法計(jì)算相互有功的作用相互有功的作用取取AB氣體為系統(tǒng)，氣體為系統(tǒng)，無功無功充氣球充氣球若若準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程若取若取進(jìn)入氣球的進(jìn)入氣球的氣體氣體為為系統(tǒng)系統(tǒng)但但pV的關(guān)系不知的關(guān)系不知 ？若看外部效果，若看外部效果，p pb b不變不變外界得到功外界得到功p

23、pb b V=氣體作功氣體作功WpdV2-1 熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)2-2 儲存能儲存能2-3 閉口系統(tǒng)能量方程閉口系統(tǒng)能量方程2-4 開口系統(tǒng)能量方程開口系統(tǒng)能量方程2-5 穩(wěn)定流動能量方程穩(wěn)定流動能量方程2-6 穩(wěn)定流動能量方程的應(yīng)用穩(wěn)定流動能量方程的應(yīng)用 2-1 熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)一、能量守恒與轉(zhuǎn)化定律一、能量守恒與轉(zhuǎn)化定律 定義定義：能量既不能創(chuàng)造也不能被消滅。：能量既不能創(chuàng)造也不能被消滅。只能由一種形式向另一種形式轉(zhuǎn)化。只能由一種形式向另一種形式轉(zhuǎn)化。在轉(zhuǎn)換中，能的總量不變。在轉(zhuǎn)換中，能的總量不變。 二、熱力學(xué)第一定律二、熱力學(xué)第一定律 1、內(nèi)

24、容：當(dāng)熱能與其它形式的能量相互轉(zhuǎn)、內(nèi)容：當(dāng)熱能與其它形式的能量相互轉(zhuǎn)化時，能的總量保持不變?；瘯r，能的總量保持不變。（在熱力系中，消耗等量的熱必產(chǎn)生等量的（在熱力系中，消耗等量的熱必產(chǎn)生等量的功。反之消耗等量的功必產(chǎn)生等量的熱。）功。反之消耗等量的功必產(chǎn)生等量的熱。） 2、實(shí)質(zhì)：、實(shí)質(zhì)： 能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱力學(xué)中的應(yīng)用能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱力學(xué)中的應(yīng)用3、數(shù)學(xué)表達(dá)式、數(shù)學(xué)表達(dá)式 Q = W要想得到要想得到功功，必須花費(fèi)，必須花費(fèi)熱能熱能或或其它能量其它能量熱一律熱一律又可表述為又可表述為“第一類永動機(jī)是第一類永動機(jī)是 不可能制成的不可能制成的”WQ三、熱力學(xué)第一定律的解析式三、熱力學(xué)第一定

25、律的解析式1、Q=W 的不足的不足 (1) 只表明熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)意義，但只表明熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)意義，但未考慮熱力系的能量變化，無法應(yīng)用于工未考慮熱力系的能量變化，無法應(yīng)用于工程計(jì)算。程計(jì)算。 (2) 只體現(xiàn)了只體現(xiàn)了Q，W 之間的量的關(guān)系，還不之間的量的關(guān)系，還不能區(qū)分二者之間質(zhì)的不同。能區(qū)分二者之間質(zhì)的不同。 2、熱力學(xué)第一定律的解析式、熱力學(xué)第一定律的解析式 若考慮熱力系的能量變化，則有：若考慮熱力系的能量變化，則有： 輸入熱力系的能輸入熱力系的能 - 輸出熱力系的能輸出熱力系的能 = 熱熱力系內(nèi)部儲存能的變化量力系內(nèi)部儲存能的變化量2-2 儲存能儲存能宏觀動能宏觀動能 Ek=

26、mc2/2宏觀位能宏觀位能 Ep= mgz機(jī)械能機(jī)械能一、從宏觀上看：一、從宏觀上看： 宏觀能（外部儲存能）宏觀能（外部儲存能）二、從微觀上看：二、從微觀上看： 微觀能（內(nèi)部能）對于熱力系的內(nèi)微觀能（內(nèi)部能）對于熱力系的內(nèi)部能，熱力學(xué)上稱之為內(nèi)能，用部能，熱力學(xué)上稱之為內(nèi)能，用u表示表示它包括：它包括： 微觀動能：由分子熱運(yùn)動之和微觀動能：由分子熱運(yùn)動之和構(gòu)成，由溫度構(gòu)成，由溫度T來反映來反映 微觀位能：由分子間相互作用微觀位能：由分子間相互作用力引起，由比容力引起，由比容 v和溫度來反映和溫度來反映 所以：所以：u = f(T,v) 內(nèi)能是狀態(tài)參數(shù)。內(nèi)能是狀態(tài)參數(shù)。 三、系統(tǒng)的總儲存能（總能

27、）三、系統(tǒng)的總儲存能（總能）總能總能 ： E=U+Ek+Ep比總能量：比總能量： e = u + ek + ep系統(tǒng)總能變化量可以寫為：系統(tǒng)總能變化量可以寫為：pkdEdEdUdEpkEEUE內(nèi)能內(nèi)能的導(dǎo)出的導(dǎo)出閉口系循環(huán)閉口系循環(huán)0QW QW蜒對于循環(huán)對于循環(huán)1a2c11 22 1()()0acQWQW對于循環(huán)對于循環(huán)1b2c11 22 1()()0bcQWQW1 21 2()()abQWQW0QW 狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)pV12abc定義定義 dU = Q - W 內(nèi)能內(nèi)能U 狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù) Q = dU + WQ = U + W閉口系閉口系熱一律表達(dá)式熱一律表達(dá)式！兩種特例兩種特例 絕功系絕

28、功系 Q = dU 絕熱系絕熱系 W = - dUdU = Q - W W Q dU 代表某微元過程中系統(tǒng)通過邊界代表某微元過程中系統(tǒng)通過邊界交換的交換的微熱量微熱量與與微功量微功量兩者之差值，也兩者之差值，也即即系統(tǒng)內(nèi)部能量系統(tǒng)內(nèi)部能量的變化。的變化。 U 代表儲存于系統(tǒng)代表儲存于系統(tǒng)內(nèi)部的能量內(nèi)部的能量 內(nèi)儲存能內(nèi)儲存能（內(nèi)能內(nèi)能、熱力學(xué)能熱力學(xué)能） 內(nèi)能內(nèi)能是狀態(tài)量是狀態(tài)量 U : : 廣延參數(shù)廣延參數(shù) kJ u : : 比參數(shù)比參數(shù) kJ/kg 內(nèi)能內(nèi)能總以變化量出現(xiàn)，總以變化量出現(xiàn)，內(nèi)能內(nèi)能零點(diǎn)人為定零點(diǎn)人為定熱一律熱一律: 能量守恒與轉(zhuǎn)換定律能量守恒與轉(zhuǎn)換定律=進(jìn)入進(jìn)入系統(tǒng)系統(tǒng)的的

29、能量能量離開離開系統(tǒng)系統(tǒng)的的能量能量系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)部儲存內(nèi)部儲存能量能量的的變化變化- W Q一般式一般式 Q = dU + W Q = U + W q = du + w q = u + w單位工質(zhì)單位工質(zhì)適用條件：適用條件： 1）任何工質(zhì)）任何工質(zhì) 2) 任何過程任何過程簡單可壓縮系簡單可壓縮系準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程 w = pdv簡單可壓縮系簡單可壓縮系可逆過程可逆過程 q = Tds q = du + pdv q = u + pdv熱一律解析式之一熱一律解析式之一Tds = du + pdv Tds = u + pdv熱力學(xué)恒等式熱力學(xué)恒等式以房間為以房間為系統(tǒng)系統(tǒng) 絕熱閉口系絕熱閉口系閉口系

30、能量方程閉口系能量方程QU W0Q0UW0W T電電冰冰箱箱以房間為以房間為系統(tǒng)系統(tǒng) 閉口系閉口系閉口系能量方程閉口系能量方程QU W0QUQ W0W T空空調(diào)調(diào) QQW Wnet Q min moutuinuoutgzingzout212inc212outc能量守恒原則能量守恒原則進(jìn)入進(jìn)入系統(tǒng)的系統(tǒng)的能量能量 - -離開離開系統(tǒng)的系統(tǒng)的能量能量 = =系統(tǒng)系統(tǒng)儲存能量儲存能量的的變化變化 Wnet Q min moutuinuoutgzingzout212inc212outc Q + min(u + c2/2 + gz)in- mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet =

31、dEcv這個結(jié)果與實(shí)驗(yàn)這個結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符不符少了少了推進(jìn)功推進(jìn)功推進(jìn)功推進(jìn)功（流動功、推動功）（流動功、推動功）pApVdl W推推 = p A dl = pV w推推= pv注意：注意： 不是不是 pdv v 沒有變化沒有變化1 1、與宏觀與宏觀流動流動有關(guān)，流動停止，推進(jìn)功不存在有關(guān)，流動停止，推進(jìn)功不存在2 2、作用過程中，工質(zhì)僅發(fā)生作用過程中，工質(zhì)僅發(fā)生位置位置變化，無狀態(tài)變化變化，無狀態(tài)變化3 3、w推推pv與所處狀態(tài)有關(guān)，是與所處狀態(tài)有關(guān)，是狀態(tài)量狀態(tài)量4 4、并非工質(zhì)本身的能量（動能、位能）變化引起，并非工質(zhì)本身的能量（動能、位能）變化引起， 而由外界做出，流動工質(zhì)所而由外界做出

32、，流動工質(zhì)所攜帶的能量攜帶的能量可理解為：可理解為：由于工質(zhì)的進(jìn)出，外界與系統(tǒng)之由于工質(zhì)的進(jìn)出，外界與系統(tǒng)之間所傳遞的一種間所傳遞的一種機(jī)械功機(jī)械功，表現(xiàn)為流動工質(zhì)進(jìn)，表現(xiàn)為流動工質(zhì)進(jìn)出系統(tǒng)使所出系統(tǒng)使所攜帶攜帶和所和所傳遞傳遞的一種的一種能量能量 Wnet Qpvin moutuinuoutgzingzout212inc212outc Q + min(u + c2/2 + gz)in- mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcv minpvout Q + min(u + pv+c2/2 + gz)in - Wnet - mout(u + pv+c2/2 + gz

33、)out = dEcv工程上常用工程上常用流率流率0limQQ0limmm0limWW2cvout2innetind/ 2/ 2outQEupvcgzmupvcgzmW當(dāng)有多條進(jìn)出口：當(dāng)有多條進(jìn)出口：netcv2outout2inind/ 2/ 2QEWupvcgzmupvcgzm流動時，總一起存在流動時，總一起存在定義：定義：焓焓 h = u + pvnetcv2outout2inind/ 2/ 2QEWupvcgzmupvcgzmhh開口系能量方程開口系能量方程 定義：定義：h = u + pv kJ/kg H = U + pV kJ 1、焓焓是狀態(tài)量是狀態(tài)量 2、H為廣延參數(shù)為廣延參數(shù)

34、H=U+pV= m(u+pv)= mh h為比參數(shù)為比參數(shù)3、對流動工質(zhì)，對流動工質(zhì)，焓焓代表能量代表能量(內(nèi)能內(nèi)能+推進(jìn)功推進(jìn)功) 對靜止工質(zhì)，對靜止工質(zhì)，焓焓不代表不代表能量能量4 4、物理意義：開口系中隨工質(zhì)物理意義：開口系中隨工質(zhì)流動而攜帶流動而攜帶的、取決的、取決 于熱力狀態(tài)的于熱力狀態(tài)的能量能量。 Wnet Q min moutuinuoutgzingzout212inc212outc穩(wěn)定流動條件穩(wěn)定流動條件1、outinmmm2、QConst3、netsWConstW軸功軸功每截面狀態(tài)不變每截面狀態(tài)不變4、,/0C VdEoutinmmmQConstnetsWConstW,/0C

35、 VdEnetcv2outout2inind/ 2/ 2QEWhcgzmhcgzm穩(wěn)定流動條件穩(wěn)定流動條件0mmsW22soutin22ccQmhgzhgzWQm qssWm w1kg工質(zhì)工質(zhì)22soutin22ccqhgzhgzw2s12qhcgzw 2s12qhcgzw 適用條件：適用條件：任何流動工質(zhì)任何流動工質(zhì)任何穩(wěn)定流動過程任何穩(wěn)定流動過程動能動能工程技術(shù)上可以直接利用工程技術(shù)上可以直接利用軸功軸功機(jī)械能機(jī)械能2f12sQHmcmgzW 2f12sqhcgzw 位能位能tWtwtQmhWtqhw wsq穩(wěn)流開口系穩(wěn)流開口系tqhw quw 閉口系閉口系(1kg)容積變化功容積變化功等

36、價(jià)等價(jià)技術(shù)功技術(shù)功tqhw 容積變化功容積變化功w技術(shù)功技術(shù)功wtquw 閉口閉口穩(wěn)流開口穩(wěn)流開口等價(jià)等價(jià)軸功軸功ws推進(jìn)功推進(jìn)功 (pv)幾種功的關(guān)系？幾種功的關(guān)系？2t12swcgzw t()tqhwupvw quw ()twpvwwwt(pv) c2/2wsgz做功的根源做功的根源ws2、開口系，開口系，系統(tǒng)系統(tǒng)與與外界交換的功為外界交換的功為軸功軸功ws3、一般情況下忽略動、位能的變化一般情況下忽略動、位能的變化1、閉口系，系統(tǒng)閉口系，系統(tǒng)與與外界交換的功為外界交換的功為容積變化功容積變化功wws wt()tpdvd pvw()twpvw()twd pvw準(zhǔn)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)()()twpdv

37、 d pvpdvpdv vdpvdptwvdp準(zhǔn)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)qdupdvqdh vdp熱一律解析式之一熱一律解析式之一熱一律解析式之二熱一律解析式之二twvdp1 12 2ddv pp vpvp vt1 12 2wwpvp vt()wwpv12 1ba12341 140 1a 230 2bs2t2/wgdzdcvdpw對于流體流過管道，對于流體流過管道，0sw2102vdpdcgdz 壓力能壓力能 動能動能 位能位能機(jī)械能守恒機(jī)械能守恒2102dpdcdzgg柏努利方程柏努利方程s22/wzgchq熱力學(xué)問題經(jīng)?？珊雎詣印⑽荒茏兓療崃W(xué)問題經(jīng)?？珊雎詣印⑽荒茏兓豪篶1 = 1 m/s c2

38、 = 30 m/s (c22 - c12) / 2 = 0.449 kJ/ kgz1 = 0 m z2 = 30 mg ( z2 - z1) = 0.3 kJ/kg1bar下下, 0 oC水的水的 h1 = 84 kJ/kg100 oC水蒸氣水蒸氣的的 h2 = 2676 kJ/kgsqhw 火力發(fā)電火力發(fā)電核電核電飛機(jī)發(fā)動機(jī)飛機(jī)發(fā)動機(jī)輪船發(fā)動機(jī)輪船發(fā)動機(jī)移動電站移動電站 燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)蒸汽輪機(jī)蒸汽輪機(jī)sqhw 1) 體積不大體積不大2）流量大流量大3）保溫層保溫層q 0ws = -h = h1 - h20輸出的軸功是靠焓降轉(zhuǎn)變的輸出的軸功是靠焓降轉(zhuǎn)變的 q = h + wt q = h +

39、 c2 / 2 + gz+ ws 現(xiàn)現(xiàn) q = 0; c = 0; z = 0 故故 ws = -h = h1 - h2火力發(fā)電火力發(fā)電核電核電飛機(jī)發(fā)動機(jī)飛機(jī)發(fā)動機(jī)輪船發(fā)動機(jī)輪船發(fā)動機(jī)移動電站移動電站 壓氣機(jī)壓氣機(jī)水泵水泵制冷制冷空調(diào)空調(diào)壓縮機(jī)壓縮機(jī)sqhw 1) 體積不大體積不大2）流量大流量大3）保溫層保溫層q 0ws = -h = h1 - h2常溫常溫，pppcTdsdT12lnTTcsp12lnvvcp5.功與熱功與熱 開口系開口系 dwt= vdp= 0 q=h-vdp=h=cpT閉口系閉口系)(1221vvppdvwTcdhpdvduqp4. u，h，s變化量變化量h= cpT

40、u= cvTTqdsR(2) 不僅不僅 , s 處處相等處處相等 0s0ds絕熱絕熱可逆可逆0dss說明說明: (1) 不能說不能說絕熱絕熱過程就是過程就是等熵等熵過程過程, 必須是必須是可逆絕熱可逆絕熱過程才是過程才是等熵等熵過程。過程。vp0dpdvdsccpvconstk constpvk三個條件三個條件: (1)理想氣體理想氣體 (2)可逆過程可逆過程 (3) k 為常數(shù)為常數(shù)pvckc0dpdvkpv當(dāng)當(dāng)lnlnpkvconst0ds理想氣體理想氣體3.曲線曲線顯然：顯然：kvvpp1212代入代入 pv=RT 得：得：kkppTT11212故在故在pv圖上定熵線較定溫線陡。圖上定熵

41、線較定溫線陡。對于對于p-v圖因?yàn)閳D因?yàn)?ds= 0 根據(jù)公式：根據(jù)公式：得：得：vpkdvdpspdpcvdvcdsvp由于定溫時：由于定溫時：vpdvdpT4. u，h，s變化量變化量 u= cvT h= cpT S= 05.功與熱功與熱閉口系閉口系21pdvw21kkvdvpv因因 pvk 為常數(shù)，所以：為常數(shù)，所以：21kkvdvpvw21dvvpvkk2111kvpvkk211kpv211kRTw)(112TTkR12111TTkRT同時，因同時，因 pv=RT 由式由式211kpvw得：得：kkppkRT112111)(121TTkR因?yàn)橐驗(yàn)?cv=R/(k-1)，所以，所以這個式

42、子也可以變?yōu)檫@個式子也可以變?yōu)閣=cv(T1 -T2 )關(guān)于熱量關(guān)于熱量q 因?yàn)榻^熱所以熱量為零因?yàn)榻^熱所以熱量為零開口系開口系21vdpwt2111)(kkkpdppv因因 pvk 為常數(shù)，為常數(shù)，所以：所以：2111kkpdpvpw2111dppvpkk21111kkpvpkkk211kkpv211kkRTwt)(112TTkkR12111TTkkRT同時，因同時，因 pv=RT 由式由式211kkpvwt得：得：kkppkkRT112111)(121TTkkR因?yàn)橐驗(yàn)?cp=kR/(k-1)，所，所以這個式子也可以變以這個式子也可以變?yōu)闉?wt=cp(T1 -T2 )可見對于絕熱過程可見

43、對于絕熱過程wt 是是 w 的的 k 倍倍 。關(guān)于熱量關(guān)于熱量q 因?yàn)榻^熱所以熱量為零。因?yàn)榻^熱所以熱量為零。理想氣體的理想氣體的多變多變過程過程 過程方程過程方程constpvnn是常量，是常量，每一過程有一每一過程有一 n 值值nn = ksnvvpp)(211212112)(nvvTTnnppTT11212)(12()1RwpdvTTntwnwv2121()()1Rquwc TTTTn v21v21n21()()()()11Rn-kcTTc TTc TTnnnc多變過程比熱容多變過程比熱容constpvn(1) 當(dāng)當(dāng) n = 0 Cpconstpv0nvpckcc(2) 當(dāng)當(dāng) n = 1

44、CTconstpv1nc (3) 當(dāng)當(dāng) n = k kpvconstsCn0c (4) 當(dāng)當(dāng) n = 1np vconstvCnvccnv1n-kccnpTsvnconstpvnpTsvpvRTnv111k-nccn基本過程是多變過程的特例基本過程是多變過程的特例 基本過程的計(jì)算是我們的基礎(chǔ)，基本過程的計(jì)算是我們的基礎(chǔ)，要非常清楚，非常熟悉。要非常清楚，非常熟悉?；疽螅夯疽螅耗脕砭蜁隳脕砭蜁銋⒁姇蠀⒁姇媳肀?4 公式匯總公式匯總0n p()?dTdsT斜率斜率上凸上凸?下凹？下凹？pTdsc dTvdpsTvpppTc0n pp0n v()?dTdsT斜率斜率上凸上凸?下凹？下

45、凹？vTdsc dTpdvsTvppvTc0n pvpvccn n vvpp()dTTdsc0n T()?dpdvp斜率斜率上凸上凸?下凹？下凹？pvCsTvpppv 0n pT0pdvvdpn n vv1n TT1n 0n sTvpp0n psn n vv1n TT1n nksnks ?sdpdvCpvkkpv0)(kpvd10kkkpvdvv dpT()dppdvv 0n sTvpp0n pn n vv1n TT1n nksnkskkppTT11212)(0n sTvp0n n n 1n 1n nknkuT= u0pvRT u0vuc dT 0n sTvp0n n n 1n 1n nknk

46、hT= u0 u0phc dT h0 h00n sTvp0n n n 1n 1n nknk u0 u0wpdv h0 h0w012112)(kvvTTw00n sTvp0n n n 1n 1n nknk u0 u0twvdp h0 h0w0w0wt0kkppTT11212)(wt00n sTvp0n n n 1n 1n nknk u0 u0qTds h0 h0w0w0wt0wt0q0Tqwq00n sTvp0n n n 1n 1n nknk u0 u0 h0 h0w0w0wt0wt0q0u,h(T) w(v) wt(p) q(s)q00n sTvp0n n n 1n 1n nknk壓縮、升溫、

47、放熱的過程，終態(tài)在哪個區(qū)域？壓縮、升溫、放熱的過程，終態(tài)在哪個區(qū)域？0n sTvp0n n n 1n 1n nknk膨脹、降溫、放熱的過程，終態(tài)在哪個區(qū)域？膨脹、降溫、放熱的過程，終態(tài)在哪個區(qū)域？0n sTvp0n n n 1n 1n nknk膨脹、升溫、吸熱的過程，終態(tài)在哪個區(qū)域？膨脹、升溫、吸熱的過程，終態(tài)在哪個區(qū)域？壓氣機(jī)壓氣機(jī)的作用的作用生活中：自行車打氣。生活中：自行車打氣。工業(yè)上：鍋爐鼓風(fēng)、出口引風(fēng)、工業(yè)上：鍋爐鼓風(fēng)、出口引風(fēng)、煉鋼、燃?xì)廨啓C(jī)、制冷空調(diào)等等煉鋼、燃?xì)廨啓C(jī)、制冷空調(diào)等等型式型式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)活塞式活塞式(往復(fù)式往復(fù)式)離心式離心式 ，渦旋渦旋軸流式，螺桿軸流式，螺桿連續(xù)流動

48、連續(xù)流動壓壓力力范范圍圍通風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)0.01pMPa 0.010.3MPapMPa 0.3pMPa 出口當(dāng)連續(xù)流動出口當(dāng)連續(xù)流動理論壓氣功理論壓氣功(可逆過程可逆過程)指什么功指什么功pv目的：目的：研究研究耗功耗功，越少越好越少越好技術(shù)功技術(shù)功wt12(1)、特別快，來不及換熱。特別快，來不及換熱。(2)、特別慢，熱全散走。特別慢，熱全散走。(3)、實(shí)際壓氣過程是實(shí)際壓氣過程是 kn 12p1p1T2n2s2pvT2n21Ts2p1ps2sTnnk1n 2p1p1T2n2s2pvT2n21Ts2p1ps2tTtntswww2T2n2svvvTns0qqq12T2n2s

49、TTTT2p1p1T2n2s2pvT2n21Ts2p1ps21tT12lnpwRTpn 12ntn111 ()1npwRTnp12ts111 ()1kkkpwRTkp最小最小 重要啟示重要啟示儲氣罐冷卻水高壓缸低壓缸進(jìn)氣口123452p1p12pp有一個最佳增壓比有一個最佳增壓比pv 省功省功123454p1ppv 省功省功IIIt(n)t(n)www分級n-12n11n-14n331() 11()1npRTnpnpRTnpn-1n-124nn1122()() 1nppwRTnpp分級2p2412pppp123454p1ppv 省功省功n-1n-124nn1122()() 1nppwRTnpp

50、分級欲求欲求w分級分級最小值，最小值，20wp分級412ppp 2p1424111pp ppppppp終初可證明可證明若若m級級mpp終初最佳增壓比最佳增壓比123454p1ppvTs2p1p2p4p123456645TT 潤滑油要求潤滑油要求t100不可能不可能熱二律否定第二類永動機(jī)熱二律否定第二類永動機(jī) t =100不可能不可能法國工程師卡諾法國工程師卡諾 ( (S. Carnot) )，1824年提出年提出卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)熱二律奠基人熱二律奠基人效率最高效率最高卡諾循環(huán)示意圖4-1絕熱壓縮絕熱壓縮過程，對內(nèi)作功過程，對內(nèi)作功1-2定溫吸熱定溫吸熱過程，過程， q1 = T1(s2-s1)

51、2-3絕熱膨脹絕熱膨脹過程，對外作功過程，對外作功3-4定溫放熱定溫放熱過程，過程， q2 = T2(s2-s1)t1wq2212t,C121111TssTT ssT 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)熱機(jī)效率熱機(jī)效率T1T2Rcq1q2w122111qqqqq t,c只取決于只取決于恒溫?zé)嵩春銣責(zé)嵩碩1和和T2 而與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)；而與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)；2t,C11TT T1 t,c , T2 t,c ，溫差越大，溫差越大， t,c越高越高 當(dāng)當(dāng)T1=T2， t,c = 0, 單熱源熱機(jī)不可能單熱源熱機(jī)不可能 T1 = K, T2 = 0 K, t,c 100%， 熱二律熱二律T0 cT0T2制冷制冷2212C

52、qqwqq221202122102()()()T ssTT ssT ssTTT0T2Rcq1q2w0211TTTss2s1T2 c T1 T0T1制熱制熱Ts1112qqwqq121112102110()()()T ssTT ssT ssTTT1T0Rcq1q2w0111TTs2s1T0 T0T2T1制冷制冷制熱制熱TsT1T2動力動力定理：在兩個不同溫度的定理：在兩個不同溫度的恒溫?zé)嵩春銣責(zé)嵩撮g工作間工作 的所有熱機(jī)，以的所有熱機(jī)，以可逆熱機(jī)可逆熱機(jī)的熱效率的熱效率 為為最高最高。 卡諾提出：卡諾提出：卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)效率最高效率最高即在恒溫即在恒溫T1、T2下下t,Rt,任 在兩個不同溫度

53、的在兩個不同溫度的恒溫?zé)嵩春銣責(zé)嵩撮g工作的一間工作的一切切可逆熱機(jī)可逆熱機(jī)，具有，具有相同相同的的熱效率熱效率，且與工質(zhì)，且與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。的性質(zhì)無關(guān)。 在兩個不同溫度的在兩個不同溫度的恒溫?zé)嵩春銣責(zé)嵩撮g工作的任間工作的任何何不可逆熱機(jī)不可逆熱機(jī)，其熱效率，其熱效率總小于總小于這兩個熱源這兩個熱源間工作的間工作的可逆熱機(jī)可逆熱機(jī)的效率。的效率。1、在兩個不同在兩個不同 T T 的的恒溫?zé)嵩春銣責(zé)嵩撮g工作的一切間工作的一切 可逆可逆熱機(jī)熱機(jī) tR = tC 2、多多熱源間工作的一切可逆熱機(jī)熱源間工作的一切可逆熱機(jī) tR多多 同溫限間工作卡諾機(jī)同溫限間工作卡諾機(jī) tC 3、不可逆不可逆熱機(jī)熱機(jī)

54、tIR 同熱源間工作同熱源間工作可逆可逆熱機(jī)熱機(jī) tR tIR tR= tC 在給定的溫度界限間工作的在給定的溫度界限間工作的一切熱機(jī)一切熱機(jī)， tC最高最高 熱機(jī)極限熱機(jī)極限 從理論上確定了通過熱機(jī)循環(huán)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，指實(shí)現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的條件，指出了提高熱機(jī)熱效率的方向，是研出了提高熱機(jī)熱效率的方向，是研究熱機(jī)性能不可缺少的準(zhǔn)繩。究熱機(jī)性能不可缺少的準(zhǔn)繩。 對熱力學(xué)第二定律的建立具有對熱力學(xué)第二定律的建立具有重大意義。重大意義。 A 熱機(jī)是否能實(shí)現(xiàn)熱機(jī)是否能實(shí)現(xiàn)1000 K300 KA2000 kJ800 kJ1200 kJ可能可能 如果：如果：W=

55、1500 kJ2tC13001170%1000TT t1120060%2000wq1500 kJt150075%2000不可能不可能500 kJ 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī) t1=2000oC，t2=300oC tC =74.7% 實(shí)際實(shí)際 t =3040% 卡諾熱機(jī)卡諾熱機(jī)只有只有理論理論意義，意義，最高理想最高理想實(shí)際上實(shí)際上 T s 很難實(shí)現(xiàn)很難實(shí)現(xiàn) 火力發(fā)電火力發(fā)電 t1=600oC，t2=25oC tC =65.9% 實(shí)際實(shí)際 t =40%回?zé)岷吐?lián)合循環(huán)回?zé)岷吐?lián)合循環(huán) t 可達(dá)可達(dá)50%4-3、 4-4 熵熵、 4-5 孤立系熵增原理孤立系熵增原理 圍繞方向性問題，圍繞方向性問題，不等式不等式熱二

56、律推論之一熱二律推論之一 卡諾定理卡諾定理給出熱機(jī)的給出熱機(jī)的最高理想最高理想熱二律推論之二熱二律推論之二 克勞修斯不等式克勞修斯不等式反映反映方向性方向性 定義定義熵熵克勞修斯不等式的研究對象是克勞修斯不等式的研究對象是循環(huán)循環(huán) 方向性的方向性的判據(jù)判據(jù)正正循環(huán)循環(huán)逆逆循環(huán)循環(huán)可逆可逆循環(huán)循環(huán)不可逆不可逆循環(huán)循環(huán) 克勞修斯不等式克勞修斯不等式的推導(dǎo)的推導(dǎo)（1）可逆循環(huán)可逆循環(huán)1、正循環(huán)（正循環(huán)（卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)）T1T2RQ1Q2W120QQQ 吸熱吸熱221111tQTQT 2112QQTT 21120QQQTTT （2）不可逆循環(huán)不可逆循環(huán)1、正循環(huán)（正循環(huán)（卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)）T1T2R

57、Q1Q2W120QQQ 吸熱吸熱2112QQTT 21120QQQTTT 假定假定 Q1=Q1 ， tIR tR，WW 11QQ可逆時可逆時IRWQ1Q2可逆可逆 =不可逆不可逆 正循環(huán)（可逆、不可逆）正循環(huán)（可逆、不可逆）0Q 吸熱吸熱0QT 反循環(huán)（可逆、不可逆）反循環(huán)（可逆、不可逆）0Q 放熱放熱僅卡諾循環(huán)僅卡諾循環(huán) 對任意循環(huán)對任意循環(huán)0rQT 克勞修斯克勞修斯不等式不等式將循環(huán)用無數(shù)組將循環(huán)用無數(shù)組 s 線細(xì)線細(xì)分，分，abfga近似可看成卡近似可看成卡諾循環(huán)諾循環(huán)= 可逆循環(huán)可逆循環(huán) 不可能不可能熱源溫度熱源溫度熱二律表達(dá)式之一熱二律表達(dá)式之一 A 熱機(jī)是否能實(shí)現(xiàn)熱機(jī)是否能實(shí)現(xiàn)10

58、00 K300 KA2000 kJ800 kJ1200 kJ可能可能 如果：如果：W=1500 kJ1500 kJ不可能不可能200080010003000.667kJ/K0QT 500 kJ200050010003000.333kJ/K0QT 注意：注意： 熱量的正和負(fù)是站在循環(huán)的立場上熱量的正和負(fù)是站在循環(huán)的立場上熱二律推論之一熱二律推論之一 卡諾定理卡諾定理給出熱機(jī)的給出熱機(jī)的最高理想最高理想熱二律推論之二熱二律推論之二 克勞修斯不等式克勞修斯不等式反映反映方向性方向性熱二律推論之三熱二律推論之三 熵熵反映反映方向性方向性定義：定義：熵熵reQdST0rQT 克勞修斯不等式克勞修斯不等式

59、可逆過程，可逆過程， ， 代表某一代表某一狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)。TqQT= 可逆循環(huán)可逆循環(huán) 不可逆不可逆212112QSSST= 可逆可逆不可逆不可逆：不可逆過程：不可逆過程定義定義fQdST熵產(chǎn)：純粹由不可逆因素引起熵產(chǎn)：純粹由不可逆因素引起g0dS gfdSdSdS結(jié)論：結(jié)論：熵產(chǎn)是過程不可逆性大小的度量熵產(chǎn)是過程不可逆性大小的度量。QdST熵流：熵流：永遠(yuǎn)永遠(yuǎn)fgSSS 熱二律表達(dá)式之一熱二律表達(dá)式之一任意不可逆過程任意不可逆過程gfdSdSdSfgSSS 0Sf0Sg0S可逆過程可逆過程f0SS g0S不可逆絕熱過程不可逆絕熱過程0Sf0Sg0S可逆絕熱過程可逆絕熱過程0Sf0Sg0S不

60、易求不易求理想氣體理想氣體2221v11lndTvScRTv僅僅可可逆逆過過程程適適用用2221p11lndTpScRTp2221pv11dvdpSccvpTs1234132131231QSSST 242141242QSSST 任何過程任何過程非理想氣體：非理想氣體：查圖表查圖表固體和液體：固體和液體： 通常通常pvccc常數(shù)常數(shù)例：水例：水4.1868kJ/kg.Kc reQdUpdvdUcmdT熵變與過程無關(guān)，假定可逆：熵變與過程無關(guān)，假定可逆：reQcmdTdSTT21lnTScmT熱源（蓄熱器）：熱源（蓄熱器）：與外界交換熱量，與外界交換熱量，T幾乎不變幾乎不變假想蓄熱器假想蓄熱器RQ