工程熱力學(xué)(全套467張課件)

1、工程熱力學(xué)Engineering Thermodynamics工程熱力學(xué)Engineering Thermodynami緒論工程熱力學(xué)屬于應(yīng)用科學(xué)（工程科學(xué)）的范疇，是工程科學(xué)的重要領(lǐng)域之一。工程熱力學(xué)是一門研究熱能有效利用及 熱能和其它形式能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué)緒論工程熱力學(xué)屬于應(yīng)用科學(xué)（工程科學(xué)）的范疇，是工程科學(xué)的重工程熱力學(xué)所屬學(xué)科工程熱力學(xué)所屬學(xué)科緒論的主要內(nèi)容能源與熱能利用工程熱力學(xué)研究對(duì)象工程熱力學(xué)研究?jī)?nèi)容熱力學(xué)研究方法熱力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域緒論的主要內(nèi)容能源與熱能利用能源能源：用來產(chǎn)生各種所需能量的自然資源。一次能源：直接取自自然界沒有經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換的各種能量和資源。二次能源：由一次能源經(jīng)

2、過加工轉(zhuǎn)換以后得到的能源產(chǎn)品。是人類賴以生存和發(fā)展所必須的燃料和動(dòng)力來源，是發(fā)展生產(chǎn)和提高生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。就目前技術(shù)水平而言，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，主要能源仍將以煤炭、石油及天然氣等化石燃料為主。問題：下面哪些能源屬于一次能源，那些屬于二次能源？原煤、原油、天然氣、煤氣、汽油、柴油、重油、液化石油氣、焦炭、油頁巖、酒精、蒸汽、沼氣、氫氣、核能、太陽能、電力、水力、風(fēng)力、波浪能、潮汐能、地?zé)?、生物質(zhì)能、海洋溫差能能源能源：用來產(chǎn)生各種所需能量的自然資源。國際能源現(xiàn)狀美國預(yù)測(cè)全球能源消費(fèi)總量將從2001年的102.4億噸油當(dāng)量增加到2025年162億噸油當(dāng)量，世界能源消費(fèi)在2001-202

3、5年將增加54%。全球化石能源的枯竭是不可避免的，將在本世紀(jì)內(nèi)基本開采殆盡。BP世界能源統(tǒng)計(jì)2006的數(shù)據(jù)表明，全球石油探明儲(chǔ)量可供生產(chǎn)40多年，天然氣和煤炭則分別可以供應(yīng)65年和155年。國際能源現(xiàn)狀美國預(yù)測(cè)全球能源消費(fèi)總量將從2001年的102.我國能源現(xiàn)狀我國是世界第二大能源生產(chǎn)國和第二大能源消費(fèi)國，占世界能源消費(fèi)總量的13.6%，能源消費(fèi)主要靠國內(nèi)供應(yīng)，能源自給率為94%。從人均水平來看，2004年中國人均一次能源消費(fèi)量1.08噸油當(dāng)量，為世界平均水平1.63噸油當(dāng)量的66%，是美國人均8.02噸油當(dāng)量的13.4%，日本人均3.82噸油當(dāng)量的28.1%。從能源結(jié)構(gòu)來看，2004年一次能

4、源消費(fèi)中，煤炭占67.7%，石油占22.7%，天然氣占2.6%，水電等占7.0%；一次能源生產(chǎn)總量中，煤炭占75.6%，石油占13.5%，天然氣占3.0%，水電等占7.9%。我國能源現(xiàn)狀我國是世界第二大能源生產(chǎn)國和第二大能源消費(fèi)國，占我國能源現(xiàn)狀據(jù)預(yù)測(cè)，目前中國主要能源煤炭、石油和天然氣的儲(chǔ)采比分別為約80、15和50，大致為全球平均水平的50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭速度。未來5-10年，中國煤炭國內(nèi)生產(chǎn)量基本能夠滿足國內(nèi)消費(fèi)量，原油和天然氣的生產(chǎn)則不能滿足需求，特別是原油的缺口最大。注重能源資源的節(jié)約，提高能源利用效率，加快可再生能源的開發(fā)利用，對(duì)于中國來說既重要又迫切

5、。我國能源現(xiàn)狀據(jù)預(yù)測(cè)，目前中國主要能源煤炭、石油和天然氣的儲(chǔ)采能源利用狀況盡管我國近幾年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展一直以10%左右的GDP在增長(zhǎng)，但如果考慮可持續(xù)發(fā)展和綠色GDP，我們是一個(gè)高耗能、低產(chǎn)出的國家。如果以產(chǎn)生一美元的等值物來計(jì)算，日本耗費(fèi)的是一份能源，而美國要耗費(fèi)三份能源，中國最差，幾乎要耗費(fèi)八份能源。從1973年至今日本的工業(yè)部門幾近提高了三倍的產(chǎn)量，但是其能量消耗卻幾乎保持不變。如今，生產(chǎn)如同日本一樣的工業(yè)產(chǎn)量，中國的耗能是日本的11.5倍，而目前廣東省萬元產(chǎn)值能耗是日本的6.2倍。能源利用狀況盡管我國近幾年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展一直以10%左右的GDP中國與日本工業(yè)能耗比較中國與日本工業(yè)能耗比較中國平

6、均供電耗煤量的變化g/KWh中國平均供電耗煤量的變化g/KWh節(jié)能開源：開發(fā)和利用新能源可再生能源，清潔能源，核能，潮汐能，生物能源等節(jié)流：節(jié)能降耗提高能源的利用效率，減少能源消耗量工程熱力學(xué)是節(jié)能的理論基礎(chǔ)節(jié)能開源：開發(fā)和利用新能源可再生能源，清潔能源，核能，潮汐能量轉(zhuǎn)化的一般模式一次能源電能機(jī)械能熱能問題：下面哪些是熱機(jī)，哪些不是？燃?xì)廨啓C(jī)、蒸氣機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池、制冷機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)化的一般模式一次能源電能機(jī)械能熱能問題：下面哪些是熱機(jī)能量轉(zhuǎn)化的一般模式能量轉(zhuǎn)化的一般模式工程熱力學(xué)研究對(duì)象工程熱力學(xué)從工程的觀點(diǎn)出發(fā)，研究物質(zhì)的熱力性質(zhì)、能量轉(zhuǎn)化以及熱能的直接利用等問題。它是

7、設(shè)計(jì)和分析各種動(dòng)力裝置、制冷機(jī)、熱泵空調(diào)機(jī)組、鍋爐及各種熱交換器的理論基礎(chǔ)。工程熱力學(xué)研究對(duì)象工程熱力學(xué)從工程的觀點(diǎn)出發(fā)，研究物質(zhì)的熱力工程熱力學(xué)研究?jī)?nèi)容熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容工質(zhì)的熱物理性質(zhì)能量品質(zhì)評(píng)價(jià)能源轉(zhuǎn)換的量的規(guī)律能量轉(zhuǎn)換的方向與程度實(shí)際的動(dòng)力、制冷循環(huán)基本理論基本理論的應(yīng)用工程熱力學(xué)研究?jī)?nèi)容熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容工質(zhì)的熱物理性質(zhì)能量品質(zhì)評(píng)工程熱力學(xué)研究方法1、宏觀方法：把物質(zhì)看作是連續(xù)的整體(continuum) ，從宏觀現(xiàn)象出發(fā)，對(duì)熱現(xiàn)象進(jìn)行直接觀察和試驗(yàn)，從而總結(jié)出一些普遍的規(guī)律，在此基礎(chǔ)上演繹推論出高度普遍性的結(jié)論。 特點(diǎn)：可靠，普遍，不能解釋熱現(xiàn)象本質(zhì) 經(jīng)典 （宏觀,平衡）熱力學(xué)clas

8、sical (macroscopic, equilibrium) thermodynamics工程熱力學(xué)研究方法1、宏觀方法：把物質(zhì)看作是連續(xù)的整體(co工程熱力學(xué)研究方法2、微觀方法：從物質(zhì)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，借助物質(zhì)的原子模型及描述物質(zhì)微觀行為的量子力學(xué)，利用統(tǒng)計(jì)方法去研究大量隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的粒子，從而得到物質(zhì)的統(tǒng)計(jì)平均性質(zhì)，并得出熱現(xiàn)象的基本規(guī)律。 特點(diǎn)：揭示本質(zhì)，模型近似，不如宏觀方法可靠 微觀（統(tǒng)計(jì)）熱力學(xué) microscopic (statistical) thermodynamics工程熱力學(xué)研究方法2、微觀方法：從物質(zhì)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，借助工程熱力學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域熱力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域能源、電力建

9、筑、環(huán)境空調(diào)、制冷交通、動(dòng)力電子、電氣工程熱力學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域熱力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域能源、電力建筑、環(huán)境空調(diào)、工程熱力學(xué)與航空航天的關(guān)系與航空航天的關(guān)系推進(jìn)、動(dòng)力熱管理電力、作動(dòng)環(huán)境控制工程熱力學(xué)與航空航天的關(guān)系與航空航天的關(guān)系推進(jìn)、動(dòng)力熱管理電工程熱力學(xué) Engineering Thermodynamics工程熱力學(xué) Engineering Thermodynam基本概念熱力系統(tǒng)熱力狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)平衡狀態(tài)、狀態(tài)公理及狀態(tài)方程準(zhǔn)靜態(tài)過程與可逆過程熱力循環(huán)基本概念熱力系統(tǒng)第一節(jié) 熱力系統(tǒng)系統(tǒng)、邊界與外界（環(huán)境）閉口系統(tǒng)與開口系統(tǒng)絕熱系統(tǒng)與孤立系統(tǒng)系統(tǒng)的內(nèi)部狀況第一節(jié) 熱力系統(tǒng)系統(tǒng)、邊界與外界（環(huán)境）系統(tǒng)

10、、邊界與外界（環(huán)境）系統(tǒng)：為了便于研究與分析問題，將所要研究的對(duì)象與周圍環(huán)境分隔開來，這種人為分隔出來的研究對(duì)象，稱為熱力系統(tǒng)（Thermodynamics system），簡(jiǎn)稱系統(tǒng)(system)。A quantity of matter or a region in space chosen for study系統(tǒng)、邊界與外界（環(huán)境）系統(tǒng)：為了便于研究與分析問題，將所要系統(tǒng)、邊界與外界（環(huán)境）外界（surroundings） ：邊界以外與系統(tǒng)相互作用的物體，成為外界或環(huán)境。邊界（boundary） ：分隔系統(tǒng)與外界的分界面系統(tǒng)與外界的作用都通過邊界系統(tǒng)、邊界與外界（環(huán)境）外界（surrou

11、ndings） ：系統(tǒng)、邊界與外界（環(huán)境）熱力系統(tǒng)選取的人為性鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器過熱器只交換功只交換熱既交換功也交換熱系統(tǒng)、邊界與外界（環(huán)境）熱力系統(tǒng)選取的人為性鍋汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給系統(tǒng)、邊界與外界（環(huán)境）邊界特性真實(shí)、虛構(gòu)固定、活動(dòng)fixed 、 movablereal 、 imaginary系統(tǒng)、邊界與外界（環(huán)境）邊界特性真實(shí)、虛構(gòu)固定、活動(dòng)fixe閉口系統(tǒng)與開口系統(tǒng)閉口系統(tǒng)（Closed system）：沒有物質(zhì)穿過邊界的系統(tǒng)，又稱為質(zhì)量控制系統(tǒng)（Control mass）。閉口系統(tǒng)的質(zhì)量保持恒定開口系統(tǒng)（Open system）：有物質(zhì)流穿過邊界的系統(tǒng)，又稱為控制體積或控制體(C

12、ontrol volume)。開口系統(tǒng)的界面稱為控制界面。開口系統(tǒng)和閉口系統(tǒng)都可能與外界發(fā)生能量（功和熱）傳遞。閉口系統(tǒng)與開口系統(tǒng)閉口系統(tǒng)（Closed system）：沒絕熱系統(tǒng)與孤立系統(tǒng)絕熱系統(tǒng)（Adiabatic system）：系統(tǒng)與外界之間沒有熱量傳遞的系統(tǒng)。孤立系統(tǒng)（Isolated system）：系統(tǒng)與外界之間不發(fā)生任何能量傳遞和物質(zhì)交換的系統(tǒng)絕熱系統(tǒng)與孤立系統(tǒng)絕熱系統(tǒng)（Adiabatic system熱力系統(tǒng)分類以系統(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 孤立系熱力系統(tǒng)分類以系統(tǒng)與外界關(guān)

13、系劃分： 熱力系統(tǒng)的分類1234mQW1 開口系非孤立系相關(guān)外界孤立系1+2 閉口系1+2+3 絕熱閉口系1+2+3+4 孤立系熱力系統(tǒng)的分類1234mQW1 開口系非孤立系相關(guān)外界系統(tǒng)的內(nèi)部狀況 其它分類方式物理化學(xué)性質(zhì) 均勻系非均勻系工質(zhì)種類單元系多元系相態(tài)單相系復(fù)相系（多相系）系統(tǒng)的內(nèi)部狀況 其它分類方式物理化學(xué)性質(zhì) 均勻系工質(zhì)種類單元第二節(jié) 熱力狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)強(qiáng)度性參數(shù)與廣延性參數(shù)第二節(jié) 熱力狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)（State）：某瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況狀態(tài)參數(shù)（State properties）：描述熱力狀態(tài)的物理量狀態(tài)參數(shù)的特征

14、：1.狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)的函數(shù)，狀態(tài)確定時(shí)，狀態(tài)參數(shù)有唯一確定的值。2.工質(zhì)狀態(tài)變化時(shí)，狀態(tài)參數(shù)的變化值僅與初、終狀態(tài)相關(guān)，而與狀態(tài)變化的途徑無關(guān)。 狀態(tài)參數(shù)的積分特征狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)（State）：某瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀狀態(tài)參數(shù)的積分特征狀態(tài)參數(shù)的數(shù)學(xué)特征是點(diǎn)函數(shù)。熱力系統(tǒng)由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2， z 為狀態(tài)參數(shù)，則有：常見狀態(tài)參數(shù)：溫度（T），壓力（P），比容（v），內(nèi)能（u），焓（h），熵（s）等狀態(tài)參數(shù)的積分特征狀態(tài)參數(shù)的數(shù)學(xué)特征是點(diǎn)函數(shù)。熱力系統(tǒng)由狀態(tài)基本狀態(tài)參數(shù)（Basic state properties）基本狀態(tài)參數(shù)：可以直接或間接地用儀表測(cè)量的狀態(tài)參數(shù)（方便測(cè)量）。溫度（T）

15、壓力（P）比容（v）或密度（）基本狀態(tài)參數(shù)（Basic state properties）基本狀態(tài)參數(shù)溫度（temperature）溫度的一般解釋：冷熱程度的度量。溫度的微觀概念：大量分子熱運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈程度。平均平動(dòng)動(dòng)能溫度比例常數(shù)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即為溫度。溫度的熱力學(xué)定義：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。基本狀態(tài)參數(shù)溫度（temperature）溫度的一般解釋熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律（The Zeroth Law of Thermodynamics）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

16、然處于熱平衡。溫度測(cè)量的理論基礎(chǔ)熱平衡（Thermal equilibrium）在沒有外來影響的情況下，兩物體相互作用最終達(dá)到相同的冷熱狀況。熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律（The Zeroth Law 溫標(biāo)（Temperature scale）溫標(biāo)：溫度的數(shù)值標(biāo)尺。需規(guī)定基本定點(diǎn)和每一度的數(shù)值。熱力學(xué)溫標(biāo)（Kelvin scale）：純水三相點(diǎn)溫度為273.16K，每1K為水三相點(diǎn)溫度的1/273.16。攝氏溫標(biāo)（Celsius scale）： 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰熔點(diǎn)溫度為0，沸點(diǎn)溫度為100。華氏溫標(biāo)（Fahrenheit scale）：將冰與鹽混和后，所能達(dá)到的最低溫度訂為0，而概略的將人體

17、溫度定為100。朗肯溫標(biāo)（Rankine scale）：以絕對(duì)零度為起點(diǎn)的華氏溫標(biāo)溫標(biāo)（Temperature scale）溫標(biāo)：溫度的數(shù)值標(biāo)溫標(biāo)之間的換算溫標(biāo)之間的換算基本狀態(tài)參數(shù)壓力（Pressure）微觀概念：大量分子碰撞器壁的結(jié)果。單位面積上的壓力分子濃度平均平動(dòng)動(dòng)能熱力學(xué)溫度比例常數(shù)闡明了氣體壓力的本質(zhì)，揭示了氣體壓力與溫度之間的內(nèi)在聯(lián)系。宏觀定義：整個(gè)容器壁受到的力容器壁的總面積氣體的壓力：通常用垂直作用于器壁單位面積上的力來表示壓力的大小，也叫氣體的絕對(duì)壓力?；緺顟B(tài)參數(shù)壓力（Pressure）微觀概念：大量分子碰常用壓力單位（Units）1 kPa = 103 Pa 1bar

18、= 105 Pa1 MPa = 106 Pa1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa1 mmHg = 133.3 Pa1 at = 1 kgf/cm2 = 9.80665104 PaSI規(guī)定壓力單位為帕斯卡（Pa），1Pa1N/m2常用壓力單位有：巴（bar），標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm），工程大氣壓（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）換算關(guān)系常用壓力單位（Units）1 kPa = 103 Pa 相對(duì)壓力與絕對(duì)壓力測(cè)壓原理：測(cè)壓儀表利用力平衡原理測(cè)量氣體的壓力。壓力計(jì)指示的壓力是氣體絕對(duì)壓力（absolute pressure）與外界大氣壓力的差值，稱為相對(duì)壓力

19、（ relative pressure ）相對(duì)壓力與絕對(duì)壓力測(cè)壓原理：測(cè)壓儀表利用力平衡原理測(cè)量氣體的表壓力與真空度pbpeppvp表壓力（Gage pressure）：氣體絕對(duì)壓力大于外界大氣壓力時(shí)，相對(duì)壓力為正壓，又稱表壓力。真空度（Vacuum pressure）：氣體絕對(duì)壓力小于外界大氣壓力時(shí)，相對(duì)壓力為負(fù)壓，又稱真空度。ppb時(shí)，p=pbpep有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡 準(zhǔn)靜態(tài)過程Relaxation time準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程條件破壞平衡所需時(shí)間恢復(fù)平衡所需時(shí)間有足準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程應(yīng)用例：活塞式內(nèi)燃機(jī) 2000轉(zhuǎn)/分曲柄 2沖程/轉(zhuǎn)，0.15米/沖程活塞運(yùn)動(dòng)速度=20002 0.15/60

20、=10 m/s壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速）350 m/s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）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)過程的工程應(yīng)用例：活塞式內(nèi)燃機(jī) 2000轉(zhuǎn)/分曲柄 2可逆（ reversible ）過程定義：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。A process that can reversed without leaving any trace on the surroundings. That is, both the system and the surroundings are re

21、turned to their initial states at the end of the reverse process.可逆過程只是指可能性，并不是指必須要回到初態(tài)的過程?？赡妫?reversible ）過程定義：系統(tǒng)經(jīng)歷某一過程后可逆過程的實(shí)現(xiàn)通過摩擦使功變熱的效應(yīng)(摩阻，電阻，非彈性變形，磁阻等）準(zhǔn)靜態(tài)過程 + 無耗散效應(yīng) = 可逆過程無不平衡勢(shì)差 不平衡勢(shì)差不可逆根源 耗散效應(yīng) 耗散效應(yīng)irreversibilityDissipative effect可逆過程的實(shí)現(xiàn)通過摩擦使功變熱的效應(yīng)(摩阻，電阻，非彈性變形常見不可逆過程不等溫傳熱Heat transfer節(jié)流過程(閥門）常

22、見不可逆過程不等溫傳熱節(jié)流過程(閥門）常見不可逆過程混合過程Mixing process自由膨脹Unrestrained expansion常見不可逆過程混合過程自由膨脹引入可逆過程的意義 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，可逆過程是最優(yōu)過程。 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。 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。引入可逆過程的意義 準(zhǔn)靜態(tài)過程是實(shí)際過程的理想化過程，可逆過程與準(zhǔn)靜態(tài)過程的關(guān)系可逆過程一定是準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程不一定是可逆過程可

23、逆過程準(zhǔn)靜態(tài)過程無耗散可逆過程完全理想，熱力過程分析時(shí)經(jīng)常使用可逆過程的概念。準(zhǔn)靜態(tài)過程很少用?？赡孢^程與準(zhǔn)靜態(tài)過程的關(guān)系可逆過程一定是準(zhǔn)靜態(tài)過程可逆過程可逆過程的膨脹功物理學(xué)中的功：功力 在力方向上的位移 功 廣義力 廣義位移可逆過程功的定義可逆過程的膨脹功是過程量，不是狀態(tài)量符號(hào)規(guī)定：系統(tǒng)對(duì)外做功，w0,外界對(duì)系統(tǒng)做功，w0圖1-12可逆過程的膨脹功物理學(xué)中的功：功力 在力方向上的位移 可逆過程的熱量熱量：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。 熱量 廣義力 廣義位移可逆過程傳遞的熱量是過程量，不是狀態(tài)量符號(hào)規(guī)定：系統(tǒng)吸熱，q0,ds0；系統(tǒng)

24、放熱，q0,ds0圖1-13可逆過程的熱量熱量：熱量是熱力系與外界相互作用的另一種方式，熱量與容積功的對(duì)比能量傳遞方式 容積變化功 傳熱量 性質(zhì) 過程量 過程量 推動(dòng)力 壓力 p 溫度 T 標(biāo)志 dV , dv dS , ds 公式 條件 準(zhǔn)靜態(tài)或可逆 可逆熱量與容積功的對(duì)比能量傳遞方式 容積變化功p-v圖與T-s圖p-v圖也叫示功圖，T-s圖也叫示熱圖p-v圖與T-s圖p-v圖也叫示功圖，T-s圖也叫示熱圖第五節(jié) 熱力循環(huán)（cycle）要實(shí)現(xiàn)連續(xù)作功，必須構(gòu)成循環(huán)定義： 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)，簡(jiǎn)稱循環(huán)。A system is said to have

25、undergone a cycle if it returns to its initial state at the end of the process第五節(jié) 熱力循環(huán)（cycle）要實(shí)現(xiàn)連續(xù)作功，必須構(gòu)成循環(huán)定循環(huán)和過程循環(huán)由過程構(gòu)成不可逆循環(huán)可逆過程不可逆循環(huán)可逆循環(huán)循環(huán)和過程循環(huán)由過程構(gòu)成不可逆循環(huán)可逆過程不可逆循環(huán)可逆循環(huán)正循環(huán)（動(dòng)力循環(huán)Power cycle）凈效應(yīng)：對(duì)外作功凈效應(yīng)：吸熱順時(shí)針方向正循環(huán)（動(dòng)力循環(huán)Power cycle）凈效應(yīng)：對(duì)外作功凈效逆循環(huán)（制冷循環(huán)Refrigeration cycle）凈效應(yīng)：對(duì)內(nèi)作功凈效應(yīng)：放熱逆時(shí)針方向逆循環(huán)（制冷循環(huán)Refriger

26、ation cycle）凈效熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)WT1Q1Q2T2正循環(huán)：凈效應(yīng)（對(duì)外作功，吸熱）動(dòng)力循環(huán)：熱效率熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)WT1Q1Q2T2正循環(huán)：凈效應(yīng)（對(duì)外作功，吸熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)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)制熱循環(huán)：供熱系數(shù)熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)逆循環(huán)：凈效應(yīng)（對(duì)內(nèi)作功，放熱）制冷循環(huán)：制冷工程熱力學(xué)Engineering Thermodynamics工程熱力學(xué)Engineering Thermodynami簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換與傳遞可逆過程的膨脹功可逆過程的熱量如何求出膨脹功和熱量？簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換與傳遞可逆過程的膨脹功如何求出理想氣體的性質(zhì)熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容工質(zhì)

27、的熱物理性質(zhì)能量品質(zhì)評(píng)價(jià)能源轉(zhuǎn)換的量的規(guī)律能量轉(zhuǎn)換的方向與程度實(shí)際的動(dòng)力、制冷循環(huán)工質(zhì)的熱力性質(zhì)是工程熱力學(xué)研究的主要內(nèi)容之一理想氣體的性質(zhì)熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容工質(zhì)的熱物理性質(zhì)能量品質(zhì)評(píng)價(jià)能第二章 氣體的熱力性質(zhì)理想氣體與實(shí)際氣體理想氣體比熱容混合氣體的性質(zhì)實(shí)際氣體狀態(tài)方程對(duì)比態(tài)定律與壓縮因子圖第二章 氣體的熱力性質(zhì)理想氣體與實(shí)際氣體理想氣體與實(shí)際氣體理想氣體（ideal gas）：經(jīng)過科學(xué)抽象的假想氣體模型實(shí)際氣體（real gas）：真實(shí)工質(zhì)，熱力狀態(tài)不能用簡(jiǎn)單的方程描述。假設(shè)條件氣體分子是彈性的、不占體積的質(zhì)點(diǎn)分子之間沒有引力和斥力為便于分析計(jì)算完全意義的理想氣體是不存在的理想氣體可以用簡(jiǎn)單

28、的狀態(tài)方程描述，遵循克拉貝龍方程。理想氣體與實(shí)際氣體理想氣體（ideal gas）：經(jīng)過科學(xué)抽哪些氣體可當(dāng)作理想氣體理想氣體實(shí)質(zhì)上是實(shí)際氣體壓力p0，或比容v時(shí)的極限狀態(tài)的氣體。當(dāng)實(shí)際氣體 p 很小, V 很大, T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。 T常溫，p31.1時(shí)，1個(gè)實(shí)根，兩個(gè)虛根，pvt31.1，ppc時(shí)，3個(gè)相等實(shí)根，臨界點(diǎn)t31.1時(shí)，1個(gè)實(shí)根實(shí)際氣體實(shí)例CO2等溫線飽和液體線干飽和蒸汽線臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)的特點(diǎn)？實(shí)際氣體實(shí)例CO2等溫線臨界點(diǎn)的特點(diǎn)？臨界參數(shù)臨界點(diǎn)的特性：臨界點(diǎn)定溫線的切線與x軸平行， 臨界點(diǎn)是定溫線的拐點(diǎn)臨界參數(shù)臨界點(diǎn)的特性：臨界點(diǎn)定溫線的

29、切線與x軸平行，其它二常數(shù)實(shí)際氣體狀態(tài)方程伯特洛方程狄特里奇方程瑞德里奇其它二常數(shù)實(shí)際氣體狀態(tài)方程對(duì)比態(tài)定律與壓縮因子圖壓縮因子z對(duì)比參數(shù)與對(duì)比態(tài)定律壓縮因子圖對(duì)比態(tài)定律與壓縮因子圖壓縮因子z壓縮因子z的引入實(shí)際氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程復(fù)雜，不利于工程計(jì)算簡(jiǎn)單，利于工程計(jì)算用理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算實(shí)際氣體不能直接利用，需修正v=zvidpv=zRTz表示實(shí)際氣體性質(zhì)對(duì)理想氣體的偏離程度，是狀態(tài)函數(shù)。壓縮因子z的引入實(shí)際氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程復(fù)雜，不利于對(duì)比參數(shù)與對(duì)比態(tài)方程對(duì)比參數(shù)：各狀態(tài)參數(shù)與臨界狀態(tài)的同名參數(shù)的比值對(duì)比溫度對(duì)比壓力對(duì)比比容對(duì)比參數(shù)均是無因次量，表明偏離其臨界狀態(tài)的程度

30、。雙常數(shù)實(shí)際氣體狀態(tài)方程可用臨界參數(shù)表示該常數(shù)對(duì)比態(tài)方程對(duì)比參數(shù)與對(duì)比態(tài)方程對(duì)比參數(shù)：各狀態(tài)參數(shù)與臨界狀態(tài)的同名參數(shù)對(duì)比態(tài)定律對(duì)應(yīng)狀態(tài)：不同氣體對(duì)比態(tài)參數(shù)各自相同對(duì)比態(tài)定律：對(duì)比態(tài)參數(shù)中若有兩個(gè)相等，則第三個(gè)必相等，物質(zhì)處于對(duì)應(yīng)狀態(tài)滿足同一對(duì)比態(tài)方程服從對(duì)比態(tài)定律不同氣體熱力學(xué)相似同一形式的函數(shù)描述對(duì)比態(tài)定律對(duì)應(yīng)狀態(tài)：不同氣體對(duì)比態(tài)參數(shù)各自相同對(duì)比態(tài)定律：對(duì)壓縮因子圖1. 壓縮因子圖上曲線的含義2. 如何利用壓縮因子圖計(jì)算實(shí)際氣體的性質(zhì)例題2-9臨界壓縮因子壓縮因子圖1. 壓縮因子圖上曲線的含義2. 如何利用壓縮因子壓縮因子圖壓縮因子圖例題1帶活塞的氣缸中，水被緩慢加熱緩慢加熱準(zhǔn)靜態(tài)過程火與水

31、有溫差外不可逆以水為系統(tǒng)內(nèi)可逆以水活塞為系統(tǒng)活塞與壁面無摩擦內(nèi)可逆活塞與壁面有摩擦內(nèi)不可逆例題1帶活塞的氣缸中，水被緩慢加熱緩慢加熱準(zhǔn)靜態(tài)過程火與水有例題2加熱A腔中氣體，B被壓縮，B中理想氣體1）以B中氣體為系統(tǒng)緩慢壓縮準(zhǔn)靜態(tài)無摩擦可逆B中氣體（理想氣體，可逆，絕熱）B得到的功遵循例題2加熱A腔中氣體，B被壓縮，B中理想氣體1）以B中氣體為例題2加熱A腔中氣體，B被壓縮，B中理想氣體2）以A中氣體為系統(tǒng)緩慢加熱無摩擦內(nèi)可逆3）以A腔為系統(tǒng)4）以AB腔為系統(tǒng)電功耗散為熱不可逆電功耗散為熱不可逆準(zhǔn)靜態(tài)例題2加熱A腔中氣體，B被壓縮，B中理想氣體2）以A中氣體為例題3如圖所示的氣缸活塞系統(tǒng)，氣缸內(nèi)

32、氣體壓力為p，曲柄連桿對(duì)活塞的作用力為F，活塞與氣缸摩擦力為f，活塞的面積為A。討論氣缸內(nèi)氣體進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程的條件。非準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程可逆過程例題3如圖所示的氣缸活塞系統(tǒng)，氣缸內(nèi)氣體壓力為p，曲柄連桿對(duì)例題4有一橡膠氣球，當(dāng)其內(nèi)部壓力為0.1MPa時(shí)（與大氣壓相同）是自由狀態(tài)，其容積為0.3m3。當(dāng)氣球受太陽照射而氣體受熱時(shí)，其容積膨脹一倍而壓力上升到0.15MPa。設(shè)氣球壓力的增加和容積的增加成正比。試求：1.過程中氣體作的功，2.用于克服氣球彈力所作的功代入初態(tài)終態(tài)參數(shù)可逆過程，氣體的膨脹功：排斥大氣功：克服氣球彈力作功：例題4有一橡膠氣球，當(dāng)其內(nèi)部壓力為0.1MPa時(shí)（與大

33、氣壓相例題5已知二元理想混合氣體各組分的氣體常數(shù)分別為R1和R2，混合氣體在溫度T,壓力p時(shí)的密度為，試確定該混合氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?；旌蠚怏w為理想氣體混合氣體的折合氣體常數(shù)二元混合氣體解得：例題5已知二元理想混合氣體各組分的氣體常數(shù)分別為R1和R2，工程熱力學(xué) Engineering Thermodynamics工程熱力學(xué) Engineering Thermodynam熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)能與總能系統(tǒng)與外界傳遞的能量閉口系統(tǒng)能量方程開口系統(tǒng)能量方程開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程的應(yīng)用熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律（The First

34、Law of Thermodynamics）：“熱是能的一種，機(jī)械能變熱能，或熱能變機(jī)械能的時(shí)候，它們間的比值是一定的?！薄盁峥勺?yōu)楣?，功也可變?yōu)闊幔欢康臒嵯r(shí)，必產(chǎn)生一定量的功，消耗一定量的功時(shí)，必出現(xiàn)與之相應(yīng)的一定量的熱?！睙峁Ξ?dāng)量功熱熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律（The First Law o熱功當(dāng)量熱功當(dāng)量表明熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化時(shí)的當(dāng)量關(guān)系，與能量轉(zhuǎn)化時(shí)的條件無關(guān)，僅僅決定于熱和功所用的單位。熱量單位JkcalkJkJkcalkcal功的單位Jkgfmkwhhphkwhhph熱功當(dāng)量11/42736002646860632注意單位熱功當(dāng)量熱功當(dāng)量表明熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化時(shí)的當(dāng)量

35、關(guān)系，與能量熱一律的理論基礎(chǔ)與實(shí)質(zhì)熱能的本質(zhì)：熱能是組成物質(zhì)的分子、原子等微粒的雜亂運(yùn)動(dòng)的能量，微粒的雜亂運(yùn)動(dòng)叫做熱運(yùn)動(dòng)。既然熱能和機(jī)械能都是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，那么熱能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化實(shí)質(zhì)上是物質(zhì)由一種運(yùn)動(dòng)形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N運(yùn)動(dòng)形態(tài)，轉(zhuǎn)化時(shí)的總能量守恒則是理所當(dāng)然的。熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)： 熱力學(xué)第一定律是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱現(xiàn)象上的應(yīng)用。熱一律的理論基礎(chǔ)與實(shí)質(zhì)熱能的本質(zhì)：熱能是組成物質(zhì)的分子、原子熱力學(xué)能和總能系統(tǒng)儲(chǔ)存能內(nèi)部?jī)?chǔ)存能外部?jī)?chǔ)存能取決于系統(tǒng)本身的狀態(tài)，與分子結(jié)構(gòu)與微觀運(yùn)動(dòng)形式有關(guān)(核能、化學(xué)能、內(nèi)熱能)與外力場(chǎng)的相互作用（位能），宏觀運(yùn)動(dòng)能量（宏觀動(dòng)能）熱力學(xué)能總能熱力學(xué)能和總能系統(tǒng)儲(chǔ)

36、存能內(nèi)部?jī)?chǔ)存能外部?jī)?chǔ)存能取決于系統(tǒng)本身的熱力學(xué)能的導(dǎo)出考察閉口系熱力循環(huán)1-a-2-c-1，循環(huán)過程中工質(zhì)從外界吸收熱量，對(duì)外界輸出功，完成循環(huán)后又回復(fù)到初態(tài)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律：狀態(tài)參數(shù)的積分特征積分是否與路徑無關(guān)熱力學(xué)能的導(dǎo)出考察閉口系熱力循環(huán)1-a-2-c-1，狀態(tài)參數(shù)熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)對(duì)循環(huán)1-a-2-c-1，有：對(duì)循環(huán)1-b-2-c-1，有：與路徑無關(guān)是某狀態(tài)函數(shù)的全微分用dU表示熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)對(duì)循環(huán)1-a-2-c-1，有：對(duì)循環(huán)1-b熱力學(xué)能的物理意義dU = Q - W dU 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?jī)烧咧钪?，也即系統(tǒng)內(nèi)部能量的變化。 U 代表儲(chǔ)存于

37、系統(tǒng)內(nèi)部的能量 內(nèi)儲(chǔ)存能（內(nèi)能、熱力學(xué)能） 內(nèi)能總以變化量出現(xiàn)，內(nèi)能零點(diǎn)人為定熱力學(xué)能的物理意義dU = Q - W 熱力學(xué)能的微觀組成分子動(dòng)能分子位能 binding forces化學(xué)能 chemical energy核能 nuclear energy熱力學(xué)能移動(dòng) translation轉(zhuǎn)動(dòng) rotation振動(dòng) vibration熱力狀態(tài)的單值函數(shù)，與路徑無關(guān)熱力學(xué)能的微觀組成分子動(dòng)能熱力學(xué)能移動(dòng) translat外部?jī)?chǔ)存能（macroscopic forms of energy）1.宏觀動(dòng)能2.重力位能外部存儲(chǔ)能機(jī)械能外部?jī)?chǔ)存能（macroscopic forms of ene系統(tǒng)的總能

38、系統(tǒng)的總能內(nèi)部?jī)?chǔ)存能+外部?jī)?chǔ)存能比總能系統(tǒng)的總能系統(tǒng)的總能內(nèi)部?jī)?chǔ)存能+外部?jī)?chǔ)存能比總能系統(tǒng)與外界傳遞的能量系統(tǒng)外界傳熱傳功傳質(zhì)1.熱量：在溫差作用下與外界傳遞的能量。2.功量：除溫差外的其它不平衡勢(shì)差所引起的系統(tǒng)與外界之間傳遞的能量。3.隨物質(zhì)流傳遞的能量開口系統(tǒng)包括儲(chǔ)存能和推動(dòng)功兩部分系統(tǒng)與外界傳遞的能量系統(tǒng)外界傳熱傳功傳質(zhì)1.熱量：在溫差作用隨物質(zhì)流傳遞的能量1.儲(chǔ)存能 工質(zhì)儲(chǔ)存的能量依附于工質(zhì)，隨工質(zhì)的流動(dòng)而傳遞2.流動(dòng)功（推動(dòng)功） 為推動(dòng)流體通過控制體界面而傳遞的機(jī)械功，是維持流體正常流動(dòng)所必須傳遞的能量。 Wf = p A dl = pV wf= pv流動(dòng)功是一種特殊的功，大小取決于

39、控制體進(jìn)出口界面的熱力狀態(tài)，與熱力過程無關(guān)。隨物質(zhì)流傳遞的能量1.儲(chǔ)存能2.流動(dòng)功（推動(dòng)功） Wf = 對(duì)流動(dòng)功的理解可理解為：由于工質(zhì)的進(jìn)出，外界與系統(tǒng)之間所傳遞的一種機(jī)械功，表現(xiàn)為流動(dòng)工質(zhì)進(jìn)出系統(tǒng)時(shí)所攜帶和所傳遞的一種能量1.與宏觀流動(dòng)有關(guān)，流動(dòng)停止，流動(dòng)功不存在2.作用過程中，工質(zhì)僅發(fā)生位置變化，無狀態(tài)變化3.Wfpv與所處狀態(tài)有關(guān)，是狀態(tài)量4.并非工質(zhì)本身的能量（動(dòng)能、位能）變化引起，而由外界（泵與風(fēng)機(jī)）做出，流動(dòng)工質(zhì)所攜帶的能量對(duì)流動(dòng)功的理解可理解為：由于工質(zhì)的進(jìn)出，外界與系統(tǒng)之間所傳遞焓及其物理意義流動(dòng)工質(zhì)傳遞的能量：取決于物質(zhì)的熱力狀態(tài)定義為焓hhu+pvHU+pV焓是流動(dòng)工質(zhì)傳

40、遞的總能量中取決于熱力狀態(tài)的部分，如果動(dòng)能和位能可以忽略，則焓代表隨流動(dòng)工質(zhì)傳遞的總能量焓及其物理意義流動(dòng)工質(zhì)傳遞的能量：取決于物質(zhì)的熱力狀態(tài)定義為閉口系統(tǒng)能量方程閉口系統(tǒng)，沒有物質(zhì)交換，能量傳遞只有熱量和功兩種形式。系統(tǒng)總能變化傳入的熱量輸出的功動(dòng)能與位能不發(fā)生變化適用于任何工質(zhì)、任何過程閉口系統(tǒng)能量方程閉口系統(tǒng)，沒有物質(zhì)交換，能量傳遞只有熱量和功熱一律在循環(huán)過程中的應(yīng)用閉口系統(tǒng)，熱力循環(huán)1-2-3-4-1根據(jù)熱力學(xué)第一定律，對(duì)每個(gè)過程建立能量方程：回到初態(tài)第一類永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)熱一律在循環(huán)過程中的應(yīng)用閉口系統(tǒng)，熱力循環(huán)1-2-3-4-1理想氣體熱力學(xué)能變化計(jì)算定容過程理想氣體或 定值比熱C

41、v 平均比熱 真實(shí)比熱混合氣體理想氣體熱力學(xué)能變化計(jì)算定容過程理想氣體或 定值比熱例題門窗緊閉的房間內(nèi)有一臺(tái)運(yùn)行的電冰箱，若敞開冰箱門就有一股涼氣撲面，有人就想通過敞開冰箱大門達(dá)到降低室溫的目的，請(qǐng)用熱力學(xué)第一定律分析此方法是否可行？以房間為系統(tǒng)，忽略圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱，則系統(tǒng)為絕熱閉口系。閉口系能量方程絕熱耗電T升高例題門窗緊閉的房間內(nèi)有一臺(tái)運(yùn)行的電冰箱，若敞開冰箱門就有一股例題既然敞開冰箱大門不能降溫，為什么在門窗緊閉的房間內(nèi)安裝空調(diào)能使房間降溫呢？以房間為系統(tǒng)，忽略圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱，系統(tǒng)為閉口系。閉口系能量方程空調(diào)排熱耗電T下降空調(diào)特性例題既然敞開冰箱大門不能降溫，為什么在門窗緊閉的房間內(nèi)安裝空例

42、題例3-2例題例3-2作業(yè)習(xí)題：3-11，3-12，3-16，3-19作業(yè)習(xí)題：3-11，3-12，3-16，3-19開口系統(tǒng)能量方程m1m2U1P1,v1U2P2,v2c1c21122dEcvWsQz1z2開口系統(tǒng)，系統(tǒng)與外界之間有質(zhì)量、熱量和功的交換。質(zhì)量守恒定律能量守恒定律開口系統(tǒng)能量方程m1m2U1U2c1c21122dEcv開口系統(tǒng)能量方程進(jìn)入控制體的能量：離開控制體的能量：控制體儲(chǔ)存能的變化：能量方程：開口系統(tǒng)能量方程進(jìn)入控制體的能量：離開控制體的能量：控制體儲(chǔ)開口系統(tǒng)能量方程上式以能量守恒為基礎(chǔ)，對(duì)不穩(wěn)定流動(dòng)和穩(wěn)態(tài)流動(dòng)、可逆與不可逆過程都適用，也適用于閉口系統(tǒng)。對(duì)于閉口系統(tǒng)開口系

43、統(tǒng)能量方程上式以能量守恒為基礎(chǔ)，對(duì)不穩(wěn)定流動(dòng)和穩(wěn)態(tài)流動(dòng)開口系統(tǒng)能量方程微分形式工程上常用傳熱率、功率等形式表示開口系統(tǒng)能量方程微分形式工程上常用傳熱率、功率等形式表示開口系統(tǒng)能量方程微分形式若進(jìn)出開口系統(tǒng)的工質(zhì)有若干股：開口系統(tǒng)能量方程微分形式若進(jìn)出開口系統(tǒng)的工質(zhì)有若干股：例題33一儲(chǔ)氣罐從壓縮空氣總管充氣，總管內(nèi)壓縮空氣參數(shù)恒定，分別為p11MPa，T1300K，儲(chǔ)氣罐與總管相連的管段上配有配氣閥門。充氣前，閥門關(guān)閉，儲(chǔ)氣罐內(nèi)真空，閥門開啟后，壓縮空氣進(jìn)入罐內(nèi)，直到罐內(nèi)壓力與總管壓力相等。如果罐壁絕熱，壓縮空氣看作是理想氣體，充氣過程中罐內(nèi)氣體狀態(tài)均勻變化，求充氣后儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓縮空氣的溫度。例

44、題33一儲(chǔ)氣罐從壓縮空氣總管充氣，總管內(nèi)壓縮空氣參數(shù)恒定例題33沒有氣流流出儲(chǔ)氣罐絕熱沒有軸功忽略動(dòng)能、位能變化例題33沒有氣流流出儲(chǔ)氣罐絕熱沒有軸功忽略動(dòng)能、位能變化例題1.5MPa320氣輪機(jī)0.6m3如圖所示，一個(gè)大儲(chǔ)氣罐里儲(chǔ)存溫度為320，壓力為1.5MPa，比焓為3081.9kJ/kg的水蒸氣，通過一個(gè)閥門與氣輪機(jī)和體積為0.6m3起初被抽真空的小容器相連。打開閥門，小容器被充以水蒸氣，直至壓力為1.5MPa，溫度為400時(shí)閥門關(guān)閉，此時(shí)的比熱力學(xué)能為2951.3kJ/kg，比體積為0.203m3/kg，整個(gè)過程絕熱，且動(dòng)、位能變化可忽略，求氣輪機(jī)輸出的功。例題1.5MPa氣輪機(jī)0.

45、6m3如圖所示，一個(gè)大儲(chǔ)氣罐里儲(chǔ)存例題大儲(chǔ)氣罐蒸汽狀態(tài)穩(wěn)定，管道內(nèi)的蒸汽量可忽略。絕熱，忽略動(dòng)、位能，沒有質(zhì)量流出。例題大儲(chǔ)氣罐蒸汽狀態(tài)穩(wěn)定，管道內(nèi)的蒸汽量可忽略。絕熱，忽略動(dòng) 開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況：工質(zhì)以恒定的流量連續(xù)不斷地進(jìn)出系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部及界面上各點(diǎn)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和宏觀運(yùn)動(dòng)參數(shù)都保持一定，不隨時(shí)間變化。恒定流量恒定參數(shù)流過系統(tǒng)任何斷面的質(zhì)量相等進(jìn)入的能量與離開的能量相等 開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況：工質(zhì)以恒定的流量連續(xù) 開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流單位質(zhì)量工質(zhì) 開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流單位質(zhì)量工質(zhì)技術(shù)功（Technical work）動(dòng)能軸功機(jī)械能位

46、能工程技術(shù)上可以直接利用技術(shù)功（Technical work）動(dòng)能軸功機(jī)械能位能工程幾種功的關(guān)系wwt(pv) c2/2wsgz熱變功的根源幾種功的關(guān)系wwt(pv) c2/2wsgz熱變功的根單位質(zhì)量工質(zhì)的開口與閉口穩(wěn)流開口系(1kg)閉口系(1kg)容積變化功等價(jià)技術(shù)功1122WsQ單位質(zhì)量工質(zhì)的開口與閉口穩(wěn)流開口系(1kg)閉口系(1kg)可逆過程的技術(shù)功可逆過程可逆過程可逆過程的技術(shù)功可逆過程可逆過程技術(shù)功在示功圖上的表示技術(shù)功在示功圖上的表示理想氣體焓變計(jì)算流動(dòng)工質(zhì)傳遞的總能量中，取決于工質(zhì)熱力狀態(tài)的部分難以計(jì)算對(duì)于定壓過程，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程：定壓比熱：理想氣體理想氣體焓變計(jì)算流動(dòng)工

47、質(zhì)傳遞的總能量中，取決于工質(zhì)熱力狀態(tài)的理想氣體焓變計(jì)算適用于理想氣體，對(duì)于實(shí)際氣體，只適用于定壓過程定值比熱平均比熱真實(shí)比熱理想氣體焓變計(jì)算適用于理想氣體，對(duì)于實(shí)際氣體，只適用于定壓過例題3-4活塞式空氣壓縮機(jī)。壓縮前空氣參數(shù)是p10.1MPa，v10.845m3/kg，壓縮后的參數(shù)是p2=0.8MPa，v20.175m3/kg。假定在壓縮過程中，1kg空氣的熱力學(xué)能增加146kJ，同時(shí)向外放出熱量50kJ，壓氣機(jī)每分鐘生產(chǎn)壓縮空氣10kg。求：1）壓縮過程中對(duì)每公斤空氣所作的功2）每生產(chǎn)1kg的壓縮空氣所需的功3）帶動(dòng)此壓縮機(jī)至少需要多大功率的電動(dòng)機(jī)4）壓縮前后氣體焓的變化例題3-4活塞式空

48、氣壓縮機(jī)。壓縮前空氣參數(shù)是p10.1MP例題1）壓縮過程進(jìn)排氣口均關(guān)閉，取氣缸內(nèi)的氣體為熱力系，由閉口系統(tǒng)能量方程得：2）取進(jìn)排氣口、氣缸內(nèi)壁和活塞端面所圍空間為熱力系，由開口系統(tǒng)能量方程得：3）電動(dòng)機(jī)的功率：4）壓縮前后氣體焓的變化：例題1）壓縮過程進(jìn)排氣口均關(guān)閉，取氣缸內(nèi)的氣體為熱力系，由閉穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程的應(yīng)用動(dòng)力機(jī)壓氣機(jī)熱交換器噴管流體的混合絕熱節(jié)流穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程的應(yīng)用動(dòng)力機(jī)動(dòng)力機(jī)ws12氣輪機(jī)進(jìn)出口高度差很小進(jìn)出口流速變化小工質(zhì)在氣輪機(jī)中停留時(shí)間很短輸出的軸功是靠焓降轉(zhuǎn)變的。動(dòng)力機(jī)ws12氣輪機(jī)進(jìn)出口高度差很小進(jìn)出口流速變化小工質(zhì)在氣壓氣機(jī)ws21壓氣機(jī)進(jìn)出口高度差很小進(jìn)出口流速變

49、化小工質(zhì)在氣輪機(jī)中停留時(shí)間很短消耗的軸功等于壓縮氣體焓的增加。壓氣機(jī)ws21壓氣機(jī)進(jìn)出口高度差很小進(jìn)出口流速變化小工質(zhì)在氣熱交換器進(jìn)出口高度差很小進(jìn)出口流速變化小沒有功量交換工質(zhì)吸收的熱量等于焓的增加。熱流體冷流體h1h2h1h2熱流體冷流體h1h2h1h2熱交換器進(jìn)出口高度差很小進(jìn)出口流速變化小沒有功量交換工質(zhì)吸收噴管和擴(kuò)壓管噴管目的：壓力降低，速度提高擴(kuò)壓管目的：速度降低，壓力升高動(dòng)能與焓變相互轉(zhuǎn)換動(dòng)能參與轉(zhuǎn)換，不能忽略進(jìn)出口高度差很小停留時(shí)間很短沒有功量交換噴管和擴(kuò)壓管噴管目的：壓力降低，速度提高擴(kuò)壓管目的：速度降低流體的混合混合室m1,h1m2,h2h3高度差小絕熱條件沒有功量交換速度

50、變化小流體的混合混合室m1,h1m2,h2h3高度差小絕熱條件沒有絕熱節(jié)流忽略位能變化絕熱條件沒有功量交換忽略動(dòng)能變化絕熱節(jié)流忽略位能變化絕熱條件沒有功量交換忽略動(dòng)能變化例題例題3-7例題例題3-7工程熱力學(xué) Engineering Thermodynamics工程熱力學(xué) Engineering Thermodynam理想氣體的熱力過程及氣體壓縮分析熱力過程的目的及一般方法絕熱過程多變過程的綜合分析壓氣機(jī)的理論壓縮軸功活塞式壓氣機(jī)的余隙影響多級(jí)壓縮及中間冷卻理想氣體的熱力過程及氣體壓縮分析熱力過程的目的及一般方法實(shí)施熱力過程的目的常見熱力設(shè)備動(dòng)力機(jī)壓氣機(jī)熱交換器噴管（擴(kuò)壓器）膨脹閥（毛細(xì)管）實(shí)

51、施熱力過程的目的使工質(zhì)達(dá)到一定的熱力狀態(tài)完成一定的能量轉(zhuǎn)換實(shí)施熱力過程的目的常見熱力設(shè)備分析熱力過程的目的和任務(wù)目的：研究外部條件對(duì)熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的影響，通過有利的外部條件，達(dá)到合理安排熱力過程，提高熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率的目的。任務(wù)：揭示狀態(tài)變化規(guī)律與能量傳遞之間的關(guān)系，從而計(jì)算熱力過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化以及與外界交換的熱量與功量。利用外部條件, 合理安排過程，形成最佳循環(huán)對(duì)已確定的過程，進(jìn)行熱力計(jì)算分析熱力過程的目的和任務(wù)目的：研究外部條件對(duì)熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換分析熱力過程的一般方法實(shí)際工質(zhì)實(shí)際過程復(fù)雜，不易分析理想工質(zhì)簡(jiǎn)單過程簡(jiǎn)單，易于分析簡(jiǎn)化抽象1.簡(jiǎn)化2.分析3.修正利用熱力學(xué)第一定律

52、、工質(zhì)性質(zhì)及過程方程進(jìn)行分析內(nèi)容：狀態(tài)參數(shù)的變化，熱量與功量的交換實(shí)際過程不同于簡(jiǎn)單過程，需根據(jù)實(shí)際情況對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。基本過程歸納分類分析熱力過程的一般方法實(shí)際工質(zhì)理想工質(zhì)簡(jiǎn)化抽象1.簡(jiǎn)化2.分分析熱力過程的一般步驟1.依據(jù)熱力過程特性建立過程方程式2.確定初、終狀態(tài)的基本狀態(tài)參數(shù)3. 在pv圖及Ts圖上表示過程，使過程直觀，便于分析。4.計(jì)算過程中傳遞的熱量和功量。根據(jù)已知參數(shù)及過程方程求未知參數(shù)計(jì)算 計(jì)算能量方程分析熱力過程的一般步驟1.依據(jù)熱力過程特性建立過程方程式2.研究熱力學(xué)過程的依據(jù)熱力學(xué)第一定律：理想氣體：可逆過程：穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流：研究熱力學(xué)過程的依據(jù)熱力學(xué)第一定律：理想氣體：可逆過

53、程：穩(wěn)態(tài)熱力過程中工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)初、終態(tài)基本參數(shù)的計(jì)算1.理想氣體狀態(tài)方程2.過程方程式：描述過程中狀態(tài)變化的特征熱力過程中工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)初、終態(tài)基本參數(shù)的計(jì)算1.理想氣體狀熱力過程中傳遞的能量1. 的計(jì)算按 進(jìn)行計(jì)算，可得：熱力過程中傳遞的能量1. 熱力過程中傳遞的能量2. 的計(jì)算能量方程閉口系統(tǒng)開口穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流可逆過程的熱力過程中傳遞的能量2. 絕熱過程絕熱過程：系統(tǒng)與外界在沒有熱量交換的情況下所進(jìn)行的狀態(tài)變化過程。是對(duì)實(shí)際過程的簡(jiǎn)化和抽象，又是實(shí)際過程的一種近似什么樣的過程可以抽象為絕熱過程？1.過程進(jìn)行的很快，來不及與外界交換熱量2.系統(tǒng)與外界的換熱量很小，可以忽略不計(jì)氣體壓縮保溫層絕熱過

54、程絕熱過程：系統(tǒng)與外界在沒有熱量交換的情況下所進(jìn)行的狀絕熱過程的過程方程式絕熱：條件？絕熱過程的過程方程式絕熱：條件？初、終態(tài)狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系初、終態(tài)狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系過程在pv圖和Ts圖上的表示vpsT122212定熵過程可逆絕熱過程在pv圖和Ts圖上的表示vpsT122212定熵過程絕熱過程中的能量轉(zhuǎn)換 內(nèi)能變化焓變化熵變化 狀態(tài)參數(shù)的變化與過程無關(guān)的計(jì)算絕熱過程中的能量轉(zhuǎn)換 內(nèi)能變化焓變化熵變化 狀態(tài)參數(shù)的變化與絕熱過程中的能量轉(zhuǎn)換的計(jì)算絕熱過程中的能量轉(zhuǎn)換的計(jì)算絕熱過程中的能量轉(zhuǎn)換穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流：絕熱理想氣體：可逆過程：絕熱過程中的能量轉(zhuǎn)換穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流：絕熱理想氣體：可逆過程：多變過程的綜合分析多

55、變過程：凡過程方程為 的過程稱為多變過程，其中n為多變指數(shù)。n對(duì)于某個(gè)指定的多變過程，n為常數(shù) 對(duì)于不同的多變過程，n有不同的值n0時(shí)，pConst，表示定壓過程n1時(shí)，pvConst，表示定溫過程nk時(shí)，pvkConst，表示絕熱過程n時(shí)，vConst，表示定容過程基本熱力過程多變過程的綜合分析多變過程：凡過程方程為 多變指數(shù)n實(shí)際過程可用多段多變過程近似表示，其中每個(gè)多變過程的多變指數(shù)n可由該多變過程的初終態(tài)求出。多變指數(shù)n實(shí)際過程可用多段多變過程近似表示，其中每個(gè)多變過程多變過程的能量轉(zhuǎn)換多變過程比熱容多變過程的能量轉(zhuǎn)換多變過程比熱容多變過程的pv圖和Ts圖多變過程的過程方程：多變過程在

56、pv圖上的斜率：多變過程在Ts圖上的斜率：多變過程的pv圖和Ts圖多變過程的過程方程：多變過程在pv圖定壓過程的pv圖和Ts圖sTvpn=0n=0n=0定壓過程的pv圖和Ts圖sTvpn=0n=0n=0定溫過程的pv圖和Ts圖sTvpn=1n=1n=1n=0n=0定溫過程的pv圖和Ts圖sTvpn=1n=1n=1n=0n=定熵過程的pv圖和Ts圖sTvpn=kn=kn=kn=0n=1n=1n=0定熵過程的pv圖和Ts圖sTvpn=kn=kn=kn=0n=定容過程的pv圖和Ts圖sTvpn=n=kn=kn=0n=1n=1n=0n=n=定容過程的pv圖和Ts圖sTvpn=n=kn=kn=0n過程中

57、u，q，w的判斷方法熱力學(xué)能：以定溫線為基準(zhǔn)，定溫線上熱力學(xué)能不變，溫度升高熱力學(xué)能增加，溫度降低熱力學(xué)能減少功：以定容線為基準(zhǔn)，定容線上膨脹功為0，比體積增加膨脹功0，比體積減小膨脹功0，可逆過程熵減少系統(tǒng)放熱，熱量0u0熱力學(xué)能u的變化趨勢(shì)sTvpu0u0焓h的變化趨勢(shì)sTvpu0u0h0焓h的變化趨勢(shì)sTvpu0u0h0功w的變化趨勢(shì)sTvpu0u0h0h0w0w0功w的變化趨勢(shì)sTvpu0u0h0h0w0技術(shù)功wt的變化趨勢(shì)sTvpu0u0h0h0w0w0wt0wt0技術(shù)功wt的變化趨勢(shì)sTvpu0u0h0h0熱量q的變化趨勢(shì)sTvpu0u0h0h0w0w0wt0wt0q0q0熱量q的

58、變化趨勢(shì)sTvpu0u0h0h0w例題例4-1例題例4-1第四章 理想氣體的熱力過程及氣體壓縮分析熱力過程的目的及一般方法絕熱過程多變過程的綜合分析壓氣機(jī)的理論壓縮軸功活塞式壓氣機(jī)的余隙影響多級(jí)壓縮及中間冷卻第四章 理想氣體的熱力過程及氣體壓縮分析熱力過程的目的及一般壓氣機(jī)壓縮過程分析壓氣機(jī)的分類與工作原理壓氣機(jī)理論壓縮軸功壓氣機(jī)余隙容積的影響分析多級(jí)壓縮及中間冷卻壓氣機(jī)壓縮過程分析壓氣機(jī)的分類與工作原理壓氣機(jī)的應(yīng)用壓氣機(jī)：用來壓縮氣體的設(shè)備。應(yīng)用廣泛空壓機(jī)空調(diào)、冰箱壓縮機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)機(jī)械空冷設(shè)備通風(fēng)設(shè)備空分設(shè)備壓氣機(jī)的應(yīng)用壓氣機(jī)：用來壓縮氣體的設(shè)備。應(yīng)用廣泛空壓機(jī)空調(diào)、壓氣機(jī)的分類按工作原

59、理及構(gòu)造形式活塞式葉輪式引射式離心式軸流式回轉(zhuǎn)容積式按壓力高低通風(fēng)機(jī)（350kPa）壓氣機(jī)的分類按工作原理及構(gòu)造形式活塞式離心式按壓力高低通風(fēng)機(jī)活塞式壓氣機(jī)的工作原理吸氣過程進(jìn)氣閥開啟排氣閥關(guān)閉狀態(tài)參數(shù)不變質(zhì)量增加壓縮過程進(jìn)、排氣閥均關(guān)閉狀態(tài)參數(shù)改變質(zhì)量不變排氣過程進(jìn)氣閥關(guān)閉排氣閥開啟狀態(tài)參數(shù)不變質(zhì)量減少活塞式壓氣機(jī)的工作原理吸氣過程壓縮過程排氣過程工作過程的簡(jiǎn)化1.余隙容積02.壓縮過程可逆壓氣機(jī)的實(shí)際工作過程復(fù)雜，為了方便分析，首先對(duì)壓氣機(jī)的工作過程進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。無勢(shì)差（進(jìn)排氣沒有阻力損失）無耗散（沒有摩擦）理論壓氣過程理論工作循環(huán)工作過程的簡(jiǎn)化1.余隙容積0壓氣機(jī)的實(shí)際工作過程復(fù)雜，為了

60、壓氣機(jī)的理論壓縮軸功開口系統(tǒng)，應(yīng)用能量方程：當(dāng)忽略動(dòng)能和位能變化時(shí)，理論壓縮軸功：壓氣機(jī)的理論壓縮軸功開口系統(tǒng)，應(yīng)用能量方程：當(dāng)忽略動(dòng)能和位能可能的壓氣過程能量方程：壓縮過程很快，來不及換熱。絕熱，n=k壓縮過程很慢，熱全部散走。等溫，n=1實(shí)際壓氣過程處于兩者之間。多變，1nkpv12Tp1Ts1p22T2n2sp12n2sp2可能的壓氣過程能量方程：壓縮過程很快，來不及換熱。絕熱，n=壓縮軸功定溫過程定熵過程多變過程壓縮軸功定溫過程定熵過程多變過程三種壓縮過程的參數(shù)關(guān)系pv12Tp1Ts1p22T2n2sp12n2sp2最小功最大功三種壓縮過程的參數(shù)關(guān)系pv12Tp1Ts1p22T2n2s