工程熱力學與傳熱學熱力學第二定律

工程熱力學與傳熱學熱力學第二定律1第1頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月4-1熱力學第二定律的任務和表述熱能和機械能的相互轉(zhuǎn)化是通過工質(zhì)的一系列狀態(tài)變化過程來實習的。這種熱力系統(tǒng)狀態(tài)連續(xù)變化的過程，稱為熱力過程。揭示過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律該過程中熱能和機械能的轉(zhuǎn)化情況找出影響熱能和機械能轉(zhuǎn)化的主要因素一、分析熱力過程的目的2第2頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月二、對實際熱力過程的簡化嚴格來講，實際熱力過程都是不可逆過程工質(zhì)的各狀態(tài)參數(shù)都在變化，不易找出規(guī)律但仔細觀察熱力設(shè)備中常見的一些過程，發(fā)現(xiàn)它們往往近似地具有某些簡單的特征。3第3頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月實際過程分析汽油機在氣缸中燃燒燃氣輪機動力裝置燃燒室中的燃燒加熱過程燃氣流過燃氣渦輪的噴嘴和葉片，或空氣流過葉輪式壓氣機4第4頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.

簡化處理方法：（1）將復雜的實際不可逆過程簡化為可逆過程；（2）將實際過程近似為有簡單規(guī)律的典型過程：

四個基本的熱力過程：定容過程（constantvolumeprocess）定壓過程（constantpressureprocess）定溫過程（isothermalprocess）可逆絕熱過程（reversibleadiabaticprocess）以及多變過程。5第5頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月理論假設(shè)本章所討論的熱力過程為可逆過程工質(zhì)為理想氣體單位質(zhì)量取1kg比容為定值6第6頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月分析熱力過程理論依據(jù)；（1）熱力學第一定律表達式；（2）理想氣體狀態(tài)方程式；（3）可逆過程的特征方程式。熱力學第一定律表達式：理想氣體的計算公式：可逆過程的特征方程式7第7頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月三、分析熱力過程的一般方法根據(jù)過程的特征和工質(zhì)的熱力性質(zhì)，寫出過程方程式根據(jù)過程方程式及理想氣體狀態(tài)方程，求出初、終基本狀態(tài)參數(shù)p，v，T之間的函數(shù)關(guān)系計算過程中工質(zhì)的內(nèi)能、焓、熵的變化以及工質(zhì)與外界交換的熱量和功量將各熱力過程表示在p-v圖及T-s圖上，直接觀察和分析各過程工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)變化規(guī)律及能量轉(zhuǎn)移情況8第8頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

3-5理想氣體的基本熱力過程

1.定容過程：氣體的比體積保持不變的過程。（1）過程方程式：（2）初，終態(tài)參數(shù)間的關(guān)系：（3）熱力學能，焓，熵的變化：9第9頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月功量的計算膨脹功：技術(shù)功：熱量的計算：定容過程中，吸收的熱量全部用于增加工質(zhì)的熱力學能，因此溫度升高。定容過程中，工質(zhì)的溫度和壓力升高后，做功能力得到提高，是熱變功的準備過程。10第10頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）p-v圖，T-s圖表示p-v圖：一條垂直于v軸的直線。T-s圖：一條指數(shù)函數(shù)曲線根據(jù)熵變的計算式：對定容過程：設(shè)并積分上式：可得：11第11頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.定壓過程：氣體的壓力保持不變的過程。（1）過程方程式：（2）初，終態(tài)參數(shù)間的關(guān)系：（3）熱力學能，焓，熵的變化：12第12頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月功量的計算：膨脹功：技術(shù)功：熱量的計算：定壓過程中，氣體吸收（或放出）的熱量等于其焓的變化。而熱能轉(zhuǎn)化的機械能全部用來維持工質(zhì)流動。13第13頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）p-v圖，T-s圖表示p2’10v2vpT2’210s.pvp-v圖：一條平行于v軸的直線。T-s圖：一條指數(shù)函數(shù)曲線v對比14第14頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月例3-315第15頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.定溫過程：氣體的溫度保持不變的過程。（1）過程方程式；（2）初，終態(tài)參數(shù)間的關(guān)系：（3）熱力學能，焓，熵的變化：16第16頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月功量的計算：膨脹功：技術(shù)功：膨脹功和技術(shù)功的關(guān)系：17第17頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月熱量的計算：思考對定溫過程，可否應用計算熱量。理想氣體定溫膨脹時，加入的熱量全部用于對外作功；反之，定溫壓縮時，外界所消耗的功量，全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔ν夥懦?。T2’210sT?s答；定溫過程中18第18頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）p-v圖，T-s圖表示.p2’210vTT2’210sTp-v圖：一條等邊雙曲線；T-s圖：一條平行于s軸的水平線。19第19頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.可逆絕熱過程（1）過程方程式：推導可逆絕熱過程：絕熱指數(shù)k

不考慮k隨溫度變化：

k=1.67（單原子氣體）

k=1.40（雙原子氣體）

k=1.29（多原子氣體）因此：既是；熱力學第一定律表達式：20第20頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）初，終態(tài)參數(shù)間的關(guān)系：（3）熱力學能，焓，熵的變化；21第21頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月熱量的計算：功量的計算：膨脹功：推導任何工質(zhì)，任何絕熱過程理想氣體cv=常數(shù)的任何絕熱過程理想氣體的可逆絕熱過程22第22頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月技術(shù)功推導任何工質(zhì)，任何絕熱過程理想氣體cp=常數(shù)的任何過程理想氣體的可逆絕熱過程23第23頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月膨脹功和技術(shù)功的關(guān)系：絕熱過程中的技術(shù)功是膨脹功的k倍。絕熱過程中，氣體與外界無熱量交換，過程功來自于工質(zhì)本身的能量交換。24第24頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）p-v圖，T-s圖表示.p2’210vTsT2’210sTsp-v圖：一條高次雙曲線T-s圖：一條垂直于s軸的垂直線。T對比25第25頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2