工程热力学课件

第一篇工程热力学第01章工程热力学的基本概念第02章热力学第一定律第03章热力学第二定律第04章理想气体第05章水蒸气第06章气体和蒸汽的流动第07章压缩机的热力过程第08章气体动力循环第09章蒸气压缩制冷循环第10章湿空气第01章工程热力学的基本概念第一节工质的概念及应用第二节热力学系统第三节热力学平衡态第四节热力学状态参数第五节准静态过程和可逆过程第一节工质的概念及应用1、热能动力装置：热能转换为机械能一、热能动力装置与制冷装置的作用1、热能动力装置：热能转换为机械能一、热能动力装置与制冷装置的作用压缩机2、制冷装置：热量从低温处传递到高温处（热泵）第一节工质的概念及应用1、热能动力装置：热能转换为机械能一、热能动力装置与制冷装置的作用2、制冷装置：热量从低温处传递到高温处（热泵）二、工质1、定义：把热量转化为机械能的媒介物称为工质，把热能转化为机械能，只有通过工质的膨胀来实现。2、工质的基本性质：作为工质应具有良好的流动性和膨胀性。工质一般都是气态(汽态)。3、常用工质：空气、燃气、蒸汽（水蒸气及制冷剂蒸汽气）第一节工质的概念及应用第二节热力学系统一、（热力学）系统、外界、边界1、系统：相互作用的各种热力设备中被划分出的作为研究对象的热力设备2、外界：系统之外的其它热力设备3、边界：系统与外界的分界面边界系统与外界通过边界相互作用；有三种交换：①物质；②功量；③热量可以是真实的、也可以是虚拟的；可以是固定的、也可以是活动的。第二节热力学系统一、（热力学）系统、外界、边界二、系统与外界的类型划分依据：物质、功量、热量交换1、系统的类型开口系统：与外界有物质交换封闭系统：与外界无物质交换绝热系统：与外界无热量交换孤立系统：与外界无任何交换（既无物质交换，又无功量和热量交换）2、外界的类型热源：与系统只发生热量交换。高温热源：向其他系统供热的热源（热源）；低温热源：吸收其他系统放出热量的热源（冷源）。功源：与系统只发生功量的交换。质源：与系统只发生物质交换。第三节热力学平衡态：描述系统宏观状态的物理量一、状态：系统在某一瞬间所处的宏观状况二、状态参数三、平衡态（热力学平衡状态）热平衡：热力系统的温度均匀一致，且不随时间而变力平衡：热力系统的压力均匀一致，且不随时间而变平衡态在无外界影响的条件下，热力学系统内部工质的温度和压力到处是均匀一致的且不随时间变化。平衡态：描述最为简单稳态系统内的状态参数不随时间而变化均匀态系统内的状态参数在空间的分布均匀一致第四节热力学状态参数一、常见的状态参数1、压力2、温度3、比容4、内能5、焓6、熵可直接观察和测量的状态参数：基本状态参数热量和功量——非状态参数第四节热力学状态参数一、常见的状态参数二、状态参数的特性1.状态参数的数值由状态唯一确定1212212121ppppppcba011121pppdapvcbad2.当系统从初态变为终态时，状态参数的变化量，只与系统的初、终态有关，而与变化过程无关。3.工质经过一个循环，又回到初态时，1.尺度量：描述系统总体特征，如系统的总容积V、总内能U、总焓H、总熵S等，数值与系统的质量成正比，具有可加性。2.强度量：描述系统内各点特征，如压力p、温度T等，数值与系统的质量无关，不具有可加性。第四节热力学状态参数一、常见的状态参数pvcbad三、状态参数的分类二、状态参数的特性1、p-v图2、T-s图等点、线、面含义第四节热力学状态参数一、常见的状态参数pvcbad四、状态参数坐标图三、状态参数的分类二、状态参数的特性第四节热力学状态参数一、常见的状态参数pvcbad四、状态参数坐标图三、状态参数的分类二、状态参数的特性五、基本状态参数2、温度3、比容1、压力1）压力的概念与单位物理学——单位面积上所受到的垂直作用力称为压强(压力)；——气体或者液体作用在单位容器壁面上的垂直作用力称为压力。工程热力学与流体力学压力的单位：fPp2/mN)(Pa分子运动论把气体压力看做是气体分子撞击壁面的宏观表现PaMPa6101Pabar51011、压力1）压力的概念与单位2）绝对压力、大气压力、表压力与真空度绝对压力：气体的真实压力——工程热力学计算中使用的压力1、压力1）压力的概念与单位2）绝对压力、大气压力、表压力与真空度大气压力：标准大气压：纬度45o的海平面上的常年平均气压（用pb表示)1atm=760mmHg=0.1013MPa=1.03323at。标准状况:压力为1标准大气压、温度为0℃。绝对压力：1、压力1）压力的概念与单位2）绝对压力、大气压力、表压力与真空度大气压力：绝对压力：表压力、真空度：——压力计显示的压力相对压力当绝对压力高于大气压力，ppb时压力计指示的数值——表压力pg=p-pb当绝对压力低于大气压力，ppb时压力计指示的数值——真空度pv=pb-p1、压力2、温度温度是物体冷热程度的标志通俗地：热力学：一切处于热平衡的系统其温度值均相等与物体内分子运动的平均动能成正比微观上：定义：温标：绝对温度、摄氏温度、华氏温度15.273)()(CtKTo)()(CtKTo摄氏度的大小与开尔文的大小相比一致。——热力学中采用的是绝对温度温度的数值表示方法冰点沸点0℃100℃320F2120F100180FtCtoo95摄氏温标上的1度大于华氏温标上的1度3259CtFtoo)32(95FtCtoo绝对温度，摄氏温度摄氏温度，华氏温度3、比容比容定义：单位质量工质所占有的容积单位：m3/kgmVv密度定义：单位体积工质所具有的质量Vm单位：kg/m3比容与密度的关系——互为倒数1v第五节准静态过程和可逆过程一、热力过程气缸边界活塞气体1重物气体2取走重物pv12系统从初始平衡态变化到终了平衡态所经历的全部状态第五节准静态过程和可逆过程一、热力过程气缸边界活塞气体1一堆沙子一粒粒取走沙粒(一堆沙子代替重物)气体2过程进行得足够缓慢，系统所经历的每一个中间状态足够接近平衡状态。二、准静态过程pv12注意第五节准静态过程和可逆过程一、热力过程过程进行得足够缓慢，系统所经历的每一个中间状态足够接近平衡状态。二、准静态过程2、准静态过程的基本特征温差无限小压差无限小——内部平衡1、热力过程进行的时间比弛豫时间长得多恢复平衡所需要的时间实际的热力过程进行的时间远大于弛豫时间，完全可以看做是准静态过程。3、在状态参数坐标图上，准静态过程可以用一条连续曲线表示，非准静态过程不可以用一条连续曲线表示。pv12第五节准静态过程和可逆过程一、热力过程二、准静态过程三、可逆过程系统进行了一个过程后，能使系统和外界沿着与原过程相反的方向恢复初态。pv12气缸边界活塞气体1一堆沙子一粒粒取走沙粒(一堆沙子代替重物)气体2一、热力过程二、准静态过程三、可逆过程系统进行了一个过程后，能使系统和外界沿着与原过程相反的方向恢复初态。第五节准静态过程和可逆过程常见的不可逆因素1、耗散效应——摩擦使功变为热的现象（不考虑化学反应和电磁效应）2、有限温差下的热传递（不考虑化学反应和电磁效应）一、热力过程二、准静态过程三、可逆过程系统进行了一个过程后，能使系统和外界沿着与原过程相反的方向恢复初态。第五节准静态过程和可逆过程常见的不可逆因素1、耗散效应——摩擦使功变为热的现象2、有限温差下的热传递3、自由膨胀4、不同工质的混合不包含任何不可逆因素的过程才是可逆过程广义：耗散效应一、热力过程二、准静态过程三、可逆过程系统进行了一个过程后，能使系统和外界沿着与原过程相反的方向恢复初态。第五节准静态过程和可逆过程常见的不可逆因素1、耗散效应2、有限温差下的热传递3、自由膨胀4、不同工质的混合不包含任何不可逆因素的过程才是可逆过程耗散效应——摩擦使功变为热的现象当热能和机械能发生转变时，可逆过程可以获得最大可用功一、热力过程二、准静态过程三、可逆过程第五节准静态过程和可逆过程四、准静态过程与可逆过程1、准静态过程是内部平衡过程。实际过程可以看作是准静态过程。2、可逆过程不包括任何的不可逆因素，内外平衡是可逆过程的充分和必要条件。实际过程是不可逆的。3、可逆过程一定是准静态过程，准静态过程不一定是可逆过程，只有无摩擦的准静态过程才是可逆过程。耗散效应第02章热力学第一定律第一节热力学第一定律的实质及内容第二节功量和热量第三节系统的储存能量第四节对封闭系统的热力学第一定律第五节对开口系统的热力学第一定律第一节热力学第一定律的实质及内容一、热力学第一定律的实质实质——能量转换和守恒定律在工程热力学中的具体应用。能量转换和守恒定律—能量是可以相互转换的，且转换前后的总量保持不变。二、热力学第一定律的三种表述1、热能可以和机械能相互转换，可以从一个物体传递到另一个物体，在转换过程中，能的总量保持不变。2、不消耗能量而能对外连续作功的第一类永动机是造不成的。3、文字式:进入系统的能量—离开系统的能量=系统中储存能量的变化量第二节功量和热量一、功量1、力学定义：物体所受的力及其沿力的方向所产生的位移的乘积。JFdxW2121xxFdxW2、热力学定义：系统与外界相互作用而传递能量时，若其全部作用效果可表现为使物体改变宏观运动的状态，则这种传递的能量称为功。3、可逆过程的功计算pdvw——传递中的能量pdVpAdxWp21pdVW21pdvw4、功的符号规定p—V图即示功图工质状态变化，因其比容变化而作的功，称为容积功。比容减少，消耗外界功，功为负。比容增大，系统对外作功，功为正。5、功不是状态参数，是过程函数功是规则运动的能量体现第二节功量和热量——传递中的能量二、热量一、功量热力系与外界之间依靠温差传递的能量。3、热量和功量的类比——熵概念的引入2、热量的单位：1cal＝4.1868J1、热量的符号规定：系统向外界放热，为负；热量是不规则运动的能量体现系统从外界吸热，为正；pdvw21pdvwTdsq21Tdsq熵是状态参数热量不是状态参数，是过程函数第二节功量和热量——传递中的能量二、热量一、功量热力系与外界之间依靠温差传递的能量。3、热量和功量的类比——熵概念的引入2、热量的单位：1cal＝4.1868J1、热量的符号规定：系统向外界放热，为负；热量是不规则运动的能量体现系统从外界吸热，为正；Tqds熵的定义：KkgkJ.TQdSKkJ熵是状态参数pdvw21pdvwTdsq21Tdsq第二节功量和热量——传递中的能量二、热量一、功量热力系与外界之间依靠温差传递的能量。3、热量和功量的类比——熵概念的引入2、热量的单位：1cal＝4.1868J1、热量的符号规定：系统向外界放热，为负；热量是不规则运动的能量体现系统从外界吸热，为正；熵的定义：工质在微元可逆过程中从热源吸收的热量除以工质吸热时热源的绝对温度所得的商，定义为工质在该温度时该微元过程的熵的增量。熵是状态参数TqdsKkgkJ.TQdSKkJ第二节功量和热量——传递中的能量二、热量一、功量热力系与外界之间依靠温差传递的能量。3、热量和功量的类比——熵概念的引入2、热量的单位：1cal＝4.1868J1、热量的符号规定：系统向外界放热，为负；热量是不规则运动的能量体现系统从外界吸热，为正；Tqds熵的定义：KkgkJ.TQdSKkJ熵的含意：当系统从热源吸收一定数量的热量时，热源的绝对温度越高，则系统熵的变化越小，热量转变为功的程度大。当系统从环境（大气或海水）吸收热量时，熵的增量达极大值，吸收的热量转换为功的能力为零熵是状态参数Tqds第二节功量和热量——传递中的能量二、热量一、功量热力系与外界之间依靠温差传递的能量。3、热量和功量的类比——熵概念的引入2、热量的单位：1cal＝4.1868J1、热量的符号规定：系统向外界放热，为负；热量是不规则运动的能量体现系统从外界吸热，为正；Tqds熵的定义：KkgkJ.TQdSKkJ熵的含意：可逆过程熵计算：可逆吸热过程，熵增加