1、工程熱力學(xué)教學(xué)課件授課60學(xué)時實驗4學(xué)時工程熱力學(xué)教學(xué)課件授課60學(xué)時0-1 自然界的能源及其利用 一、能源及其分類 定義:能源是指可向人類提供各種能量和動力的物質(zhì)資源。 能源概論（緒論）工程熱力學(xué) Thermodynamics 能源可以根據(jù)來源、形態(tài)、使用程度和技術(shù)、污染程度以及性質(zhì)等進(jìn)行分類: 0-1 自然界的能源及其利用 一、能源及其分類 定義:能(一)按來源分: 1.來自太陽的輻射能:如 煤炭、石油 、天然氣、風(fēng)能等； 2.來自地球本身:如 地?zé)崮?、鈾、釷等； 3.來自月球和其他天體的引力:如 潮汐能等；(二)按形態(tài)分: 1.一次能源:如 煤炭、石油 、鈾等； 2.二次能源:如 電力、

2、蒸汽等；工程熱力學(xué) Thermodynamics(一)按來源分: 2.來自地(三)按使用程度和技術(shù)分: 1.常規(guī)能源:如 煤炭、石油 、天然氣、風(fēng)能等； 2.新能源:如 地?zé)崮?、太陽能、核能等?四)按污染程度分: 分清潔能源和非清潔能源；(五)按性質(zhì)分: 1.含能體能源：如煤炭、石油 ； 2.過程性能源: 如 水力能，風(fēng)能等。工程熱力學(xué) Thermodynamics(三)按使用程度和技術(shù)分: 對于能源工作者，更多的是采用一次能源和二次能源，常規(guī)能源和新能源的概念。 表11 能源分類二、能源的利用與歷史發(fā)展、國民經(jīng)濟(jì) （一）能源利用的三個歷史時期：薪柴時期，煤炭時期和石油時期。 （二）能源消費(fèi)

3、彈性系數(shù)： 工程熱力學(xué) Thermodynamics 對于能源工作者，更多的是采用一次能源和二次能源，常規(guī)序號國家1990年GDP/億美元2006年GDP/億美元1990-2006年GDP年增長率（%）1990年能源消耗/萬噸2006年能源消耗/萬噸1990-2006年能源消耗年增長率（%）1990-2006年能源消費(fèi)彈性指數(shù)2006年人口/萬人2006年人均能源消費(fèi)/kg 1美國548961316395.6192763.82014060.30.052989967492德235622.129267-1.2-0.298241.135533法國11954224814227

4、27.617460-1.6-0.46103.828594英國9755237705.721217.6219000.20.046036.136155加拿大5680127165.220908.9240340.90.173255.673616俄羅斯608199063.1878274487-17-5.4814237639327日本29320436842.544591.643460-0.2-0.081275734458韓國253688828.19265155903.30.414841.832289中國35462657913.487992.31514413.50.26131180115310巴西479210

5、6785.113353.1153990.90.1818869824全世界2102344824495.3861676.69569310.70.136517761469世界主要國家能源消費(fèi)狀況 工程熱力學(xué) Thermodynamics序號國家1990年GDP/億美元2006年GDP/億美元1三、能源的利用與環(huán)境、社會發(fā)展 （一）主要污染：溫室效應(yīng)與熱污染；酸雨、臭氧層的破壞、放射性污染、煙塵等; （二）可持續(xù)發(fā)展與節(jié)能 節(jié)約能源是解決可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略措施之一，也是本學(xué)科研究的一個重要方面。 四、我國的能源事業(yè) （一）儲量豐富，種類齊全； （二）多種能源結(jié)構(gòu)； 工程熱力學(xué) Thermodynamic

6、s三、能源的利用與環(huán)境、社會發(fā)展 （一）主要污染：溫室效應(yīng)與（三）面臨如下一些問題： 1、人均能源占有量低 ： 中國、美國與世界能源儲備的比較（2006） 原煤/t原油/t天然氣/m3水電/(kW.h)鈾/t中國1.14510112.201092.4510126.0830101238.0103美國2.46610113.71095.9310124.4850101234.2103世界合計9.09110111.645010111.8110142.8696010132938.3103中國人均871.71.8691034.640103-美國人均82512.419.8310315.0103-世界人均139

7、25.127.610343.78103-工程熱力學(xué) Thermodynamics（三）面臨如下一些問題： 1、人均能源占有量低 ： 中國、美2、能源利用率低下 ：各國能源利用效率（） 3、污染嚴(yán)重 國家能源利用率中國36.81美國50.00日本52.51德國50.22印度40.06俄羅斯54.08澳大利亞46.21巴西62.26世界平均50.32工程熱力學(xué) Thermodynamics2、能源利用率低下 ：各國能源利用效率（） 3、污染嚴(yán)0-2 熱能的利用 一、熱能的利用 人類利用的主要能源有：水力能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⑻柲?、燃料的化學(xué)能和原子核能。世界一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)（%） 從某種意義上講，能

8、源的開發(fā)和利用就是熱能的開發(fā)和利用。 年 份煤 炭石 油天 然 氣水電及其他195061.127.49.81.7196052.032.014.020197035.242.719.92.2198030.844.221.53.5199029.036.019.515.5201022.438.523.915.2202024.3018.043.016.0工程熱力學(xué) Thermodynamics0-2 熱能的利用 一、熱能的利用 人類利用的主要二、熱能利用的形式和熱科學(xué)發(fā)展簡史 1、熱能利用的形式 直接利用：是指直接用熱能加熱物體，熱能的形式不發(fā)生變化。 間接利用：是指把熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以滿足人類生產(chǎn)生

9、活對動力的需要。 工程熱力學(xué) Thermodynamics二、熱能利用的形式和熱科學(xué)發(fā)展簡史 1、熱能利用的形式 直接2、熱科學(xué)發(fā)展簡史 17631784年間瓦特改進(jìn)了蒸汽機(jī)使之用于生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)力； 1842年、18431848年邁爾和焦耳各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)熱力學(xué)第一定律；1824年卡諾提出了卡諾循環(huán)和卡諾定理，奠定了熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)； 18501851年克勞修斯和開爾文先后獨(dú)立提出了熱力學(xué)第二定律；19061912年能斯特提出了熱力學(xué)第三定律。2、熱科學(xué)發(fā)展簡史 17631784年間瓦特改進(jìn)了蒸汽機(jī)0-3 工程熱力學(xué)的研究對象、內(nèi)容和方法 一、研究對象 熱力學(xué)是研究熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換規(guī)

10、律，以提高能量利用經(jīng)濟(jì)性（節(jié)能）為主要目的的一門學(xué)科。 二、主要內(nèi)容 （一）、熱力學(xué)基本定律：熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律。 （二）、工質(zhì)的熱力性質(zhì)和熱力過程：理想氣體、實際氣體、蒸氣和濕空氣等 。 （三）、工程熱力學(xué)的應(yīng)用：工程熱力過程、熱力循環(huán)、裝置的分析研究。 工程熱力學(xué) Thermodynamics0-3 工程熱力學(xué)的研究對象、內(nèi)容和方法 一、研究對象 三、研究方法 經(jīng)典熱力學(xué)：宏觀和唯象的方法，簡單、可靠。 統(tǒng)計熱力學(xué)：微觀和統(tǒng)計的方法。 四、教與學(xué) 1.教材：傅秦生.工程熱力學(xué) 第2版 .機(jī)械工業(yè)出版社，20202.參考書：沈維道、童鈞耕編.工程熱力學(xué) .高教出版社Termody

11、namics3.考核：考試80%，平時20% （作業(yè)15%，實驗5%）工程熱力學(xué) Thermodynamics三、研究方法 經(jīng)典熱力學(xué)：宏觀和唯象的方法，簡單、可靠。 第一章 基本概念 第一節(jié) 熱力系、狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù) 一、熱力系統(tǒng)與工質(zhì)1、定義 人為劃定的一定范圍內(nèi)的研究對象稱為熱力系統(tǒng)，簡稱熱力系或系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)固定邊界邊界系統(tǒng)系統(tǒng)工程熱力學(xué) Thermodynamics移動邊界第一章 基本概念 第一節(jié) 熱力系、狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù) 一、熱2、分類閉口系：與外界無物質(zhì)交換的系統(tǒng) CM 開口系：與外界有物質(zhì)交換的系統(tǒng) CV 按物質(zhì)交換簡單可壓縮系：熱力系與外界只有熱量和可逆 體積變化功的交換。孤立系

12、：與外界無任何能量和物質(zhì)交換的熱力系。 絕熱系：與外界無熱量交換的系統(tǒng)。 熱 源：與外界僅有熱量的交換，且有限熱量的 交換不引起系統(tǒng)溫度變化的熱力系統(tǒng)。 按能量交換工程熱力學(xué) Thermodynamics2、分類閉口系：與外界無物質(zhì)交換的系統(tǒng) CM 開口系：與外（二）、工質(zhì)：用來實現(xiàn)能量相互轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)稱為工質(zhì)。理想氣體 實際氣體 蒸 氣 工質(zhì)工程熱力學(xué) Thermodynamics（二）、工質(zhì)：用來實現(xiàn)能量相互轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)稱為工質(zhì)。理想氣（一）熱力狀態(tài)：熱力系在某一瞬間所呈現(xiàn)的宏觀 物理狀況。(簡稱狀態(tài)) 二、平衡狀態(tài)1、定義：一個熱力系統(tǒng)，如果在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)能夠始終

13、保持不變，則系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。2、實現(xiàn)條件：p=0 T=0 (=0)。 （二）平衡狀態(tài) 工程熱力學(xué) Thermodynamics（一）熱力狀態(tài)：熱力系在某一瞬間所呈現(xiàn)的宏觀二、平衡狀態(tài)1、三、熱力狀態(tài)參數(shù)、基本狀態(tài)參數(shù) 定義：描述系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理量 (一)、狀態(tài)參數(shù)分類：廣延量參數(shù)：有關(guān)，如 H、U、S 等，廣延量 參數(shù)具有可加性 強(qiáng)度量參數(shù)：無關(guān)，如 p、T、v，u，h 等 按與所含工質(zhì)的量有關(guān)否工程熱力學(xué) Thermodynamics三、熱力狀態(tài)參數(shù)、基本狀態(tài)參數(shù) 定義：描述系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理按是否直接或易測基本狀態(tài)參數(shù)：可以直接或易測的狀態(tài)參數(shù)。如p、v 和T 。非基本狀態(tài)參

14、數(shù)：不能直接或易測的狀態(tài)參數(shù)。如H，S，U 等 或數(shù)學(xué)特征：，工程熱力學(xué) Thermodynamics按是否直接或易測基本狀態(tài)參數(shù)：可以直接或易測的狀態(tài)參數(shù)。如p(二)、基本狀態(tài)參數(shù) 1、比體積 ：比體積就是單位質(zhì)量的工質(zhì)所占的體積。 2、壓力 ：壓力即物理學(xué)中的壓強(qiáng)，單位是Pa（N/m2）。 絕對壓力：p 大氣壓力： 表壓力 ：真空度 ：工程熱力學(xué) Thermodynamics(二)、基本狀態(tài)參數(shù) 1、比體積 ：比體積就是單位質(zhì)量的工質(zhì)3、溫度：B科學(xué)定義： 溫度是決定系統(tǒng)間是否存在熱平衡的宏觀物理量。 熱平衡A熱力學(xué)第零定律 : 如果兩物體和第三個物體處于熱平衡，則這兩個物體之間必然處于熱

15、平衡。俗稱是物體冷熱程度的標(biāo)志。 工程熱力學(xué) Thermodynamics3、溫度：B科學(xué)定義：熱平衡A熱力學(xué)第零定律 :俗稱是物C溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示 經(jīng)驗溫標(biāo)建立的三要素： 熱力學(xué)溫標(biāo)：理論溫標(biāo)，符號T 單位 K 根據(jù)熱力學(xué)第二定律建立。基準(zhǔn)點(diǎn)：水的三相點(diǎn)（273.16 K）新攝氏溫標(biāo)： 符號 t 單位。 t（）=T（K）-273.15 工程熱力學(xué) ThermodynamicsC溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示 經(jīng)驗溫標(biāo)建立的三要素： 熱力學(xué)國際實用溫標(biāo)指包括水的三相點(diǎn)在內(nèi)的若干固定點(diǎn)的溫度，如下表所示 國際實用溫標(biāo)的固定點(diǎn) 國際實用溫標(biāo)：（ITS90） 工程熱力學(xué) Thermodynamics國際實

16、用溫標(biāo)指包括水的三相點(diǎn)在內(nèi)的若干固定點(diǎn)的溫度，如下表所 同時，又把平衡氫三相點(diǎn)以上的溫度分了三個區(qū)間，并給出了相應(yīng)的溫度計算公式： -259.34630.74用鉑電阻溫度計測量，電阻絲是無應(yīng)力的和退火的。公式（略）。 630.741064.43用鉑銠（10）鉑熱電偶測量，電動勢與溫度關(guān)系為：式中： 由630.740.2的銀凝固點(diǎn)與金凝固點(diǎn)溫度確定。 1064.43以上由普朗克輻射定律定義，用1064.43作參考溫度。 工程熱力學(xué) Thermodynamics 同時，又把平衡氫三相點(diǎn)以上的溫度分了三個區(qū)間，并給出3、狀態(tài)方程：描述平衡態(tài)基本狀態(tài)參數(shù)間關(guān)系表達(dá)式 稱為“狀態(tài)方程式”。 2、狀態(tài)參數(shù)

17、坐標(biāo)圖狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖1、獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù) ：簡單可壓縮系統(tǒng) 2。 四、狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖和狀態(tài)方程式 工程熱力學(xué) Thermodynamics3、狀態(tài)方程：描述平衡態(tài)基本狀態(tài)參數(shù)間關(guān)系表達(dá)式2、狀態(tài)參數(shù)第二節(jié) 熱力過程、功量及熱量一、熱力過程 定義：熱力系從一個狀態(tài)向另一個狀態(tài)變化時所經(jīng) 歷的全部狀態(tài)的總和。二、準(zhǔn)平衡(準(zhǔn)靜態(tài))過程 準(zhǔn)平衡過程的實現(xiàn)工程熱力學(xué) Thermodynamics第二節(jié) 熱力過程、功量及熱量一、熱力過程 定義：熱力系從一二、準(zhǔn)平衡(準(zhǔn)靜態(tài))過程 定義：由一系列平衡態(tài)組成的熱力過程實現(xiàn)條件：破壞平衡態(tài)存在的不平衡勢差(溫差、 力差、化學(xué)勢差)應(yīng)為無限小。 即p0 T0 (0)

18、 工程熱力學(xué) Thermodynamics二、準(zhǔn)平衡(準(zhǔn)靜態(tài))過程 定義：由一系列平衡態(tài)組成的熱力過程三、可逆過程 當(dāng)系統(tǒng)完成某一熱力過程后，如果有可能使系統(tǒng)再沿相同的路徑逆行而恢復(fù)到原來狀態(tài)，并使相互中所涉及到的外界亦恢復(fù)到原來狀態(tài)，而不留下任何變化，則這一過程稱為可逆過程。 實現(xiàn)條件：準(zhǔn)平衡過程加無耗散效應(yīng)的熱力過程 才是可逆過程。力學(xué)例子： 定義： 工程熱力學(xué) Thermodynamics三、可逆過程 當(dāng)系統(tǒng)完成某一熱力過程后，如果有可能使系1、功 或 符號規(guī)定 系統(tǒng)對外作功：+ 外界對系統(tǒng)作功：-四、可逆過程的體積變化功和熱量 工程熱力學(xué) Thermodynamics1、功 或 符號規(guī)

19、定 系統(tǒng)對外作功：+ 外界對2、熱量 或符號規(guī)定 吸熱：+ 放熱：- 熵 比熵 工程熱力學(xué) Thermodynamics2、熱量 或符號規(guī)定 吸熱：+ 放熱：- 熵 比熵 工程熱第三節(jié) 熱力循環(huán) 一、定義：工質(zhì)從某一初態(tài)出發(fā)經(jīng)歷一系列熱力狀態(tài)變化后又回到原來初態(tài)的熱力過程即封閉的熱力過程，簡稱循環(huán)。 二、分類 按性質(zhì) 可逆循環(huán):全部由可逆過程構(gòu)成。 不可逆循環(huán):只要存在不可逆過程。 按目的 正循環(huán)(即動力循環(huán))：對外輸出動力。 逆循環(huán)(即制冷循環(huán)或熱泵循環(huán)）：制冷或制熱。 工程熱力學(xué) Thermodynamics第三節(jié) 熱力循環(huán) 一、定義：工質(zhì)從某一初態(tài)出發(fā)經(jīng)歷一系列熱力制冷循環(huán)： 制熱（熱泵

20、）： 三、能量利用經(jīng)濟(jì)性 能量利用經(jīng)濟(jì)性 動力循環(huán)： 熱效率 制冷系數(shù) 制熱系數(shù) 工程熱力學(xué) Thermodynamics制冷循環(huán)： 制熱（熱泵）： 三、能量利用經(jīng)濟(jì)性 能量利用經(jīng)工程熱力學(xué) Thermodynamics本章小結(jié) 一、基本要求：1、掌握工程熱力學(xué)的基本概念和一些專門術(shù)語；2、掌握狀態(tài)參數(shù)及基本狀態(tài)參數(shù)的測算，可逆過程及其功量、熱量的計算。工程熱力學(xué) Thermodynamics本章小結(jié) 一、基本工程熱力學(xué) Thermodynamics二、基本知識點(diǎn)：1、熱力系統(tǒng)與工質(zhì)（1）熱力系統(tǒng)（2）工質(zhì)2、熱力狀態(tài)（1）定義（2）平衡狀態(tài)3、狀態(tài)參數(shù)（1）定義與分類（2）基本狀態(tài)參數(shù)定義分

21、類定義實現(xiàn)條件工程熱力學(xué) Thermodynamics二、基本知識點(diǎn)：1工程熱力學(xué) Thermodynamics（3）狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖與狀態(tài)方程4、熱力過程（1）準(zhǔn)平衡過程（2）可逆過程（3）可逆過程的功量和熱量 可逆過程的體積變化功 可逆過程的熱量與熵定義實現(xiàn)條件定義實現(xiàn)條件工程熱力學(xué) Thermodynamics（3）狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)5、熱力循環(huán)（1）定義（2）分類（3）能量利用率（經(jīng)濟(jì)性）工程熱力學(xué) Thermodynamics熱效率 制冷系數(shù) 制熱系數(shù) 5、熱力循環(huán)工程熱力學(xué) Thermodynamics熱效率三、主要公式：熱效率 制冷系數(shù) 制熱系數(shù) 工程熱力學(xué) Thermodynamics

22、三、主要公式：熱效率 制冷系數(shù) 制熱系數(shù) 工程熱力學(xué) Th第二章 熱力學(xué)第一定律 第一節(jié) 熱力學(xué)第一定律及其實質(zhì) 熱力學(xué)第一定律：熱能可以轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，機(jī)械能可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?,在它們的傳遞和相互轉(zhuǎn)換過程中，總量保持不變。 熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)：“量” 守恒 工程熱力學(xué) Thermodynamics熱力學(xué)第一定律是能量轉(zhuǎn)換與守恒在熱力學(xué)中的應(yīng)用。 焦耳的實驗和瓦特的蒸汽機(jī)等已證實了熱力學(xué)第一定律。 第二章 熱力學(xué)第一定律 第一節(jié) 熱力學(xué)第一定律及其實質(zhì) 熱熱力學(xué)能U 是狀態(tài)參數(shù)； 比熱力學(xué)能 u=U/m 熱力學(xué)能分子動能Uk（T） 化學(xué)能核能 分子位能Up（T、v） 工程熱力學(xué) Thermody

23、namics第二節(jié) 熱力學(xué)能和總能 一、熱力學(xué)能：工質(zhì)微觀粒子所具有的能量。 熱力學(xué)能U 是狀態(tài)參數(shù)； 比熱力學(xué)能 u=U/m 熱力學(xué)能二、外部儲存能 或 或三、儲存能 比儲存能 工程熱力學(xué) Thermodynamics二、外部儲存能 或 或三、儲存能 比儲存能 工程熱力第三節(jié) 熱力學(xué)第一定律的一般表達(dá)式 一、一般的關(guān)系式為： 進(jìn)入系統(tǒng)的能量流出系統(tǒng)的能量系統(tǒng)能量的增量入出增量 二、一般表達(dá)式： 出： 或 增量：入：工程熱力學(xué) Thermodynamics第三節(jié) 熱力學(xué)第一定律的一般表達(dá)式 一、一般的關(guān)系式為： 進(jìn)一、能量方程： 二、分析 ： 外熱能 內(nèi)熱能或機(jī)械能 體積變化功熱能第四節(jié) 閉口

24、系的能量方程 熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式 工程熱力學(xué) Thermodynamics一、能量方程： 二、分析 ： 外熱能 內(nèi)熱能或機(jī)械第五節(jié) 穩(wěn)定流動系統(tǒng)的能量方程 一 穩(wěn)定流動系統(tǒng) 定義：穩(wěn)定流動系統(tǒng)是指熱力系統(tǒng)內(nèi)各點(diǎn)狀態(tài)參數(shù)不 隨時間變化的流動系統(tǒng)。 實現(xiàn)條件：1 進(jìn)出系統(tǒng)的工質(zhì)流量相等且不隨時間而變；2 系統(tǒng)進(jìn)出口工質(zhì)的狀態(tài)不隨時間而變； 3 系統(tǒng)與外界交換的功和熱量等所有能量不隨時間 而變。 工程熱力學(xué) Thermodynamics第五節(jié) 穩(wěn)定流動系統(tǒng)的能量方程 一 穩(wěn)定流動系統(tǒng) 定義：穩(wěn)二 流動功 定義：開口系統(tǒng)中工質(zhì)流入和流出系統(tǒng)所作的推動功 的代數(shù)和。 推動功：同理：或 流動功：工程

25、熱力學(xué) Thermodynamics二 流動功 定義：開口系統(tǒng)中工質(zhì)流入和流出系統(tǒng)所作的推動功三 穩(wěn)定流動系統(tǒng)的能量方程 工程熱力學(xué) Thermodynamics三 穩(wěn)定流動系統(tǒng)的能量方程 工程熱力學(xué) Thermody引入焓H ： 或 或 對于微元過程：工程熱力學(xué) Thermodynamics引入焓H ： 或 或 對于微元過程：工程熱力學(xué) Ther四 技術(shù)功及穩(wěn)流能量方程的其他形式從而有 或 可逆過程： 或工程熱力學(xué) Thermodynamics四 技術(shù)功及穩(wěn)流能量方程的其他形式從而有 或 可逆過程或 或 對于微元過程： 或 工程熱力學(xué) Thermodynamics或 或 對于微元過程： 或

26、工程熱力學(xué) Thermodyn五、 焓 定義式比焓 物理意義： 焓是開口系統(tǒng)中流入（或流出）系統(tǒng)工質(zhì)所攜帶的取決于熱力學(xué)狀態(tài)的總能量。工程熱力學(xué) Thermodynamics五、 焓 定義式比焓 物理意義：工程熱力學(xué) Thermo第六節(jié) 能量方程的應(yīng)用 一 葉輪式機(jī)械1、動力機(jī)（汽輪機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)） 能量方程 化 簡： 確立系統(tǒng)：穩(wěn)定流動系統(tǒng)（sssf）設(shè)備示意簡圖葉輪式動力機(jī)工程熱力學(xué) Thermodynamics第六節(jié) 能量方程的應(yīng)用 一 葉輪式機(jī)械1、動力機(jī)（汽輪機(jī)同理可得 2、耗功機(jī)械（葉輪式壓縮機(jī)，水泵）葉輪式耗功機(jī)械 工程熱力學(xué) Thermodynamics同理可得 2、耗功機(jī)械（葉

27、輪式壓縮機(jī)，水泵）葉輪式耗功機(jī)械 二 熱交換器* 工程熱力學(xué) Thermodynamics 二 熱交換器* 工程熱力學(xué) Thermodynamic 二 熱交換器* 確立系統(tǒng)：sssf能量方程 化 簡： 工程熱力學(xué) Thermodynamics熱流體冷流體 二 熱交換器* 確立系統(tǒng)：sssf能量方程 化 或 三 節(jié)流 能量方程 工程熱力學(xué) Thermodynamics或 三 節(jié)流 能量方程 工程熱力學(xué) Thermo例1 進(jìn)入汽輪機(jī)新蒸汽的參數(shù)為 ， ， ，出口參數(shù)為： ， , ，蒸汽的質(zhì)量流量 .試求(1) 汽輪機(jī)的功率；(2) 忽略蒸汽進(jìn)、出口動能變化引起的計算誤差；(3) 若蒸汽進(jìn)出口高度差

28、為12m,求忽略蒸汽進(jìn)、出口勢能變化引起的計算誤差。工程熱力學(xué) Thermodynamics例1 進(jìn)入汽輪機(jī)新蒸汽的參數(shù)為 依題意：q0，gz0，故有解（1）取汽輪機(jī)進(jìn)、出口所圍空間為控制容積系統(tǒng)，如圖所示，則系統(tǒng)為穩(wěn)定流動系統(tǒng)。從而有 功率工程熱力學(xué) Thermodynamics依題意：q0，gz0，故有解（1）取汽輪機(jī)進(jìn)、出口所圍（2）忽略工質(zhì)進(jìn)出口動能變化，單位質(zhì)量工質(zhì)對外輸出功的增加量(或減少量) 忽略工質(zhì)進(jìn)出口動能變化引起的相對誤差（3）忽略工質(zhì)進(jìn)出口勢能變化，單位質(zhì)量工質(zhì)對外輸出功的增加量(或減少量)工程熱力學(xué) Thermodynamics（2）忽略工質(zhì)進(jìn)出口動能變化，單位質(zhì)量工質(zhì)

29、對外輸出功的增加量例2 空氣在一活塞式壓氣機(jī)中被壓縮。壓縮前空氣的參數(shù)是： ， ，壓縮后空氣的參數(shù)是： ， 。設(shè)在壓縮過程中每千克空氣的熱力學(xué)能增加 ，同時向外放出熱量 ，試求（1）壓縮過程中對每千克空氣所做的功；（2）每生產(chǎn) 壓縮空氣所做的功；（3）若該壓氣機(jī)每分鐘生產(chǎn) 壓縮空氣，帶動此壓氣機(jī)要用多大功率的電動機(jī)？系統(tǒng)為閉口系，能量方程為：解（1）則工程熱力學(xué) Thermodynamics例2 空氣在一活塞式壓氣機(jī)中被壓縮。壓縮前空氣的參數(shù)是：（2）系統(tǒng)由：得：由（1）知：（3）帶動此壓氣機(jī)的電動機(jī)功率可視為穩(wěn)定流動系統(tǒng)（如圖所示）則能量方程為：工程熱力學(xué) Thermodynamics（2）

30、系統(tǒng)由：得：由（1）知：（3）帶動此壓氣機(jī)的電動機(jī)功率工程熱力學(xué) Thermodynamics本章小結(jié) . 基本要求：一、深入理解熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)；二、正確、熟練地掌握熱力學(xué)第一定律的各種表達(dá)式，以解決工程實際中的有關(guān)問題；三、掌握技術(shù)功和狀態(tài)參數(shù)焓的概念與計算。工程熱力學(xué) Thermodynamics本章小結(jié) . 基工程熱力學(xué) Thermodynamics. 基本知識點(diǎn)：一、熱力學(xué)第一定律及其實質(zhì)；二、熱力學(xué)能和總能；三、閉口系的能量方程熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式 微元： 或可逆： 或或可逆： 工程熱力學(xué) Thermodynamics. 基本知識點(diǎn)：工程熱力學(xué) Thermodynamics

31、四、穩(wěn)定流動系統(tǒng)的能量方程 或 或 或 或 對于微元過程： 或 五、焓 物理意義工程熱力學(xué) Thermodynamics四、穩(wěn)定流動系統(tǒng)的工程熱力學(xué) Thermodynamics六、穩(wěn)定流動系統(tǒng)能量方程的應(yīng)用 葉輪式機(jī)械 熱交換器 節(jié)流 設(shè)備示意簡圖 確立系統(tǒng) 能量方程 化簡工程熱力學(xué) Thermodynamics六、穩(wěn)定流動系統(tǒng)能工程熱力學(xué) Thermodynamics. 主要公式：或可逆： 工程熱力學(xué) Thermodynamics. 主要公式：或第三章 熱力學(xué)第二定律第一節(jié) 熱力過程的方向性溫差傳熱過程2. 自由膨脹 氣體自由膨脹 1. 溫差傳熱一、熱力過程的方向性 工程熱力學(xué) Therm

32、odynamics第三章 熱力學(xué)第二定律第一節(jié) 熱力過程的方向性溫差傳熱過3.摩擦生熱4.電容電感電路電容電感電路二、熱力學(xué)第二定律的任務(wù) 研究熱力過程的方向性，以及由此而引起的非自發(fā)過程的補(bǔ)償和補(bǔ)償限度是熱力學(xué)第二定律的任務(wù)。工程熱力學(xué) Thermodynamics3.摩擦生熱4.電容電感電路電容電感電路二、熱力第二節(jié) 熱力學(xué)第二定律的表述克勞修斯的說法： 不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而 不引起其他變化。開爾文的說法： 不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)楣Χ?不引起其他變化。其他說法，如： 第二類永動機(jī)是造不成的。一、 熱力學(xué)第二定律的各種表述工程熱力學(xué) Thermodynamics第二

33、節(jié) 熱力學(xué)第二定律的表述克勞修斯的說法：開爾文的說法：其二、熱力學(xué)第二定律各種表述的等效性等效性證明：假設(shè)開爾文說法成立，克勞休斯說法不成立。工程熱力學(xué) Thermodynamics克勞修斯的說法： 不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而 不引起其他變化。開爾文的說法： 不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)楣Χ?不引起其他變化。二、熱力學(xué)第二定律各種表述的等效性等效性證明：工程熱力學(xué) 二、熱力學(xué)第二定律各種表述的等效性熱源：失去 冷源：失去 總效果：從單一熱源吸熱 全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?外界：得到 等效性證明工程熱力學(xué) Thermodynamics二、熱力學(xué)第二定律各種表述的等效性熱源：失去 冷源：失去 等

34、效性證明：假設(shè)開爾文說法成立，克勞休斯說法不成立。工程熱力學(xué) Thermodynamics克勞修斯的說法： 不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而 不引起其他變化。開爾文的說法： 不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)楣Χ?不引起其他變化。 總效果：從單一熱源吸熱 全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?等效性證明：工程熱力學(xué) Thermodynamics克勞修第三節(jié)卡諾循環(huán)和卡諾定理一、卡諾循環(huán) 卡諾循環(huán)由兩個定溫和兩個絕熱可逆過程組成，如右圖。1 、卡諾循環(huán)的組成2 、卡諾循環(huán)的熱效率工程熱力學(xué) ThermodynamicsTH：高溫?zé)嵩礈囟?K;TL：低溫?zé)嵩礈囟?K;第三節(jié)卡諾循環(huán)和卡諾定理一、卡諾循環(huán) 卡諾循環(huán)由兩個

35、定溫二、概括性卡諾循環(huán) 1 、組成 （理想氣體）兩個定溫+吸熱和放熱變化率相同的過程+回?zé)?2 、熱效率工程熱力學(xué) Thermodynamics二、概括性卡諾循環(huán) 1 、組成 （理想氣體）兩個定溫+三、 卡諾定理定理1： 假設(shè) 且 由 ， 得 反證法證明定理1 定理2：工程熱力學(xué) Thermodynamics三、 卡諾定理定理1： 假設(shè) 令 B機(jī)逆轉(zhuǎn)成為一制冷機(jī)，使A、B構(gòu)成一聯(lián)合熱機(jī)： 熱源：得到 外界：得到 冷源：失去 違反熱力學(xué)第二定律的克勞修斯的說法, 不可能。 同理： 不可能 只有 工程熱力學(xué) Thermodynamics令 B機(jī)逆轉(zhuǎn)成為一制冷機(jī)，使A、B構(gòu)成一聯(lián)合熱機(jī)： 熱源：得四

36、、卡諾循環(huán)卡諾定理的意義1、 2、 ，應(yīng)盡量減少不可逆 3、 不可能， 不可能； 4、5、 熱量有效能（熱火用）：熱量無效能（熱火無）： 工程熱力學(xué) Thermodynamics四、卡諾循環(huán)卡諾定理的意義1、 2、 ，應(yīng)盡量五、變溫?zé)嵩矗ǘ酂嵩矗┑目赡嫜h(huán) 定義： 所謂平均吸熱溫度(或平均放熱溫度)是工質(zhì)在變溫吸熱(或放熱)過程中溫度變化的積分平均值。吸熱量：同理，平均放熱溫度：熱效率：平均吸熱溫度：工程熱力學(xué) Thermodynamics五、變溫?zé)嵩矗ǘ酂嵩矗┑目赡嫜h(huán) 定義： 所謂平均吸熱溫度第四節(jié) 狀態(tài)參數(shù)熵考慮到Q 的正、負(fù)號 微元可逆循環(huán)a-b-c-d-a 整個可逆循環(huán)1-A-2-B

37、-1 工程熱力學(xué) Thermodynamics第四節(jié) 狀態(tài)參數(shù)熵考慮到Q 的正、負(fù)號 微元可逆循環(huán)a-b整個可逆循環(huán)1-A-2-B-1 即： 或 工程熱力學(xué) Thermodynamicsef熵整個可逆循環(huán)1-A-2-B-1 即： 或 工一.克勞修斯不等式 考慮到Q 的正、負(fù)號 微元不可逆循環(huán)a-b-c-d-a 整個不可逆循環(huán)1-A-2-B-1 第五節(jié) 克勞修斯不等式和不可逆過程的熵變工程熱力學(xué) Thermodynamics一.克勞修斯不等式 考慮到Q 的正、負(fù)號 微元即： 整個不可逆循環(huán)1-A-2-B-1 工程熱力學(xué) Thermodynamics克勞修斯不等式 熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式之一

38、即： 整個不可逆循環(huán)1-A-2-B-1 工程熱力學(xué)解：（1）作熱機(jī)時 （2）作制冷機(jī)時，按題設(shè)工作參數(shù)有 例1： 某熱機(jī)從TH=1000K的熱源吸熱2000kJ，向TL=300K的冷源放熱810kJ。（1）此循環(huán)滿足克勞修斯不等式嗎？是可逆循環(huán)還是不可逆循環(huán)？（2）若將此熱機(jī)作制冷機(jī)用，從的冷熱源吸熱時，是否可能向的熱源放熱？ 工程熱力學(xué) Thermodynamics可行、不可逆不可行解：（1）作熱機(jī)時 （2）作制冷機(jī)時，按題設(shè)工作參數(shù)二、不可逆過程的熵變 對于不可逆過程1-A-2,構(gòu)成循環(huán)1-A-2-B-1： 工程熱力學(xué) Thermodynamics二、不可逆過程的熵變 對于不可逆過程1-A

39、-2,構(gòu)成循環(huán)1-微元過程： 或 熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式之一工程熱力學(xué) Thermodynamics微元過程： 或 熱力學(xué)第三、熵流和熵產(chǎn) 熵流 熵產(chǎn) 工程熱力學(xué) Thermodynamics三、熵流和熵產(chǎn) 熵流 熵產(chǎn) 工程熱力學(xué) 第六節(jié) 熵增原理 一、孤立系的熵增原理 孤立系： 孤立系的熵增原理：孤立系統(tǒng)的熵可以增大或保持不變，但不可能減少。 工程熱力學(xué) Thermodynamics第六節(jié) 熵增原理 一、孤立系的熵增原理 孤立系： 熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式之一熵增原理的應(yīng)用： 工程熱力學(xué) Thermodynamics熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式之一熵增原理的應(yīng)用： 工程熱力學(xué) 解 （1）

40、工程熱力學(xué) Thermodynamics 例1： 某熱機(jī)從TH=1000K的熱源吸熱2000kJ，向TL=300K的冷源放熱810kJ。（1）此循環(huán)可行嗎？是可逆循環(huán)還是不可逆循環(huán)？（2）若將此熱機(jī)作制冷機(jī)用，從TL=300K冷熱源吸熱810kJ時，是否可能向TH=1000K的熱源放熱2000kJ？ 解 （1）工程熱力學(xué) Thermodynamics 例（2）工程熱力學(xué) Thermodynamics（2）工程熱力學(xué) Thermodynamics例3 設(shè)兩恒溫物體A和B，溫度分別為1500K和500K。試根據(jù)熵增原理計算分析下面兩種情況是否可行？若可行是否可逆？（1）B 向A 傳遞熱量1000k

41、J; （2） A 向B 傳遞熱量1000kJ 解 （1）工程熱力學(xué) Thermodynamics例3 設(shè)兩恒溫物體A和B，溫度分別為1500K和500K。試（2）同理，對于A放出熱量和B得到熱量的情況，有工程熱力學(xué) Thermodynamics（2）同理，對于A放出熱量和B得到熱量的情況，有工程熱力學(xué) 例4 將0.5kg溫度為1200的碳鋼放入盛有4kg溫度為20的水的絕熱容器中，最后達(dá)到熱平衡。試求此過程中不可逆引起的熵產(chǎn)。碳鋼和水的比熱容分別為 和 解 首先求平衡溫度 工程熱力學(xué) Thermodynamics例4 將0.5kg溫度為1200的碳鋼放入盛有4kg溫度為 水的熵變碳鋼的熵變水和碳鋼所構(gòu)成的孤立系的總熵增，即該過程的熵產(chǎn)工程熱力學(xué) Thermodynamics水的熵變碳鋼的熵變水和碳鋼所構(gòu)成的孤立系的總熵增，即該過程的二、絕熱系（控制質(zhì)量）的熵增原理絕熱系： 應(yīng)用： 閉 口 系： 穩(wěn)定流動系： 工程熱力學(xué) Thermodynamics二、絕熱系（控制質(zhì)量）的熵增原理絕熱系： 解 : 根據(jù)絕熱過程的判據(jù) 來確定。（1）已知例5 初態(tài)為0.1MPa、15的空氣在壓縮機(jī)中被絕熱壓縮到0.5MPa,