工程热力学课件 热力学总结
工程热力学-热力学第一定律
减排措施
根据热力学第一定律，减少不必要的能量损失和排放是可行的，例如通过改进设备的保温性能和减少 散热损失来降低能耗。
环境保护
可持续发展
减少污染
热力学第一定律强调能量的有效利用和转换， 这有助于推动可持续发展，通过更环保的方 式满足人类对能源的需求。
该定律是热力学的基本定律之一，它 为能量转换和利用提供了理论基础。
内容
热力学第一定律可以表述为：在一个封闭系统中，能量总和保持不变，即能量转 换和传递过程中，输入的能量等于输出的能量加上系统内部能量变化。
该定律强调了能量守恒的概念，即能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化 为另一种形式。
符号和单位
热力平衡状态下的应用
能量转换
热力学第一定律可以用于分析能量转 换过程，如燃烧、热电转换等，以确 定转换效率。
热力设备设计
在设计和优化热力设备时，如锅炉、 发动机等，可以利用热力学第一定律 来分析设备的能量平衡，提高设备的 效率。
非平衡状态下的应用
热传导
在研究非平衡状态下的热传导过程时， 可以利用热力学第一定律来分析热量传 递的方向和大小。
VS
热辐射
在研究物体之间的热辐射传递时，可以利 用热力学第一定律来分析辐射能量的交换 。
热力过程的应用
热力循环
在分析热力循环过程，如蒸汽机、燃气轮机等，可以利用热力学第一定律来计算循环效 率。
热量回收
在热量回收过程中，如余热回收、热泵等，可以利用热力学第一定律来分析回收效率。
04 热力学第一定律的推论
熵增原理
定义
熵增原理是热力学第二定律的一个推论，它指出在一个封 闭系统中，自发过程总是向着熵增加的方向进行。
工程热力学总结
闭口系统能量方程
一般式
Q
W
Q = dU + W
Q = U + W
q = du + w q = u + w
单位工质
适用条件： 1）任何工质 2) 任何过程
4
准静态和可逆闭口系能量方程
简单可压缩系准静态过程
w = pdv
q = du + pdv
q = u + pdv
简单可压缩系可逆过程
q = Tds
cn
n n
-k 1
cv
(1) 当 n = 0 p v 0 co n st p C
v
1- k
cn
n 1 1
cv
n
cn kcv cp p
(2) 当 n = 1 p v1 co n st T C cn
T
(3) 当 n = k p v k co n st s C cn 0
s
1
(4) 当 n = p n v const18 v C
热二律的表述与实质
热功转换
传热
1851年 开尔文－普朗克表述
热功转换的角度
1850年 克劳修斯表述
热量传递的角度
23
卡诺循环— 理想可逆热机循环
1-2定温吸热过程， q1 = T1(s2-s1) 2-3绝热膨胀过程，对外作功 3-4定温放热过程， q2 = T2(s2-s1) 4-1绝热压缩过程，对内作功
Tds = du + pdv
热力学恒等式
Tds = u + pdv 5
稳定流动能量方程
q
h
1 2
c2
gz
ws
适用条件： 任何流动工质 任何稳定流动过程
工程热力学课件完整版
第三章 理想气体的性质
基本要求： 1、熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式； 2、正确理解理想气体比热容的概念，熟练应用比热容计算理想 气体热力学能、焓、熵及过程热量； 3、掌握有关理想气体的术语及其意义； 4、掌握理想气体发生过程； 5、了解理想气体热力性质图表的结构，并能熟练应用它们获得 理想气体的相关状态参数。
T
不可逆过程的熵增（过程角度）
q
T
0
克劳休斯积分不等式（循环角度）
dsiso 0
孤立系统角度
ds sf sg 非孤立系统角度
熵、热力学第二定律的数学表达式
1. 熵的定义
ds qre
T
2. 循环过程的熵
3. 可逆过程的熵变
qre Tds
ds 0,则 q 0 可逆过程中ds 0,则 q 0
dv
q cndT Tds
T s
n
T cn
T ,定容过程 cV
T ，定压过程 cp
4个基本过程中的热量和功的计算
2
2
1、定容过程
w pdv 0 1
wt 1 vdp v( p2 p1)
2、定压过程
qv u cv (T2 T1)
2
w 1 pdv p(v2 v1)
热力学上统一规定：外界向系统传热为正，系统向外界传热为负。
可逆过程的热量
T
1
B
qre = Tds
T
A
2
q
ds qrev
T
S1
S dS S2
q “+”
q “-”
热力循环
功：工质从某一初态出发，经历一系列热力状态后，又回到原来 初态的热力过程称为热力循环，即封闭的热力过程，简称循环。
工程热力学1总结pptx解析
s
s
s
定压吸热 q1=h1—h4 定压吸热 q1=q14+q1’5 定压吸热 q1=h1—h6
定压放热 q2= h2—h3 定压放热 q2= h2—h3 定压放热 1 h2 h3
绝热膨胀 wT= h1—h2
绝热膨胀（或定熵） wT (h1 h5 ) (h1 h2 )
绝热膨胀wT wT1 wT 2 wT1 h1 hA
wT 2 (1)hA h2
绝热压缩 wP= h4—h3 绝热压缩wP= h4—h3 绝热压缩 wp wp34 wp56
w0 q1 q2 wT wP
热效率
t
w0 q1
;
耗汽率 d 3600 kg/(kW.h)
w0
六、制冷循环
循环
空气压缩制冷
蒸汽压缩制冷
T-s图上的表示
吸热过程 放热过程 膨胀过程 压缩过程 耗循环净功 经济指标
(刚性容器)
定压过程
h cpT
w pv wt 0 （p=定值） (换热器 )
定温过程
T s（可逆）
w wt T s （可逆）（Ｔ＝定值）
设备名称
能量方程
其它
汽轮机等 绝热过程 压气机等
wt h1 h2 wc h2 h1
相对内效率 oi wT ' wT 绝热效率 cs wc wc'
4、大型计算和分析： 数量、经济性、安全性的结论
如何拿分
1、多写： 一点也不会的，写一点理想气体状态方程， 写一个稳定流动能量方程，写一个可用能 损失方程，画一些p-v图、T-s图，总比空 那儿好，说不定给你两分呢。
2、分步： 千万不要一套参数丢进去，一个结果跳出 来，迷信活动一样，要分步，这样即使有 一步错了，也不会扣太多分，由此连带的 错误结果说不定就不扣分了
工程热力学总结
工程热力学总结第一章,基本概念工质： 实现热能和机械能相互转化的媒介物质。
热源（高温热源） ：工质从中吸取热能的物系。
冷源（低温热源） ：接受工质排出热能的物系。
热力系统（热力系）：人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。
系统选择有任意性，可以是物质（气体，也可以是气缸(工具)）。
外界：热力系统以外的部分。
边界：系统与外界之间的分。
系统分类（按能量物质交换分类）闭口系统：系统与外界无物质交换，系统内质量（关键看质量，只要质量不变，即使气体空间位置发生变化，仍为闭口系，漏气问题常用）恒定不变，也称控制质量开口系统：系统与外界有物质交换，系统被划定在一定容积范围内，也称控制容积 绝热系统：系统与外界无热量交换孤立系统：系统与外界既无能量交换，也无物质交换简单可压缩系统：系统与外界只有热量与容积功交换（现如今均为简单可压缩）。
热力学状态：工质在热力变化过程中某一瞬间呈现出来的宏观物理状况，简称状态（了解即可）状态参数：描述工质所处状态的宏观物理量。
如温度、压力体积、焓（H ）、熵(S)、热力学能（u ）等。
状态参数其值只取决于初终态，与过程无关。
常用的状态参数有: 压力P 、温度T 、体积V 、热力学能U 、焓H 和熵S.其中压力P 、温度T 和体积V 可直接用仪器测量，称为基本状态参数。
其余状态参数可根据基本状态参数间接算得。
5）(了解即可)状态参数有强度量与广延量之分： 强度量：与系统质量无关，如P 、T 。
强度量不具有可加性。
广延量：与系统质量成正比，如V 、U 、H 、S 。
广延量具有可加性。
广延量的比参数（单位质量工质的体积、热力学能等）具有强度量的性质，不具有可加性。
基本状态函数温度（t ） t(℃)=T(K)-273.15压强：绝对压力p 、表压力P g 、真空度p v 及大气压力之间的关系 比体积：单位质量物质所占的体积 单位：m3/kgv 与ρ互成倒数，即：v ρ＝1平衡态：不受外界影响的情况下，系统宏观状态量量保持不变 实现平衡的充要条件：两个平衡热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的传递 力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位移状态参数坐标图：对于简单可压系统，由于独立参数只有两个，可用两个独立状态参数组成二维平面坐标系，坐标图中任意一点代表系统某一确定的平衡状态，任意一平衡状态也对应图上一个点，这种图称状态参数坐标图。
工程热力学课件ppt
热力系统的环境影响评价
环境影响
环境影响是指人类活动对环境产生的各种影响，包括正面和负面 影响。
生命周期评价
生命周期评价是一种用于评估产品或服务在整个生命周期内对环境 的影响的方法。
热力系统的环境影响
热力系统在运行过程中会产生各种环境影响，如排放污染物、消耗 能源等。
可持续性与可再生能源在热力学中的应用
高效热力系统的研究与开发
高效热力系统设计
针对不同应用场景，研究开发高效热 力系统，如高效燃气锅炉、高效空调 系统等，通过优化系统结构和运行参 数，降低能耗和提高能效。
高效热力系统评估
建立和完善高效热力系统的评估体系 ，制定相关标准和规范，为实际应用 提供指导和依据。
热力学在可再生能源利用中的应用
热力学在工程中的应用
热力发动机
热力发动机原理
热力发动机利用燃料燃烧产生的 热能转化为机械能，通过活塞、 转子或涡轮等机构输出动力。
热力发动机类型
热力发动机有多种类型，如内燃 机、蒸汽机和燃气轮机等，每种 类型都有其特点和应用领域。
热力发动机效率
提高热力发动机效率是重要的研 究方向，通过优化设计、改善燃 烧过程和减少热量损失等方法可 以提高效率。
新型热力材料与技术
新型热力材料
随着科技的发展，新型热力材料不断涌现，如纳米材料、复合材料等，这些材料 具有优异的热物理性能和热力学特性，为热力系统的优化和能效提升提供了新的 可能性。
新型热力技术
新型热力技术如热管技术、热泵技术、热电技术等在工程热力学领域的应用越来 越广泛，这些技术能够实现高效能的热量传递和转换，提高能源利用效率。
要点二
详细描述
热力系数是衡量热力学系统转换效率的参数，表示系统输 出功与输入功的比值。它反映了系统转换能量的能力，是 评价系统性能的重要指标之一。热力效率是衡量系统能量 转换效率的参数，表示系统输出有用功与输入总功的比值 。它反映了系统在能量转换过程中的损失程度，也是评价 系统性能的重要指标之一。
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第一章基本概念1. 基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。
边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。
外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。
闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。
开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。
绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。
孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。
单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。
复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。
单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。
多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。
均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。
非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。
热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。
平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。
状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。
如温度（T）、压力（P）、比容（u ）或密度（p ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。
基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。
温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。
热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。
压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。
相对压力：相对于大气环境所测得的压力。
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§1-2 热力状态
压力p测量
一般是工质绝对压力与环境压力的相对值 ——相对 压力
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
工程热力学
当 p > pb 当 p < pb
绝对压力与相对压力
表压力 pe 真空度 pv
p
p pe pb p pb pv
pe
pv
pb
p
工程热力学
例1：已知当地大气压力pb,及压力表1、 2的读数分别为pg1，pg2。求pg3？ 解：⑴压力表1测得的是A室的 相对压力，故
p g 1 p A p b p A p g 1 p b
⑵压力表2测得的也是A室的相对压力，但它处在B室环境中，故
p g 2 p A p B p B p A p g 2
⑶压力表3测得的是B室的相对压力，故
pg3 pBpb
工程热力学
§1-3 热力状态
其它压力测量方法
高精度测量：活塞式压力计 工业或一般科研测量：压力传感器
过热器
锅 炉
汽轮机
发电机 凝 汽 器
给水泵
工程热力学
只交换功 既交换功 也交换热
只交换热
边界特性
固定、活动
§1-2 热力系统
真实、虚构
工程热力学
§1-2 热力系统
2 热力系统分类
以系统与外界关系划分： 有
是否传质
开口系
是否传热
非绝热系
是否传功
非绝功系
是否传热、功、质 非孤立系
工程热力学
无 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系
工程热力学
§1-1 热能和机械能转换
热能动力装置：
从燃料燃烧中得到热能，并利用热能得到动力的设备。
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第三定律
绝对熵
“工程热力学”课程总结
过程
热力过程
化学反应过程
闭开 口口 系系
循环 热机
制冷 热泵
热 热 内燃机 外燃机 力力 过 过 柴 汽 燃气 蒸汽 程 程 油 油 轮机 动力
空 蒸吸 气 气收 压压
缩缩
“工程热力学”课程总结
工质
研究方法
状态参数全 微分特征 Maxwell式 微分关系式 比热关系式 状态方程
“工程热力学”课程总结
一
质第
第
第
般
量一
二
三
概
守定
定
定
念
恒律
律
律
过程
工质
“工程热力学”课程总结
一般概念 平衡、准静态、可逆、状态参数等
“工程热力学”课程总结
第一定律
能的数量关系
闭口、开口、循环 化学反应（反应热）
“工程热力学”课程总结
第二定律
能的质量
表述、卡诺定理 克氏不等式、熵、Ex、作功能力损失 过程方向、最大（小）功，化学平衡判据
21℃ ， 600
kPa
qm
1
2 qm/2 82℃ ， 100
kPa -40℃ ， 100
3 qm/2 kPa
符合热力学第一定律和第二定律，所以 装置可行 。但是理论上讲，不是最佳， 因为有有效能损失。最佳设计应在满足 设计条件下，尽量满足 Siso 0
理想循环，试在T－s图上表示这些循环，并确
定它们的热效率
pb
T
b
v
s
a
c
p
v
v
s
c
a
p
s
pb p c v a dp/dv=常数
T
bp c v
dp/dv=常数
a
v
s
qxi cv (Tb Ta ) cp (Tc Tb )
w
1 2
(
pb
pa
)(vc
va
)
( pb
2cv Tb
pa )(vc va )
定压过程的热量 q p c p dT
只适用于理想气体，而不适用 于实际气体
系统经历一个可逆定温过程，由于温 度没有变化，故该系统工质不能与外 界交换热量
循环净功越大，则循环的热效率也越大 熵增加的过程不一定是不可逆过程 任意可逆循环的热效率都是η＝T2/T1
试述膨胀功、技术功和流动功的意义及关 系，并将可逆过程的膨胀功和技术功表示
在p－v图上
两个相同的刚性容器（A和B）装有不同 质量的同种理想气体，加热时，容器内 的压力的初态和终态值均相等（如图所 示），说明那一容器内的质量较多
p
2 p2
A p1 1 1’
2’ B
T
理想气体方程
pV＝mRgT
因为压力任意时刻均 相等，所以温度较低 的容器（A）内一定 气体较多
定比热容的理想气体工质经历如图所示的三种
种类
理想 气体
混湿 合空 气气 体
实际 气体
水制 蒸冷 气工
质
答疑 机电楼915
填空 选择或者判断 简要回答问题 作图 计算题 ……
判断下述说法对错，并简述理由
动力循环的热效率小于等于1
不可逆过程可以自发进行。 对于任意一个过程，热力学第二定 律对系统的要求是熵变大于等于0
工质经过任何一个循环的熵变均不 为零
Ta k(Tc Tb )
＝1 2cvTb源自( pb pa )(vc va )
1
pa pb
k
vc va
1
p b
p
c
T
s T
a v
p
b T
1
c pTa
ln
Tb Tc
ln Tb 1 Tc
c p (Tc Tb )
Tc 1
Tb
c s a s
有人设计了一种特殊装置，它可使一股氮 气（通过这种装置）分离成两股流量相等， 压力相同的氮气，其中一股为高温，另一 股为低温，参数如图所示，试通过定量计 算论证这种装置是否可行？从理论上讲这 一设计是否是最佳设计？氮气作理想气体 处理，并取定值比热容，