工程热力学与传热学(第十二讲)6-1、2
传热学与工程热力学的区别
传热学与工程热力学的区别
传热学与工程热力学是热力学的两个分支学科。
传热学研究物质内部和相邻物质之间的热量传递规律，探究热量传递的机理及其影响因素。
而工程热力学则是将传热学的知识应用于工程实践中，研究热力系统中的热力学问题，如热力循环、热力转化等。
两者的区别在于研究对象和研究内容的不同，传热学侧重于基础理论的探究，而工程热力学则更关注实际工程应用中的问题解决。
然而，两者之间存在着密切的联系和互相促进的关系，传热学为工程热力学提供了基础理论支撑，而工程热力学则通过实践验证和应用推广，反过来又促进了传热学的发展和完善。
- 1 -。
工程热力学与传热学概念整理
工程热力学与传热学概念整理工程热力学第一章、基本概念1.热力系：根据研究问题的需要，人为地选取一定范围内的物质作为研究对象，称为热力系（统），建成系统。
热力系以外的物质称为外界；热力系与外界的交界面称为边界。
2.闭口系：热力系与外界无物质交换的系统。
开口系：热力系与外界有物质交换的系统。
绝热系：热力系与外界无热量交换的系统。
孤立系：热力系与外界无任何物质和能量交换的系统3.工质：用来实现能量像话转换的媒介称为工质。
4.状态：热力系在某一瞬间所呈现的物理状况成为系统的状态，状态可以分为平衡态和非平衡态两种。
5.平衡状态：在没有外界作用的情况下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。
实现平衡态的充要条件：系统内部与外界之间的各种不平衡势差（力差、温差、化学势差）的消失。
6.强度参数：与系统所含工质的数量无关的状态参数。
广延参数：与系统所含工质的数量有关的状态参数。
比参数：单位质量的广延参数具有的强度参数的性质。
基本状态参数：可以用仪器直接测量的参数。
7.压力：单位面积上所承受的垂直作用力。
对于气体，实际上是气体分子运动撞击壁面，在单位面积上所呈现的平均作用力。
8.温度T：温度T是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的参数。
换言之，温度是热力平衡的唯一判据。
9.热力学温标：是建立在热力学第二定律的基础上而不完全依赖测温物质性质的温标。
它采用开尔文作为度量温度的单位，规定水的汽、液、固三相平衡共存的状态点（三相点）为基准点，并规定此点的温度为273.16K。
10状态参数坐标图：对于只有两个独立参数的坐标系，可以任选两个参数组成二维平面坐标图来描述被确定的平衡状态，这种坐标图称为状态参数坐标图。
11.热力过程：热力系从一个状态参数向另一个状态参数变化时所经历的全部状态的总和。
12.热力循环：工质由某一初态出发，经历一系列状态变化后，又回到原来初始的封闭热力循环过程称为热力循环，简称循环。
13.准平衡过程：由一系列连续的平衡状态组成的过程称为准平衡过程，也成准静态过程。
《高等工程热力学与传热学》(2012)
1.4 热力学第一定律 ·······················································································10
1.4.1 功 ·············································································································· 10 1.4.2 热力学第一定律···························································································· 10 1.4.3 能量 ··········································································································· 11 1.4.4 状态原理 ····································································································· 11 1.4.5 热量 ··········································································································· 12 1.4.6 能量方程 ····································································································· 12 1.4.7 能量方程的应用···························································································· 13
12第四版工程热力学总结第12章18页PPT文档
（3）可求得烟气中水蒸气的分压力：
pH 2 OH 2 O p0 .0 8 0 .10 .0M 08P17 a
谢谢！
18
9
12-7 湿空气过程及其应用
三、冷却过程—冷却去湿过程
当湿空气被冷却到露点温度时达到饱和状态，若继续冷 却，则将有水蒸气凝结析出，实现去湿的目的。
四、加湿过程
1 喷水加湿过程
工程上可近似地把喷水加湿过 程按定焓过程处理。
d
t
2 喷蒸汽加湿过程
按定温过程处理。
d h
10
选择最合适的一个答案：
（2）各组元的质量分数：
16
（2）各组元的质量分数：
w C2O C2O M M C e2 q O0.1 224.1 942 1% 8
wN2
N2
MN2 0.8 287% 7
Meq
2.912
w H 2 O 1 w C 2 O w N 2 1 1 % 8 7 % 7 5 %
，用Td表示。即在一定的Pv下未饱和湿空气冷却到饱和湿空
气时（将结出露珠）的温度。
5
第12章 内容回顾
四、湿空气的状态参数
1. 绝对湿度：每1m3湿空气中所含的 水蒸气的质量。
v
mv V
Pv RgvT
2. 相对湿度：即为湿空气中水蒸汽的分 压力与相同温度的饱和湿空气中水蒸汽分 压力之比。
12第四版工程热力学总结第12章工程热力学第四版工程热力学第四版答案工程热力学第四版pdf工程热力学第四版视频工程热力学第四版课件工程热力学总结工程热力学章学来答案热力学第一定律总结化工热力学第六章
第12章 理想气体混合物和湿空气
工程热力学与传热学热工学第12章Radiation Heat Transfer
式中α、ρ和τ分别为吸收率、反射率和透射率。
对于大多数的固体和液体： 0, 1
对于不含颗粒的气体： 对于黑体：
图2 物体对热辐射 的吸收反射和穿透
0, 1
1镜体或白体：
1 透明体：
1
Your company slogan
黑体、白体和透明体都是假定的理想物体
a 辐射不依靠物质的接ຫໍສະໝຸດ 进行热量传递，可以在真空中进行。 b 辐射换热过程伴随能量形式的两次转化。 c 任何物体，只要温度高于0K，就会不停地向周围空间发 出热辐射；辐射换热是指物体之间相互辐射和吸收的总效 果。当物体与环境处于热平衡时，其表面上的热辐射仍在 不停地进行，但其辐射换热量等于零。
Your company slogan
c1 — 第一辐射常数，3.743×10-16 Wm2； c2 — 第二辐射常数，1.4387×10-2 mK；
图12-6是根据上式描绘的黑体光谱辐射力随波长和温度的依变
关系。可见某一温度下的Ebλ有一个最大值，对应波长为λm， λm与 T 的关系由维思Wien位移定律给出，
mT 2.8976103 m K
Your company slogan
(3) 兰贝尔余弦Lanbert定律
(黑体辐射的第三个基本定律) ：
它给出了黑体定向辐射与立体角的关系。
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4 基尔霍夫定律（实际物体与灰体的辐射）
实际物体的辐射力与同温度黑体的辐射力之比称为该 物体的黑度（或发射率）。
辐射与黑体在形式上完全一样，只是减小了一个相
同的比例。 自然界中并不存在灰体，仅作为一种假想物体。
Your company slogan
工程热力学与传热学-§6-2 活塞式内燃机循环
4）排气冲程5-0：活塞到下死点5时，排气阀打开，部分废 气排出，而活塞移动极微，接近定容降压过程。活塞开始上 行，将气缸中剩余气体排出，完成一个实际循环。
5
§6-2 活塞式内燃机循环
(2)活塞式内燃机理想循环
6
§6-2 活塞式内燃机循环
活塞式内燃机理想混合加热循环（萨巴德循环）
1－2：可逆绝热压缩过程； 2－3：可逆定容加热过程； 3－4：可逆定压加热过程； 4－5：可逆绝热膨胀； 5－1：可逆定容放热过程。
7
§6-2 活塞式内燃机循环
2. 活塞式内燃机理想循环分析
为了说明内燃机的工作过程对循环热效率的影响， 引入下列内燃机的特性参数： 压缩比：
18
第六章小结
(1) 掌握朗肯循环的工作过程。 (2) 了解朗肯循环效率的影响因素及提高循环效率的途径。 (3) 了解活塞式内燃机的循环工作过程、三种理想循环的构成 及影响循环热效率的主要因素。
19
作业 P150-151 习题 6-5、9、12、13
20
21
（2） 定容加热循环 （奥图Otto循环)
定压预胀比： 汽油机和煤气机的理想循环 循环热效率：
12
§6-2 活塞式内燃机循环
（3）定压加热循环 （狄塞尔循环)
定容升压比： 循环热效率： 早期低速柴油机的理想循环，现已被淘汰。
13
§6-2 活塞式内燃机循环
3. 影响内燃机理想循环热效率的主要因素 （1） 压缩比 的影响
§6-2 活塞式内燃机循环
§6-2 活塞式内燃机循环
气体动力循环分类：
活塞式：汽车，摩托，小型轮船 按结构
工程热力学与传热学：1-2 平衡状态及状态参数
3. 结论： 只有在系统内部和系统与外界之间一切不平衡的 势差都消失时，系统的一切宏观变化才可停止， 热力系统所处的状态为平衡状态。
不平衡状态的系统，在没有外界条件的影响下， 总会自发地趋于平衡状态。
思考
两个不同概念 “平衡”和“均匀”
1-2-3 基本状态参数
1. 温度
（1）温度 （temperature） 是标志物体冷热程度的参数。
➢ 真空度（vaccum）
用 Pv 表示
Pe
P
Pb
0
Pb Pv
P0
绝对压力，表压力，真空度，大气压力之间的关系
pb
当 p＞ pb 时
p
p = pb + pe
pe
pb
当 p＜ pb 时
p
p = pb - pv
pv
3. 比体积及密度 （1）比体积（specific volume）
单位质量的物质所占的体积，单位 m3/kg。 用v 表示。
c: 工程热力学只研究平衡状态。
2.充要条件 （1）热平衡：
组成热力系统的各部分之间没有热量传递， 是否存在温度差是判断系统处于热平衡的条件。
（2）力平衡： 组成热力系统的各部分之间没有相对位移， 是否存在压力差是判断系统处于力平衡的条件。
（3）化学平衡： 化学反应宏观上停止，反应物和生成物的化学位 相等是实现化学平衡的充要条件。
➢状态参数的值只取决于给定的状态，与如何达到 这一状态的途径无关
1-2-2 平衡状态（equilibrium state）
1.平衡状态： 一个热力系统，如果在不受外界影响的条件下，
系统的状态能够始终保持不变，则系统的这种状态 为平衡状态。 说明 a ：工质的宏观性质不随时间而变化的状态；
工程热力学和传热学课程教学大纲
《工程热力学与传热学》课程教学大纲Thermodynamics and Heat Transfer课程名称：工程热力学与传热学课程编号：130106009课程性质：专业基础课（必修）学时：32（含4学时实验学时）学分：2.0适用对象：机械设计制造及其自动化专业、机械设计制造及其自动化专业（卓越计划试点专业）、机械设计制造及其自动化专业（核电装备工程）、机械设计制造及其自动化专业（机械电子）、材料控制与成型专业先修课程：《高等数学》、《大学物理》等课程负责人：肖佩林大纲执笔人：肖佩林审核人：罗金良一、课程目标该课程为专业基础课程可以支撑毕业要求1、2的达成。
在阐述热力学普遍原理、热量传递机理的基础上，从工程观点来研究热能与其他形式能量间的转换规律、热量传递规律，研究热力学原理、传热学原理在技术上的各种具体应用。
通过本课程的学习可以使同学们掌握遵循能量传递和转换技术的客观规律来合理组织和优化各种热力系统的工程方法；能有效地使用增强或削弱传热的措施来解决工程实际问题。
二、课程的主要教学内容和教学方法第一篇工程热力学第一章基本概念1．基本内容：热力系统；平衡状态及状态参数；状态方程与状态参数坐标图；准平衡过程与可逆过程；功量与热量。
2．教学基本要求：了解：热功转换关系；热力循环及其性能指标。
掌握：热力系统及其分类；平衡状态及状态参数；状态参数的数学特征；准平衡过程和可逆过程的定义及区分；可逆过程功和热量的计算。
3．教学重点难点：重点：热力系统及其分类；平衡状态及状态参数；可逆过程与准平衡过程的区别与联系。
难点：准平衡过程和可逆过程。
4．教学方法：多媒体教学法、提问法、课堂讨论法。
5．与毕业要求的对应关系：学生能正确理解热能转换中常用的一些术语，基本概念；掌握热力系及其分类，平衡状态和状态参数，状态参数的数学特征；了解实际热力循环的类型及其性能指标。
第二章热力学第一定律1．基本内容：热力系统的储存能；热力学第一定律的实质；闭口系统的热力学第一定律表达式；开口系统的稳定流动能量方程式；稳定流动能量方程式的应用。
工程热力学和传热学
e 制 冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵； 高温水源热泵 f 新能源：太阳能；燃料电池
热能在热机中的转换过程
一、热能动力装置中热能转换为机械能的过程
热能动力装置
蒸汽动力装置 内燃动力装置
1.内燃动力装置
燃气进 口
排入大气
2.蒸汽动力装置
二、制冷装置中热量从低温处传递到高温处的过程
q1 3 冷凝器 膨 胀 阀 2
内燃机石油热能热能机械能对外做功燃烧一热量的传递传热热能转化为机械能机械设备的热分析燃机燃料的燃烧工程热力学和传热学的研究内容及其在科学技术和工程中的应用工程热力学和传热学在生产技术等众多领域中应用十分广泛
工程热力学和传热学
第一篇 工程热力学
第二篇
传热学
第一章
• 热能及其利用
概
论
• •
工程热力学的研究对象、内容和方法 传热学的研究对象
关心的是热量传 递的过程，即热 量传递的速率。
铁块, M1 300oC
Φ
传热学： t ( x, y, z , )
Φ f ( )
水，M2 20oC
热能转化为机械能（机械设备的热分析）
工程热力学和传热学 的研究内容及其在科学技术和 工程中的应用
热电厂 (热能机械能)
汽车(热能机械能)
飞机 (热能机械能)
冰箱(机械能热能)
工程热力学和传热学在生产技术等众多领域中 的应用十分广泛：
特别是在下列技术领域大量存在、
工程热力学和传热学问题
动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新 能源、微电子、核能、航空航天、微机电 系统（MEMS）、新材料、军事科学与技术、 生命科学与生物技术…
压缩机
w
4
q2 蒸发器
工程热力学第12讲-第7章-1热力学基本关系式、稀溶液
从公式(2)，(4)导出
U H T ( )V ( )p S S U A p ( ) S ( )T V V H G V ( ) S ( )T p p
从公式(3)，(4)导出
A G S ( )V ( ) p T T
Maxwell 关系式
或
(G)T , p,W 0
等号表示可逆过程，不等号表示是一个自发的不可逆过程
自由焓判据： 自发变化总是朝着自由焓减少的方向进行。
自由焓判据
定温定压系统 可用自由焓变G 判断反应的自发性
GT , P 0
自发
GT , P 0
GT , P 0
平衡
非自发
GT , P W '
'
代入不等式中
dU P外dV W ' dS T
'
则 TdS dU P外 dV W
第一定律和第二定律的联合表达式
亥姆霍兹自由能A的引出
定温定容体系
定温 联合表达式
TdS d（TS）
定容
dV 0
'
则 TdS dU P外 dV W
d (TS ) dU W
所以
压力的变化值。
H ( )T 值，即等温时焓随 只要知道气体的状态方程，就可求得 p
H V ( )T V T ( ) p p T
Maxwell 关系式的应用二
例1 证明理想气体的焓只是温度的函数。
所以，理想气体的热力学能只是温度的函数。
Maxwell 关系式的应用一
U 例2 利用 ( )T 的关系式，可以求出气体在状 V 态变化时的 U 值。设某气体从P1,V1,T1至P2,V2,T2，
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第六章理想气体的热力过程
第一节研究过程的目的和方法
研究过程的目的：
①确定工质在热力过程中状态参数变化的规律；
②确定热能与机械能相互转化的数量关系；
③分析能量变化的特性。
实际的热力过程往往是非常复杂的，都是一些可逆过程。
但是多数情况下，通过合理的假设或理想化，根据过程的特点，可以将工质中的常见过程概括为一个或几个简单的、典型的可逆过程。
工质的基本热力过程包括：定压过程、定容过程、等温过程和绝热过程等。
分析热力学过程的方法和步骤：
（1）根据过程的特征和热力性质，将过程的规律表示为过程方程式P=f(v);
(2)根据过程方程式和热力过程确定过程状态参数的变化规律（既初、终态参数间的关系）；
（3）在p-v图和T-s图上画出过程曲线，并分析过程的方向；
（4）计算系统中工质的内能变化量、焓的变化量，确定过程的容积功（封闭系统）、技术功（开口系统）以及系统与环境交换的热量。
说明：①在研究热力学过程中，功和热均以1kg气体计算，并假定比热不随温度而变化（即c p、c v为常数）。
②如无说明时，本章讨论的过程均指理想气体的可逆热力过程。
第二节基本热力过程分析（一）
一、定容过程
定容过程：一定量工质在状态变化中始终保持体积不变的热力过程称为定容过程。
在工程上某些热力设备中工质的加热过程，由于过程进行的非常快，气体的
压力和温度突然升高很多，体积几乎来不及发生改变，就可以认为是定容过程。
如炸药爆炸、内燃机的做功冲程等。
1．过程方程
定容过程中，因为工质的比容始终保持不变，所以
v=常数
2．初、终状态参数关系
根据理想气体状态方程PV=RT 和过程方程，可求的定容过程初、终状态参数之间的关系为
即定容过程中理想气体的压力与绝对温度成正比。
3．p-v 图，T-s 图
因为v=常数，所以在p-v 图上，定容过程为一条垂线。
如图6-1（a ）所示。
在定容加热时，压力随温度的升高而增大，线段1-2为定容加热过程； 在定容放热时，压力随温度的升高而减少，线段1-2/为定容放热过程。
按照比熵的定义式ds=dq/T
和真实比热定义式
c=dq/dT ，可得定容过程
中
dq v =Tds=c v dt
故定容过程在T-s 图上的过程曲线的斜率
因为T>0，c v >0，所以，斜率为正值，并且随温度的升高而增加。
因此，定容过程在T-s 图上为一条向上的指数曲线，如图6-1（b ）所示。
因为点2的比熵大于点1；点2/的比熵小于点1，所以1-2为定容加热过程；1-2/为定容放热过程。
2
1v v =1
21
2T T P P =
v
c T
v ds
dT v k =
=)(
)
16(-
4．能量计算与分析
理想气体的内能和焓是温度的单值函数，以定值比容计算时有
Δu=c v (T 2-T 1) ΔH=c P (T 2-T 1)
因为定容过程中dv=0。
，所以比膨胀功为零，即
比技术功为
定容过程种的热量可用定容比热进行计算
Q v =c v (T 2-T 1)
由封闭系统可逆过程的热力学第一定律可知，
因为定容过程的膨胀功为零，所以
Q v =Δu
结论：定容过程中，环境加给封闭系统的热量全部用于增加系统的内能；
反之，封闭系统向环境放出的热量全部由系统内能的减少来补充。
此结论适用于任何工质。
要求：P54-例6-1必看
p
v
a)
（定容过程
图16-
T
b)
（s
⎰
==
2
1
pdv w v )(2
1
21⎰-=-=p p v vdp w v
t ，)
26(-⎰
+∆=2
1
pdv
u q
二、定压过程
定压过程：一定量工质在状态变化中始终保持压力不变的热力过程称为定压过程。
如：锅炉中水蒸气的产生过程；蒸汽在冷凝器中的凝结过程等。
1．过程方程
定压过程中，工质的压力始终保持不变，所以过程方程为
P=常数
2．初、终状态参数关系
根据理想气体状态方程PV=RT 和过程方程，可求得定压过程初、终状态参数之间的关系为
即定压过程中理想气体的比容与绝对温度成正比。
3．p-v 图，T-s 图
因为P=常数，所以在p-v 图上，定压过程为一条水平线。
如图6-2（a ）所示。
在定压加热时，比容随温度的升高而增大，工质膨胀，线段1-2为定压加热过程；
在定压放热时，比容随温度的升高而减少，工质被压缩，线段1-2/为定压放热过程。
由比熵定义ds=dq/T 和真实比热定义c=dq/dT 可得定压过程中存在
dq p =Tds=c p dT
所以，定压过程在T-s 图上的过程曲线斜率为
2
1P P =1
21
2T T v v =
定容过程
图16-p
v
a)
（
T
b)
（定值
因为T>0，c p >0，所以斜率为正值，并且随温度T 的升高为增加。
即定压过程在T-s 图上是一条向上翘的指数曲线，如图6-2（b ）所示。
比较式（6-1）和式（6-3），
因为在同一温度下同种气体的定压比热总是大于定容比热，即
c p >c v ,所以
k p >k v ,
即T-s 图上同一温度下定容过程线的斜率比定压过程线的斜率大，定容过程线比定压过程线陡。
如图6-2（b ）所示。
4．能量计算与分析
内能和焓的变化量，以定值比热计算时，为
Δu=c v (T 2-T 1) Δh=c p (T 2-T 1)
定压过程中压力不变，所以比膨胀功为
当T 2-T 1=1K 时，R=w p
说明理想气体常数R 在数值上等于1kg 质量的理想气体在定压过程中温度升高1K 时所做的膨胀功。
因为定压过程中dp=0，所以比技术功为零，即
定压过程中单位质量工质与外界交换的热量为
q p =c p (T 2-T 1)
定压过程中的热量，由封闭系统热力学第一定律得
q p =Δu+w p
p
c T
p ds
dT p k ==)()
36(-)
()(122
1
12T T R v v p pdv w p -=-==
⎰
)
46(-⎰=-=2
1
0vdp w v
t ，
说明封闭系统中定压过程的吸热量，一部分用于增加系统的内能，其余部分用于对外界做膨胀功。
对开口系统，由热力学第一定律得
q p=Δh+w t(w t，p=0)=Δh
结论：外界加给开口系统的热量等于工质焓值的增量；反之，系统向外界放出的热量全部由工质焓值的减少来补偿。
此结论适用于任何工质。
要求：看懂P56-例6-2
小结：理解理想气体的定容过程和定压过程的过程方程、初、终态参数关系即p-v图和T-s图。
掌握有关的能量计算与分析。
习题：。