清华大学高等热力学41页PPT
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热力学概论精品PPT课件
热力学的研究对象
•研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及 其转换过程中所遵循的规律； •研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的 能量效应； •研究化学变化的方向和限度。
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2020/10/31
热力学的方法和局限性
热力学方法 •研究对象是大数量分子的集合体，研究 宏观性质，所得结论具有统计意义。
状态函数在数学上具有全微分的性质。
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2020/10/31
状态方程
体系状态函数之间的定量关系式称为状态方 程（state equation ）。
对于一定量的单组分均匀体系，状态函数 T,p,V 之间有一定量的联系。经验证明，只有两个 是独立的，它们的函数关系可表示为：
T=f（p,V） p=f（T,V） V=f（p,T）
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2020/10/31
热力学平衡态
当体系的诸性质不随时间而改变，则体系 就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：
热平衡（thermal equilibrium） 体系各部分温度相等。
力学平衡（mechanical equilibrium） 体系各部的压力都相等，边界不再移动。
环境（surroundings）
与体系密切相关、有相互 作用或影响所能及的部分称为 环境。
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2020/10/31
体系分类
根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类： （1）敞开体系（open system）
体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
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•研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及 其转换过程中所遵循的规律； •研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的 能量效应； •研究化学变化的方向和限度。
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热力学的方法和局限性
热力学方法 •研究对象是大数量分子的集合体，研究 宏观性质，所得结论具有统计意义。
状态函数在数学上具有全微分的性质。
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2020/10/31
状态方程
体系状态函数之间的定量关系式称为状态方 程（state equation ）。
对于一定量的单组分均匀体系，状态函数 T,p,V 之间有一定量的联系。经验证明，只有两个 是独立的，它们的函数关系可表示为：
T=f（p,V） p=f（T,V） V=f（p,T）
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2020/10/31
热力学平衡态
当体系的诸性质不随时间而改变，则体系 就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：
热平衡（thermal equilibrium） 体系各部分温度相等。
力学平衡（mechanical equilibrium） 体系各部的压力都相等，边界不再移动。
环境（surroundings）
与体系密切相关、有相互 作用或影响所能及的部分称为 环境。
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2020/10/31
体系分类
根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类： （1）敞开体系（open system）
体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
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清华大学热工基础课件工程热力学加传热学第十章-对流换热、单相流体
1）热导率，W/(mK)， 愈大，流体导热热阻愈小，
对流换热愈强烈；
2）密度，kg/m3 3）比热容c，J/(kgK)。 c反映单位体积流体热容量
的大小，其数值愈大，通过对流所转移的热量愈多，对 流换热愈强烈；
4）动力粘度，Pas；运动粘度＝/，m2/s。流体
的粘度影响速度分布与流态，因此影响对流换热；
u v 0
dy
x y
2）动量微分方程（动量守恒）
微元体
惯性力
压力差 0
dx
x
x方向: u u u xv u y F x x p x 2 u 2 y 2 u 2
D duFxxp2u 体积力
20
局部表面传热系数的变化趋势：
流动边界层厚度 与热边界层厚度t的比较 ：
两种边界层厚度的相对大小取决于流体运动粘度 与
热扩散率a的相对大小。令
对于层流边界层:Pr≥1 t ；Pr≤1 t
Pr a
对于湍流边界层: t
普朗特数
一般液体:Pr=0.6~4000；气体：Pr=0.6~0.8。 21
cp
t
uxt vyt
2t x2
2t y2
4个微分方程含有4个未知量(u、v、p、t)，方程 组封闭。原则上，方程组对于满足上述假定条件的对 流换热（强迫、自然、层流、湍流换热）都适用。15
（2）对流换热的单值性条件
1) 几何条件
1
10-1 概述
1. 牛顿冷却公式
= A h( tw－tf ) q = h( tw－tf )
h—整个固体表面的平均 表面传热系数;
tw—固体表面的平均温度; tf —流体温度，对于外部绕流，tf 取远离壁面的流体 主流温度；对于内部流动，tf 取流体的平均温度。
对流换热愈强烈；
2）密度，kg/m3 3）比热容c，J/(kgK)。 c反映单位体积流体热容量
的大小，其数值愈大，通过对流所转移的热量愈多，对 流换热愈强烈；
4）动力粘度，Pas；运动粘度＝/，m2/s。流体
的粘度影响速度分布与流态，因此影响对流换热；
u v 0
dy
x y
2）动量微分方程（动量守恒）
微元体
惯性力
压力差 0
dx
x
x方向: u u u xv u y F x x p x 2 u 2 y 2 u 2
D duFxxp2u 体积力
20
局部表面传热系数的变化趋势：
流动边界层厚度 与热边界层厚度t的比较 ：
两种边界层厚度的相对大小取决于流体运动粘度 与
热扩散率a的相对大小。令
对于层流边界层:Pr≥1 t ；Pr≤1 t
Pr a
对于湍流边界层: t
普朗特数
一般液体:Pr=0.6~4000；气体：Pr=0.6~0.8。 21
cp
t
uxt vyt
2t x2
2t y2
4个微分方程含有4个未知量(u、v、p、t)，方程 组封闭。原则上，方程组对于满足上述假定条件的对 流换热（强迫、自然、层流、湍流换热）都适用。15
（2）对流换热的单值性条件
1) 几何条件
1
10-1 概述
1. 牛顿冷却公式
= A h( tw－tf ) q = h( tw－tf )
h—整个固体表面的平均 表面传热系数;
tw—固体表面的平均温度; tf —流体温度，对于外部绕流，tf 取远离壁面的流体 主流温度；对于内部流动，tf 取流体的平均温度。
清华大学热工基课件工程热力学加传热学第十一章-PPT精品文档
Gd
0
Gd
0
Gd
0
Gd
0
Gd
3
类、温度和表面状况，是波长的函数。 ,不仅取决于物体的性质，还与投射辐射能的波 , 长分布有关。 （ 2 ）固体和液体对辐射能的吸收和反射基本上属 于表面效应 ： 金属的表面层厚度小于 1m ；绝大多数 非金属的表面层厚度小于1mm。 （3）对于固体和液体， 。 0 , 1
E E d b b 1 2
1
2
d d b b E E
9
Hale Waihona Puke 定向辐射力与辐射力之间的关系：
E
2
Ed
定向辐射力与辐射强度之间的关系：
E L o s c
辐射力与辐射强度之间的关系：
E
2
L c o s d
10
11-2 黑体辐射的基本定律
1.普朗克（Planck）定律 2.斯忒藩-玻耳兹曼（Stefan-Boltzmann）定律 3.兰贝特（Lambert）定律
注意： , （1） , 属于物体的辐射特性，取决于物体的种
镜反射与漫反射：
产生何种反射决于物体表 面的粗糙程度和投射辐射能 的波长 。
4
2. 灰体与黑体
灰体： 光谱辐射特性不随波长而变化的假想物体，即 , , 分别等于常数。
0
G d
0
G d
G G
G G
G 透射比 G 1
G G
如果投入辐射是某一波长的辐射能G ，则
热力学ppt课件
解： Qab
CV
( Tb
Ta
)
5 2
8.31( 400
300 )
2080( J
)
Qbc
RTb
ln
Vc Vb
8.31 400 ln2
2326.8( J )
Qcd CV ( Td Tc ) 2080( J )
Qda
RTd
ln
Va Vd
8.31 300 ln 1 2
1745.1(J)
5
总吸热
所进行的讨论不仅适合于蒸汽机，而且可以应用于一
切可以想象的热机，不管它们用的什么物质，也不管
它们如何动作”
－－－卡诺
14
1. 研究循环过程的理想模型——卡诺循环
思考： 试设想最简单的循环模型
P
P
等温线
等温线
V
V
0
0
是否最简单？ 要无穷多个热源才能得以实现， 循环图形的外形简单，实际过程复杂。
怎样才简单？ 热源最少。
从高温热源吸热 Q1
（可能不止一个）
代价
向低温热源放热
Q2
（可能不止一个）
对外做功 A净 Q净 Q1 Q2
效果
热机效率:
A净 Q1 Q2 1 Q2
Q吸
Q1
Q1
4
例一. 1mol 双原子分子理想气体如图循环 ？
注意是 T-V 图 斯特林循环
Tbc 400K, Tad 300K
1 2 dp 0
M
Q吸 C p ( T2 T1 )
2 3 dQ 0 T2 p2 1 T3 p1 1
3 4 dp 0
4 1 dQ 0
M
Q放 C p ( T4 T3 )
热力学完整ppt课件
01
02
空调制冷技术原理：利 用制冷剂在蒸发器内蒸 发吸收室内热量，再通 过压缩机将制冷剂压缩 成高温高压气体，经冷 凝器散热后变成低温低 压液体，如此循环实现 制冷。
节能措施探讨
03
04
05
采用高效压缩机和换热 器，提高制冷效率。
优化控制系统，实现精 准控温和智能节能。
采用环保制冷剂，减少 对环境的影响。
THANKS
感谢观看
05
化学热力学基础
化学反应热效应计算
反应热的概念及分类
反应热的计算方法及 实例
热化学方程式的书写 及意义
盖斯定律在化学热力学中应用
盖斯定律的内容及意义 盖斯定律在反应热计算中的应用
盖斯定律在相变热计算中的应用
化学反应方向判断依据
化学反应自发进行的方向判据
焓变与熵变对反应方向的影响
自由能变化与反应方向的关系
热力学完整ppt课件
目 录
• 热力学基本概念与定律 • 热量传递与热平衡 • 气体性质与过程分析 • 相变与相平衡原理 • 化学热力学基础 • 热力学在能源工程领域应用
01
热力学基本概念与定律
热力学系统及其分类
孤立系统
与外界既没有物质交换也没有能量交 换的系统。
开系
与外界既有能量交换又有物质交换的 系统。
04
相变与相平衡原理
相变现象及分类
相变现象
物质从一种相转变为另一种相的过程 ，如固、液、气三相之间的转变。
分类
一级相变和二级相变。一级相变涉及 热量的吸收或释放，体积发生变化； 二级相变无热量交换，体积不变。
相平衡条件与克拉珀龙方程
相平衡条件
在一定温度和压力下，各相之间达到动 态平衡，各相的性质和组成不再发生变 化。
清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(9)第八章-传热学绪论
方向传递。
tw1
热流量：单位时间传导的热量,W
tw2
Atw1 tw2
: 材料的热导率（导热系数）： 0
表明材料的导热能力，W/(m·K)。
x
编辑课件
3
热流密度 q :单位时间通过单位面积的热流量
qtw1tw2
A
Atw1 tw2
tw1 t w 2
tw1 tw 2 R
A
R A
称为平壁的导热热阻，表示物体对 导热的阻力，单位为K/W 。
编辑课件
10
微波： 103 m < < 106 m
微波炉就是利用微波加热食物，因微波可 穿透塑料、玻璃和陶瓷制品，但会被食物中水 分子吸收，产生内热源，使食品均匀加热。
热辐射: 由于物体内部微观粒子的热运动而使物体 向外发射辐射能的现象。
理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但 在日常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射 的波长主要在0.1m至100m之间,包括部分紫外 线、可见光和部分红外线三个波段 。
编辑课件
7
表1-1 一些表面传热系数的数值范围
对流换热类型 空气自然对流换热 水自然对流换热 空气强迫对流换热 水强迫对流换热 水沸腾 水蒸气凝结
表面传热系数 h /[W /( m2K]) 1～10
100～1 000 10～100
100～15 000 2500～35 000 5000～25 000
（1）热量从高温流体以对流换热（或对流换热
＋辐射换热）的方式传给壁面；
（2）热量从一侧壁面以导热的 高
方式传递到另一侧壁面；
温
固 体
低 温
（3）热量从低温流体侧壁面以 流
流
对流换热（或对流换热＋辐射 体 壁 体
大学物理热力学基本概念 ppt课件
注意：功是过程量
过程不同，曲线下面积不同
（可正、可负、可零）
2.热量
比热
中学： Q c( M T 2 T 1)c M T
定义：
热容： C cMQ C T
摩尔热容： Cc
M
QCT
等压摩尔热容：
Cp
(
dQ dT )dp0
注意：
等体摩尔热容：
CV
(
dQ dT )dV0
热量是过程量
3. A 与 Q 比较
指所有分子热运动能量和分子间相互作用势能
例：实际气体 EE(T,V)
理想气体 EM 2i RTE(T)
(刚性分子)
2. 内能E 是状态函数 内能变化ΔE只与初末状态有关，与所经过的过程无 关，可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。
做功 3. 内能变化方式
热传递
四、功和热量 1. 准静态过程的体积功
热力学第一定律和第二定律
当一个科学家发现，自然界的结构有 这么多不可思议的奥妙，他会有一个触 及灵魂的震动。而这个时候的感觉，我 想是和最真诚的宗教信仰很接近的。
－－－杨振宁
结构框图
热力学系统 内能变化的 两种量度
功 热量
等值过程
热力学 第一定律 （理想气体）
热力学
绝热过程 循环过程
第二定律 （对热机效率的研究） 卡诺循环
2. 等压过程 （ dp=0 p=c )
1) 过程方程 盖.吕萨克定律
V1 T1 V2 T2
2) 热力学第一定律的具体形式
V2
M
A pdVp(V2V1)RT
V1
M
Q C pT
QpVE
M
E CVT
3) 等压摩尔热容
2024版大学化学热力学基础ppt课件
焓变与熵变
在化学反应中，反应前后物质的焓的差值称为 焓变，用ΔH表示；反应前后物质的熵的差值 称为熵变，用ΔS表示。
11
热力学性质图表
01
温度-熵图（T-S图）
以温度为纵坐标、熵为横坐标的 图示方法，用于表示物质在不同 温度下的熵值变化。
02
压力-体积图（p-V 图）
以压力为纵坐标、体积为横坐标 的图示方法，用于表示物质在不 同压力下的体积变化。
28
非平衡态热力学基本概念
非平衡态定义
系统内部存在不均匀性，导致物 理量（如温度、压力、浓度等） 在空间或时间上呈现不均匀分布 的状态。
热力学流与力
描述非平衡态系统中，各种物理 量的流动（如热流、粒子流、信 息流等）及其驱动力（如温度梯 度、浓度梯度等）。
局域平衡假设
在非平衡态系统中，可以将其划 分为若干小区域，每个小区域内 达到局部平衡状态，从而可以应 用平衡态热力学的理论。
内容
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值 保持不变。
数学表达式
ΔU = Q - W，其中ΔU为系统内能的变化，Q为系统吸收的热量，W为系统对外所做的功。
2024/1/25
6
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源 取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微 增量总是大于零。
热力学第三定律 在热力学温度零度（即T=0开）时，一切完美晶体的熵值等于零。
10
热力学性质的计算
热容
系统在某一过程中，温度升高（或降低）1K 所吸收（或放出）的热量，称为该系统在该过 程中的“热容”，用C表示。
在化学反应中，反应前后物质的焓的差值称为 焓变，用ΔH表示；反应前后物质的熵的差值 称为熵变，用ΔS表示。
11
热力学性质图表
01
温度-熵图（T-S图）
以温度为纵坐标、熵为横坐标的 图示方法，用于表示物质在不同 温度下的熵值变化。
02
压力-体积图（p-V 图）
以压力为纵坐标、体积为横坐标 的图示方法，用于表示物质在不 同压力下的体积变化。
28
非平衡态热力学基本概念
非平衡态定义
系统内部存在不均匀性，导致物 理量（如温度、压力、浓度等） 在空间或时间上呈现不均匀分布 的状态。
热力学流与力
描述非平衡态系统中，各种物理 量的流动（如热流、粒子流、信 息流等）及其驱动力（如温度梯 度、浓度梯度等）。
局域平衡假设
在非平衡态系统中，可以将其划 分为若干小区域，每个小区域内 达到局部平衡状态，从而可以应 用平衡态热力学的理论。
内容
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值 保持不变。
数学表达式
ΔU = Q - W，其中ΔU为系统内能的变化，Q为系统吸收的热量，W为系统对外所做的功。
2024/1/25
6
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源 取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微 增量总是大于零。
热力学第三定律 在热力学温度零度（即T=0开）时，一切完美晶体的熵值等于零。
10
热力学性质的计算
热容
系统在某一过程中，温度升高（或降低）1K 所吸收（或放出）的热量，称为该系统在该过 程中的“热容”，用C表示。