工程热力学(1)

工程热力学 Engineering Thermodynamics
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答疑
时间：每周一晚19：30-20：30 地点：济阳楼312室作业：每章讲解后交，请准备两个作业本
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蒸汽机示意图
冷凝器汽缸锅炉活塞曲柄连杆
曲轴箱泵
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蒸汽动力循环装置系统简图
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原子能蒸汽动力装置系统简图
载热质(重水、碱性金属蒸汽)
汽轮机反应堆浓缩铀 ) 冷凝器泵泵换热器
发电机
燃气轮机装置系统简图
废气
(
燃料泵压气机空气燃料
冷却水
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燃烧室
燃气轮机
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气缸
活塞
曲柄连杆机构
内燃机的工作原理图
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地源热泵
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各种热工装置的热力学共性内容归纳
装置名称蒸汽动力装置燃气轮机装置内燃机装置压缩制冷装置工作物质水蒸汽燃气燃气热源冷源冷却水大大大气气气功对外输出功对外输出功对外输出功消耗功
高温物体燃烧产物(自身) 燃烧产物(自身) 被冷却物体
制冷剂
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热力学的发展
热力学是研究能量、能量转换以及与能量转换有关的物性间相互关系的科学。热力学(thermodynamics)一词的意思是热(thermo)和动力(dynamics)，既由热产生动力，反映了热力学起源于对热机的研究。从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能来推动机器作工成为重要的研究课题。
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1798 年，英国物理学家和政治家 Benjamin Thompson (1753-1814) 通过炮膛钻孔实验开始对功转换为热进行定量研究。 1799 年，英国化学家 Humphry Davy (17781829)通过冰的摩擦实验研究功转换为热。
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1824 年，法国陆军工程师 Nicholas Léonard Sadi Carnot 发表了 “ 关于火的动力研究” 的论文。他通过对自己构想的理想热机的分析得出结论：热机必须在两个热源之间工作，理想热机的效率只 Carnot 取决与两个热源的温度，工作在两个一定热源之间的所有热机，其效 (1796 - 1832) 率都超不过可逆热机，热机在理想状态下也不可能达到百分之百。这就是卡诺定理。
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卡诺的论文发表后，没有马上引起人们的注意。过了十年，法国工程师Benlt Paul Emile Clapeyron (1799 - 1864)把卡诺循环以解析图的形式表示出来，并用卡诺原理研究了汽液平衡，导出了克拉佩隆方程。
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1842 年，德国医生 Julius Robert Mayer (1814 - 1878) 主要受病人血液颜色在热带和欧洲的差异及海水温度与暴风雨的启发，提出了热与机械运动之间相互转化的思想。
Mayer (1814 - 1878)
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1847年，德国物理学家和生物学家 Hermann Ludwig von Helmholtz (1821 - 1894) 发表了 “ 论力的守衡” 一文，全面论证了能量守衡和转化定律。 Helmholtz (1821 - 1894)
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1843-1848年，英国酿酒商 James Prescott Joule (1818 - 1889) 以确凿无疑的定量实验结果为基础，论述了能量受恒和转化定律。焦耳的热功当量实验是热力学第一定律的实验基础。
Joule (1818 - 1889)
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根据热力学第一定律热功可以按当量转化，而根据卡诺原理热却不能全部变为功，当时不少人认为二者之间存在着根本性的矛盾。1850年，德国物理学家Rudolf J. Clausius (1822 - 1888) 进一步研究了热力学第一定律和克拉佩隆转述的卡诺原理，发现二者并不 Clausius 矛盾。他指出，热不可能独自地、 (1822 - 1888) 不付任何代价地从冷物体转向热物体，并将这个结论称为热力学第二定律。克劳胥斯在1854年给出了热力学第二定律的数学表达式， 1865 年提出“熵”的概念。
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1851年，英国物理学家 Lord Kelvin (1824-l907)指出，不可能从单一热源取热使之完全变为有用功而不产生其他影响。这是热力学第二定律的另一种说法。 1853年，他把能量转化与物系的内能联系起来，给出了热力学第一定律的数学表达式。
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1875年，美国耶鲁大学数学物理学教授 Josiah Willard Gibbs发表了 “论多相物质之平衡” 的论文。他在熵函数的基础上，引出了平衡的判据；提出热力学势的重要概念，用以处理多组分的多相平衡问题；导出相律，得到一般条件下多相平衡的规律。吉布斯的工作，把热力学和化学在理论上紧密结合起来，奠定了化学热力学的重要基础。
Gibbs (1839 - 1903)
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课程特点：系统性强、概念抽象、计算简单。学习要求： 1. 提高课堂学习效率。 2. 课后及时整理学习笔记，复习巩固提高。 3. 按时、独立完成作业。 4. 有问题及时答疑。 5. 独立完成实验。
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如何学好工程热力学：
上课认真听讲并积极思索自己完成作业看一、二本参考书积极参加实验,撰写小论文理论联系工程实际
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本课程的主要教学环节
课堂学习(预习,听课,课后复习) 做练习题完成课程实验,鼓励大家完成一些研究性实验撰写小论文,课堂讨论
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参考书
1．曾丹苓等.工程热力学（第三版）.北京: 高教出版社,2002 2．朱明善，刘颖，林兆庄，彭小峰合编．工程热力学(第一版)．北京：清华大学出版社，1999 3. 严家騄. 工程热力学（第三版）.北京: 高教出版社, 2000 4. 童钧耕等. 工程热力学总复习 —— 理论概要和习题. 上海:上海交通大学出版社, 2001 5. 何雅玲. 工程热力学精要分析及典型题精解. 西安: 西安交通大学出版社, 2000 6. M.C.波特尔,C.W.萨默顿.工程热力学.北京:科学出版社,2002 7. Michael J. MORAN Howard N. SHAPIRO Fundamentals of Engineering Thermodynamics 4th. Edition JOHN WILEY & SONS, INC.2000
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《工程热力学》知识框架
工程热力学
基础理论
基本概念基本理论
工质的性质
理想气体实际气体（水蒸气、湿空气）
热力循环
压缩机、喷管动力循环、制冷循环
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绪论
内容提要一、能源及热能利用二、工程热力学的研究对象及主要内容三、热力学的研究方法
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能源及热能利用
能源定义：用来产生各种所需能量的自然资
源
能源作用：运动、供暖、烹饪、照明、通讯... 能源种类：风能、水力能、化学能、太阳
能、地热能、原子能、机械能、热能、电能等等；
能源消费水平正比于社会生产力的发展水平
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能源分类
常用能源种类
煤炭石油天然气生物质能
利用燃料燃烧释放化学能，并转换为燃烧产物的热能，为人类所利用。可再生能源
水利能太阳能风能生物质能海洋能地热能
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能量的转换和传递过程
一次能源燃料电池二次能源
风能
风车
水力能
水车水力机械
化学能
核能
燃裂聚烧变变
地热能
传热传热
太阳能
热
热机电动机温差发电
能
磁流体发电热用户
机械能
发电机
光电反应
电
能
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热能发生的两种途径
直接产生（如地热能和海洋表层的温水热能）通过转换产生
化学能的转换电能的转换辐射能的转换核能的转换机械能的转换
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热能利用的领域
生活需要电力工业钢铁工业有色金属工业化学工业石油工业建材工业机械工业轻纺工业交通运输农业及水产养殖业
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利用燃料热能的方式
通过各种类型的发动机（热机）及发电机，使热能转变为机械能或电能；热能的直接利用，如工业生产中的冶炼、加热、蒸煮、干燥及分馏等，热水供应及采暖等；
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热能间接利用
设备：蒸汽动力装置、燃气动力装置、火箭发动机、内燃机； ——热能利用的重要方式，人类文明及
生产发展的物质基础
能源转换效率问题和环境保护问题：
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能源直接利用
设备：各种工业炉窑、工业锅炉、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等 ——换热效率问题
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工程热力学的研究对象
热力学：研究物质的热力性质，能量和能量之间相互转换的一门基础理论学科；工程热力学：从工程的观点出发，研究物质的热力性质、能量转换以及热能的直接利用等问题。设计计算和分析各种动力装置、制冷机、热泵空调机组、锅炉及各种热交换器的理论基础——各个热力过程的能量变化。
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主要内容
热力学第一定律——能量守恒与转换定律热力学第二定律——判断过程方向性工质的性质——理想气体、真实气体（水蒸气、湿空气）热力装置的工作过程——气体和蒸汽动力循环、制冷循环、热泵循环、喷管及扩压管、压缩机
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能量具有量与质的双重属性
热力学第一定律从能量的数量出发—— 能量转换过程中能量的总量守恒热力学第二定律从能量的质的属性出发——能量转换过程中，能量的品质要降低、贬值孤立系统中的能量总和守恒，但能量的品质不断下降，可用能贬值为无用能
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热力学基本理论
能量转换具有方向性与不可逆性——微观物质运动的形态由有序运动向无序运动的不可逆转性无序运动的能量与有序运动的能量在本质上是不同的无序运动的热能不能无条件地转变为有序运动的能量有序运动能量的转换不存在前提条件问题热力学基本理论研究无序运动的热能与有序运动能量之间的转换条件及转换限度
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无序与有序
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热力学研究方法
宏观方法——经典热力学方法微观方法——统计热力学方法
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宏观方法
连续的整体直接观察和实验归纳、演绎、推论可靠、具有普遍意义缺点：无法解释热现象本质，微观物质结构中个别分子的个别行为
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《工程热力学》(第五版) 配套课件

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（υ）或密度（ρ）、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。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压

工程热力学(1)考试复习重点总结

第一章基本概念及定义一、填空题 1、热量与膨胀功都是量，热量通过差而传递热能，膨胀功通过差传递机械能。 2、使系统实现可逆过程的条件是：（1），（2）。 3、工质的基本状态参数有、、。 4、热力过程中工质比热力学能的变化量只取决于过程的___________而与过程的路经无关。 5、热力过程中热力系与外界交换的热量，不但与过程的初终状态有关，而且与_______有关。 6、温度计测温的基本原理是。二、判断题 1、容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。（） 2、无论过程是否可逆，闭口绝热系统的膨胀功总是等于初、终态的内能差。（） 3、膨胀功的计算式?= 2 1 pdv w ，只能适用于可逆过程。（） 4、系统的平衡状态是指系统在无外界影响的条件下（不考虑外力场作用），宏观热力性质不随时间而变化的状态。（） 5、循环功越大，热效率越高。（） 6、可逆过程必是准静态过程，准静态过程不一定是可逆过程。（） 7、系统内质量保持不变，则一定是闭口系统。（） 8、系统的状态参数保持不变，则系统一定处于平衡状态。（） 9、孤立系统的热力状态不能发生变化。（） 10、经历一个不可逆过程后，系统和外界的整个系统都能恢复原来状态。（）三、选择题 1、闭口系统功的计算式21u u w -=（）。（A ）适用于可逆与不可逆的绝热过程（B ）只适用于绝热自由膨胀过程（C ）只适用于理想气体绝热过程（D ）只适用于可逆的绝热过程 2、孤立系统是指系统与外界（）。（A ）没有物质交换（B ）没有热量交换（C ）没有任何能量交换（D ）没有任何能量传递与质交换 3、绝热系统与外界没有（）。（A ）没有物质交换（B ）没有热量交换（C ）没有任何能量交换（D ）没有功量交换

【工程热力学讲义大全】

【工程热力学讲义大全】绪论问题：本课程是什么？干什么？有什么特点？一、能源和动力工程 1、能源：人类赖以生存和发展的物质资源称为能源。人们的衣、食、住、行，时时处处都离不开能源。从某个角度来讲，人类的发展史就是开发和利用能源的历史。而开发和利用能源的先进程度是社会进步的标志。 2、能源的利用：能源的利用方式可分为两种，一是直接利用，即将自然界的能源不经过形态转换而利用。如晒太阳、风车、水车等。自然界现有形态的能源称为一次能源。二是间接利用，将一次能源经过形态转换再利用。如火力发电、发动机等。这样的能源称为二次能源。在能源利用的发展史中，先是一次利用，后来发展二次利用，电能的优点是众所周知的。从节能和环保的观点出发，能源一次利用方式并非落后和将被淘汰，应当发展。 3、动力工程：由热能转换为机械能的装置称为热机，所有热机（蒸汽机、内燃机、蒸汽动力装置等）称为动力工程。

二、工程热力学 1、主要内容：基本概念；基本理论；基本工质；热力过程；热力循环。工程热力学是研究热功转换及其规律的科学。早期是随着热机而诞生的，如今应用已很广，包括热机、制冷、空调、化工等众多领域。 2、研究方法：宏观方法（宏观定义、宏观定律、宏观参数）与合理抽象、简化手段相结合。 3、特点：用少量的宏观基本定律演绎出丰富的内容，具有应用的广泛性和结论的准确性。三、几个问题： 1、能量和能源一样吗？ 2、能量守恒吗？什么是节能？如何节能？节能的标准是什么？

第一章基本概念工程热力学的概念较多，要注意理解。本章先介绍一些基本概念。 1— 1工质和热力系一、工质 1、定义：实现热功转换的媒介物质。 2、举例： *工质的物理特性：流体（气体和液体）、大热容、变比容。 *工质可分为两大类，气体和蒸汽。气体工质一般作为理想气体处理。二、热力系 1、定义：热力学分析和研究的对象或范围。例：媒介热功工质

工程热力学的公式大全

5．梅耶公式： R c c v p =- R c c v p 0''ρ=- 0R MR Mc Mc v p ==- 6．比热比： v p v p v p Mc Mc c c c c = = = ''κ 1-= κκR c v 1 -=κnR c p 外储存能： 1．宏观动能： 2 2 1mc E k = 2．重力位能： mgz E p = 式中 g —重力加速度。系统总储存能： 1．p k E E U E ++= 或mgz mc U E ++=2 21 2．gz c u e ++=22 1 3．U E = 或 u e =（没有宏观运动，并且高度为零）热力学能变化： 1．dT c du v =，?=?2 1dT c u v 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 2．)(12T T c u v -=? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用定值比热计算） 3．10 20 121 2 2 1 t c t c dt c dt c dt c u t vm t vm t v t v t t v ?-?=-==???? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用平均比热计算）

4．把 ()T f c v =的经验公式代入?=?2 1 dT c u v 积分。适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用真实比热公式计算） 5．∑∑====+++=n i i i n i i n u m U U U U U 1 1 21 由理想气体组成的混合气体的热力学能等于各组成气体热力学能之和，各组成气体热力学能又可表示为单位质量热力学能与其质量的乘积。 6．?-=?2 1pdv q u 适用于任何工质，可逆过程。 7．q u =? 适用于任何工质，可逆定容过程 8．?=?21 pdv u 适用于任何工质，可逆绝热过程。 9．0=?U 适用于闭口系统任何工质绝热、对外不作功的热力过程等热力学能或理想气体定温过程。 10．W Q U -=? 适用于mkg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程。 11.w q u -=? 适用于1kg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程 12.pdv q du -=δ 适用于微元，任何工质可逆过程 13．pv h u ?-?=? 热力学能的变化等于焓的变化与流动功的差值。焓的变化： 1．pV U H += 适用于m 千克工质 2．pv u h += 适用于1千克工质 3．()T f RT u h =+= 适用于理想气体 4．dT c dh p =，dT c h p ?=?2 1 适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程

工程热力学1期末试题+答案

图 1 图2 2012工程热力学Ⅰ考题（A ）一、简答题（共30分） 1、图1中循环1-2-3-a -1和循环1-b -3-4-1都是不可逆循环。有人判断循环1-2-3-a -1的热效率高于循环1-b -3-4-1的热效率，你是否同意他的说法，为什么？（10分） 2、有一种热机，以水蒸气为工质，循环的高温热源温度为1200 K ，低温热源温度为300 K ，循环的热效率t η。现将循环工质改成理想气体，则循环的热效率t'η与原循环热效率比较将发生什么样的变化？为什么？（10分） 3、“水蒸气的朗肯循环中乏汽在冷凝器中凝结释放出大量热量，有人提出将汽轮机排出的乏汽直接送回锅炉可提高水蒸气循环的热效率。”请据热力学基本定律出发评估这种观点。（10分）二、计算题（共70分） 1、一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料，供水压力为200kPa 、温度20℃，喷嘴内径为0.002m 时，射出水流温度20℃，压力100kPa ，流速1000m/s ，已知在200kPa 、20℃时，3 0.001002m /kg v =，假定可近似认为水的比体积不变，求水泵功率。（10分） 2、某太阳能供暖的房屋用5×8×0.3m 的大块混凝土板作为蓄热材料，该混凝土的密度为2300kg/m 3 ，比热容0.65kJ/(kg ·K)。若混凝土板在晚上从23℃冷却到18℃（室内温度），求此过程的熵产。（10分） 3、某活塞式内燃机定容加热理想循环（图2循环1-2-3-4-1），压缩比ε =10，压缩冲程的起点状态是t 1=35℃ 、p 1=100kPa 。加热过程中气体吸热650kJ/kg 。假定比热容为定值，且c p =1.004kJ/（kg·K），κ =1.4，求：（1）循环中各点的温度、压力和循环热效率；（2）若循环压缩过程和膨胀过程均不可逆，两过程的熵产分别为0.1kJ/(kg·K)和0.12 kJ/(kg·K)，求工质经循环后的熵变；（3）若膨胀过程持续到5（p 5 = p 1），画出循环T-s 图，并分析循环热效率提高还是下降。（10+5+5分） 4、空气在轴流压缩机中被绝热压缩，压力比为4.2，初终态温度分别为30℃和227℃。

工程热力学思考题答案,第一章

第一章基本概念与定义 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。 2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。 3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系？答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 4.倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式b e p p p =+()e p p >， b e p p p =-()e p p <中，当地大气压是否必定是环境大气压？答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。 5.温度计测温的基本原理是什么？答：选作温度计的感应元件的物体应具备某种物理性质随物体的冷热程度不同有显著的变化。有两个系统分别和第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。 6.经验温标的缺点是什么？为什么？答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。 7.促使系统状态变化的原因是什么？举例说明答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变。 8.分别以图参加公路的自行车赛车运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子内的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这是什么系统。答：赛车运动员因为有呼吸有物质交换，运动员对自行车作功，因此有能量交换，因此赛车运动员是开口系统。压缩空气只有对子弹作功，因此为闭口系统。杯子内的热水对外既有能量交换又有物质交换，因此为开口系统，正在运行的电视机有能量交换物物质交换，因此为闭口系统 9．家用加热电器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体（不包括电机热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，是什么系统？什么情况下构成孤立的系统？答：仅仅考虑电热水器为控制体，因有盖，不能与外界进行物质交换但与电机热器有热交换，因此是闭口系统。将电加热器包括在内，无热量交换因此是绝热过程。如果电加热器内电流非外部，而是用电池，即可认为绝热系统。 10.分析汽车动力系统与外界的质能交换情况？答：汽车发动机有吸气，压缩，作功，排气四个过程，因此吸气过程吸收外界的空气，过程中既有物质的进入，也有随物质进入带入的能量。

工程热力学大总结大全

第一章基本概念 1、基本概念热力系统:用界面将所要研究得对象与周围环境分隔开来,这种人为分隔得研究对象,称为热力系统,简称系统。边界:分隔系统与外界得分界面,称为边界。外界:边界以外与系统相互作用得物体,称为外界或环境。闭口系统:没有物质穿过边界得系统称为闭口系统,也称控制质量。开口系统:有物质流穿过边界得系统称为开口系统,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与物质交换,称为孤立系统。单相系:系统中工质得物理、化学性质都均匀一致得系统称为单相系。复相系:由两个相以上组成得系统称为复相系,如固、液、气组成得三相系统。单元系:由一种化学成分组成得系统称为单元系。多元系:由两种以上不同化学成分组成得系统称为多元系。均匀系:成分与相在整个系统空间呈均匀分布得为均匀系。非均匀系:成分与相在整个系统空间呈非均匀分布,称非均匀系。热力状态:系统中某瞬间表现得工质热力性质得总状况,称为工质得热力状态,简称为状态。平衡状态:系统在不受外界影响得条件下,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得与力得平衡,这时系统得状态称为热力平衡状态,简称为平衡状态。状态参数:描述工质状态特性得各种物理量称为工质得状态参数。如温度(T)、压力(P)、比容(υ)或密度(ρ)、内能(u)、焓(h)、熵(s)、自由能(f)、自由焓(g)等。基本状态参数:在工质得状态参数中,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:就是描述系统热力平衡状况时冷热程度得物理量,其物理实质就是物质内部大量微观分子热运动得强弱程度得宏观反映。热力学第零定律:如两个物体分别与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得力,称为压力,也称压强。相对压力:相对于大气环境所测得得压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质得压力即为相对压力。比容:单位质量工质所具有得容积,称为工质得比容。密度:单位容积得工质所具有得质量,称为工质得密度。强度性参数:系统中单元体得参数值与整个系统得参数值相同,与质量多少无关,没有可加性,如温度、压力等。在热力过程中,强度性参数起着推动力作用,称为广义力或势。广延性参数:整个系统得某广延性参数值等于系统中各单元体该广延性参数值之与,如系统得容积、内能、焓、熵等。在热力过程中,广延性参数得变化起着类似力学中位移得作用,称为广义位移。

工程热力学(1)

工程热力学 Engineering Thermodynamics
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答疑
时间：每周一晚19：30-20：30 地点：济阳楼312室作业：每章讲解后交，请准备两个作业本
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蒸汽机示意图
冷凝器汽缸锅炉活塞曲柄连杆
曲轴箱泵
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蒸汽动力循环装置系统简图
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气缸
活塞
曲柄连杆机构
内燃机的工作原理图
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地源热泵
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01 清华大学工程热力学第一章

第一章 1-1 试将1物理大气压表示为下列液体的液柱高(mm)，(1) 水，(2) 酒精，(3) 液态钠。它们的密度分别为1000kg/m3，789kg/m3和860kg/m3。 1-4 人们假定大气环境的空气压力和密度之间的关系是p=cρ1.4，c为常数。在海平面上空气的压力和密度分别为1.013×105Pa和1.177kg/m3，如果在某山顶上测得大气压为5×104Pa。试求山的高度为多少。重力加速度为常量，即g=9.81m/s2。 1-7如图1-15 所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa，表B读数为170kPa，表示室Ⅰ压力高于室Ⅱ的压力。大气压力为760mmHg。试求(1) 真空室以及Ⅰ室和Ⅱ室的绝对压力；(2) 表C的读数；(3) 圆筒顶面所受的作用力。图1-15 1-8 若某温标的冰点为20°，沸点为75°，试导出这种温标与摄氏度温标的关系(一般为线性关系)。 1-10 若用摄氏温度计和华氏温度计测量同一个物体的温度。有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况，对吗？若可能，读数相同的温度应是多少？ 1-14一系统发生状态变化，压力随容积的变化关系为pV1.3=常数。若系统初态压力为600kPa，容积为0.3m3，试问系统容积膨胀至0.5m3时，对外作了多少膨胀功。 1-15气球直径为0.3m，球内充满压力为150kPa的空气。由于加热，气球直径可逆地增大到0.4m，并且空气压力正比于气球直径而变化。试求该过程空气对外作功量。 1-16 1kg气体经历如图1-16所示的循环，A到B为直线变化过程，B到C为定容过程，C到A为定压过程。试求循环的净功量。如果循环为A-C-B-A则净功量有何变化？

工程热力学

Chapter 1 enthalpy 焓entropy 熵 conservation of energy principle 能量守恒原理 first law of thermodynamics 热力学第一定律 zeroth law of thermodynamics 热力学第零定律 classical thermodynamics 经典热力学 statistical thermodynamics 统计热力学 surroundings 环境 boundary 边界 closed system 闭口系统 control mass 控制质量 isolated system 孤立系统 open system 开口系统 control volume 控制体积 property 参数,性质 intensive properties 强度参数 extensive properties 广延参数 specific properties 比参数 specific volume/weight/heat/enthalpy 比容/比重/比热/比焓thermal equilibrium 热平衡 mechanical equilibrium机械平衡 phase equilibrium 相平衡 chemical equilibrium 化学平衡 state postulate 状态假设 simple compressible system 简单可压缩系统independent 独立的 process 过程 path 路径 quasi-static/quasi-equilibrium process 准平衡过程 work-producing devices 输出功设备 isothermal process 等温过程 isobaric process 等压过程 isochoric/isometric process 等容过程 adiabatic process 绝热过程 steady-flow process 稳流过程 Celsius scale 百分温度标 Fahrenheit scale 华氏温标 thermodynamic temperature scale 热力学温标 absolute temperature 绝对温度 Kelvin scale 开尔文温标 Rankine scale 兰金温度标 ideal-gas temperature scale 理想气体温标 constant-volume gas thermometer 定容气体温度计

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1.4用斜管压力计测量镐炉尾制0道中的再空度〔习题1?斗图）宣子的倾斜角日讥压力计中废用密度咎imitrtg加的水.斜管中阪柱桧M50mm.当地朮气压时仍5mmHg,握部烟道中地气的真空產似ramHiO表示）屋熒时压J] ｛用Pa表示h 解=馳式压力计上慷数艮加气的真空厦附-p glanSO*-150^10 O3kg/m3 K?.8l m/s3-l50K9.8lPa 呦气的绝对压力卫円交* 13.蝕5mmH150mmH ^0-10114.2 mmH a O-C.99侈10J Pa 1-4 例1如图「已如大\B^b=10132SPa R□型管内汞柱高度Z/=300inin T%怵我B读数为□.2S43MP1,求土蛊室压力卩圭及吒医表盏的读数"丄. A 1 1"B◎ c!.R l" u 解:PB =Pb +PeS =101325Pa ^O r2543xlp fr Pa =355600Pa % 解：P B^P^P.3 = 101325Pa+0.2543 106Pa = 355600Pit P厂烬+ p B =(133.32 ?< 300) Pa + 35 5600Pa =0,3956MPa P A =Pb +P M p諒=P A~P b=0.3956MPa-0.101325MPa = 0.2943MPa 强调： Ph是测压仪表所在环境压力

1-10某空调器输入功率L5kWffi 向环境介质输出轴量5.lkW,求空调器的制拎乘数. 解；制冷遽囁毎严叫=5.1kW-1.5kW^3J 6kW 制羚系数 4 3.6kW ￡ =」= ------------- = 2.4 此 1.5kW 2-4 臬种理想气体初态时从工鬼叫卩心 K=ei419m 」经过故热膨能过裡，烬态 p 2=170kPa, V 2= 0.2744m\过程戢值变化AW = -fi7?51d 『□釦谨吒体的质呈逛床 ^^r^l2flkJ/(kg K),且肯定也鴉 ⑴热力学能变虽；(2> 量定容比热和气体常數心. 解：U 由诒的定文式H=U+P V ^J/= AU + 4(pV) = At/ +{p J V J -內叫) 二-67.95U - (170kPii x 0.2744m 3-52OkPaxO.l419m 1) = -40.8 lkJ K) .越R 理想飞捋的社舐 (2)定值想容时 At/ = rm? L A7-.芯H =叫比、所圖 (2)宦值热容时 At/= me, AT, AH = mc p ^T ,所以此=q -q = 5.20kI/(kg K)-3.123kJ/(kg -K) = 2.077kJ/(ltg ? K) 2-5 AH/At/ j.20kJ/(kg-K) -6T95kJ/(-4O.81kJ) = 3.123kJ/(kgK)

工程热力学习题1

1．热力系内工质质量若保持恒定，则该热力系一定是。 A 开口系 B 闭口系 C 孤立系 D 不能确定题解：当稳定流动的开口系mout q q =min 则热力系工质质量亦保持恒定 2．当分析以下热现象时，通常哪些可以取作闭口系：（） 1）正在使用的压力锅内的蒸汽。 2）被扎了胎的自行车轮胎。 3）汽车行驶中轮胎被热的路面加热。 4）内燃机气缸内燃烧的气体。 5）内燃机排气冲程时气缸内的燃烧气体。 A 1）、2）可取作闭口系 B 3）、4）可取作闭口系 C 4）、5）可取作开口系 D 2）、4）可取作开口系 3．热力系与外界既有质量交换，又有能量交换的是。 A 闭口系 B 开口系 C 绝热系 D 开口系或绝热系 4．开口系的质量是。 A 不变的 B 变化的 C 变化的也可以是不变的 D 在理想过程中是不变的 5．下列热力系中与外界可能与外界有质量交换的系统是。 A 开口系 B 绝热系 C 闭口系 D 开口系、绝热系 6．某设备管道中的工质为50mmHg ，设大气压力为80kP a ，此压力在其压力测量表计上读数为。 A 73.3 k Pa B 86.67 k Pa C 130 k Pa D 30k Pa 题解：工质压力50mmHg ×133.32=6666Pa ，低于大气压力，设备管道为负压状态，表计指示为真空值 7．如图所示，某容器压力表A 读数300kP a ,压力表B 读数为120kP a ,若当地大气压力表读数720mmHg ，则压力表C 的读数为。 A 276.06kP a B 180kP a C 396.1kP a D 216.06kP a 题解：由∏I I -=-=p p p p p p B b A ,,则B A b C p p p p p -=-=∏。 8．容器内工质的压力将随测压时的地点不同而。 A 增大 B 减小 C 不变 D 无法确定题解：测压地点不同b p 不同，测量压力的参考基准变了，表压力b g p p p -=、真空值p p p b v -=会随之变化，但工质的压力不会随测压地点而变化。 9．某压力容器，其压力表的读数在南京为1g p 与在拉萨2g p 时相比较。 A 相同12g g p p = B 增大12g g p p > C 减小12g g p p < D 无法确定

工程热力学思考题答案,第一章

工程热力学严家騄完整答案

第一章基本概念思考题 1、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？答：不对。因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力两个因素。因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会随之变化，而不能保持不变。 2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系答：平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。所以两者是不同的。如对气-液两相平衡的状态，尽管气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。反之，均匀系也不一定处于平衡态。但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。如对于处于平衡状态下的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作用，那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。 3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以二者是有矛盾的。对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或是运动，变化，二者必居其一。但是二者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个矛盾的东西有条件地统一在一起了。这个条件就是：在内部平衡过程中，当外界对热力系的作用缓慢得足以使热力系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。 4、“过程量”和“状态量”有什么不同？答：状态量是热力状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全微分，这个全微分的循环积分恒为零；而过程量不是热力状态的单值函数，即使在初、终态完全相同的情况下，过程量的大小与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写成全微分。因此它的循环积分不是零而是一个确定的数值。习题 1-1 一立方形刚性容器，每边长 1 m ，将其中气体的压力抽至 1000 Pa ，问其真空度为多少毫米汞柱?容器每面受力多少牛顿？已知大气压力为 0.1MPa 。 [解]：(1) 6(0.110Pa 1000Pa)/133.3224742.56mmHg v b p p p =-=?-= (2) 1-2 试确定表压为0.01MPa 时U 型管压力计中液柱的高度差。 26()1(0.110Pa 1000Pa)99000N b F A P A P P m =?=-=??-=

工程热力学

《工程热力学》思考题： 1、热力学第一定律的实质是什么？并写出热力学第一定律的两个基本表达式。答：热力学第一定律的实质是能量转换与守恒原理。热力学第一定律的两个基本表达式为：q=Δu+w；q=Δh+wt 2、热力学第二定律的实质是什么？并写出熵增原理的数学表达式。答：热力学第二定律的实质是能量贬值原理。熵增原理的数学表达式为：dSiso≥0 。 3、什么是可逆过程？实施可逆过程的条件是什么？答：可逆过程为系统与外界能够同时恢复到原态的热力过程。实施可逆过程的条件是推动过程进行的势差为无穷小，而且无功的耗散。 4、过热蒸汽绝热节流，呈现什么节流效应?并说明理由。答：利用h-s图可知温度降低，呈现节流冷效应。如图：h1=h2；P1>P2；∴t1>t2 5、水蒸汽定压发生过程一般要经历哪些阶段？当压力高于临界压力时又是一个什么样的过程？答：水蒸汽定压发生过程一般要经历预热、汽化、过热三个阶段。当压力高于临界压力时水蒸汽定压发生过程没有汽化阶段，汽化是一个渐变过程。 6、系统经历一个不可逆过程后就无法恢复到原状态。由不可逆过程的定义可知：系统可以恢复到原状态，但系统与外界不能同时恢复到原状态。填空题 1、工质的基本状态参数是(温度，压力，比容) 2、氮气的分子量μ=28，则其气体常数（296.94） 3、气体吸热100kJ，内能增加60kJ，这时气体体积（增大） 4、实现准平衡过程的条件是（推动过程进行的势差为无穷小） 5、根据热力系统和外界有无（物质）交换，热力系统可划分为（开口和闭口） 6、作为工质状态参数的压力应该是工质的（绝对压力） 7、稳定流动能量方程式为(q=(h2-h1)+(C22-C12)/2+g(Z2-Z1)+wS） 8、理想气体的定压比热CP和定容比热CV都仅仅是（温度）的单值函数。 9、氧气O2的定压比热CP=0.219kcal/kgK,分子量μ=32.则其定容比热CV=(0.657)kJ/kgK。 10、气体常数Rg与通用气体常数R之间的关系式为：Rg =（R/M） 11、平衡状态应同时满足（热）平衡与（力）平衡。 12、技术功wt的定义是由三项能量组成，据此技术功wt的定义式可表示为：wt =（mΔc2/2+mg Δz+mws）。 13、热力系与外界间的相互作用有( 质量交换) 和（能量交换)两类。 15、热力系的总储存能为（热力学能）、（宏观动能）与（宏观位能）的总和。 16、开口系进出口处，伴随质量的进出而交换（推动）功。 17、理想气体的定压比热cp和定容比热cv之间的关系式是（cp-cv=R）。 18、多变指数n = (0)的多变过程为定压过程 19、u=cVΔT适用于理想气体的（任何）过程；对于实际气体适用于（定容）过程。 20、推动功等于（pv），热力学能与推动功之和为(焓）。 21、开尔文温标与摄氏温标之间的关系式为：（T=t+273.15）华氏温度换算F=9/5*t+32；绝对压力与真空度之间的关系式为：（Pb-Pv）。 22、卡诺循环是由（两个可逆等温过程和两个可逆的绝热过程）组成的。卡诺效率η=ω/q1=1-T2/T1 ; 23、热力学第一定律的基本数学表达式q=Δu+w适用于（任何）工质，适用于（任何）过程。

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工程热力学习题集一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为能源和能源。 2．孤立系是与外界无任何和交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度p V48KPa ，大气压力p b0.102MPa ，则容器内的绝对压力为。 5．只有过程且过程中无任何效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水饱和水湿蒸气、和。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越、水蒸气含量越，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分?Q / T 为可逆循环。 9．熵流是由引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容c V 。 11．能源按其有无加工、转换可分为能源和能源。 12．绝热系是与外界无交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力p g 75KPa ，大气压力p b 0.098MPa ，则容器内的绝对压力为。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个和两个过程所构成。 17．相对湿度越，湿空气越干燥，吸收水分的能力越。（填大、小）18．克劳修斯积分?Q / T 为不可逆循环。 19．熵产是由引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容c p 。 21、基本热力学状态参数有：（）、（）、（）。 22、理想气体的热力学能是温度的（）函数。 23、热力平衡的充要条件是：（）。 24、不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（）。 25、卡诺循环由（）热力学过程组成。 26、熵增原理指出了热力过程进行的（）、（）、（）。 31. 当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_______。 32. 在国际单位制中温度的单位是_______。

工程热力学

一、第一定律 1、一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环，试填充表中所缺数据。 Q=W+ΔU 过程热量Q （KJ ）膨胀功 W(KJ) 内能变化 ΔU （KJ ） 1—2 1000 0 1000 2—3 0 200 -200 3—4 -750 -750 4—1 0 0 0 2、四种功的关系，及做功来源做功根源：△ c 2/2，g △z ，w s ，△(pv) 二、理想气体 1、容积 V =0.5m 3 的空气初压 p1=0.3MPa ，初温t1 =150℃，经可逆多变膨胀过程到终态p2 =0.08MPa ， t2 =20℃，求：过程中热力学能、焓及熵的变化量.（空气作为理想气体，其比热容可取定值，气体常数 =287J/(kg.K)； =1005 J/(kg.K)） 1、解： q u w =?+t ()t q h w u pv w =?+=?+?+2 t 1 2s w c g z w =?+?+()t w pv w =?+

kg J/(kg.K) kJ kJ J 2、有5kg的空气，初态时T 1 =477K,P 1 =0.32Mpa，经可逆定容加热，终温T 2 =600K. 设空气为理想气体，求过程功及过程热量（Rg =287J/( kg·K)，=1.005 k J/( kg·K)） 2、kJ kJ kJ/K 定容加热，过程功为 0 ，过程热量kJ 三、第二定律 1、有人声称已设计成功一种热工设备,不消耗外

功,可将65 ℃的热水中的20%提高到95 ℃,而其余80%的65 ℃的热水则降到环境温度15 ℃,分析是否可能? 若能实现,则65 ℃热水变成95 ℃水的极限比率为多少?已知水的比热容为4.1868kJ/kg.K 1、解：热一律, 热平衡，设有1kg 65 ℃的热水 m kg 从65 ℃提高到95 ℃, 吸热 (1-m )kg 从65 ℃降低到15 ℃, 放热热二律取孤立系解得 368.15288.15 ln (1)ln 338.15338.15 cm c m =+-[] (9565)(1)(1565)288.15 cm c m --+--+ iso mkg (1-m)kg 0 S S S S ?=?+?+?=环境iso mkg (1-m)kg S S S S ?=?+?+?环境 =0.6249m =

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