清华大学工程热力学全套教学课件
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(精品)工程热力学(全套467页PPT课件)
从能源结构来看，2004年一次能源消费中，煤炭占 67.7%，石油占22.7%，天然气占2.6%，水电等占 7.0%；一次能源生产总量中，煤炭占75.6%，石油 占13.5%，天然气占3.0%，水电等占7.9%。
我国能源现状
据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储 采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的 50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭 速度。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
工程热力学属于应用科学（工程科学） 的范畴，是工程科学的重要领域之一。
工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其 它形式能量转换规律的科学
工程热力学所属学科
工
工程热力学
程
传热学 Heat Transfer
热
流体力学 Hydrodynamics
工程热力学是节能的理论基础
能量转化的一般模式
一
次 能
热能
源
电能 机械能
问题：下面哪些是热机，哪些不是？
燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、 发电机、电动机
能量转化的一般模式
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
换 1 MPa = 106 Pa
算 关
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
我国能源现状
据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储 采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的 50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭 速度。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
工程热力学属于应用科学（工程科学） 的范畴，是工程科学的重要领域之一。
工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其 它形式能量转换规律的科学
工程热力学所属学科
工
工程热力学
程
传热学 Heat Transfer
热
流体力学 Hydrodynamics
工程热力学是节能的理论基础
能量转化的一般模式
一
次 能
热能
源
电能 机械能
问题：下面哪些是热机，哪些不是？
燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、 发电机、电动机
能量转化的一般模式
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
换 1 MPa = 106 Pa
算 关
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
清华大学工程热力学课件第4章04
作业
4-9 4-10 4-11 4-12
熵与不可逆讨论(例4 续7)
T 800 K 750 K
300 K 285 K
t,C 0.64375 t 0.475
wC 386.25 kJ/kg w 285 kJ/kg
101.25 kJ/kg
s w wC
第四章 习题课
例1(4-7) ：设有一个能同时产生冷空气和热
ln Tb Ta
Rm
ln
pb pa
nc
Cpm
ln Tc Ta
Rm
ln
pc pa
nbCpm
ln
TbTc Ta 2
b -15 ℃
a 2 kmol
25℃ 1 atm
0.962 kJ/K
60 ℃ c 不可能
1 kmol
1 kmol
1 atm
1 atm
例1 教材（4-7）续2
热一律 Q H Wt
338.15
338.15
cm(95 65) cm(1kg m)(6155℃ 65)95℃0
28(81.-1m5)kg 65 ℃ 15 ℃
解得 m 0.6249
15 ℃环境吸热
冷热管
关于熵，请你判断下列说法
• 任何过程，熵只增不减。 ╳
• 若从某一初态经可逆与不可逆两条路径到
达同一终点，则不可逆途径的S必大于可
逆过程的S。 ╳ • 可逆循环熵变为零，不可逆循环熵变大于零。╳
• 不可逆过程S永远大于可逆过程S。 ╳
请你简答（1）
• 若工质从同一初态出发，从相同热源吸收相
同热量，问可逆与不可逆的末态熵谁大？
s
q
T
>：不可逆过程 =：可逆过程
4-9 4-10 4-11 4-12
熵与不可逆讨论(例4 续7)
T 800 K 750 K
300 K 285 K
t,C 0.64375 t 0.475
wC 386.25 kJ/kg w 285 kJ/kg
101.25 kJ/kg
s w wC
第四章 习题课
例1(4-7) ：设有一个能同时产生冷空气和热
ln Tb Ta
Rm
ln
pb pa
nc
Cpm
ln Tc Ta
Rm
ln
pc pa
nbCpm
ln
TbTc Ta 2
b -15 ℃
a 2 kmol
25℃ 1 atm
0.962 kJ/K
60 ℃ c 不可能
1 kmol
1 kmol
1 atm
1 atm
例1 教材（4-7）续2
热一律 Q H Wt
338.15
338.15
cm(95 65) cm(1kg m)(6155℃ 65)95℃0
28(81.-1m5)kg 65 ℃ 15 ℃
解得 m 0.6249
15 ℃环境吸热
冷热管
关于熵，请你判断下列说法
• 任何过程，熵只增不减。 ╳
• 若从某一初态经可逆与不可逆两条路径到
达同一终点，则不可逆途径的S必大于可
逆过程的S。 ╳ • 可逆循环熵变为零，不可逆循环熵变大于零。╳
• 不可逆过程S永远大于可逆过程S。 ╳
请你简答（1）
• 若工质从同一初态出发，从相同热源吸收相
同热量，问可逆与不可逆的末态熵谁大？
s
q
T
>：不可逆过程 =：可逆过程
清华大学工程热力学讲义101PPT课件
q p ( u v)T d v ( T u)vd T M d v N d T
M
T
v
Tpv
2u
Tv
N v
T
2u vT
q 不是状态参数 热量不是状态参数
常用的状态参数间的数学关系
x
1
倒数式 Reciprocity
relation
y
z
y x z
循环式 Cyclic
s
f T
h v pu pv fvfTT T f vv fv T
uf Tsf TTf v
吉布斯函数（Gibbs Function）
d h T d s v d p d T s s d T v d p
dhT s sdTvdp
令 g hTs 吉布斯函数 GHTS
dgsdTvdp gg(T, p) 是特征函数
四个 Maxwell ralation
p s
v
T v
s
s
p
T
v T
p
v s
p
T p
s
s
v
T
p T
v
四个特征函数（吉布斯方程）
d T u d ps d u v f( s ,v ) dd d u f T h uss vd sd d v p uvT d s sd h dfv p h f v ( ( s T ,,p v ) ) d us g s v Td vT ud vg s g p p( T ,p )
作业
10-2 10-3 10-4
第十章
热力学微分关系式 及实际气体的性质
Thermodynamic differential relation and the
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
清华大学工程热力学讲义_4-1
卡诺定理小结
1、在两个不同 T 的恒温热源间工作的一切 可逆热机 tR = tC 2、多热源间工作的一切可逆热机 tR多 < 同温限间工作卡诺机 tC 3、不可逆热机tIR < 同热源间工作可逆热机tR tIR < tR= tC
∴ 在给定的温度界限间工作的一切热机，
tC最高
热机极限
Q2R多 = T2(sc-sa) tR多 1
T2
_
6
5 s
T1
概括性卡诺热机 Ericsson cycle
如果吸热和放热的多变指数相同
∴ ab = cd = ef
完全回热
T2 T1
T a n d
T1
b n
tR概括 1
tC
e T2
c
f s
这个结论提供了一个提高热效率的途径
Q E 21000m 1800m 11.7
mkg水降低5C放热：
Q cmt 21000m[ J ]
第二类永动机???
水面
耗功 发电机
蒸汽
制冷系统
水
单热源热机
perpetual-motion machine
1874-1898, J.W.Kelly, hydropneumaticpulsating-vacu-engine, collected millions of dollars. 1918, the U.S. Patent Office decreed that it would on longer consider any perpetual-motion machine applications. 中国上世纪八十年代，王洪成，水变油
克劳修斯表述
《工程热力学》(第四版)配套教学课件
传热面积是影响换热器性能的重要因素。通过优化传热面积，可以 提高换热效率，降低能耗。
流体流动模式
流体流动模式会影响传热系数。合理设计流体流动路径，可以增强 传热效率。
材料选择
材料选择需要考虑流体腐蚀性，耐温性，成本等因素。合适的材料 可以确保换热器寿命和可靠性。
课程总结与反馈
1 1. 课程回顾
回顾课程内容，掌握核心概念。
3 3. 混合物热力学性质
混合物热力学性质包括焓、 熵、吉布斯自由能等，可用 于分析混合物的能量变化。
4 4. 应用
气体和液体混合物在许多工 程应用中发挥重要作用，例 如制冷剂、燃料和化学反应 过程。
化学平衡与化学反应
1
2
3
化学平衡
化学反应达到平衡状态时，正逆反应 速率相等，反应物和生成物的浓度不
功
3
功是能量的另一种形式，它是力作用在物体上所做的功。
内能
4
内能是系统内部所有能量的总和，包括热能、动能和势能。
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
热力学第二定律阐述了热量传递的方向性和不可逆性，以及熵增原理。
克劳修斯表述
热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，需要外界做功。
开尔文表述
不可能从单一热源吸取热量，全部用来做功，而不引起其他变化。
《工程热力学》第四 版教学课件
本套课件旨在为学习工程热力学课程的学生提供更直观、更易懂的学习体 验。
课件内容涵盖了工程热力学的基础知识，并通过丰富的图文和动画进行讲 解，使学生更容易理解和掌握。
hd by h d
课程简介
课程内容
本课程涵盖了热力学基础、热力学定律、流体性质、传热原理以及常见热力学系统等方面内容。
流体流动模式
流体流动模式会影响传热系数。合理设计流体流动路径，可以增强 传热效率。
材料选择
材料选择需要考虑流体腐蚀性，耐温性，成本等因素。合适的材料 可以确保换热器寿命和可靠性。
课程总结与反馈
1 1. 课程回顾
回顾课程内容，掌握核心概念。
3 3. 混合物热力学性质
混合物热力学性质包括焓、 熵、吉布斯自由能等，可用 于分析混合物的能量变化。
4 4. 应用
气体和液体混合物在许多工 程应用中发挥重要作用，例 如制冷剂、燃料和化学反应 过程。
化学平衡与化学反应
1
2
3
化学平衡
化学反应达到平衡状态时，正逆反应 速率相等，反应物和生成物的浓度不
功
3
功是能量的另一种形式，它是力作用在物体上所做的功。
内能
4
内能是系统内部所有能量的总和，包括热能、动能和势能。
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
热力学第二定律阐述了热量传递的方向性和不可逆性，以及熵增原理。
克劳修斯表述
热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，需要外界做功。
开尔文表述
不可能从单一热源吸取热量，全部用来做功，而不引起其他变化。
《工程热力学》第四 版教学课件
本套课件旨在为学习工程热力学课程的学生提供更直观、更易懂的学习体 验。
课件内容涵盖了工程热力学的基础知识，并通过丰富的图文和动画进行讲 解，使学生更容易理解和掌握。
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课程简介
课程内容
本课程涵盖了热力学基础、热力学定律、流体性质、传热原理以及常见热力学系统等方面内容。
清华大学工程热力学课件 第1章(1)
A system is said to have undergone a cycle if it returns to its initial state at the end of the process
循环 和 过程 Cycle and Process
循环由过程构成
过程
可逆 不可逆 循环
可逆循环 (闭合实线)
热力循环的评价指标 (续)
逆循环：净效应（对内作功，放热） 制冷循环：制冷系数 T0
收 益 吸 热 Q ＝2 代 价 耗 功 W
Q1
W
制热循环：制热系数
收 益 放 热 Q ’ ＝1 代 价 耗 功 W
Q2
T2
第一章 小 结 Summary
基本概念：
热力系 平衡态
准静态、可逆
W W B A
可逆过程与准静态过程(续)
缓慢电加热A腔中气体，B中理想气体被压缩
2）以A中气体为系统
缓慢加热 准静态 内可逆 无摩擦
A
B
3）以A腔为系统
电功耗散为热 电功耗散为热 不可逆 不可逆
绝热，无摩擦
4）以A＋B腔为系统
熵 (Entropy) 的定义 reversible Q rev 广延量 [kJ/K] dS T
q rev ds T
比参数 [kJ/kg.K]
ds: 可逆过程 qrev除以传热时的T所得的商
清华大学刘仙洲教授将其命名为“熵”
熵的说明
1、熵是状态参数 (? )
2、符号规定 系统吸热时为正 Q > 0 系统放热时为负 Q < 0
2、热力学定义I
热力学定义II
功的热力学定义II
功是系统与外界相互作用的一种方 式，在力的推动下，通过有序运动方 式传递的能量。
《工程热力学》PPT课件
四、课程的特点、要求、学时分配、考核
特点:本课程理论性较强，无多少实物供参照，课堂上的 讲授以理论分析和推导为主。
对重点章节要熟练掌握。
要求:要求课上集中精力听讲，做好笔记，课下及时复习。
学时分配：总学时40
考核：本课程为考试课，平时20%；考试80%。
参考书： 1.《汽车发动机原理》徐兆坤 主编 清华大学出版社 2.《汽车发动机拖拉机》（第3版）董敬等主编 机械工业出版社
2、压力：用P表示，单位是Pa，Mpa、kPa。 定义：系统单位面积上受到的垂直作用力。 即：P=F/A 3、温度：用T表示，单位是K。 （Ｔ↑气体分子的平均 定义：表征物体的冷热程度 动能越大）
三、理想气体的状态方程
1、理想气体：气体分子本身不占有体积，分 子之间无相互作用力的气体。 2、理想气体的状态方程：
即：外界对系统所做的功全部用来增加系统的内能。
5、过程曲线
绝热压缩 温度升高
绝热膨胀 温度降低
五、多变过程
在实际的热力过程中，P、ν 、T的变化
和热量的交换都存在，不能用上述某一特殊
的热力过程来分析，需用一普遍的、更一般
的过程即多变过程来描述。
1、过程方程式：Pvn=常数 n=0,P=常数
n:多变指数。
是分子的内动能，仅与温度有关，是温度的单值函 数，用符号u表示，单位J。
三、闭口系统的能量方程
1、定义: 与外界没有质量交换的系统。 2、能量方程式
Q-W=Δ U
对于微元过程： 对于1kg工质：
故Q=Δ U+W δ Q=dU+δ W q=Δ u+w
（Ｊ/Kg)
—闭口系统能量方程
★以上各项均为代数值，可正可负或零，且 不受过程的性质和工质性质的限制。