(完整版)工程热力学教案1(05版)
教案
课程名称：工程热力学
所在单位：动力与能源工程学院
课程性质：专业基础课
授课学时：64学时（8学时实验）
授课专业：热能与动力工程，核工程与核技术，轮机工程授课学期：第3（或4）学期
严家騄，余晓福著. 水和水蒸汽热力性质图表. 北京：高等教育出版社，1995主要参考资料：
曾丹苓，敖越，朱克雄等编.工程热力学（第二版）北京：高等教育出版社，1986 朱明善，林兆庄，刘颖等. 工程热力学.北京：.清华大学出版社.1995
严家騄编著.工程热力学（第二版）.北京：高等教育出版社，1989
朱明善，陈宏芳.热力学分析.北京：高等教育出版社，1992
赵冠春，钱立仑.火用分析及其应用. 北京：高等教育出版社，1984
绪论
（课时1）
一、为什么学习“工程热力学”
热力学与专业培养目标的联系，说明学习工程热力学对本学科的重要性。
二、能量
能量的形式：??
?
???→
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???→
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??????→?
?
????→
燃烧
光热
转换热机
利用
发电机
聚变
裂变电动机
风 车
水 轮 机
光 电 转 换
化学能热能
太阳能热能
机械能
地热能热能
电能
原子能热能
风 能机械能
水力能机械能
太阳能
?
?
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→
?
?
?
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?
?
????????
?
????????????→??
燃 料 电 池
直接应用
电能
化学能电能
由能量的形式，人类面临的能源形式说明工程热力学对于动力工程的重要性。
三、工程热力学的主要内容
热力学基本概念；热力学第一定律；气体和蒸汽的性质和基本热力过程；热力学第二定律；实际气体性质简介；气体和蒸汽的流动；压气机的热力过程；气体动力循环；蒸汽动力装置循环；制冷循环；理想气体混合物及湿空气；化学热力学基础。
四、热力学的研究方法
1. 宏观的研究方法（宏观热力学；经典热力学）
2. 微观的研究方法（微观热力学；统计热力学）
工程热力学主要应用宏观的研究方法，但有时也引用气体分子运动理论和统计热力学的基本观点及研究成果。
五、怎样学好工程热力学
强调到课率和作业的重要性。要求作业及时完成，不等不拖，说明考核方式。
第1章 基本概念及定义
（课时2）
一、基本要求
1. 掌握工程热力学中的一些基本概念（热力系，平衡态，准平衡过程，可逆过程）；
2. 掌握状态参数的特征，基本状态参数的定义和单位；
3. 掌握热量和功量过程量的特征，正确理解并运用可逆过程的热量、功量的计算。 二、本章重点和难点
1. 必须正确理解一些重要的概念：平衡状态，准平衡过程，可逆过程；
2. 区分状态量和过程量的特征。
1.1热能在热机中转变成机械能的过程
热能动力装置??
??
????
??
蒸汽动力装置内燃机燃气动力装置燃气轮机制冷空调
引出几个定义：
工 质——实现热能和机械能相互转换的媒介物质（working substance ）； 高温热源——工质从中吸取热能的物质； 低温热源——接受工质排出热源的物质；
1.2热力系统
一、热力系统
1. 热力系的定义和图例：
热力学中把分析的对象从周围物体中分割出来，研究它与周围物体之间的能量和物质的传递，这种被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统。
外界
边界
2. 热力系的分类??
?????
闭口系统开口系统
绝热系统孤立系统
（1）结合思考题1：闭口系与外界物物质交换，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（开口系中的质量是否就一定是变化的）？
注意区分开口系与闭口系的主要因素为：区分是闭口系统还是开口系统的依据是有没有质量跨越系统的边界，而不是系统中质量的数量是否变化。
（2）“绝热”的概念：由于温差而传递的能量
（3）孤立系的取法与意图，在此处阐明孤立系是一个理想化的概念。是为了研究问题的方便，用一个假想的边界，把进行能量转换的一切有关物体都包括进来构成一个孤立系统。（强调）孤立系统内部各子系统之间可以有各种相互作用，而孤立系统与外界之间则无任何相互作用。（以利于第5章孤立系熵增的理解）。
3.热力系的选取
二、边界（Boundary/Control surface ）系统与外界的分界面
说明：a. 边界可以是实际的，也可以是假定的；
b. 边界可以是固定的，也可以是移动的。
三、外界（Surrounding ）
以例子说明研究外界的作用。为热力系分析打基础。
四、热力系统模型实例
以换热器和高压锅中的热力传递为例，说明如何选好热力系。
1.3 工质的热力学状态及其基本状态参数
一、热力学状态
1. 热力学状态
热力学状态的定义
2. 状态参数及其性质
○
1状态参数 ○
2状态参数的性质
状态参数是热力系统状态的单值函数，它的值取决于给定的状态，而与如何达到这一状态的途径无关。状态参数的这一特性表现在数学上是点函数，其微分差是全微分，而全微分沿闭合路线的积分等于0。即
22
112
1
0,dX dX X
X X ==-=????
○
3状态参数的分类p T V
U
H S
??
?????????可直接用仪器测量，可测参数，基本状态参数；通过热力学方法由基本参数推导而来，不可测参数。 强度量——压力和温度这两个参数与系统质量的多少无关，称为强度量；
广延量——体积V 、热力学能U 、焓H 、熵S 等与系统质量成正比，具有可加性，称作广延量。
注：热力学的广延量用大写字母表示，其比参数（单位质量的体积v 、热力学能u 、焓h 、熵s ）用小写字母表示。（通过对量的代数形式的定义，引导学生在科学研究中尊重术语）
二、温度
物理意义 ○1宏观：温度是物体冷热程度的标志。
在此处插入热力学第零定律，使热力学体系更加完善。 ○
2微观 温度是物质微粒热运动激烈程度的标志。 ○
3测量 温度是利用温度计来测量的。
结合思考题，说明温度计的测温原理：（思考题5） ○
4温标 温标——温度的数值表示法。
不同温标之间的关系：
11221122i i s i s i
t t t t
t t t t --?
=--可推出两种温标之间的关系。
几种类型的温度计及其测量属性
例1－1：铂金丝的电阻在冰点时为10.000Ω，在水的冰点时为14.247Ω，在硫的沸点（446℃）时为27.887Ω，试求出温度t /℃和电阻R /Ω的关系式()
201R R At Bt =++中的常数A 、B 、R 0的数值。
结合（思考题6）说明经验温标的缺点，引出热力学温标。 热力学温标。
摄氏温度与热力学温度的关系 273.15t T K =-
三、压力
1. 压力的定义
2. 压力的测量。通过测压元件的图例和工作情况说明压力计所测得的压力是工质的真实压力（或称绝对压力）与环境介质压力之差，叫做表压力或真空度。（理解思考题4）；对压力元件所处环境的说明：（习题1-8）
3. 压力单位：Pa 1Pa ＝1N/m 2 1MPa ＝106Pa
1atm ＝101325Pa, 1at ＝98066.5Pa ，1mmHg ＝133.3224Pa ，1mmH 2O ＝9.80665Pa
例1－
2：测得容器内气体的表压力为0.25MPa ，当地大气压为755mmHg ，求容器内气体的绝对压力，并分别用MPa ，bar ，atm ，at 表示。
v 0
四、比体积和密度
比体积、密度
注意：1v ρ=，因此它们不是相互独立的参数，可以任意选用其中之一，工程热力学中通常用v 作为独立参数。
1.4 平衡状态、状态方程式、坐标图（课时3、4）
一、平衡状态
通过状态的分类引出热力学的三个研究层次，使学生认识到热力学虽然是一门有上百年的历史的学科，但其依然充满活力，增加研究兴趣 1 平衡状态的定义
说明：1 不受外界影响是指与外界既没有能量交换，也没有物质交换，但重力场的影
响除外；
2 始终保持不变，是指系统参数不随时间变化； 平衡包括
3 热平衡，组成热力系统的各部分之间没有热量的传递；
4 力平衡，各部分之间没有相对位移，系统就处于力的平衡。
5 化学平衡，没有化学反应
6 相平衡：没有相的迁移。
实现平衡状态的充要条件：
只有在系统内或系统与外界之间一切不平衡势差都不存在时。
2 稳定状态。
内燃机、压气机在稳定状态时，工质状态的周期性规律不随时间而变。说明在对此类热力设备进行研究时应视之为稳定系统
换热器在设计工况下工作时各点状态也不随时间而变。
说明：1.稳定状态的特征，各状态点或各点状态的周期性变化规律不随时间而变；
2.各点状态可能不同，即系统内部的状态可能并不均匀。
稳定状态与平衡状态是不同的概念
区别：稳定状态仅仅强调不随时间而变，并不强调这种不随时间而变的条件。平衡状态既强调不随时间而变，也强调不随时间而变的条件，即在不受外界影响的条件下。
液相
T,p,u ’,h ’,s ’
T,p,u,h,s
3 均匀状态。（平衡是相对于时间而言的，均匀是相对于空间而言的。）
以例子说明如何区分平衡与稳定，平衡与均匀两种概念。
例1.3 铜棒的一端与高温热源H T 接触，另一端与低温热源L T 接触，其表面与外界绝缘，如图。经历较长时间后，铜棒内各截面的温度不再随时间变化，试问铜棒是否处于平衡状态？
说明：由此例可见要注意区分稳定与平衡两种不同的概念。稳定状态时状态参数虽不
随时间变化，但它是靠外界影响来维持的。平衡状态是不受外界影响时参数不随时间变化的状态，两者有所区别，但又有联系——平衡必稳定，稳定未必平衡。
例 1.4 一刚性绝热容器内充有水和水蒸气混合物，他们的温度和压力分别相等，不随时间而变化，试问汽水混合物是否已处于平衡状态。
说明：本例说明，处于热力平衡状态的系统内部各种参数未必都是均匀的，即均匀必
平衡，平衡未必均匀。
当然对于单相物质组成的系统，均匀必平衡，平衡也必均匀。 判断题：均匀必平衡，平衡也必均匀。 有前提条件：对于单相物系，均匀必平衡，平衡也必均匀；对于复相系统，均匀必平衡，平衡未必均匀。
注：本书未加特别注明之处，一律把平衡状态下单相物系当成是均匀的，物系中各处的状态参数应相等。
例1.5 试说明平衡状态的特征及其实现的条件？
二、状态方程式
()()(),,,,,T T p v p p T v v v p T === (),,F F p v T =
三、状态参数坐标图
压容图()p v -和温熵图()T s -。
强调：只有平衡状态才能用状态参数图上的一点表示，不平衡状态因系统各部分的物理量一般不相同，在坐标图上无法表示。
1.5 工质的状态变化过程
一、系统发生状态变化的原因
热力过程。
二、准平衡（静态）过程
1. 准静态过程
准静态过程。
准静态过程。→??
→?势差足够小足够小地偏离平衡状态实现条件变化速度足够慢足够的时间恢复平衡
即气体工质在压力差作用下实现准静态过程的条件是：气体工质和外界之间的压力
差为无限小，即：0ext F p p p A ???=-+→ ??
? 或ext F
p p A →+
气体工质和外界温差为无限小，即0ext T T T ?=-→ 或ext T T → 实现准平衡过程条件
-0
ext ext F p p p A T T T ??
??=+→? ??
????=-→?
压力差无限小准平衡过程温度差无限小 说明：1. 由于准静态过程中系统所经
历的都是平衡状态，因而可以用状态参数
来描述过程中的每个状态，也可以用状态方程来表示参数之间的关系，并能在各种状态参数坐标图上，用一条过程曲线形象地把该过程表示出来。这样，我们就可以运用数学工具对系统的准静态过程进行详尽的分析。
2.工程实际说明
二、可逆过程和不可逆过程
1. 可逆过程特征。
2. 可逆过程必须满足下列条件：（使系统实现可逆过程的条件是什么）
①可逆过程必须是准静态过程，即必须在势差足够小、变化足够慢的条件下进行。这样，每个中间状态都可看作是平衡状态，而且，一旦改变势差的方向，即可改变过程的方向；
②可逆过程中不存在任何耗散效应，如摩擦、扰动、电阻、永久变形等等，耗散效应必定导致无法消除的影响。因此，可逆过程也可定义为：可逆过程是无耗散效应的准静
态过程。
3. 不满足可逆过程的定义或条件的过程，称为不可逆过程。
4. 典型的不可逆过程。例如：温差传热；自由膨胀；混合过程；节流过程；摩擦生热；粘性流体；阻尼振动；电阻热效应；燃烧过程；非弹性变形；磁滞损耗等等。但。
5.实际过程的说明。
注意：对可逆过程定义的说明重申热力学的研究方法。
课后思考题
1. 判断下列过程中那些是可逆的、不可逆的，可以是可逆的，并扼要说明不可逆的原因。
（1）对刚性容器内的水加热使其在恒温下蒸发。 （2）对刚性容器内的水做功使其在恒温下蒸发。
p
v
（3）对刚性容器中的空气缓慢加热使其从50℃升温到100℃。 （4）定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸和活塞中被慢慢压缩。 （5）100℃的蒸汽流与25℃的水流绝热混合。
1.6 过程功和热量
一、过程功
1. 功的定义和单位
普通物理中功的定义：在力F 的作用下物体发生微小的位移dx ，则力F 所作的微功为
W Fdx δ=
式中：W δ——微小功量（并非全微分）。
若物体在力F 的作用下由空间某点1位移到点2，则力F 所作的功为
2
121
W Fdx -=?
功的单位：J ，焦耳
1J 的功相当于物体在1N 的力的作用下产生1m 的位移时产生的功量，即 1J ＝1N ·m
单位质量的物质所做的功称为比功，单位为J/kg 。若质量为m 的物质完成的功为W ，则比功为
W
w m
=
J/kg 单位时间内完成的功称为功率，单位为W ，即 1W=1J/s
工程上还用kW 做单位 1kW =1kJ/s
2. 可逆过程的功
按照功的力学定义，工质推动活塞移动距离dx 时，反抗斥力所做的膨胀功为
W Fdx pAdx pdV δ===
式中：A ——活塞面积；
dV ——工质体积微元变化量。
工质从状态1变化到状态2，所作的膨胀功为：2
1
W pdV =
?
说明：○1如已知可逆的膨胀过程1－2的方程式()p f V =，即可由积分求得膨胀过
程功的数值；
○
2膨胀功12W -在p V -图上可用过程线下方的面积121n m ----表示，因此p V -图也叫示功图。
如果工质是1kg ，则所做的功为
p
v
1
w pdV pdv m
δ=
= 2121
w pdv -=?
过程依相反方向2－1进行时，同样可得
1
212
w pdv -=?
应用功量公式应注意以下几点：
1. 功量正负号规定（一定重点强调）。由公式可知， 0dv =时，0w δ=，无功量交换；
00dv w δ>>时，，系统对外做功，功为正； 00dv w δ<<时，，外界对系统做功，功为负。
简言之，系统对外做功，功为正；外界对系统做功，功为负。 2. 功量的大小可以用p V -图上过程线下方的面积表示；
3. 功量是个过程量，w δ不是全微分。当初终状态一定，而过程经历的途径不同时，功量的大小也各不相同。
4.容积变化功的公式只适用于准静态过程和可逆过程，对于非此类过程，不仅不能用上述公式来计算，而且不能用p V -图来表示该过程，对于不可逆过程的功量必须用其它方法来计算。
5. 此公式适用于任何工质。流动工质在准静态过程中所做的膨胀功也可用此式计算。
6. 准静态过程的膨胀功和压缩功，可用系统内部的参数描述，无须考虑外界的情况，但必须知道内部参数,p V 的函数关系。,p V 的函数关系可根据研究的具体过程方程和实验数据确定。
7. 闭口系工质在膨胀过程中所作的功并不全部用来输出作有用功，它一部分因摩擦而耗散，一部分用以排斥大气做功，余下的才是可被利用的功，称作有用功。
1u r W W W W =--
3. 广义功（简介）
二、过程热量
1. 定义：传递的能量。（能量的一种，是由温差引起的）
热量的单位：J ，焦耳
结合思考题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，所以开口系不可能是绝热系。对不对，为什么？
*（此处重点阐述过程量的特点）从对功和热量的定义可以看出，热量和功都是能量传递的度量，它们是过程量。只有在能量传递过程中才有所谓的功和热量，没有能量的传递过程就没有功和热量。说物系在某一状态下有多少功或多少热量，显然是毫无意义的、错误的，因为功和热量都不是状态参数。只有当系统状态发生变化时，才可能有功和热量的传递，所以功和热量的大小不仅与过程的初、终状态有关，而且与过程的性质有关，它们是过程量。
功和热量的不同之处。便于对第5章热过程方向性的理解。
2. 准静态过程中热量的计算公式
微元过程：Q TdS δ= 有限过程：2
121
Q TdS -=
?
单位质量：q Tds δ=
2
121
q Tds -=?
说明：1. 热量正负号规定。体系吸热，热量为正；体系放热，热量为负。 2. 热量的大小可以用T s -图上过程线下方的面积表示；
3. 热量是个过程量，q δ不是全微分。当初终状态一定，而过程经历的途径不同时，热量的大小也各不相同。
4.公式只适用于准静态过程和可逆过程，若非此类过程，不仅不能用上述公式来计算，而且不能用T s -图来表示该过程，对于不可逆过程得热量必须用其它方法来计算。
1.7热力循环
一、热力循环及其分类
循环。 循环分类。
收益
经济性指标＝
代价
二、正向循环
正向循环也叫热动力循环。设图为一正向循环的
-p v 和T s -图。
循环净功：net w w δ=
??
循环净热量：12net q q q q δ=-=
??
T
s
m
n
e
f
2t =w net
v
s
正向循环的经济性用热效率t η来衡量。1
net t w q η=
循环收益——循环净功
＝花费代价——工质吸热量
t η愈大，即吸入同样的热量1q 时得到的循环功net w 愈多，它表明循环的经济性愈好。
三、逆向循环
制冷系数：2
net
q w ε=
热泵系数（供热系数）
1
'net
q w ε=
与热效率一样，制冷系数和热泵系数愈大，表明循环经济性愈好。
本章小结
基本术语和基本概念：热力系、平衡态、准静态过程、可逆过程。 准静态过程实现的条件。 可逆过程实现的条件。
状态参数及其性质、定义、单位；
热量和功量的特征以及可逆过程的热量和功量的计算。 可逆过程的功和热量：
微元过程 注意问题 W pdV δ= Q TdS δ= ○1正负号约定 w pdv δ= q Tds δ= ○2面积 有限过程
21
W pdV =? 2
121
Q TdS -=? ○3过程量
2121
w pdv -=? 2
121
q Tds -=? ○4适用范围
热力循环的分类及评价指标
m
n e f =w net v s
第2章 热力学第一定律
一、基本要求：
①正确识别各种不同形式能量的能力； ②根据实际问题建立具体能量方程的能力； ○
3应用基本概念及能量方程进行分析计算的能力； ○
4注意焓的引出及其定义式。 二、重点与难点
1、 焓的定义、物理意义、性质；
2、 不同形式的功，稳定流动中几种功的关系；
3、 能量方程的应用。
2.1热力学第一定律的实质
（课时5、6）
功的单位及其相互关系：
在国际单位制中，热和功的单位皆为焦耳（J ）； 在工程单位制中，热，kcal ；功，kgf ·m 。
由于1kcal=4.1868kJ=426.935kgf ·m
功率：单位时间内所做的功，用P 表示，单位（SI ）W ，kW 。 工程制：马力
1W=1J/s ；
1kW=1kJ/s=102.kgf.m/s ； 1kW=1.36马力； 1马力=0.735kW 。
1千瓦在小时内所做的功为—千瓦.小时 1kW.h=3600kJ=860kcal ； 1马力在小时内所做的功为——马力.小时 1马力.小时=2646kJ=632kcal 。
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象上的应用。指出：热能和机械能之间可以互相转化，但总量保持不变。
2.2 热力学能和总能
一、热力学能
热力学能 U ，J ，kJ ；
单位质量的热力学能称为比热力学能（比内能）u ，J/kg ，kJ/kg 。
工质的内能包括：
1）工质的内动能??
?
??振动
转动平动
()T f mv =221，当工质的分子可视做质点时，只有平动动能，
而无转动和振动动能。
2）分子内部的作用力（内部势能，内位能）()T v f U ,=
所以内能是温度与比容的函数()v T f U ,=而对于单位质量的工质的内能为
()v T f u ,=
又因为气体的T v p ,,是由状态方程式()0,,=T v p F 联系起来的，所以又有()v p f u ,=和 ()T p f u ,=。
二、外部储存能
外部储存能。
宏观运动的整体动能： 2
2
1mc E k =
kJ ； 宏观的整体动能：mgz E p = kJ ；
三、总能
系统中的总储存能为：U E E E p k ++= kJ ； 单位质量的能量为：gz c u e ++
=2
2
1 kJ/kg ； 四、热力学能的性质
1.热力学能是系统的一个状态参数并具有状态参数的所有通性。
热力学能U 是个广延参数，具有可加性，而比热力学能m
U
u =是强度参数，具有点函数的性质。0=?du
122
1u u du -=?
也就是说，若工质从初态1变化到终态2，其热力学能的变化U ?只与初终状态有关，而与过程路径无关。
2. 热力学能是一个不可测的状态参数，其绝对值是无法确定的。
3. 系统的热力学能变化是可以计算的。
2.3能量的传递和转化
1、做功和传热
2.推动功和流动功
（1）推动功。图示系统
p F S pV mpv ???==（J ）。 式中，m ——进入汽缸的工质质量。 1千克工质的推动功等于pv （J/kg ）。
（2）流动功。
推动功差()2211pv p v p v ?=-
2.4 焓(课时7、8)
1、焓是一个状态参数，定义表达式为：pv u h +=，不论是控制质量还是流动质量，当状态一定时，u 及pv 都有确定的数值。焓的数值也就完全确定了。热力学能及加项都是状态量，具有状态参数所有的通性，对于这一点是毫无争议的。
例：气瓶中气体表压力为p MPa ，体积为V m 3，内能为U kJ ，则气瓶中气体的焓为：
()?+=pV U H
注意○1压力应为绝对压力；
○
2单位统一。 2、焓中有两项：热力学能——储藏在工质内部的储存能，不论是控制质量还是流动质量，工质内部所拥有的能量就是热力学能，是一个状态量；
2.5 热力学第一定律基本表达式
基本方程写法：进入系统的能量—离开系统的能量=系统内部储存能的变化
一、闭口系能量方程
CM k p Q W E U E E -=?=?+?+?
若工质的宏观动能和位能的变化可忽略不计
U W Q ?=-或U W Q ?+=
热力学第一定律的第一解析式。
式中：12U U U -=?，为系统在状态2和状态1下的热力学能。 对于闭口系统，功只能为容积功。
注意：○1上式不可以写成U W Q ?+?=?，因为热量和功都是能量传递的度量。只有在
能量传递的过程中才有所谓功和热量，没有能量传递的过程也就根本没有什么功和热量。若说物体在某一状态下有多少功或多少热量，这显然是毫无意义的、错误的。功和热量都不是状态参数。一个过程只有一个热量，一个过程也只有一个功。
对于单位质量的工质：w u q +?=
○
2此式直接从能量守恒和转化的普遍原理得出，没有做任何假定，因此它对闭口系统 是普遍适用的，毫无例外。可适用于可逆过程，也可适用于不可逆过程。对工质的性质也没有限制，无论是理想气体，还是实际气体，甚至液体都可适用。为了确定工质初态和终态内能的值，要求工质初态和终态是平衡状态。
结论：对静止闭系，W dU Q δδ+=
有限过程中 U W Q ?=-
就lkg 工质而言，可写成：w du q δδ+=或 w u q +?= 以上四式的应用适合静止闭系的一切过程，包括可逆过程和不可逆过程 对于准静态过程和可逆过程：?=pdv w
则对于简单可压系可逆过程写成：
pdV dU Q +=δ ?+?=pdV U Q
pdv du q +=δ
?+?=2
1
pdv u q
非可逆过程不可以这样写。
例 一个装有2kg 工质的闭口系统经历了如下过程：过程中系统散热25kJ ，外界对系统做功100kJ ，比热力学能减少了15kJ/kg ，并且整个系统被举高1000m ，试确定过程中系统动能的变化。
注意：○1能量方程中的,Q W 是代数值，在代入数值时要按约定正负号含义代入，
,,k p U E E ???表示增量，若过程中它们减少应代入负值；
○
2量纲一致。 2.6 稳定流动能量方程(课时9、10)
1、稳定流动
稳定流动是指开口系统的控制容积中每一空间点其参数不随时间而变化。
稳定流动具有下列特点：
（1） 整个系统单位时间与外界交
换的热、功不变；
（2） 进口参数和出口参数不变； （3） 系统的边界无胀缩；
1 dV 1, c f1
（4） 单位时间流入的质量等于流出的质量。
2、稳定流动能量方程
图示系统
流入能量及流出能量：
1） 流入系统的能量：11dE p dV Q δ++其中211111
2dE dU mc mgz δδ=+
+ 2） 流出系统的能量：i W dV p dE δ++22，其中2
222212
dE dU mc mgz δδ=++
则根据热力学第一定律的基本能量方程可得：
进入能量—流出能量=变化量（对于稳定流动，变化量=0）
则 流入能量=流出能量 即22111112222211
22
f i f Q dU mc mgz p dV W dU mc mgz p dV δδδδδδ++
++=++++ （1）
则对（1）式加以整理，得出系统的吸热量为：
()22
22211121211
()()()2
f f i Q U p dV U p dV m c c m
g z z W δδδδ=+--+-+-+ （2）
焓为流动工质所携带的能，工质要流动，则必携带内能u 和流动功pv ，所有的动力设备为了连续工作，需流动的工质，故焓的应用比内能广泛。 （2）式变为：
()22
21211
()2
f f i Q dH m c c m
g z z W δδδδ=+-+-+（3）
（3）式叫做稳定流动能量方程式。 有限过程的稳定流动能量方程：
()22
21211()2
f f i Q H m c c m
g z z W =?+-+-+
1kg 工质流过开口系经过有限或微元过程时，则
21
2f i q h c g z w =?+?+?+
21
2
f i q dh dc gdz w δδ=+++
而膨胀功
21
()()2
f i q u pv c
g z w -?=?+?+?+
由四个部分组成的：
1）()pv ?进出口推动功之差，是维持流动所需要的功 2）进出口动能之差
2
12
f c ?； 3）进出口位能之差
g z ? 4）i w 是工质对机器作的功。
工质在稳定流动过程中所作的膨胀功表现为一部分消耗于维持工质流动所需要的流动功
()pv ?，一部分用于增加工质的宏观动能和重力位能，其余部分才作为热力设备输出的功，
所以说膨胀功是简单可压缩系热变功的源泉。
定义；技术功()212
221)(2
1
z z g c c w w i t -+-+=
利用（4）式，则22112211()()t w q u p v p v w p v p v =-?--=--，即技术功还可表示为膨胀功减去进出系统的推动功之差。
说明：在各种方式的能量传递过程中，只有在工质膨胀作功时，才可能实现热能（无序能）变机械能（有序能）的转化，而产生的机械能就等于膨胀功。机械能转化为热能的过程虽则还可由摩擦、碰撞等来完成，但只有通过对工质压缩作功的转化过程才会是可逆的。所以热能和机械能的可逆转化总是和工质的膨胀和压缩联系在一起的。
而稳定流动能量方程（3）式变为： t t w h w h h q +?=+-=12（5） 此为，是用焓表示的第一定律解析式，也叫做热力学第一定律的第二解析式。
闭口系统能量方程 w u q +?= （6），
是热力学第一定律的第一解析式，它表明加给工质的热量一部分用于增加工质的内能，仍以热能的形式存在与工质内部，余下的部分以作功的方式传递给了外界，转化成机械能。在状态变化过程中转化为机械能的部分为u q ?-。
稳定流动能量方程式（3）和第一定律的第二解析式。都是从能量方程式直接推出，因此能普遍适用于可逆和不可逆过程，也普遍适用于各种工质。
可逆过程的技术功的具体表达式：
设工质由进口态变为出口态，其膨胀功为w 因为2211()t w w p v p v =-
在p-v 图上，膨胀功w 为面积12ab1=?
2
1
pdv ；
而22v p 为面积c2b0c ，11v p 为面积d1a0d ，则t w 为面积
12cd1=?
-2
1
vdp
也可这样推导：2211()t w w p v p v =-=
??-2
1
2
1
)(pv d pdv =?-2
1
vdp （7）
由（7）式可见，若dp 为负，即过程中工质的压力是降低的，则技术功为正，此时工质对机器作功。反之，若dp 为正，即过程中工质的压力是升高的，则技术功为负。此时机器
最新工程热力学课程 高中其它科目课件教案
高等职业教育教学课程标准工程热力学 适用专业：化工机械 2006年4月
一、课程性质与任务 工程热力学课程是化工机械专业的一门专业基础课，是研究物质的热力性质、热能与其它能量之间相互转换规律的科学，是培养化机专业技术人员的一门重要技术基础课，它以热力学基本作为基础，通过物质的压力、温度、比容等宏观参数和受热、冷却、膨胀、收缩等整体行为，对宏观现象和热力过程进行研究，同时探讨各种热力过程的特性，达到提高热能利用率和热功转换效率的最终目的。 本课程的任务是使学生掌握能量转换与利用的基本定律及其运用，掌握工质的热力性质分析，了解工程中节能技术的热力学原理及其分析方法，以实现能量转换的高效性和经济性，并为学习其他有关课程及从事有关生产技术工作打下必要的基础。 二、课程教学目标 工程热力学是研究热能与其他形式的能量（尤其是机械能）之间相互转换规律的一门学科。通过热能利用在整个能源利用中地位的阐述,使学生认识研究热能利用和学习工程热力学的重要性, 并注意渗透思想教育，逐步培养学生的辩证思维能力，加强学生的职业道德观念，向学生渗透爱课程、爱专业教育。通过对我国能源及其利用现状的介绍,增强学生对我国能源问题的忧患意识和责任意识,激发学生为解决我国能源问题而努力学习的热情。初步形成解决实际问题的能力，为学习专业知识和职业技能打下基础。 三、理论教学内容和要求 1 教学内容体系结构 课程体系结构为： (1) 研究能量转化的宏观规律，即热力学第一定律与第二定律。这是工程热力学的理论基础。其中热力学第一定律从数量上描述了热能和机械能相互转换时的关系；热力
学第二定律从质量上说明了热能和机械能之间的差别，指出能量转换的方向性。 (2) 研究工质（能量转换所凭借的物质）的基本热力性质。 (3) 研究常用典型热工设备中的工作过程。即应用热力学基本定律，分析工质在各种热工设备中经历的状态变化过程和循环，并探讨和分析影响能量转换效果的因素，以其提高转换效果的途径。 从工程应用角度，全部教学内容紧紧围绕热能与机械能的相互转换规律和提高转换效率途径的研究主题。 2 课程要求 通过本课程的学习，学生应达到下列基本要求： (1)掌握热力学基本定律及其运用； (2)理解工质的热力性质及各种机械装置中热力过程和热力循环的基本原理，正确运用各种公式和图表。 (3)从课程内容的角度，学生在学习了热力学第一定律与第二定律，初步了解和掌握了理想气体热力性质和过程基本规律之后，可以应用这些基本知识分析、解决一些实际问题，达到对所学知识的第一次初步理解和应用。然后，在进一步学习了实际气体热力性质和过程之后，更深层次的应用前面所学的基本知识，深入分析实际装置中的热力过程和多种循环，从而达到能在更高的认知层面上进一步综合、灵活应用工程热力学的知识去解决实际问题。(4)从研究方法的角度，像其他学科一样，在工程热力学中，普遍采用抽象、概括、理想化和简化的方法。这种略去细节、抽出共性、抓住主要矛盾的处理问题的方法，这种科学的抽象，不但不脱离实际，而且更深刻地反映了事物的本质，是科学研究的重要方法。 (5) 本课程的教学内容分为基础模块和选学模块两个部分。基础模块是本课程的必修内容，为最低要求必学内容。选学模块是根据学期学时、学生基础好坏以及本届学
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
工程热力学教案105版
教案 课程名称：工程热力学 所在单位：动力及能源工程学院 课程性质：专业基础课 授课学时：64学时（8学时实验） 授课专业：热能及动力工程，核工程及核技术，轮机工程授课学期：第3（或4）学期
高等教育出版社，2001 严家騄，余晓福著. 水和水蒸汽热力性质图表. 北京：高等教育出版社，1995 主要参考资料： 曾丹苓，敖越，朱克雄等编.工程热力学（第二版）北京：高等教育出版社，1986 朱明善，林兆庄，刘颖等. 工程热力学.北京：.清华大学出版社.1995 严家騄编著.工程热力学（第二版）.北京：高等教育出版社，1989朱明善，陈宏芳.热力学分析.北京：高等教育出版社，1992 赵冠春，钱立仑.火用分析及其应用. 北京：高等教育出版社，1984
绪论 （课时1） 一、为什么学习“工程热力学” 热力学及专业培养目标的联系，说明学习工程热力学对本学科的重要性。 二、能量 能量的形式：?? ? ???→ ?? ? ???→ ?? ? ???→ ?? ? ???→ ?? ? ?? ????→ ???→ ??←??? ? ?? ?? ?? ??????→ ?? ?? ??????→? ? ????→ 燃烧 光热 转换热机 利用 发电机 聚变 裂变电动机 风 车 水 轮 机 光 电 转 换 化学能热能 太阳能热能 机械能 地热能热能 电能 原子能热能 风 能机械能 水力能机械能 太阳能 ? ? ? ? ? ? ? ?? → ? ? ? ? ? ? ? ???????? ? ????????????→?? 燃 料 电 池 直接应用 电能 化学能电能 由能量的形式，人类面临的能源形式说明工程热力学对于动力工程的重要性。 三、工程热力学的主要内容 热力学基本概念；热力学第一定律；气体和蒸汽的性质和基本热力过程；热力学第二定律；实际气体性质简介；气体和蒸汽的流动；压气机的热力过程；气体动力循环；蒸汽动力装置循环；制冷循环；理想气体混合物及湿空气；化学热力学基础。 四、热力学的研究方法 1. 宏观的研究方法（宏观热力学；经典热力学） 2. 微观的研究方法（微观热力学；统计热力学） 工程热力学主要应用宏观的研究方法，但有时也引用气体分子运
工程热力学第七章水蒸气教案
1） 第七章 水蒸汽 ） 水蒸气是工程上应用较广泛的一种工质，例如蒸汽动力装置、压气式 制冷装置都是以水蒸气作为工质来实现热能→机械能相互转化的。这些动力装置也可用燃气或其他工质代替，那为什么要用水蒸汽呢？原因如下 ） 1、水蒸气容易获得，只要通过水的定性加热即可获得。 ） 2、有事宜的热力状态参数，靠卡诺循环、朗肯循环 ） 3、不会污染环境 ） 由于水蒸汽处于离液态较近的状态，常有集态现象而且，物理性质也很复杂，所以不能把它看作是理想气体，理想气体的状态方程式以及由它推导的其他计算公式一般都不能用来分析和计算水蒸汽。所以必须对水蒸汽的性质另行研究。 ） 这章重点研究：1、水蒸汽产生的一般原理 ） 2、水蒸汽状态参数确立 ） 3、水蒸汽图表的结构及应用 ） 4、计算水蒸汽热力过程中的,q w ） ） 7—1 基本概念和术语 ） 1、汽化：物质有液态转化为气态的过程。 ） 蒸发：在液态表面上进行的汽化过程，在任何温度下进行 ） 汽化的形式 沸腾：在液体内部和表面同时进行剧烈的汽化现象。沸腾时温度保持不变 解释：蒸发在任何温度下都可进行，它是由于液体表面总有一些能量较高的分子，克服临近分子的引力而脱离叶面，逸入液体外的空间，t 越高，能量较大的分子越多，蒸发愈激烈，汽化速度取决于温度。 沸腾时，实在液体内部产生大量的汽泡。汽泡上升到液面，破裂而放出大量的蒸汽， 工业上用的蒸汽都是通过沸腾的方式获得，液体在沸腾时温度不变，虽加热也保持不变，且液体和气体的温度相同。沸腾时的温度叫沸点。()ts f p = 2、液化：蒸汽转变为液体的现象，液化和汽化时相反的过程，他取决于(p) 3、饱和状态：当液体和蒸汽处于动平衡的状态 解释：当液体在有限的密闭空间里汽化时，不仅液体表面的液体分子蒸发到空间去，而空间的蒸汽分子也会因分子密度大，压力增大，撞击到液体表面回到液体中， 当液面上空的蒸汽分子密度达到一定程度时，在单位时间内逸出液面和回到液面的分子数相等时，蒸汽和液体的无量保持不变，汽、液两相处于动平衡状态。 4、饱和温度：当汽体和液体处于饱和状态时，液体和汽体温度称饱和温度 5、饱和压力：()s ts f p = 6、饱和蒸汽：处于饱和状态的蒸汽 7、饱和液体：处于饱和状态的液体 8、温饱和蒸汽：饱和液和饱和蒸汽的混合物，称温饱和蒸汽
《工程热力学A》(含实验)课程教学大纲.
《工程热力学A》(含实验)课程教学大纲 课程编码：08242025 课程名称：工程热力学A 英文名称：Engineering Thermodynamics A 开课学期：4 学时/学分：54 / 4 （其中实验学时：6 ） 课程类型：学科基础课 开课专业：热能与动力工程（汽车发动机方向）、热能与动力工程（热能方向） 选用教材：陈贵堂《工程热力学》北京理工大学出版社，1998； 陈贵堂王永珍《工程热力学》（第二版）北京理工大学出版社，2008 主要参考书： 1．陈贵堂王永珍《工程热力学学习指导》北京理工大学出版社，2008 2．华自强张忠进《工程热力学》.高等教育出版社.2000 3．沈维道，蒋智敏，童钧耕．工程热力学．第三版．北京：高等教育出版社，2001 4．曾丹苓，敖越，张新铭，刘朝编．工程热力学．第三版．北京：高等教育出版社，2002 5．严家马录．工程热力学．第三版．北京：高等教育出版社，2001 执笔人：王永珍 一、课程性质、目的与任务 该课程是热能与动力工程专业、建筑环境与设备工程专业基础课，是本专业学生未来学习、生活与工作的基石。通过它的认真学习可以可使学生了解并掌握一种新的理论方法体系，了解并掌握关于能量转换规律及能量有效利用的基本理论、树立合理用能思想，并能应用这些理论对热力过程及热力循环进行正确的分析、计算，为学生学习专业课程提供充分的理论准备，同时培养学生对工程中有关热工问题的判断、估算和综合分析的能力，为将来解决生产实际问题和参加科学研究打下必要的理论基础。 二、教学基本要求 通过本课程的学习可使学生了解并掌握关于能量转换规律及能量有效利用的基本理论、树立合理用能思想，并能应用这些理论对热力过程及热力循环进行正确的分析、计算。同时学生还可了解并掌握一种新的理论方法体系——外界分析法（The Surrounding Analysis Method, SAM），有利与开阔学生分析问题、解决问题的思路，有利于培养学生对工程中有关热工问题的判断、估算和综合分析的能力与素质，为将来解决生产实际问题和参加科学研究打下必要的理论基础。 三、各章节内容及学时分配 绪论introduction（1学时） 主要内容是让学生了解工程热力学的研究对象及研究方法、经典热力学理论体系的逻辑结构、SAM体系的逻辑结构及其主要特点。 一、热力学的定义、研究目的及分类Definition, Purpose, Classification 二、本门课的主要内容Contents 三、本门课的理论体系theory systems 第一章基本概念及定义Basic Concepts and Definitions（3学时，重点） 1-1 热力学模型The Thermodynamic Model of the SAM System 让学生了解并掌握热力学系统、边界、外界等概念，了解并重点掌握外界分析法的基本热力学
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 教案 第四讲
｛复习提问｝ 1、什么是热力学第一定律？ 2、什么事准平衡过程和可逆过程？举例描述。 3、系统储存能包括及部分，各是什么，表示符号和表达式是什么？ ｛导入新课｝ 第三节系统与外界传递的能量 上一节课我们学习了系统的总储存能，这一节我们来学你系统与外界传递的能量。 在热力过程中,热力系与外界交换的能量包括三部分，分别是功量、热量和工质通过边界时所携带的能量。下面我们分别来学习这三种能量： 一、热量 1、定义：系统和外界之间仅仅由于温度不同（温差）而通过边界传递的能量称 为热量。符号：Q , 单位为J或kJ 2、单位质量工质与外界交换的热量用q表示,单位为J/kg或kJ/kg 。 微元过程中热力系与外界交换的微小热量用δQ或δq表示。 3、热量为在热传递中物体能量改变的量度,是过程量。其数值大小与过程有关， 所以不是状态参数。 4、热量正负规定: 系统吸热，热量取正值，Q（q）＞0 ；系统放热，热量取 负值，Q（q）＜0 。 5、热量的记算式（推导）： 引入新概念【熵】 熵：指热能除以温度所得的商，标志热量转化为功的程度。有温差便有热量的传递,可用熵的变化量作为热力系与外界间有无热量传递以及热量传递方向的标志。 1、符号: S , 单位为J/K 或kJ/K 。 2、单位质量工质所具有的熵称为比熵, 用s 表示, 单位为J/（kg?K) 或kJ/（kg?K）。 用熵计算热量
在微元可逆过程中，系统与外界传递的热量可表示为： δq =Tds δQ =TdS 在可逆过程1-2中，系统吸收的热量可写为： q =?21Tds Q=?2 1TdS 根据熵的变化判断一个可逆过程中系统与外界之 间热量交换的方向：ds ＞0，δq ＞0，系统吸热； ds ＜0，δq ＜0，系统放热； ds =0，δq =0，系统与外界没有热量交换，是绝热（定熵）过程。 3. 温熵图 (T -s 图) 在可逆过程中单位质量工质与外界交换的热量 q =?21 Tds ， 大小等于T -s 图（温熵图）上过程曲线下的面积，因此温熵图也称示热图。对于分析热力过程和热力循环很有用处。 二、功量 我们知道热量是由于温差的作用使系统与外界发生能量交换，顾名思义，功量是在力差作用下，系统与外界发生的能量交换。 1、功量亦为过程量，不是状态参数。 2、有各种形式的功,如电功、磁功、膨胀功、轴功等。工程热力学主要研究 两种功量形式: ⑴体积变化功，⑵轴功。 ⑴体积变化功——由于热力系体积发生变化（增大或缩小）而通过边 界向外界传递的机械功称为体积变化功（膨胀功或压缩功）。 ①符号: W , 单位为J 或kJ 。 ②1kg 工质传递的体积变化功用符号w 表示，单位为J/kg 或kJ/kg 。 ③正负规定: d v > 0 , w > 0 , 热力系对外作膨胀功； d v < 0 , w < 0 , 热力系对外作压缩功。 ④体积变化功的计算式（推导） 课本图2-4 假设质量为1kg 的气体工质在汽缸中进行一个可逆膨胀过程，缸内气体压力p ，活塞截面积A ，活塞在某一瞬间移动微小位移dx 。则整个热力过程工质对活塞所作功量为 : 1→2为可逆过程 (pdv pAdx w ==δ)
工程热力学大总结_第五版
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力即为相对压力。 比容：单位质量工质所具有的容积，称为工质的比容。 密度：单位容积的工质所具有的质量，称为工质的密度。
工程热力学(1)
工程热力学 Engineering Thermodynamics
1
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
4
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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
6
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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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工程热力学第三版电子教案第7章
第7章水蒸汽 7．1 本章基本要求 (62) 7．2 本章难点 (62) 7．3 例题 (62) 7．4 思考及练习题 (66) 7．5 自测题 (69)
7．1 本章基本要求 理解水蒸汽的产生过程，掌握水蒸汽状态参数的计算，学会查水蒸汽图表和正确使用水蒸汽h-s 图。 掌握水蒸汽热力过程、功量、热量和状态参数的计算方法。 自学水蒸汽基本热力过程(§7-4)。 7．2 本章难点 1．水蒸汽是实际气体，前面章节中适用于理想气体的计算公式，对于水蒸汽不能适用，水蒸汽状态参数的计算，只能使用水蒸汽图表和水蒸汽h-s 图。 2．理想气体的内能、焓只是温度的函数,而实际气体的内能、焓则和温度及压力都有关。 3．查水蒸汽h-s 图，要注意各热力学状态参数的单位。 7．3 例题 例1：容积为0.63 m 的密闭容器内盛有压力为3.6bar 的干饱和蒸汽，问蒸汽的质量为多少，若对蒸汽进行冷却，当压力降低到2bar 时，问蒸汽的干度为多少，冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少 解：查以压力为序的饱和蒸汽表得： 1p =3.6bar 时，"1v =0.51056kg m /3 "1h =2733.8kJ /kg 蒸汽质量 m=V/"1v =1.1752kg
查饱和蒸汽表得： 2p =2bar 时，'2v =0.0010608kg m /3 "2v =0.88592kg m /3 '2h =504.7kJ /kg ''2h =2706.9kJ /kg 在冷却过程中，工质的容积、质量不变，故冷却前干饱和蒸汽的比容等于冷却后湿蒸 汽的比容即： "1v =2x v 或"1v =''22'22)1(v x v x +- 由于"1v ≈''22v x =≈"2"12v v x 0.5763 取蒸汽为闭系，由闭系能量方程 w u q +?= 由于是定容放热过程，故0=w 所以 1212u u u q -=?= 而u=h-pv 故 )()("11"1222v p h v p h q x x ---= 其中：2x h =''22'22)1(h x h x +-=1773.8kJ /kg 则 3.878-=q kJ /kg Q=mq=1.1752?(-878.3) =-1032.2kJ 例2：1p =50bar C t 01 400=的蒸汽进入汽轮机绝热膨胀至2p =0.04bar 。设环境温度C t 0020=求： （1）若过程是可逆的，1kg 蒸汽所做的膨胀功及技术功各为多少。 （2）若汽轮机的相对内效率为0.88时，其作功能力损失为多少 解：用h-s 图确定初、终参数 初态参数：1p =50bar C t 01400=时，1h =3197kJ /kg 1v =0.058 kg m /3 1s =6.65kJ /kgK
工程热力学(第五版_)课后习题答案
工程热力学(第五版_)课后 习题答案 本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March
2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 28 83140==M R R ＝)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 1013252739.296?==p RT v ＝kg m /3 v 1= ρ＝3/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝kmol m /3 2-3．把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO 2的质量。当地大气压B ＝ kPa 。 解：热力系：储气罐。 应用理想气体状态方程。 压送前储气罐中CO 2的质量 1 111RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2222RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝ B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO 2的质量
)1122(21T p T p R v m m m -= -= （5） 将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m= 2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m 3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少 解：同上题 1000)273 325.1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝ 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为的空气3 m 3，充入容积 m 3的储气罐内。设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到设充气过程中气罐内温度不变。 解：热力系：储气罐。 使用理想气体状态方程。 第一种解法： 首先求终态时需要充入的空气质量 288 2875.810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 ==m m t 2 第二种解法 将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为一定量的空气压缩为的空气；或者说、 m 3的空气在下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程 const pv = 、 m 3的空气在下占体积为 5.591 .05.87.01221=?==P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩的空气3 m 3，则要压缩 m 3的空气需要的时间 == 3 5.59τ 2－8 在一直径为400mm 的活塞上置有质量为3000kg 的物体，气缸中空气的温度为18℃
工程热力学教案
《工程热力学》教案 课程名称：工程热力学 学分：2或3 学时：32或48 课程教材：李永，宋健. 工程热力学[M]. 北京：机械工业出版社，2017 专业年级：工科类相关专业本科生 一、目的与任务 工程热力学基本定律反映了自然界的客观规律,以这些定律为基础进行演绎、逻辑推理而得到的工程热力学方法、关系与结论,具有高度的普遍性、可行性、可靠性与实用性,可以应用于力学、宇航工程、机械与车辆工程等各个领域。工程热力学目的是研究和讲授热力学系统、热能动力装置中工作介质的基本热力学性质、热力学定律、热力学各种装置的工作过程以及提高能量转化效率的途径等，使学生熟练掌握解决工程热力学问题的基本方法，培养学生灵活应用热力学定律合理分析热力学系统的基本能力。 工程热力学任务是研究和传授热力系统能量、能量转换以及与能量转换有关的物性间相互关系和基本研究方法，培养学生对热力学的基本概念、基本理论的熟练掌握，分析求解热力学基本问题的能力。工程热力学起源于对热机和工质等的研究，热力学定律条理清楚，推理严格。工程热力学的内容多、概念多、公式多与方法多，工程热力学广泛联系热力工程和能源工程等领域。 二、主要教学内容与学时分配 绪论(2 学时) 第一节热力学的发展意义 第二节热力学的历史沿革 第三节热力学的基本定律
第四节熵与能源 第一章基本概念(2学时) 第一节热能、热力系统、状态及状态参数 第二节热力过程、功量及热量 第三节热力循环 第二章热力学第一定律及其应用(2学时) 第一节热力学第一定律及其表达 第二节热力学能和总储存能 第三节热力学第一定律的实质(2学时) 第四节能量方程式 第五节稳定流动系统的能量方程(2学时) 第六节能量方程的应用 第七节循环过程 第三章理想气体的性质(2学时) 理想气体及其状态方程 理想气体的比热容、比热力学能、比焓及比熵 理想气体的混合物 第四章理想气体的热力过程(2学时) 第一节热力过程的方法概述 热力过程的基本分析方法 第二节理想气体的基本热力过程(2学时) 第三节理想气体的多变过程(2学时) 第四节压气机的理论压缩功(2学时) 第五章热力学第二定律(2学时) 第一节热力过程的方向性
工程热力学第五版习题答案
第四章 4-1 1kg 空气在可逆多变过程中吸热40kJ,其容积增大为1102v v =,压力降低为8/12p p =,设比热为定值,求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓与熵的变化。 解:热力系就是1kg 空气 过程特征:多变过程) 10/1ln()8/1ln()2/1ln()1/2ln(== v v p p n ＝0、9 因为 T c q n ?= 内能变化为 R c v 2 5= ＝717、5)/(K kg J ? v p c R c 5 727==＝1004、5)/(K kg J ? =n c ==--v v c n k n c 51＝3587、5)/(K kg J ? n v v c qc T c u /=?=?＝8×103J 膨胀功:u q w ?-=＝32 ×103 J 轴功:==nw w s 28、8 ×103 J 焓变:u k T c h p ?=?=?＝1、4×8＝11、2 ×103J 熵变:12ln 12ln p p c v v c s v p +=?＝0、82×103)/(K kg J ? 4－2 有1kg 空气、初始状态为MPa p 5.01=,1501=t ℃,进行下列过程: (1)可逆绝热膨胀到MPa p 1.02=; (2)不可逆绝热膨胀到MPa p 1.02=,K T 3002=; (3)可逆等温膨胀到MPa p 1.02=; (4)可逆多变膨胀到MPa p 1.02=,多变指数2=n ; 试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化,并将各过程的相对位置画在同一张v p -图与s T -图上 解:热力系1kg 空气 （1） 膨胀功:
])1 2(1[111k k p p k RT w ---=＝111、9×103J 熵变为0 (2))21(T T c u w v -=?-=＝88、3×103J 1 2ln 12ln p p R T T c s p -=?＝116、8)/(K kg J ? (3)21ln 1p p RT w =＝195、4×103)/(K kg J ? 2 1ln p p R s =?＝0、462×103)/(K kg J ? (4)])1 2(1[111 n n p p n RT w ---=＝67、1×103J n n p p T T 1)1 2(12-=＝189、2K 1 2ln 12ln p p R T T c s p -=?＝－346、4)/(K kg J ? 4-3 具有1kmol 空气的闭口系统,其初始容积为1m 3,终态容积为10 m 3,当初态与终态温度 均100℃时,试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。该过程为:(1)可逆定温膨胀;(2)向真空自由膨胀。 解:(1)定温膨胀功===1 10ln *373*287*4.22*293.112ln V V mRT w 7140kJ ==?1 2ln V V mR s 19、14kJ/K (2)自由膨胀作功为0 ==?12ln V V mR s 19、14kJ/K 4－4 质量为5kg 的氧气,在30℃温度下定温压缩,容积由3m 3变成0.6m 3,问该过程中工质 吸收或放出多少热量？输入或输出多少功量？内能、焓、熵变化各为多少？ 解:===3 6.0ln *300*8.259*512ln V V mRT q －627、2kJ 放热627、2kJ 因为定温,内能变化为0,所以 q w = 内能、焓变化均为0
工程热力学课程教案完整版
工程热力学课程教案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
《工程热力学》课程教案 *** 本课程教材及主要参考书目 教材： 沈维道、蒋智敏、童钧耕编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2001.6手册： 严家騄、余晓福着，水和水蒸气热力性质图表，高等教育出版社，1995.5 实验指导书： 华北电力大学动力系编，热力实验指导书，2001 参考书： 曾丹苓、敖越、张新铭、刘朝编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2002.12 王加璇等编着，工程热力学，华北电力大学，1992年。 朱明善、刘颖、林兆庄、彭晓峰合编，工程热力学，清华大学出版，1995年。 曾丹苓等编着，工程热力学（第一版），高教出版社，2002年 全美经典学习指导系列，[美]M.C. 波特尔、C.W. 萨默顿着郭航、孙嗣莹等 译，工程热力学，科学出版社，2002年。 何雅玲编，工程热力学精要分析及典型题精解，西安交通大学出版社，2000.4 概论（2学时） 1. 教学目标及基本要求 从人类用能的历史和能量转换装置的实例中认识理解：热能利用的广泛性和特殊性；工程热力学的研究内容和研究方法；本课程在专业学习中的地位；本课程与后续专业课程乃至专业培养目标的关系。 2. 各节教学内容及学时分配 0-1 热能及其利用（0.5学时） 0-2 热力学及其发展简史（0.5学时） 0-3 能量转换装置的工作过程（0.2学时） 0-4 工程热力学研究的对象及主要内容（0.8学时） 3. 重点难点 工程热力学的主要研究内容；研究内容与本课程四大部分（特别是前三大部分）之联系；工程热力学的研究方法 4. 教学内容的深化和拓宽 热力学基本定律的建立；热力学各分支；本课程与传热学、流体力学等课程各自的任务及联系；有关工程热力学及其应用的网上资源。 5. 教学方式 讲授，讨论，视频片段 6. 教学过程中应注意的问题
工程热力学课程教学大纲
《工程热力学》课程教学大纲 一、课程的性质和任务 本课程是建筑环境与能源应用工程及能源与动力工程专业必修的一门专业基础课。 本课程的任务是：通过对本课程的学习，使学生掌握有关物质热力性质、热能有效利用以及热能与其它能量转换的基本规律，培养学生运用热力学的定律、定理及有关的理论知识，对热力过程进行热力学分析的能力；初步掌握工程设计与研究中获取物性数据，对热力过程进行相关计算的方法。 二、课程的基本内容及要求 1、绪论 了解热能及其利用，热能装置的基本工作原理。 掌握工程热力学的研究对象、研究内容、研究方法及发展概况。 2、基本概念 了解工程热力学中一些基本术语和概念：热力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。 掌握状态参数的特征，基本状态参数p，v，T的定义和单位等。 熟练应用热量和功量过程量的特征，并会用系统的状态参数对可逆过程的热量、功量进行计算。 3、气体的热力性质 了解理想气体与实际气体、混合气体的性质、气体常数、通用气体常数、比热容等。 掌握气体的状态方程及其应用。 熟练应用气体状态方程解决气体的变化过程参数的变化。 4、热力学第一定律 了解能量、储存能、热力学能、迁移能、膨胀功、技术功、推动功的概念，深入理解热力学第一定律的实质。 掌握热力学第一定律及其表达式、掌握体积变化功、推动功、轴功和技术功
的概念及计算式。注意焓的引出及其定义式。 熟练应用热力学第一定律表达式来分析计算工程实际中的有关问题。 5、理想气体的热力过程及气体压缩 了解理想气体热力学能、焓和熵的变化。了解活塞式压气机的余隙影响及多级压缩的过程 掌握正确应用理想气体状态方程式及4种基本过程以及多变过程的初终态基本状态参数p，v，T之间的关系。 熟练应用4种基本过程以及多变过程系统与外界交换的热量、功量的计算。能将各过程表示在p-v图和T-s图上，并能正确地应用在p-v图和T-s图判断过程的特点。 6、热力学第二定律 了解用可用能、有效能的概念及其计算。在深刻领会热力学第二定律实质的基础上，认识能量不仅有"量"的多少，而且还有"质"的高低。 掌握热力学第二定律的表述和实质，掌握熵的意义、计算和应用；掌握孤立系统和绝热系统熵增的计算，从而明确能量损耗的计算方法。 熟练应用孤立系统熵增原理、可用能的损失及计算对热力过程进行热工分析，认识提高能量利用经济性的方向、途径和方法。 7、水蒸气 了解水蒸相变过程、蒸气图表的结构及有关蒸气的各种术语及其意义。例如：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和液体、饱和温度、饱和压、三相点、临界点、汽化潜热等。 掌握水蒸汽的定压汽化过程及水蒸汽的P—V图和T—S图。 熟练应用水蒸气图表分析水蒸气基本热力过程中热量及功量的变化。 8、湿空气 了解湿空气的组成，及焓湿图的绘制方法、了解实际应用的湿空气过程。 掌握湿空气状态参数的意义及其计算方法，并能区别哪些参数是独立参数，哪些参数存在相互关系。熟练掌握相对湿度、绝对湿度、含湿量等概念。 熟练应用含湿图分析湿空气的状态变化过程。 9、气体和蒸汽的流动
工程热力学教学大纲-山东大学课程中心
山东大学 “工程燃烧学I”课程教学大纲 课程号：0183100310 课程名称：工程燃烧学I 英文名称：Engineering CombustionⅠ 总学分：2 总学时：34 授课学时：30 实验学时：4 上机学时：0 适用对象：热能与动力工程专业 先修课程：大学物理高等数学热工学流体力学 使用教材及参考书： 1、汪军，工程燃烧学，中国电力出版社，2008.7 2、霍然等，工程燃烧概论，中国科学技术大学出版社，2001.9 3、岑可法等，高等燃烧学，浙江大学出版社，2002.12 4、严传俊，范玮等，燃烧学（第2版），西北工业大学出版社，2008.7。 5、刘联胜，燃烧理论与技术，化学工业出版社，2008.6 6、黄勇，燃烧与燃烧室，北京航空航天大学出版社，2009.9 7、（美）特纳斯著，姚强，李水清，王宇译，燃烧学导论：概念与应用（第2版），清华大学出版社，2009.4 8、C. K. Law, Combustion Physics, Cambridge University Press, 2006. 9、Poinsot, T. and Veynante, D., Theoretical and Numerical Combustion, 2005. 10、Irvin Glassman, Richard A. Yetter, Combustion, 4th Edition- Elsevier,2008 11、徐通模，燃烧学，机械工业出版社，2010.7 * 在教材及主要参考资料中第1项为教材，其它为主要参考资料。 一、课程教学目的 工程燃烧学是热能与动力工程专业的一门重要的技术基础课，也是该专业的必修主干课。本课程的授课对象是热能与动力工程专业本科生，属热动类专业基础必修课。课程主要任务是通过各个教学环节，运用各种教学手段和方法，使学生对燃烧现象和基本理论的认识。通过本课程的学习掌握燃烧技术中所必须的热化学、燃烧动力学及燃烧过程的基本知识与基本理论。掌握热能与动力机械工程中典型燃料的特性、燃烧特点和规律，包括着火的形式和条件、火焰的传播、燃烧产物的生成机理、新型燃烧技术等。通过本课程的学习，能对锅炉、内燃机、涡轮机、火灾、家用炉灶、焊枪等燃烧现象从宏观上能有所认识，微观上能有所解释。为改进燃烧设备、提高能源利用率、分析有害排放物的生成机理和过程、避免不正常的燃烧现象、控制和降低有害排放物的生成，具有一定的基本理论知识。为今后从事工程技术工作、科学研究及开拓新技术领域，打下坚实的基础。 二、课程教学基本内容和要求 本课程由燃烧热力学、燃烧反应动力学、着火理论、火焰传播与稳定性、煤燃烧原理与技术、燃烧污染物控制技术、新型燃烧技术等部分组成。学完本大纲规定的内容后，应达到下列基本要求：
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