第一篇工程热力学基础知识

一切物质都具有能量，能量既不可 能创造，也不可能消失，它只能在一 定的条件下从一种形式转变为另一种 形式，而在转换中，能量的总量恒定 进入不系变统的。能量－离开系统的能量=系统储存能的变化
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主要内容：
一、功、热量和内能 二、封闭系统能量方程式 三、开口系统稳定流动能量方程式 四、熵及温熵图
通出版社,2004. [3]沈维道.工程热力学（第3版）[M] .高等教育出版社,
2001.
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第一章 工程热力学基础知识 第一节 气体的热力性质 第二节 热力学第一定律 第三节 气体的热力过程 第四节 热力学第二定律
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第一节 气体的热力性质
一、气体的基本状态参数 二、热力系统、平衡态和热力过程 三、理想气体的状态方程式 四、工质的比热
3. 热力过程
1）热力过程：热力系统从一个状态向另外一个状 态变化时所经历的全部状态的总和 。 2）内平衡过程 ：热力系统从一个平衡状态连续 经历一系列平衡的中间状态过渡到另外一个平衡 状态，这样的过程称为内平衡过程。 3）内不平衡过程
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4）可逆过程：系统经历一个过程之后，如果沿原来
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第三节 气体的热力过程
热力过程
基本
一般
定容过程 定压过程 等温过程 绝热过程
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一、定容过程
工质在变化过程中容积保持不变的热力过程。
p
T
2
2
1 2′
v
1
2′ s
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二、定压过程
工质在变化过程中压力保持不变的热力过程。
p
2′
1
2
T
p ＝定值
T2 v＝定值
2
工作时，从t 高温1热0源0%取得热量，把其中一部
表述： 分转变根为据机长械期能制，造而制另冷一机部的分经传验给总低结温出热：源，
这不是管实利现用热什功么转机换器的，必都要不条可件能。不付代价的 1）不可能创实造现出把只热从量热由源低吸温热物作体功转而移不到向高冷温源物放体热。 的热机。
2）热量不可能自发地从冷物体转移到热物体。
4. 比热比：
（绝热指数） （等熵指数）
KCp /Cv
5. 梅耶公式： Cp－Cv R
，
Cv
1R K 1
Cp
K K
1
R
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第二节 热力学第一定律
能量转换与守恒定律
热力学第一定律 热能和机械能在转移和转换的过程中，
能量的总量必定守恒。
热能
相互转换
机械能
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能量转换与守恒定律
p
2′
dq=0
T 2′
1
1
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2 2
v
s
五、多变过程
凡工质按 pv n 定值而变化的热力过程称为多变过程。
n−多变指数
0
定压
n＝ 1
等温
K
绝热
∞
定容
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第四节 热力学第二定律
一、热力循环与循环热效率 二、热力学第二定律的几种表达
三、卡诺循环与卡诺定理
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四、孤立系统的熵增原理
3.复习：工程热力学基础知识。 4.预习：第一节发动机理论循环。
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＝1 m
vV
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二、热力系统、平衡态和 热力过程
1.热力系统
1 ）热力系统：在热力学中，把某一宏观尺寸范
围内的工质作为研究的具体对象。
2 ）外界：与该系统有相互作用的其它系统 。
3 ）边界：系统与外界的分界面 。
边界的性质：可以是真实的， 也可以是假想的； 可以固定也可以移动。
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研究能量（热能）性质及其转换规律的学科
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工程热力学研究主要内容
热力学基本定律
常用工质的热力性质
分析计算实现热能和机械能相互 转换
的各种热力过程和热力循环，阐明
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提
参考资料
[1]陈培陵.汽车发动机原理[M].人民交通出版社,2004. [2]张西振,吴良胜.发动机原理与汽车理论[M].人民交
v
s
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3)热机循环 p1 a
W
b
W2 v1
T
W1 2
v2 v
1 a
b Q2
s1
Q1 2
s2 s
WQ1Q2
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2. 循环热效率
t W Q1＝Q1Q 1Q2＝ 1-Q Q1 2
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二、热力学第二定律的几种表
根据长期制达造热机的经验总结出：为了
连续的获得机械能，必须有两个热源，热机
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一、气体的基本状态 参数
1. 工质 1）工质：热能 媒介物质 机械能 2 ）工质的选择：热力学中热能与机械能之间 的相互转换是通过物质的体积变化来实现的，
常选 气态物质 作为工质。
3 ）气态工质：气体和蒸气
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2.气体的状态参数 1）定义：标志气体热力状态的各个物理量
封闭系统：系统与外界无物质交换
4 ）分类
开口系统：系统与外界有物质交换 绝热系统：系统与外界无热量交换
孤立系统： 系统与外界无任何相互 作用，既无物质交换， 也无能量交换
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2. 平衡态
系统中气体各部分的温度和压力必须均匀一致，并且 不随时间的变化而变化，这样的状态称为热力学平衡态， 简称平衡态。
（2） 温度T 表示气体冷热程度的物理量
摄氏温度：用 t 表示，单位为℃
热力学 (开尔文或绝对)温度：用 T 表示，单位为K
tT27.135
只有热力学温度才是状态参数 ！
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（3） 比容v
1）比容：单位质量的物质所占有的体积。
vV m
式中 V——体积 ； m——质量。
2 ）密度：单位容积的物质所具有的质量 。
一、热力循环与循环热效率
1. 热力循环
1)定义：工质从初态出发，经过一系列的变化又回到 初态的封闭过程，简称循环。
正向循环：把热能转变为机械能的循环（热 2)分类 机循环 ） 。
逆向循环：依靠消耗机械能而将热量从低温热 源传向高温热源的循环（热泵循环） 。
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3)热机循环 p1
T
1
2 2
T1
1
2′
v
s
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二、定压过程
工质在变化过程中压力保持不变的热力过程。
p
2′
1
2
T
定压
2 1
2′
定容
v
s
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三、定温过程
工质在变化过程中温度保持不变的热力过程。
p
2′
1
2
v
T
2′ 1 2
s
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四、绝热过程 pvK 定值
系统与外界没有热量交换的情况下发生的热力过程。 等熵过程：可逆的绝热过程。
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一、功、热量和内能
1. 功
A
dw pA dpxdv
v2
w pdv
v1
功不是热力状态的参数，
w
是一个过程量 。
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2. 热量
系统吸热 系统放热
热量为正 热量为负
过程量
3. 内能
工质的内能：工质内部所具有的各种能量的总称。
对于理想气体：内能是温度的单值函数 ，工质的内能 是一个状态参数 。
路径逆向进行，能使系统与外界同时恢复到初始状
态而不留下任何痕迹。
p
可逆过程是无摩
擦、无温差的内
p1
1
平衡过程
1´
p2
2
2´
W
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v1
v2
v
三、理想气体的状态方程
理想气体：气体内部其分子不占有体积 ， 分子间又没有吸引力 的气体。
F(p,v,T)0 1kg理想气体 ： pv RT mkg理想气体： pVmRT
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三、卡诺循环与卡诺定理
1. 卡诺循环
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1）卡诺循环的组成
工作于两个热源间的，由两个定温过程 和两个绝热过程所组成的可逆正向循环。
2）卡诺循环的热效率
tcw q10
1q2 q1
1T2 T1
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2. 卡诺定理 ➢定理一：在相同的高温热源和低温热源之 间工作的一切可逆热机具有相同的热效率。 ➢定理二：在相同高温热源和低温热源间工 作的任何不可逆热机的热效率都小于可逆热 机的热效率。
1kg工质的内能： u
mkg工质的内能： U
Umu
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二、封闭系统能量方程式
已知： 1kg工质封闭在气缸内 进行一个可逆过程的 膨胀作功。
quw
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三、开口系统稳定流动能
已知：
量方程式
q
1kg工质在开口系
p1
统中作稳定流动， v1
C1
Ⅰ-Ⅰ界面为进口，
Ⅱ-Ⅱ界面为出口，
在孤立系统内，一切实际过程（即不可逆过程） 都朝着使系统熵增大的方向进行，在极限情况（即可 逆过程）下，系统的熵保持不变。
S系统0
判断自然界一切自发过程实现的可行性
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总结 1.气体的热力性质
状态参数；热力系统；平衡态；热力过程；比热。
2.热力学第一定律
功、热量、内能；封闭系统能量方程式；开口系统能 量方程式；熵及温熵图。