工程热力学绪论、第一章
合集下载
工程热力学01第一章
第1章（第一章）基本知识本章将介绍推导热力学第一定律能量方程式所需要的概念。
在这部分里，将概念按照工质、系统、状态、过程和循环五部分归类，突出“工程热力学”课程的整体性，明确指出“工程热力学”最关心的量是那些，最终要解决什么问题。
1.1.工质热能与物质是不可分割的，物质是热能的载体。
热能是物质内部以分子运动、振动、旋转和位能形式具有的内部微观能量，它可以随物质的转移而转移，也可以通过温差传热传给其它物质。
在温差的作用下两个物体之间传递中的热能叫做热量，热量是一个过程量。
热能与机械能之间的互换转化以及热能的转移都要借助一种工作物质，这种工作物质简称为工质(Working fluid)。
工质的种类很多，有气体、有液体。
例如水泵中的工质是水；制冷机中的工质是HCFC;汽油机中的工质是燃气。
Working fluid is the matter contained within boundaries of a system. Matter can be in solid, liquid, vapor or gaseous phase. The working fluid in applied thermodynamic problems is either approximated by a perfect gas or a substance that exists as liquid and vapor. The state of the working fluid is defined by certain characteristics known as properties.1.1.1.实际气体实际气体（actual gas）是比较复杂的，其分子有质量、有体积而且分子与分子之间有作用力。
实际气体的计算是比较复杂的【详见后面】。
如果模型复杂，有的问题就不可能用数学的方法解决。
在工程热力学中，为了解决一个复杂问题，经常将问题理想化、简单化，然后解决问题，再修正。
大学工程热力学期末复习课件第一章+绪论
工农业及交通运输提供动力。工程热力学正是 研究热能的有效利用及热能和其它能量 转换规律的科学.
二、热力学研究对象和主要内容:
• 1）研究能量转换的客观规律，即热力学第 一与第二定律。
• 2）研究工质的基本热力性质。
• 3）研究各种热工设备中的工作过程。
• 4）研究与热工设备工作过程直接有关的一 些化学和物理化学问题。
三、状态方程、坐标图
平衡状态可用一组状态参数描述其状态
想确切描述某个热力系，是 否需要所有状态参数？
状态公理：对组元一定的闭口系， 独立程Equation of state
状态方程 基本状态参数（p,v,T)之间 的关系
简单可压缩系统：N = 2
v f ( p,T) f ( p,v,T) 0
工程热力学
绪论
工程热力学是重要的专业基础课；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
一、能源及热能利用
1.能源
分为：一次能源，是自然界以自然形态存在的、 可以利用的能源；主要有风能、水利能、太阳能、 地热能、化学能和核能等，有些可直接利用，但 通常需要经过加工转换后才能利用。二次能源， 是由一次能源加工转换后的能源，主要是热能、 机械能和电能。在能量转换过程中，热能不仅是 最常见的形式，而且具有特殊重要的作用。
状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量
与路径无关，只与初终态有关 3、状态参数的微分特征：全微分
从数学上考虑，状态函数具有两个基本性质： （1）系统状态的微小变化所引起状态函数的变
化可以用全微分表示。 如：dp、dV、dT （2）状态函数的增量只与系统的始、末态有关， 与变化的具体历程无关。 (即线积分结果与积分途径无关，只取决始终 两点的坐标) NOTE：系统的状态应当是系统达平衡时的平 衡态。 基本状态参数：温度、压力、比容或密度。
二、热力学研究对象和主要内容:
• 1）研究能量转换的客观规律，即热力学第 一与第二定律。
• 2）研究工质的基本热力性质。
• 3）研究各种热工设备中的工作过程。
• 4）研究与热工设备工作过程直接有关的一 些化学和物理化学问题。
三、状态方程、坐标图
平衡状态可用一组状态参数描述其状态
想确切描述某个热力系，是 否需要所有状态参数？
状态公理：对组元一定的闭口系， 独立程Equation of state
状态方程 基本状态参数（p,v,T)之间 的关系
简单可压缩系统：N = 2
v f ( p,T) f ( p,v,T) 0
工程热力学
绪论
工程热力学是重要的专业基础课；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
一、能源及热能利用
1.能源
分为：一次能源，是自然界以自然形态存在的、 可以利用的能源；主要有风能、水利能、太阳能、 地热能、化学能和核能等，有些可直接利用，但 通常需要经过加工转换后才能利用。二次能源， 是由一次能源加工转换后的能源，主要是热能、 机械能和电能。在能量转换过程中，热能不仅是 最常见的形式，而且具有特殊重要的作用。
状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量
与路径无关，只与初终态有关 3、状态参数的微分特征：全微分
从数学上考虑，状态函数具有两个基本性质： （1）系统状态的微小变化所引起状态函数的变
化可以用全微分表示。 如：dp、dV、dT （2）状态函数的增量只与系统的始、末态有关， 与变化的具体历程无关。 (即线积分结果与积分途径无关，只取决始终 两点的坐标) NOTE：系统的状态应当是系统达平衡时的平 衡态。 基本状态参数：温度、压力、比容或密度。
工程热力学与传热学(第二十七)复习题部分答案
《工程热力学与传热学》复习题答案渤海石油职业学院石油工程系——晏炳利第一篇工程热力学第一章绪论一、填空题1．水力能、风能、太阳能、地热能、燃料化学能、原子能等2．①以机械能的形式直接利用（如水力能、风能）；②以热能的形式利用（如太阳能、地热能、燃料化学能、原子能等）。
3．①直接利用热能加热物体（如采暖、烘烤、冶炼、蒸煮等）；②间接利用。
4．吸气、压缩、爆发、排气5．①热力学第一、第二定律；②研究工质的热物理性质；③研究各种热力设备中的能量转换过程二、概念题1．热力学：是一门研究与热现象有关的能量、物质和它们之间相互作用规律的科学。
2．工程热力学：是从工程应用的角度研究热能与机械能之间相互转换的规律，达到提高能量有效利用率目的的学科。
三、简答题1．工程热力学的基本任务．：通过对各种用能设备及系统中的能量转换过程及影响因素的研究，探索有效、合理利用能量的技术途径和基本方法。
第二章基本概念一、概念题1．工质：工程热力学中，把实现热能与机械能相互转换的媒介物或工作介质称为工质。
2．环境（外界）：指系统以外与系统相联系的部分称为环境。
3．热力状态：系统在某一瞬间的宏观物理状况称为系统的热力状态简称状态。
4．平衡态：指在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间改变的状态。
5．绝对压力（P）：一般情况下，容器内系统的实际压力称为绝对压力（P）。
测压计测出的不是绝对压力，而是气体的绝对压力与当地大气压力的差值，是一个相对压力。
6.表压力（Pg）：当容器内气体的实际压力大于大气压力时，测压计（压力表）的读数为正，读数称为表压力。
7.真空度（Pv）：当容器内气体的实际压力小于大气压力时，测压计（真空表）的读数为负，读数的绝对值称为真空度。
状态方程：表示基本状态参数之间函数关系的方程称为状态方程。
热力过程（过程）：系统从一个状态变化到另一个状态所经历的状态称为热力过程。
准静态（准平衡）过程：系统由平衡态（I）变化到平衡态（II）的过程中，所经历的每一个中间状态都可看作平衡态，这样的过程均称为准静态（准平衡）过程。
《工程热力学》第一章ppt
21
强度参数与广延参数 速度 （强） Velocity 高度 （强） Height 温度 （强） Temperature 应力 （强） Stress （广） 动能 Kinetic Energy 位能 （广） Potential Energy （广） 内能 Internal Energy 摩尔数 Mol （广）
20
2．状态的单值函数。 物理上—与过程无关； 数学上—其微量是全微分。
Ñx 0 d
1b 2
dx dx
1a 2
3．状态参数分类 广延量:与物质的量有关的参数可加性 如 质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S 强度量:与物质的量无关的参数 如压力 p、温度T 又：广延量的比性质具有强度量特性，如比体积 V v m 工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数。
t C TK 273.15
24
附：
华氏温标和朗肯温标
{T} °R={t} ℉ +459.67
华氏温标和摄氏温标
{t} ℃=5/9[{t} ℉-32]
{t} ℉ =9/5{t} ℃ +32
25
五、压力(pressure)
绝对压力 p(absolute pressure) 表压力 pe（pg）(gauge pressure; manometer pressure) 真空度 pv(vacuum; vacuum pressure) 当地大气压pb(local atmospheric pressure)
系统随时接近于平衡态
p0
p
1.
.
.
p，T
v 2
40
准静态过程的工程条件
破坏平衡所需时间 （外部作用时间）
>>
强度参数与广延参数 速度 （强） Velocity 高度 （强） Height 温度 （强） Temperature 应力 （强） Stress （广） 动能 Kinetic Energy 位能 （广） Potential Energy （广） 内能 Internal Energy 摩尔数 Mol （广）
20
2．状态的单值函数。 物理上—与过程无关； 数学上—其微量是全微分。
Ñx 0 d
1b 2
dx dx
1a 2
3．状态参数分类 广延量:与物质的量有关的参数可加性 如 质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S 强度量:与物质的量无关的参数 如压力 p、温度T 又：广延量的比性质具有强度量特性，如比体积 V v m 工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数。
t C TK 273.15
24
附：
华氏温标和朗肯温标
{T} °R={t} ℉ +459.67
华氏温标和摄氏温标
{t} ℃=5/9[{t} ℉-32]
{t} ℉ =9/5{t} ℃ +32
25
五、压力(pressure)
绝对压力 p(absolute pressure) 表压力 pe（pg）(gauge pressure; manometer pressure) 真空度 pv(vacuum; vacuum pressure) 当地大气压pb(local atmospheric pressure)
系统随时接近于平衡态
p0
p
1.
.
.
p，T
v 2
40
准静态过程的工程条件
破坏平衡所需时间 （外部作用时间）
>>
工程热力学第一章
循环过程——工质从某一初态出发，经历一系列状态变化，最后又回到初始状态的全过程为循环过程（简称为循环）。 如图：循环1-2-3-4-1
1-5 热力循环
P
V
0
1
2
4
3
循环概念
循环过程的特点——经一个循环后系统的内能不变。 净功 A = 循环过程曲线所包围的面积
V
0
A
a
2
分度方法：认定测温物质的测温属性随温度的变化是线性 的。0℃与100℃这两个基准点之间分成100等分, 每一等分为1度。
基 准 点：纯水的汽、液、固三相平衡共存的状态点(三相 点)为基准点，并规定它的温度为273.16K。
t = T—273.15
二、可逆过程
可逆过程的实现
准静态过程 + 无耗散效应 = 可逆过程
无不平衡势差
通过摩擦使功 变热的效应(摩阻，电阻，非弹性变性，磁阻等）
不平衡势差 不可逆根源 耗散效应
耗散效应
典型的不可逆过程
不等温传热
节流过程 (阀门）
二、状态公里
闭口系：
不平衡势差 状态变化 能量传递
消除一种不平衡势差 达到某一方面平衡 消除一种能量传递方式
而不平衡势差彼此独立
独立参数数目N=不平衡势差数 =能量转换方式的数目 =各种功的方式+热量= n+1
2
1
1
2
逆循环的评价指标
逆循环：净效应（对内作功，放热）
Wnet
T0
Q1
Q2
T2
制冷循环：制冷系数
制热循环：制热系数
实际过程不是可逆过程，但为了研究方便，先按理想情况（可逆过程）处理，用系统参数加以分析，然后考虑不可逆，因素加以修正。
1-5 热力循环
P
V
0
1
2
4
3
循环概念
循环过程的特点——经一个循环后系统的内能不变。 净功 A = 循环过程曲线所包围的面积
V
0
A
a
2
分度方法：认定测温物质的测温属性随温度的变化是线性 的。0℃与100℃这两个基准点之间分成100等分, 每一等分为1度。
基 准 点：纯水的汽、液、固三相平衡共存的状态点(三相 点)为基准点，并规定它的温度为273.16K。
t = T—273.15
二、可逆过程
可逆过程的实现
准静态过程 + 无耗散效应 = 可逆过程
无不平衡势差
通过摩擦使功 变热的效应(摩阻，电阻，非弹性变性，磁阻等）
不平衡势差 不可逆根源 耗散效应
耗散效应
典型的不可逆过程
不等温传热
节流过程 (阀门）
二、状态公里
闭口系：
不平衡势差 状态变化 能量传递
消除一种不平衡势差 达到某一方面平衡 消除一种能量传递方式
而不平衡势差彼此独立
独立参数数目N=不平衡势差数 =能量转换方式的数目 =各种功的方式+热量= n+1
2
1
1
2
逆循环的评价指标
逆循环：净效应（对内作功，放热）
Wnet
T0
Q1
Q2
T2
制冷循环：制冷系数
制热循环：制热系数
实际过程不是可逆过程，但为了研究方便，先按理想情况（可逆过程）处理，用系统参数加以分析，然后考虑不可逆，因素加以修正。
(NEW)毕明树《工程热力学》(第2版)笔记和课后习题详解
b．热力学摄氏温标
热力学摄氏温标，以符号t表示，单位为摄氏度，符号为℃。热力
学摄氏温度定义为
，即规定热力学温度的273.15K为摄氏温度
的零点。这两种温标的温度间隔完全相同（
）。这样，冰的三相
点为0.01℃，标准大气压下水的冰点也非常接近0℃，沸点也非常接近
100℃。
c．华氏温标
在国外，常用华氏温标（符号也为t，单位为华氏度，代号为℉）
量，压力计的指示值为工质绝对压力与压力计所处环境绝对压力之差。 一般情况下，压力计处于大气环境中，受到大气压力pb的作用，此时压 力计的示值即为工质绝对压力与大气压力之差。当工质绝对压力大于大 气压力时，压力计的示值称为表压力，以符号pg表示，可见
p=pg+pb （1-1-1） 当工质绝对压力小于大气压力时，压力计的示值称为真空度，以pv 表示。可见
（2）几种基本状态参数如下： ① 压力
压力是指沿垂直方向上作用在单位面积上的力。对于容器内的气态 工质来说，压力是大量气体分子作不规则运动时对器壁单位面积撞击作 用力的宏观统计结果。压力的方向总是垂直于容器内壁的。压力的单位 称为帕斯卡，符号是帕（Pa）。
作为描述工质所处状态的状态参数，压力是指工质的真实压力，称 为绝对压力，以符号p表示。压力通常由压力计（压力表或压差计）测
热力学的宏观研究方法，由于不涉及物质的微观结构和微粒的运动 规律，所以建立起来的热力学理论不能解释现象的本质及其发生的内部 原因。另外，宏观热力学给出的结果都是必要条件，而非充分条件。
（2）热力学的微观研究方法，认为大量粒子群的运动服从统计法则 和或然率法则。这种方法的热力学称为统计热力学或分子热力学。它从 物质的微观结构出发，从根本上观察和分析问题，预测和解释热现象的 本质及其内在原因。
热力学摄氏温标，以符号t表示，单位为摄氏度，符号为℃。热力
学摄氏温度定义为
，即规定热力学温度的273.15K为摄氏温度
的零点。这两种温标的温度间隔完全相同（
）。这样，冰的三相
点为0.01℃，标准大气压下水的冰点也非常接近0℃，沸点也非常接近
100℃。
c．华氏温标
在国外，常用华氏温标（符号也为t，单位为华氏度，代号为℉）
量，压力计的指示值为工质绝对压力与压力计所处环境绝对压力之差。 一般情况下，压力计处于大气环境中，受到大气压力pb的作用，此时压 力计的示值即为工质绝对压力与大气压力之差。当工质绝对压力大于大 气压力时，压力计的示值称为表压力，以符号pg表示，可见
p=pg+pb （1-1-1） 当工质绝对压力小于大气压力时，压力计的示值称为真空度，以pv 表示。可见
（2）几种基本状态参数如下： ① 压力
压力是指沿垂直方向上作用在单位面积上的力。对于容器内的气态 工质来说，压力是大量气体分子作不规则运动时对器壁单位面积撞击作 用力的宏观统计结果。压力的方向总是垂直于容器内壁的。压力的单位 称为帕斯卡，符号是帕（Pa）。
作为描述工质所处状态的状态参数，压力是指工质的真实压力，称 为绝对压力，以符号p表示。压力通常由压力计（压力表或压差计）测
热力学的宏观研究方法，由于不涉及物质的微观结构和微粒的运动 规律，所以建立起来的热力学理论不能解释现象的本质及其发生的内部 原因。另外，宏观热力学给出的结果都是必要条件，而非充分条件。
（2）热力学的微观研究方法，认为大量粒子群的运动服从统计法则 和或然率法则。这种方法的热力学称为统计热力学或分子热力学。它从 物质的微观结构出发，从根本上观察和分析问题，预测和解释热现象的 本质及其内在原因。
工程热力学第一章
定义：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）
单位 : Pa （帕），1 Pa =1 N/ m2 ，
常用压力单位： 1 MPa = 103 kPa =106 Pa 1 atm（标准大气压） = 1.013105 Pa 1 mmHg （毫米汞柱） = 133.3 Pa 1 at （工程大气压） = 0.981105 Pa 1 mmH2O（毫米水柱） = 9.81 Pa
摄氏温标:
瑞典天文学家摄尔修斯（ Celsius ）于 1742 年 建立。用摄氏温标确定的温度称为摄氏温度，用 符号t 表示，单位为℃。 在标准大气压下，纯水的冰点温度为 0 ℃ ，纯 水的沸点温度为100 ℃，纯水的三相点（固、液、汽 三相平衡共存的状态点）温度为0.01℃ 。 选择水银的体积作为温度测量的物性，认为其 随温度线性变化，并将0 ℃ 和100 ℃温度下的体积 差均分100份，每份对应1 ℃。
A C
B
热力学第零定律是温度测量的理论依据 。
温度：可以确定一个系统是否与其他系统处于 热平衡的物理量。是一个强度量。
50
（c）温标：
温度的数值表示法。
建立温标的三个要素：
a . 选择温度的固定点，规定其数值； b. 确定温度标尺的分度方法和单位；
c. 选择某随温度变化的物性作为温度测量的依据。
51
四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵
燃气轮机
燃气轮机结构图
活塞
热动力装置的本质
利用某一种媒介物从某个能源获取热能，具 备作功能力并对机器作功，最后把余下的 热能排向环境介质(大气或冷却水) 本质特性：吸热 → 膨胀做功→ 排热
1.热力系统、状态 及状态参数
1.1 热力系统与 工质
1、定义： 在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果系统的状 态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态。
单位 : Pa （帕），1 Pa =1 N/ m2 ，
常用压力单位： 1 MPa = 103 kPa =106 Pa 1 atm（标准大气压） = 1.013105 Pa 1 mmHg （毫米汞柱） = 133.3 Pa 1 at （工程大气压） = 0.981105 Pa 1 mmH2O（毫米水柱） = 9.81 Pa
摄氏温标:
瑞典天文学家摄尔修斯（ Celsius ）于 1742 年 建立。用摄氏温标确定的温度称为摄氏温度，用 符号t 表示，单位为℃。 在标准大气压下，纯水的冰点温度为 0 ℃ ，纯 水的沸点温度为100 ℃，纯水的三相点（固、液、汽 三相平衡共存的状态点）温度为0.01℃ 。 选择水银的体积作为温度测量的物性，认为其 随温度线性变化，并将0 ℃ 和100 ℃温度下的体积 差均分100份，每份对应1 ℃。
A C
B
热力学第零定律是温度测量的理论依据 。
温度：可以确定一个系统是否与其他系统处于 热平衡的物理量。是一个强度量。
50
（c）温标：
温度的数值表示法。
建立温标的三个要素：
a . 选择温度的固定点，规定其数值； b. 确定温度标尺的分度方法和单位；
c. 选择某随温度变化的物性作为温度测量的依据。
51
四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵
燃气轮机
燃气轮机结构图
活塞
热动力装置的本质
利用某一种媒介物从某个能源获取热能，具 备作功能力并对机器作功，最后把余下的 热能排向环境介质(大气或冷却水) 本质特性：吸热 → 膨胀做功→ 排热
1.热力系统、状态 及状态参数
1.1 热力系统与 工质
1、定义： 在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果系统的状 态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态。
高等工程热力学 - 绪论
工程应用
工程热力学 高等工程热ຫໍສະໝຸດ 学 热经济学二、本门课的内容
第一章 热力学基本原理及定义
§1-1 外界分析法(SAM)的热力学模型 §1-2 热力学第一定律 §1-3 热力学第二定律
第二章
热力学微分方程及工质的通用热力性质
§2-1 特性函数
§2-2 热物性参数 §2-3 热力学能、焓及熵的一般关系式 §2-4 有关比热的热力学关系式
四、教材与参考书目
教材：《工程热力学》（第二版）陈贵堂，王永珍， 北京理工大学出版社，2008.1
参考书目：
● 《工程热力学学习指导》陈贵堂，王永珍，北京理工大学出版社
●《高等工程热力学》陈宏芳，杜建华，清华大学出版社 ●《高等工程热力学》苏长荪，高等教育出版社 ●《高等工程热力学》童钧耕, 吴孟余, 王平阳编著，科学出版社
§2-5 焦尔—汤姆孙系数
§2-6 克拉贝龙方程 §2-7 工质的通用热力性质
第三章
无化学反应的多元系统
§3-1 吉布斯方程组 §3-2 齐次函数及欧拉定理 §3-3 分摩尔参数 §3-4 逸度 §3-5 标准态及理想溶液 §3-6 实际溶液、活度及活度系数 §3-7多元系统的相平衡
第四章
化学热力学
高等工程热力学
Advanced Engineering Thermodynamics
绪 论
一、热力学（Thermodynamics ）
（狭义）研究热能以及热能与其它能量相互转换 规律的科学。 （广义）研究能量属性及其转换规律，以及工质 热力性质及其变化规律的科学。 研究目的： 掌握和应用这些规律，充分合理地利用能量。 分类 分统计热力学 经典热力学
§4-1 质量守恒定律在化学反应过程中的应用
工程热力学 高等工程热ຫໍສະໝຸດ 学 热经济学二、本门课的内容
第一章 热力学基本原理及定义
§1-1 外界分析法(SAM)的热力学模型 §1-2 热力学第一定律 §1-3 热力学第二定律
第二章
热力学微分方程及工质的通用热力性质
§2-1 特性函数
§2-2 热物性参数 §2-3 热力学能、焓及熵的一般关系式 §2-4 有关比热的热力学关系式
四、教材与参考书目
教材：《工程热力学》（第二版）陈贵堂，王永珍， 北京理工大学出版社，2008.1
参考书目：
● 《工程热力学学习指导》陈贵堂，王永珍，北京理工大学出版社
●《高等工程热力学》陈宏芳，杜建华，清华大学出版社 ●《高等工程热力学》苏长荪，高等教育出版社 ●《高等工程热力学》童钧耕, 吴孟余, 王平阳编著，科学出版社
§2-5 焦尔—汤姆孙系数
§2-6 克拉贝龙方程 §2-7 工质的通用热力性质
第三章
无化学反应的多元系统
§3-1 吉布斯方程组 §3-2 齐次函数及欧拉定理 §3-3 分摩尔参数 §3-4 逸度 §3-5 标准态及理想溶液 §3-6 实际溶液、活度及活度系数 §3-7多元系统的相平衡
第四章
化学热力学
高等工程热力学
Advanced Engineering Thermodynamics
绪 论
一、热力学（Thermodynamics ）
（狭义）研究热能以及热能与其它能量相互转换 规律的科学。 （广义）研究能量属性及其转换规律，以及工质 热力性质及其变化规律的科学。 研究目的： 掌握和应用这些规律，充分合理地利用能量。 分类 分统计热力学 经典热力学
§4-1 质量守恒定律在化学反应过程中的应用
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
工程热力学
绪论
一、能源及热能利用
用来产生各种所需能量的自然资源称为能源。 一次能源：风、水力、太阳、地热 二次能源：热能、机械、电
能源的利用过程实质上是能源的传递和转换过程。 热能的利用：热利用、热能的动力利用。
热能的利用
热能的利用
二、工程热力学的研究对象和主要内容
工程热力学属于应用科学的范畴，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。
第二节 工质的热力状态及其基本状态参 数
一、状态与状态参数 描述工质状态特征的各种物理量称为工质的状态 参数。
常见状态参数：温度（T）、压力（p）、比容
（v ）、密度（）、内能（u）、焓（h）、熵
（s）、火用（ex）、自由能（f）、自由焓（g） 等
二、基本参数
1、温度 物体冷热程度的标志 理想气体热力学温度与分子平移动能的关系式：
p 2 n m2 2 nBT
32 3
压力的宏观定义：p=F/f
压力的单位
国际单位制: SI规定压力单位为帕斯卡（Pa）， 1Pa = 1N/m2
工程单位：巴（bar）、标准大气压（atm）、 工程大气压（at）、毫米水柱（mmH2O）、 毫米汞柱（mmHg）
相对压力和绝对压力 压力间的关系： 当p＞B时， p B pg 当p＜B时， p B H 其中
准静态过程
非准静态过程
二、可逆过程
当系统进行正、反两个过程后，系统与外界 均能完全回复到初始状态，这样的过程称为 可逆过程。
实施条件：1、是准平衡过程 2、过程没有势差 3、过程没有耗散效应
可逆过程要求系统与外界随时保持力平衡和 热平衡，没有耗散效应和任何能量的不可逆 损失
准静态过程仅要求系统内部的力平衡和热平 衡，系统与外界之间可有不平衡势差和耗散 现象
换的系统
孤立系统表示图
在一个图中表示各系统
四、系统的内部状况
1、热源系统：提供热能的物质或能量 2、功源系统：提供机械功的物质或能量 3、质源系统：提供质量的物质或能量 4、单相系：物质、化学性质都均匀一致（固、液、
气） 5、单元或多元系统
单元：一种化学成分组成的系统 多元：两种以上的不同化学成分组成 6、均匀或非均匀系统 系统中化学、物理性质处处均匀一致的系统
可逆过程必然是准静态过程，而准静态过程 未必是可逆过程
三、可逆过程的膨胀功（容积功）
热转换为机械功必须依靠工质的膨胀。 由于系统容积变化而通过截面向外界传递的
机械功称为膨胀功，也称容积功。 系统容积增大，则系统对外界做膨胀功，视
为正功；系统容积减小，则外界对系统做压 缩功，视为负功。
功=力×距离，若f是活塞的 截面积，则F=pf。于是单位 质量工质在微元热力过程中克 服外力所做的功为：
一、正循环
循环热效率
循环中转换为功的热量 工质从热源吸收的总热量
tw0 q1q源自 q2 q11 q2 q1
循环热效率总是小于1
二、逆循环
主要应用于制冷装置和热泵。
制冷系数： 1
q2 w0
q2 q1 q2
供热系数： 2
q1 w0
q1 q1 q2
关系1 ： 1 21 1 21 1 2
致冷系数可能大于、小于或等于 1，供热系数总是大于1
m2 BT
2
热力学温度规定，纯水三相点温度为基本定点， 并指定为273.16K 摄氏温标与热力学温标：t=T-273.15
2、压力
气体分子不规则的热运动-分子之间不断相互碰撞同时也使气体分子不断地和容器壁（即边界面）碰 撞-大量分子碰撞器壁的总结果-气体对器壁的压力
作用与单位面积上的压力与分子浓度及分子平移运 动平均动能之间的关系式：
主要内容包括：基本理论以及基本理论的应 用 基本理论：第零定律、第一定律、第二定律 基本理论的应用：动力循环、制冷循环、湿 空气、压缩机、喷管等
三、热力学的研究方法
宏观法 微观法
第一章 基本概念
第一节 热力系统 一、系统、边界与外界 1、系统：用边界将讨论的对象区分出来的部
分 2、外界：分割系统与外界的分界面 3、边界：固定、运动、虚设
热力系统
边界可变形系统
二、闭口系统与开口系统
1、闭口系统 没有物质交换而只能能量交换（没有物质穿 过边界）
特性：传热与功
2、开口系统 不仅有能量交换而且有物质交换（有物质流 穿过边界）
特性：传热与功+ 流进、出时各部分能量
三、绝热系统和孤立系统
1、绝热系统：与外界无热量传递的系统 2、孤立系统：与外界既无能量又无物质交
三、状态方程 建立 温度、压力、比容这三个基本状态参 数之间的函数关系。而用p-v图来确定工质 状态。
p f1(T , v)
T f2 ( p,v)
v f3( p,T )
F ( p, v,T ) 0
第四节 准静态过程与可逆过程
一、准静态过程 整个过程可以看作由一系列非常接近平衡态 的状态所组成（势差足够小，变化足够慢）
w FdS pfdS pdV
可逆过程1-2的膨胀功为：
W V2 pdV V1
四、可逆过程的热量
热量计算公式：
q TdS
在右图中1-2传递的热量：
2
q 1 TdS
系统吸热：q＞0 系统放热：q＜0 系统绝热：q=0
第五节 热力循环
工质从某一初始态开始，经历一系列状态变化，最后又回复到初 始状态的全部过程称为热力循环。
B——当地大气压力 pg ——高于当地大气压时的相对压力，称表压力 H——低于当地大气压力时的相对压力，称为真空值
比容和密度
比容： v V m
(m3 / kg)
密度： m (kg / m3)
V
两者关系： v 1
三、强度性参数和广延性参数
1、强度性参数：T、p等与质量多少无关，没 有可加性的参数值。
2、广延性参数：V、U、H、S等参数，与质量 有关，具有可加性。
第三节 平衡状态、状态公理及状态方程
一、平衡状态 如果不受外界影响的条件下，系统的状态能 够始终保持不变，则系统的这种状态称为平 衡状态。
二、状态公理 确定纯物质系统平衡状态的独立参数=n+1 其中n表示传递可逆功的形式，加1表示能 量传递中的热量传递
绪论
一、能源及热能利用
用来产生各种所需能量的自然资源称为能源。 一次能源：风、水力、太阳、地热 二次能源：热能、机械、电
能源的利用过程实质上是能源的传递和转换过程。 热能的利用：热利用、热能的动力利用。
热能的利用
热能的利用
二、工程热力学的研究对象和主要内容
工程热力学属于应用科学的范畴，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。
第二节 工质的热力状态及其基本状态参 数
一、状态与状态参数 描述工质状态特征的各种物理量称为工质的状态 参数。
常见状态参数：温度（T）、压力（p）、比容
（v ）、密度（）、内能（u）、焓（h）、熵
（s）、火用（ex）、自由能（f）、自由焓（g） 等
二、基本参数
1、温度 物体冷热程度的标志 理想气体热力学温度与分子平移动能的关系式：
p 2 n m2 2 nBT
32 3
压力的宏观定义：p=F/f
压力的单位
国际单位制: SI规定压力单位为帕斯卡（Pa）， 1Pa = 1N/m2
工程单位：巴（bar）、标准大气压（atm）、 工程大气压（at）、毫米水柱（mmH2O）、 毫米汞柱（mmHg）
相对压力和绝对压力 压力间的关系： 当p＞B时， p B pg 当p＜B时， p B H 其中
准静态过程
非准静态过程
二、可逆过程
当系统进行正、反两个过程后，系统与外界 均能完全回复到初始状态，这样的过程称为 可逆过程。
实施条件：1、是准平衡过程 2、过程没有势差 3、过程没有耗散效应
可逆过程要求系统与外界随时保持力平衡和 热平衡，没有耗散效应和任何能量的不可逆 损失
准静态过程仅要求系统内部的力平衡和热平 衡，系统与外界之间可有不平衡势差和耗散 现象
换的系统
孤立系统表示图
在一个图中表示各系统
四、系统的内部状况
1、热源系统：提供热能的物质或能量 2、功源系统：提供机械功的物质或能量 3、质源系统：提供质量的物质或能量 4、单相系：物质、化学性质都均匀一致（固、液、
气） 5、单元或多元系统
单元：一种化学成分组成的系统 多元：两种以上的不同化学成分组成 6、均匀或非均匀系统 系统中化学、物理性质处处均匀一致的系统
可逆过程必然是准静态过程，而准静态过程 未必是可逆过程
三、可逆过程的膨胀功（容积功）
热转换为机械功必须依靠工质的膨胀。 由于系统容积变化而通过截面向外界传递的
机械功称为膨胀功，也称容积功。 系统容积增大，则系统对外界做膨胀功，视
为正功；系统容积减小，则外界对系统做压 缩功，视为负功。
功=力×距离，若f是活塞的 截面积，则F=pf。于是单位 质量工质在微元热力过程中克 服外力所做的功为：
一、正循环
循环热效率
循环中转换为功的热量 工质从热源吸收的总热量
tw0 q1q源自 q2 q11 q2 q1
循环热效率总是小于1
二、逆循环
主要应用于制冷装置和热泵。
制冷系数： 1
q2 w0
q2 q1 q2
供热系数： 2
q1 w0
q1 q1 q2
关系1 ： 1 21 1 21 1 2
致冷系数可能大于、小于或等于 1，供热系数总是大于1
m2 BT
2
热力学温度规定，纯水三相点温度为基本定点， 并指定为273.16K 摄氏温标与热力学温标：t=T-273.15
2、压力
气体分子不规则的热运动-分子之间不断相互碰撞同时也使气体分子不断地和容器壁（即边界面）碰 撞-大量分子碰撞器壁的总结果-气体对器壁的压力
作用与单位面积上的压力与分子浓度及分子平移运 动平均动能之间的关系式：
主要内容包括：基本理论以及基本理论的应 用 基本理论：第零定律、第一定律、第二定律 基本理论的应用：动力循环、制冷循环、湿 空气、压缩机、喷管等
三、热力学的研究方法
宏观法 微观法
第一章 基本概念
第一节 热力系统 一、系统、边界与外界 1、系统：用边界将讨论的对象区分出来的部
分 2、外界：分割系统与外界的分界面 3、边界：固定、运动、虚设
热力系统
边界可变形系统
二、闭口系统与开口系统
1、闭口系统 没有物质交换而只能能量交换（没有物质穿 过边界）
特性：传热与功
2、开口系统 不仅有能量交换而且有物质交换（有物质流 穿过边界）
特性：传热与功+ 流进、出时各部分能量
三、绝热系统和孤立系统
1、绝热系统：与外界无热量传递的系统 2、孤立系统：与外界既无能量又无物质交
三、状态方程 建立 温度、压力、比容这三个基本状态参 数之间的函数关系。而用p-v图来确定工质 状态。
p f1(T , v)
T f2 ( p,v)
v f3( p,T )
F ( p, v,T ) 0
第四节 准静态过程与可逆过程
一、准静态过程 整个过程可以看作由一系列非常接近平衡态 的状态所组成（势差足够小，变化足够慢）
w FdS pfdS pdV
可逆过程1-2的膨胀功为：
W V2 pdV V1
四、可逆过程的热量
热量计算公式：
q TdS
在右图中1-2传递的热量：
2
q 1 TdS
系统吸热：q＞0 系统放热：q＜0 系统绝热：q=0
第五节 热力循环
工质从某一初始态开始，经历一系列状态变化，最后又回复到初 始状态的全部过程称为热力循环。
B——当地大气压力 pg ——高于当地大气压时的相对压力，称表压力 H——低于当地大气压力时的相对压力，称为真空值
比容和密度
比容： v V m
(m3 / kg)
密度： m (kg / m3)
V
两者关系： v 1
三、强度性参数和广延性参数
1、强度性参数：T、p等与质量多少无关，没 有可加性的参数值。
2、广延性参数：V、U、H、S等参数，与质量 有关，具有可加性。
第三节 平衡状态、状态公理及状态方程
一、平衡状态 如果不受外界影响的条件下，系统的状态能 够始终保持不变，则系统的这种状态称为平 衡状态。
二、状态公理 确定纯物质系统平衡状态的独立参数=n+1 其中n表示传递可逆功的形式，加1表示能 量传递中的热量传递