《工程热力学B》课程教学内容-吉林大学课程中心
《工程热力学》教学课件——第2章
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●热力学第三定律（即能斯特热定理） 不可能用有限个手段和程序使一个物体 冷却到绝对温度零度。 有效地解决了热力系统中平衡常数计算 问题和许多热动力工业生产难题。
4
第二章 热力学第一定律
First law of thermodynamics
不花费能量就可以产生功的第一类永动机是 不可能制造成功的。
8
2–2 热力学能和总能
一、热力学能：微观粒子热运动能量总和
Uch－化学能
U
Unu－原子核能 平移动能
Uth
Uk
转动动能 振动动能
f1 T
U U (T, v)
Up— 内位能 f 2 T , v
在无化学反应及原子核反应的过程中，化学能和原子 核能都不变化，可以不考虑，热力学能的变化只是内位能 和内动能的变化。
δq dh δwt
对于开口系统的稳定流动过程，系统内各点的状 态都不随时间而变化，所以可以将质量为 m 的工质 作为闭口系统来研究。
31
可以假定质量为m的工质从进口截面处的状态1变 化到出口截面处的状态2，从外界吸收了热量Q,作了 膨胀功W 。
根据闭口系统的热力学第一定律表达式
对比式：
可得
膨胀功 技术功
注意：
（1）无论对于流动工质还是不流动工质，比焓都是状态参数； （2）对于流动工质，推动功等于pv，比焓表示单位质量工质沿流动 方向向前传递的总能量中取决于热力状态的部分 ； （3）对于不流动工质，不存在推动功，比焓也不表示能量，仅是状 态参数。 （4）工程上一般只需要计算工质经历某一过程后焓的变化量，而不是 其绝对值，所以焓值的零点可人为地规定。
工程热力学教案
减少不可逆损失
优化热力系统设计，减小传热温差、降低流动阻力 等不可逆损失，提高热效率。
采用联合循环或复合循环
将不同热力循环有机结合，形成联合循环或 复合循环，充分利用不同循环的优势，提高 整体热效率。
05
热力学在能源工程中的应用
Chapter
能源工程概述
能源工程定义
研究能源的开发、转换、传输、利用及环境保护等问 题的综合性工程学科。
THANKS
感谢观看
实际气体的液化与汽化
在一定的温度和压力下，实际气体可以发生 相变。
湿空气性质及过程
湿空气的状态参数
包括干球温度、湿球温度、 相对湿度等。
湿空气的热力过程
如加热、冷却、加湿、去湿 等，需要考虑水蒸气的变化 。
湿空气的焓湿图
表示湿空气状态参数之间的 关系，用于分析空调、制冷 等过程。
蒸汽性质及过程
蒸汽的状态参数
表达式
Q = ΔU + W，其中Q是热量，ΔU是内能变化量，W是外界对系 统做的功。
意义
揭示了能量守恒和转换的定律，为热力学分析和计算提供了基础。
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之 完全转换为有用的功而不产生其他影响。
表达式
对于可逆过程，dS = δQ/T；对于不可逆过程，dS > δQ/T，其中S是熵，T是温度， δQ是微小热量。
实际热力循环分析
实际热力循环特点
存在不可逆因素，如传热温差、流动阻力等 。
实际热力循环热效率计算
考虑不可逆因素，采用熵分析法或㶲分析法 进行计算。
实际热力循环优化
通过减小传热温差、降低流动阻力等方式， 提高实际热力循环的热效率。
新大工程热力学课程教学大纲(90学时)
工程热力学课程教学大纲课程编号：课程类型：学科基础必修课程总学时：84+6 学分：5.5学分适用对象：适用于热能与动力工程专业民族本科生先修课程：《大学物理》、《大学化学》使用教材：1.《工程热力学》，沈维道，高等教育出版社，2007,（普通高等教育“十一五”国家级规划教材），全国优秀教材2.《水和水蒸气热力性质图表》，严家禄，高等教育出版社，2005参考教材：1.《工程热力学精要分析及典型题精解》，何雅玲，西安交通大学出版社，20002.《工程热力学题型分析》，朱明善，清华大学出版社，1989一、课程性质、目的和任务1.本课程是能源动力类以热能与动力工程专业为主的，涉及化工制药，航空航天，环境与安全，交通运输，土木工程等大类专业必修的技术基础课，也可作为机械类相关专业的专业选修课。
2.工程热力学研究热能与其他形式能量的转换规律以及影响转换的各种因素。
其基本任务是从工程观点出发探讨能量有效利用的基本途径和方法。
二、教学基本要求掌握工程热力学一些重要的基本概念的表述与内容，热力学第一定律的实质表达式及其应用，理想气体的状态方程，基本热力过程，热力学第二定律，蒸汽动力循环，气体和蒸汽的流动，水的热物性；蒸汽动力循环，气体和蒸汽的流动；理解热力学第二定律及其衍生的概念；了解气体动力循环，制冷循环和湿空气，化学热力学的基本知识。
三、教学内容及要求教学内容绪论热能与机械能的转换，工程热力学研究对象及任务热能与动力工程和工程热力学发展简史热力学状态，平衡状态热力状态参数状态方程、状态参数坐标图准静态过程，可逆过程，功与能量、热力循环热力学第一定律的实质，热力学能和总能，能量的传递和转化，烯，热力学第一定律的基本能量方程式，开口系统能量方程式，能量方程式的应用理想气体与实际气体、理想气体状态方程、理想气体的比热容、内能、烯和燧的计算道尔顿分压定律、混合气体的比热容、内能、燧和燧分析热力过程的目的与一般方法、四种热力过程的分析、多变过程、热力过程的图示综合分析卡诺循环，卡诺定理，焙，燧增原理热力学第二定律应用于开口热力系，能量的可用性与不可逆损失实际气体状态方程，对比状态定律饱和温度和饱和压力，水蒸汽的发生过程，水蒸汽的性质，图表及其应用，水蒸汽的热力过程稳定流动的基本方程，喷管内流动的基本特征，喷管的计算，绝热滞止，绝热节流合流气体的理论压缩功，多级压缩，活塞式压缩机余隙的影响，压气机效率比较任意可逆循环热效率的方法，分析不可逆循环的方法，计算作功能力损失的炳方法朗肯循环，蒸汽参数对循环热效率的影响，再热循环，回热循环，热电联产循环活塞式内燃机工作原理及循环分析，史特林循环，燃气轮装置循环及提高热效率的途径，蒸汽一燃气联合循环基本原理空气压缩制冷蒸汽压缩制冷蒸汽喷射制冷吸收式制冷，致冷剂的热力学性质湿空气的湿度，焰与炳，湿空气的焰一湿图、绝热饱和过程教学要求，1.掌握热力学的基本概念，理解平衡状态，准平衡过程，掌握可逆过程，功与能量、热力循环2.熟练掌握热力学第一定律，热力系的内能、热力学第一定律解析式，焙，稳定流动能量方程的应用，理解状态参数焰的概念，掌握稳定流动能量方程的应用。
工程热力学-武器发射工程教学大纲
《工程热力学》课程教学大纲课程代码：110432005课程英文名称：Engineering Thermodynamics课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0适用专业：武器发射工程大纲编写（修订）时间：2017年5月一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标热力学是研究热能与热现象有关的能量转换规律的科学，而工程热力学就是将热力学的基本理论应用于工程技术领域，它是武器系统与发射工程的专业基础课。
通过课程的学习，使学生掌握热力学的基本概念和基本定律，掌握能量转换规律，能够正确运用热力学的基本原理和定律进行热力过程和热力循环的分析和计算，建立合理、有效利用能源的概念，为学生学习专业课提供必要的基础理论知识。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求了解工程热力学的研究对象及主要研究内容，研究方法和学习方法。
掌握热力学的基本概念、理想气体的热力性质、热力过程、热力学第一、第二定律；掌握实际气体的流动过程和热力性质。
（三）实施说明本课程的特点是以培养学生研究热能与其它能量转换规律的技能为目的，在教学中应采用先进的、直观的教学手段——多媒体教学，以使学生很容易理解教学内容。
（四）对先修课的要求高等数学大学物理（五）对习题课、实践环节的要求习题主要在于巩固所学的理论，培养学生运用理论解决实际问题的能力，因此课外习题不应少于20题。
（六）课程考核方式1. 考核方式：考试2. 考试目标：掌握热力学的基本概念、理想气体的热力性质、热力过程、热力学第一、第二定律；掌握实际气体的流动过程和热力性质分析。
3. 成绩构成：最终理论考试、平时考核（包括作业、小测验等）成绩的总和。
其中期末笔试成绩占70%，平时考核占30%。
（七）参考书目《工程热力学(第4版)》，沈维道等编，高等教育出版社，2007二、中文摘要工程热力学是一门专业基础课程，主要用于解决武器系统与发射工程专业所涉及的热能转化为其他形式能的过程。
该课程介绍热力学的基本内容和理论，解释热量的转化原则，讲解如何去分析传热过程及热能的循环。
工程热力学
“课程难与不难？”
课程特点— 概念活 难 研究对象— 气体（远较刚体复杂）
课程内容比较 使用的数学工具 不难 物理基础
如何学好工程热力学：
上课认真听讲并思索 自己完成作业 看一、二本参考书
参考书目： Thermodynamics Wark • Richards
Thermodynamics J.P.Holman 工程热力学题型分析—朱明善等编，清华出版社 工程热力学—严家騄编著，高教出版社 工程热力学理论概要和习题—
❖ 第十章本章讨论动力循环分析的一般方法，并主要针对活塞 式内燃机、燃气轮机装置的各种理想循环进行分析讨论指出 进行循环分析的任务和方法。
❖ 第十一章以致冷循环为重点讨论逆向循环，并强调热力过程 和循环工质的环保特性。
❖ 第十二章研究化学反应过程中的能量转换特性，化学反应 （如燃烧）也遵循热力学第一定律和热力学第二定律，由于 目前我国80%以上能源物质通过燃烧把化学能转变成热能利 用，所以化学热力学已成为工程热力学的重要组成。
❖ 第五章讨论热力学第二定律。自然界所有的过程必须满足热 力学第一定律，但并不是只要满足热力学第一定律，过程就 可以进行，也就是能量过程有方向性。热力学第二定律本质 过程的不可逆性，孤立系统的熵增原理是判别过程能否进行 的基本准则。和热力学第一定律一样第二定律是经人类实践 所证明的，是分析各种过程和循环的基础。
❖ 第三章是热力学第一定律。热力学第一定律是人类从长期的 生产和生活实践中总结得到的基本定律，不能从更基本的公 理运用数学工具演绎得出，但是人类活动的经验证明是正确 的，第一定律贯穿在本课程的自始至终。
❖ 第四章在热力学第一ຫໍສະໝຸດ 律的基础上讨论理想气体基本热力过 程中系统的功和热与工质状态参数的变化之间的关系，本章 是第二章和第三章的结合，是以后各章讨论的基础。
《工程热力学》(第四版)配套教学课件
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。
3理论课程教学大纲(工程热力学)
《工程热力学》课程教学大纲一、课程的性质与任务1、性质工程热力学是研究物质的热力性质、热能的有效利用，热能与机械能及其他形式的能量相互转换规律的学科。
工程热力学属于应用科学的范畴，是工程科学的重要领域之一，它是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。
2、任务通过本课程的学习，使学生掌握热力学基本规律，并能正确应用这些规律进行热力过程和热力循环的分析和计算，为学生今后的专业学习储备必要的基础知识，同时培养学生逻辑思维能力。
二、课程学习目标与要求1、掌握热能和机械能互相转换的基本规律，并能推广应用于其它能量转换问题。
2、初步掌握热力过程和热力循环的分析方法，了解提高能量利用经济性的基本原则和主要途径。
3、能运用常用工质的物性公式和图表（如水蒸汽）等进行热力过程计算。
4、具有从实际问题抽象为理论分析，并运用理论分析解决实际问题的能力。
三、课程的基本内容与教学要求绪论[教学目的与要求]：通过本章节的讲授，使学生能够了解工程热力学的发展、地位及前景；课程研究的目的、任务和方法。
[本章主要内容]：0-1 热能及其利用0-2 热力学发展简史0-3 工程热力学的主要内容及研究方法[本章重点]：本章的重点应放在工程热力学的研究对象，目的及所用的研究方法上。
[本章难点]：工程热力学的研究方法第一章基本概念及定义[教学目的与要求]：通过本章节的讲授，使学生理解热力系的概念和分类，理解平衡态，三个基本状态参数的定义、物理意义、单位及表示符号，理解准平衡过程及在状态坐标图中的表示方法，理解状态量和过程量的特性及区别，掌握正向循环和逆向循环的效率计算。
[本章主要内容]：1-1 热能和机械能相互转换的过程1-2 热力系统1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数1-4 平衡状态、状态方程式、坐标图1-5 工质的状态变化过程1-6 过程功和热量1-7 热力循环[本章重点]：1．理解平衡态和均匀态、稳定态的区别2．三个基本状态参数（压力、温度、比体积）的定义、物理意义、单位及表示符号。
《工程热力学》课件
热力学状态由压力、容积和温度 等多个参数所定义。
热力学循环和周期
热力学循环将热量转换为功，有 多种应用，如蒸汽循环、空气循 环、涡轮循环等。
热能和功
1
功
在物理学中，功是由力作用于物体时所
热能
2
做的功。
热能可以转化为功，例如燃料在发动机
里的燃烧可以形成热能，进而转化为引 擎的动力。
3
热力学第一定律
热力学第一定律表明能量守恒，即能量 不能被创造或破坏，只能从一种形式转 化为另一种形式。
工程热力学循环
理想气体循环
理想气体循环有多个阶段，包括 等压加热、等容冷却、等压膨胀 和等容加热。
蒸汽循环
气轮发动机循环
蒸汽循环的主要组成部分包括锅 炉、汽轮机、冷凝器和再生器等。
气轮发动机循环的主要组成部分 包括压缩机、燃烧室、高压涡轮 和低压涡轮等。应用领域1 Nhomakorabea能源领域
热力学原理和循环在能源领域和能源的
制造业
2
开发利用中有着广泛的应用，例如火电 站、核电站、风电场等。
热力学在制造过程中的应用可以提高产
品质量，减少污染和能源浪费的发生，
例如冶炼、焊接、淬火、加热等。
3
空调与制冷
热力学原理在空调和制冷领域可以提高 制冷效率，从而降低能源消耗和对环境 的影响。
工程热力学
工程热力学是研究热、功、能的转化和传递过程的一门学科。此课程将覆盖 基本概念、能量转化、热力学循环以及应用领域等内容。
为什么学习工程热力学
1 领域广泛
工程热力学应用广泛，包括能源、制造业和空调等领域。
2 提高效率
学习热力学可以帮助你理解能量转换的过程并且提高能源利用的效率。
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《工程热力学B》课程教学内容
适用专业：农业机械及自动化、车辆工程、食品科学、工业设计（车身工程）、
工业设计（汽车造型）、交通运输、汽车服务工程
学时：34
说明：本课程教学内容是参照国家教育委员会制定的“工程热力学课程教学基本要求”，结合吉林大学各相关专业（农业机械及自动化、车辆工程、食品科学、工业设计、工业设计、交通运输、汽车服务工程）“工程热力学B”课程教学改革及考试改革的实际情况而提出的。
并且根据学生及专业特点，分别开设双语及非双语两种。
提出本课程教学基本内容的目的在于使同学了解“工程热力学B”这门课程的教学要求，使选择本课程的同学能够根据自己的能力，为自己选择合适的考核模式，以及掌握好适当的学习进度提供指导。
本课程教学基本内容中的章节序号是以选定的教学参考书《工程热力学》（第四版）（华自强张忠进高青编，高等教育出版社，2009年）为依据的，但同学们在学习过程中还应阅读更多的其他教学参考书。
绪论：热能动力工程的重要地位，内燃机、蒸汽动力装置和蒸汽压缩制冷装置的工作过程，工程热力学的研究对象和研究方法。
第一章 基本概念和定义
热力学系统、外界以及边界，热力学系统的分类，热力学系统选取的原则。
热力学系统的状态，基本状态参数与导出状态参数，状态与状态参数之间的关系。
状态参数的性质。
比体积的定义及其定义表达式、单位。
压力（压强）的定义，绝对压力、相对压力、真空度及其相互之间的关系，压力的各种单位及其换算。
温度，热平衡，热力学温标，热力学温度和摄氏温度以及它们之间的关系。
平衡状态和状态参数坐标图，平衡状态在状态参数坐标图上的表示。
理想气体状态方程式的几种表示形式。
气体常数与通用气体常数及其相互之间的关系。
理想气体与实际气体，理想气体状态方程的应用条件。
热力过程，准静态过程，准静态过程的工程适用性。
准静态过程和非准静态过程在状态参数坐标图上的表示。
功，准静态过程功的计算，准静态过程功量在p-v图上的表示。
热量，热量的计算，准静态过程热量在T-s图上的表示。
比热容及其应用。
热力循环，循环功量和循环热量。
第二章 热力学第一定律
热力学第一定律的实质，第一类永动机是不可实现的
闭口系统能量方程式，系统总能，热力学能，闭口系统能量方程式的各种形式及其适
用条件。
开口系统能量变化分析的方法，轴功、推动功的概念。
焓及其物理意义, 稳定状态、稳定流动能量方程式。
轴功的本质，轴功、技术功和膨胀功三者之间的关系，轴功的计算表达式及其在p-v 图上表示。
稳定流动能量方程式的工程应用。
第三章 理想气体热力学能、焓、比热容和熵的计算。
理想气体的热力学能和焓, 理想气体的热力学能和焓都仅是温度的函数，热力学能和焓的变化的计算表达式。
热力学能和焓变化的查表计算。
比定容热容和比定压热容的定义式，理想气体的比定容热容和比定压热容之间的关系，质量热容比，热容的经验公式，平均比热容，定值比热容。
理想气体熵的微分表达式，理想气体的熵变表达式，标准状态熵及其工程应用。
理想气体混合物的分压力和分容积。
第四章 理想气体的热力过程
分析热力过程的目的和依据。
定容、定压、定温和绝热过程的过程方程，参数之间的关系、熵、热量、膨胀功、轴功的计算。
多变过程和多变指数n，定容、定压、定温和绝热过程的多变指数及其过程线在p-v、T-s图上的相对位置。
多变过程的过程方程，参数之间的关系、熵、热量、膨胀功、轴功的计算，多变过程的过程线在p-v、T-s图上的相对位置。
分析工程实际问题时，过程的多变指数的确定
第五章 热力学第二定律
能量转换的条件与限度。
热力学第二定律的各种说法及其一致性，自发过程和非自发过程。
可逆过程和不可逆过程，不可逆过程中系统“作功能力”的损失。
卡诺循环、卡诺循环工程实用意义。
等效卡诺循环。
卡诺定理、卡诺定理的推论及其工程指导意义。
克劳休斯不等式及其工程指导意义。
熵的状态参数特性，两个基本热力学关系式，熵产、熵流和熵变。
孤立系统熵增原理及其工程指导意义。
第六章 气体的流动
稳定流动时的气流的基本方程式。
管内定熵流动的基本特性，喷管的型式及其内部流速分布。
气体流速的计算，临界流速，喷管型式的选择。
气体的流量和喷管计算。
喷管效率及其工程应用。
绝热滞止、滞止温度、滞止压力。
绝热节流的过程特征。
第七章 压气机的压气过程
绝热压缩、等温压缩、多变压缩过程的功量消耗对比。
活塞式压气机中的压缩余隙及其对压缩机耗功、容积效率的影响。
多级压缩中间冷却，中间压力的选取。
压气机效率。
第八章 气体动力循环
活塞式内燃机工作循环的理想化过程，循环热效率分析。
循环特性参数对循环热效率影响的分析。
活塞式内燃机的定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环的比较。
第十一章制冷循环
水蒸气的定压发生过程，水蒸气(实际气体)的p-v、T-s、ln p-h图（参照第10章）。
逆向卡诺循环，制冷性能系数，逆向卡诺循环的制冷系数，热泵供热系数。
空气压缩制冷循环，空气压缩制冷循环的制冷系数。
蒸气压缩制冷循环，蒸气压缩制冷循环的制冷系数。
第十二章湿空气
饱和湿空气，未饱和湿空气，露点。
绝对湿度、相对湿度和含湿量。
湿空气的焓—含湿量图。
湿空气的热力过程。
实验：2小时。
实验内容见《工程热力学B》实验教学大纲及实验指导书。