清华大学热工基础课件工程热力学加传热学第二章

工程热力学课件第1_2章

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二、工质
定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。
工质是实现能量转换必不可少的内部条件
对工质的要求: 1）膨胀性 2）流动性 3）热容量 4）稳定性，安全性 5）对环境友善 6）价廉，易大量获取
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物质三态中气态最适宜。
三、热源
定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。 • 高温热源—热源低温热源—冷源 • 恒温热源变温热源
热动力装置工作可以概括为：
工质从高温热源吸取热能，将其中一部分转化为机械能，把另一部分热能传给低温热源。
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1-2 热力系统（热力系、系统、体系）外界和边界一、定义
• 系统人为分割出来，作为热力学研究对象的有限物质系统。 • 外界：与体系发生质、能交换的物系。 • 边界：
系统与外界的分界面（线）。
比体积
V v m
单位质量工质的体积
m3 /kg
密度
单位体积工质的质量
kg/m3
m V
两者关系:
v
1

35
比体积和密度二者相关，通常以比体积作为状态参数。
1-4 平衡状态状态方程坐标图
一、平衡状态
1、定义：一个热力系统，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（始终保持不变），则该系统处于平衡状态。
简单可压缩系只有两个独立参数，所以可用平面坐标上一点确定其状态，反之任一状态可在平面坐标上找到对应点，如：
p
1
说明：
1）系统任何平衡态可表示在坐标图上 2）过程线中任意一点为平衡态
2
v
常见p-v图和T-s图
3）不平衡态无法在图上用实线表示
p-v图为压容图 T-s图为温熵图

第二章——工程热力学课件PPT

100 U1A2 60 Q2B1 U 2B1 40
Q2B1 80
第二章讨论课
2、一个装有2kg工质的闭口系经历了如下过程：过程中系统散热25kJ，外界对系统做功100KJ，比热力学能减小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。
Q E W
第二章讨论课
空
Q
调
Q W
T
第二章讨论课
➢ 计算题
1、对某种理想气体加热100KJ，使其由状态1沿途径A可逆变化到状态2，同时对外做功60KJ。若外界对该气体做功40KJ，迫使它沿途径B可逆返回状态1。问返回过程中该气体是吸热还是放热？热量是多少？
Q1A2 U1A2 W1A2 Q2B1 U 2B1 W2B1
V
1b 2
2c1
状态参数 ( Q W ) ( Q W )
1a 2
1b 2
热力学能及闭口系热一律表达式
定义 dU = Q - W 热力学能U 状态函数
Q = dU + W Q=U+W
闭口系热一律表达式
！！！两种特例绝功系 Q = dU 绝热系 W = - dU
热力学能U 的物理意义
不可能制成的”
§2-2 热一律的推论热力学能
热力学能的导出闭口系循环
Q W
( Q W ) 0
热力学能的导出
( Q W ) 0 对于循环1a2c1
p1
( Q W ) ( Q W ) 0
b
1a 2
2c1
a
c
对于循环1b2c1
2
( Q W ) ( Q W ) 0
• u : 比参数 [kJ/kg] • 热力学能总以变化量出现，热力学能零点人为定

工程热力学第二章图文

思考
宏观动能和内动能的区别？
§2-3 热力学第一定律导出
热力学第一定律基本表达式
加入系统的能量总和—热力系统输出的能量总和 = 热力系总储存能的增量
加入系统的能量总和－热力系统输出的能量总和
= 热力系总储存能的增量
δW
δ mi ei
E
δm jej
E+dE
δQ
d
如果是闭口系，如何简化？
闭口系统的热一律基本表达式
来源：
19世纪30-40年代，迈耶，焦耳等发现并确定了能量转换与守恒定律。恩格斯将这列为19世纪三大发现之一（细胞学说、达尔文进化论）。
能量转换与守恒定律定律指出：一切物质都具有能量。能量既不可能创造，也不能消灭，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，能量的总量恒定不变。
能量转换与守恒定律
认识个别、特殊能量机械能、电能、磁能等有序能的守恒热现象不是一个独立的现象，
其它形式的能量都最终转化为热能
热力学第一定律的本质
本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用
18世纪初，工业革命，热效率只有1% 1842年，J.R. Mayer阐述热一律，但没有
引起重视 1840-1849年，Joule用多种实验的一致性
系统的能量
能量是物质运动的度量，运动有各种不同的形态，相应的就有各种不同的能量。
系统储存的能量称为储存能，它有内部储存能与外部储存能之分。系统的内部储存能即为热力学能
§2-2 热力学能（内能）
Internal energy
定义
系统内部各种形式能量的总和称为系统的热力学能，简称为内能 U。单位质量的热力学能称为比内能 u。
闭口系， δmi 0 δm j 0 忽略宏观动能Uk和位能Up， E U

《工程热力学》教学课件——第2章

dU 0
δQ δW
7. 热力学第一定律解析式的适用条件：
q u w
①任何系统；②任何工质；③任何过程
δq δw
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例1 自由膨胀
如图，抽去隔板，求 U 解：取气体为热力系
—闭口系？开口系？
Q U W
Q 0 W ? 0 U 0 即U1 U2
强调：功是通过边界传递的能量。
对于微元过程： δQ dU δW 热力学第一定律解析式 15 功：广义的功
注意：
1. 表达式中Q、W、ΔU都是代数值，规定：系统吸热Q为正值，系统对
外作功W为正，反之则为负。系统的热力学能增大时， ΔU为正，反之为负。
2.对于单位质量工质：简单可压缩系 3.对于可逆过程：
δq du δw q u w
第二定律指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原，要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用。
3
●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
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热力学能的说明
• 热力学能是状态量 state property
• U : 广延参数 [kJ ]
• u : 比参数 [kJ/kg] －比热力学能
对于循环： dU 0 du 0
• 热力学能总以变化量出现，其零点人为定 • 只关心ΔU
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二、外部储存能（macroscopic forms of energy）
2–1 热力学第一定律的实质 2-2 热力学能和总能 2–3 热力学第一定律基本表达式 2–4 稳定流动能量方程式的应用

热工基础第二章

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对于单位质量工质，对于单位质量工质，
1 2 q = ∆h + ∆ cf + g ∆z + ws 2
以上两式称为开口系统的稳定流动能量方程。以上两式称为开口系统的稳定流动能量方程。开口系统的稳定流动能量方程对于微元过程，稳定流动能量方程写成
1 2 δQ = dH + mdcf + mgdz + δWs 2 1 2 δq = dh + dcf + gdz + δws 2
q = ∆h + ws
1. 热交换器
( wt = ws )
q = h2 − h1
2. 动力机械
( ws = 0 )
(q = 0)
21
ws = h1 − h2
3. 绝热节流
( q = 0 , ws = 0 )
h1 − h2 = 0
注意：绝热节流过程不是定焓过程定焓过程。注意：绝热节流过程不是定焓过程。本质上存在摩擦和涡流，不可逆过程，本质上存在摩擦和涡流，不可逆过程，工质处于非平衡状态，节流为不稳定流动。处于非平衡状态，节流为不稳定流动。 22
5
2-3 闭口系统的热力学第一定律表达式 Q ∆U W
Q − W = ∆U = U 2 − U 1 Q = ∆U + W
对于微元过程，对于微元过程，
δQ = d U + δW
6
对于可逆过程，对于可逆过程，
δQ = dU + pdV
Q = ∆ U + ∫ pdV
1 2
对于单位质量工质, 对于单位质量工质,
3
2. 宏观动能：Ek ，单位为J或kJ 单位为J

工程热力学课件第二章混合气体

混合气体各组成气体的容积成分之和等于1
r1＝
V1 V
； r2 ＝
V2
r1＋r2＋……＋ rn＝
V V1 V
…… rn ＝
V2 V
Vn
V
Vn V
＋
＋……＋
＝1
r1＋r2＋……＋ rn ＝
Σ
n
ri＝ 1
i＝1
三、摩尔数成分表示方法 G1 G2 M1＝ μ M2＝ …… Mn＝
1
Gn μn Mn M
μ2
V xV V
i i
容积成分＝摩尔成分
pV nRMT
p T V
p T V
p T V
p T V
pVi ni RMT
分容积Vi
第三节混合气体成分的表示方法
一、重量成分
混合气体中各组成气体的重量成分之和等于1
g1＋g2＋……＋ gn＝
Σ
n
gi ＝1
(2-3)
i=1
二、容积成分
分压定律和分容积定律
分压力定律 Dalton’s law of partial pressure
p T V
p T V
p T V 分压力pi
p T V
第二节分容积和总容积
混合气体的总容积等于所有各组成气体的分容积之和
V＝V1＋V2＋……＋ Vn＝
Σ
n
Vi
(2-2)
i=1
分容积定律
i
Vi V ni n xi Vi xiV
6、某混合气体是由1.3m3的空气和1m3的发生炉煤气组成，在物理标准状态下发生炉煤气的重度为1.2kg／Nm3 ，试求此可燃混合气体的气体常数。 7、燃烧1kg重油所产生的烟气共重20kg，其中包括3.16kg的二氧化碳、 1.15kg的氧、1.24kg的水蒸气，其余均为氮气。烟气中的水蒸气可作为理想气体计算，试求烟气的：（1）重量成分；（2）气体常数：（3）容积成分：（4）假想的平均分子量：（5）燃烧1kg重油所产生的烟气的标准容积。 8、以50kg的废气和75kg空气相混合，废气中各组成气体的重量成分为： gCO2=14%; gO2=6%; gH2O=7%; gN2=75%. 空气中的氧和氮的重量成分为： rO2=23.2%; rN2=76.8%; 当混合气体的压力为3绝对大气压时，求该混合气体的（1）重量成分；（2）气体常数；（3）假想平均分子量；（4）容积成分；（5）各组成气体的分压力。

传热学第二章1精品PPT课件

沿 z 轴方向导入与导出微元体净热量： ( z)z ( z)z d z q z zd x d y d z
[导入与导出净热量]:
[ 1 ] [ d Q x d Q x d x ] [ d Q y d Q y d y ] [ d Q z d Q z d z ] [1](qx qy qz)dxdydz x y z
水和甘油等强缔合液体，分子量变化，并随温度而变化。在不同温度下，热导率随温度的变化规律不一样
液体的热导率随压力p的升高而增大
p
3、固体的热导率
(1) 金属的热导率：
金属 1 2 ~ 4 1 8W (m K )
纯金属的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动主要依靠前者
金属导热与导电机理一致；良导电体为良导热体：
有些天然和人造材料，如：石英、木材、叠层塑料板、叠层金属板，其导热系数随方向而变化 —— 各向异性材料
各向异性材料中：
qx
xx
t x
xy
t y
xz
t z
qyBiblioteka yxt xyy
t y
yz
t z
qz
zx
t x
zy
t y
zz
t z
三、热导率
q
grad t
— 物质的重要热物性参数
热导率的数值：就是物体中单位温度梯度、单位时间、通过单位面积的导热量
第二章稳态热传导
本章着重讨论稳态导热问题。首先引出导热基本定律的最一般的数学表达式，然后介绍导热微分方程及相应的初始与边界条件，他们构成了导热问题的完整的数学描写。在此基础上，针对几个典型的一维导热问题进行分析求解，以获得物体中的温度分布和热流量的计算式。
§2-1 导热基本定律

工程热力学课件第二章热力学第一定律

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