残疾人托养服务所简介.ppt

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1、高等工程热力学高等工程热力学高等工程热力学高等工程热力学电子教案电子教案电子教案电子教案 郑宏飞郑宏飞北京理工大学机械与车辆工程学院北京理工大学机械与车辆工程学院能源为人类提供能量和动力的物质资源。n常见能源有：化石能、水力能、太阳能、风能、地热能、海洋能、核能等n绝大多数能源都是以热能的形式为人类服务，但我们需要的却主要是动力。n人类利用热能目前主要有两种形式：(1)热能的直接利用能的形式不发生变化；如：取暖、烘烤、冶炼、蒸煮等。(2)热能的间接利用能的形式发生变化，转变为机械能、电能等；如：热力发电厂、内燃机等，主要用于交通运输、机械制造等。热能利用的历史就是一部人类的发展史：远古时代钻木

2、取火钻木取火（烤食、取暖）原始社会时期古代冶炼、制造金属工具冶炼、制造金属工具（直接利用）封建社会时期近代（1784）发明蒸汽机发明蒸汽机（间接利用）工业革命资本社会时期现代建立完善的热工理论建立完善的热工理论（间接利用）（产生了飞机、火车、汽车、制冷、原子能）信息社会当今 热传递问题（传热学传热学）如何提高效率如何提高效率 间接利用（工程热力学工程热力学）马拉转轮提水装置原理一个1780年的马力提水机最早的蒸汽提水机1786年的蒸汽机瓦特发明的蒸汽调节阀第一章：热能转变的基本概念1.热力系、状态和状态参数1.1.热力系与工质 热力系人为地选取一定范围的物质作为研究对象，这个对象称为热力系统（

3、system）。外界热力系以外的物质（也称为环境）。边界热力系与外界的交界面（界面）。边界可以是假设的，也可以是真实的；可以是固定的，也可以是运动的。真实的固定的移动的12移动的12假设的固定的假设的假定的变化的 闭口系与外界没有物质交换的热力系（但可以有能量交换，如加热）。开口系与外界有物质或能量交换的热力系 绝热系热力系与外界无热量交换（但有其它能量交换，如功）孤立系热力系与外界无任何能量和物质交换。简单可压缩系由可压缩的流体构成，与外界只有容积变化功交换.热源（冷源）能为热力系提供无限热能（冷量），而自身温度不会发生变化。（高温热源、低温热源）。单元系、均相系、多元系、均匀系、非均匀系、

4、复相系等。工质用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。Company name1.2热力系的状力系的状态及状及状态参数参数 l热力系的状态热力系在某一瞬间呈现的宏观物理状况。l平衡状态在没有外界影响条件下，系统各部分长时间内不发生任何变化的状态。l状态参数用于描述系统平衡状态的物理量。l状态参数可分为两类：l尺度量（广延量）与系统所包含的物质量有关的量称为尺度量。l强度量与所含物质量无关，热力系中任一点都具有相同的数。1.3.基本状态参数 常用的状态参数：压力p，比容v ，温度，内能U，焓，熵。基本的热力学参数:比容v ，压力p，温度.（）比容 比容是单位质量的物质所占有的容积。若m(kg)物

5、质占有的容积为(m3)，则比容为：密度是单位容积内所含物质的量。（）压力p（a）压力是指单位面积上所承受的垂直作用力。p=F/A(N/m2)常用单位有：kPa;Mpa;mmHg;atm;托通常用压力表或真空表测量流体压力.绝对压力（p）物质的真实压力。大气压力（pb）大气环境的真实压力。表压力（pg）压力表上读到的压力。真空度（pv）真空计上的读数。表压力与真空度均是环境压力与绝对压力的差，所以当ppb时，ppgpb 当ppb时，ppbpv （）温度n温度是物体冷热程度的标志n温度概念的建立以热力学第零定律为依据。n第零定律：与处于热平衡；与处于热平衡，则与必然处于热平衡。温度是决定系统间是否

6、处于热平衡的物理量。温度的意义n温度的热力学定义：决定一个系统是否与其它系统处于热平衡的宏观性质。处于热平衡的各系统温度相同。n温度的热力学定义提供了温度测量的依据，即被测物体与温度计处于热平衡时，就可以从温度计的读数确定被测物体的温度值。温度测量和温度计 n温度计测温原理：当一个物体的温度改变时，物体的其它性质也将随之发生变化，可根据这些变化性质中的某些参数测量物体的温度，指明温度的数值。温度与热力学第零定律温度与热力学第零定律 温度计温度计测温属性测温属性气体温度计气体温度计压力或体积压力或体积液体温度计液体温度计体积体积电阻温度计电阻温度计电阻电阻热电偶热电偶热电动势热电动势磁温度计磁温

7、度计磁化率磁化率光学温度计光学温度计辐射强度辐射强度温温 标 v为了给温度的测量赋予一定数值，必须科学地建立起一套规则，把不同的温度指定不同的数值,这就是所谓的温标。v华氏温标：盐水混合物的冰点温度为零度，人体温度为96度，则冰点与蒸气点分别为32度和212度，按照水银温度计的长度等分；v摄氏温标：将1个标准大气压下水的冰点和蒸气点之间的温度等分为100度，并以冰点作为零点。温度与热力学第零定律温度与热力学第零定律 v经验温标的问题：什么叫做均分？使用不同的物质作为测温的工质得到不同的结果；v热力学温标：从热力学第二定律出发得到的绝对温标，与任何工质无关，是一种理论温标；温度与热力学第零定律温

8、度与热力学第零定律 热力学温标与其它温标温度与热力学第零定律温度与热力学第零定律 热力学温标只热力学温标只需要定义一个需要定义一个温度的量值，温度的量值，其它温度值就其它温度值就全部确定了。全部确定了。1854年，开尔年，开尔文提议将水的文提议将水的三相点温度定三相点温度定义为义为273.16 K，1954年第十届年第十届国际计量大会国际计量大会正式采纳。正式采纳。KCF水三相点273.160.0132.02冰点273.150.0032.00水沸点373.124399.9743211.95绝对零度0-273.15-459.67利用某些气体在低压下,压力或容积随温度的变化是确定温标的最佳选择；理

9、想气体温标其定义与热力学温标一致，是其一级近似，不过是一种经验温标；定容式温度计的测量原理：温度与热力学第零定律温度与热力学第零定律 理想气体温标应用温度与热力学第零定律温度与热力学第零定律 Tptr气体A气体B气体C温度与热力学第零定律温度与热力学第零定律 地点或状态地点或状态温度温度激光管内发射激光的气体激光管内发射激光的气体0 K宇宙大爆炸后的宇宙大爆炸后的10-43 s1032 K氢弹爆炸中心氢弹爆炸中心108 K实验室已获得的最高温度实验室已获得的最高温度6 107 K太阳中心太阳中心1.5 107 K地球中心地球中心4000 K乙炔焰乙炔焰2900 K月球向阳面月球向阳面400 K

10、(127 C)地球最高气温（利比亚）地球最高气温（利比亚）331 K(58 C)地球上的最低气温（南极）地球上的最低气温（南极）185 K(-88 C)月球背阴面月球背阴面90 K(-183 C)He的正常沸点的正常沸点4.2 K星际空间星际空间2.7 K核自旋冷却法核自旋冷却法激光冷却法激光冷却法(朱棣文朱棣文)2 10-10 K2.4 10-11 K我们身边的温度1.4.状态方程状态方程n n两个相互独立的状态参数可以确定系统平衡态。两个相互独立的状态参数可以确定系统平衡态。n n三个基本状态参数之间的关系，称为状态方程。三个基本状态参数之间的关系，称为状态方程。n n常见的状态方程有：常

11、见的状态方程有：理想气体方程：理想气体方程：范德瓦尔斯方程：范德瓦尔斯方程：平衡状态下，可用二维平面坐标图描述系统状态：平衡状态下，可用二维平面坐标图描述系统状态：平衡状态下，可用二维平面坐标图描述系统状态：平衡状态下，可用二维平面坐标图描述系统状态：1(T1,s1)TT1s1s1(p1,v1)pp1v1v热力过程、功和热量2.1.热力过程 要实现热能与机械能的相互转化，必须通过工质的状态变化才能实现：工质状态变化工质状态变化热力系只能对平衡态进行描述热力系只能对平衡态进行描述热能热能热能热能热能热能机械能机械能功功动能动能准平衡态由此引进准平衡态的概念！准静态就是无限接近于平衡态的状态。考查

12、一个渐变的过程：状态状态1状态状态2一一系系列列中中间间状状态态1vp2可逆过程如果系统完成某一热力过程后，再沿原路经逆向返回，能使系统和外界都恢复原来状态而不留下任何变化的过程。（要包括系统及外界都不发生任何变化）特征：（）可逆过程必然是准平衡过程。（）可逆过程不应有摩擦、电阻、磁阻等耗散效应存在。可逆过程是理想过程（充要条件）：只有准平衡且无任何耗散效应的过程才是可逆过程。实际过程都是不可逆的。2.2.功和热量n功在力的作用下，通过宏观有序运动而传递的能量Fdx 在传递中才有意义，一旦越过边界，就成为外界的能量。是过程量，与初终态有关，还与过程有关。系统对外做功为正，外界对系统做功为负。功

13、的单位：（焦耳）功率单位 （瓦特）热力系通常是通过容积变化来实现功的传递的，称容积变化功.在准静态可逆过程时，对外做功由系统内部参数决定的，不用考虑外界因素。dxppb A在p图上表示：线下的面积即为功，所以p图叫示功图。pV12p（）热量是在温差作用下，通过微观粒子无序运动传递的能量。热量是过程量。系统吸热取正号，放热取负号。热量为：热容与其变化温差的乘积。2.3.热力循环系统由某一初态出发，经历一系列中间状态，最后又回到初态的过程称为热力循环。（封闭过程）n特征：（）它是一个封闭的过程。BpV21A(2)目的:是实现连续的能量转换（、是过程量，使之可能）(3)分类:可逆与不可逆循环；动力循环；制冷循环；热泵循环。正向循环膨胀功大于零，顺时针。逆向逆向膨胀功小于零，逆时针。正向循环效率（热效率）:逆向循环制冷系数:热泵循环系数:高温热源低温热源输出功QHQL高温热源低温热源输入功QHQL本章小结：过程参数只由系统内部参数决定。通过循环可以连续将热转换为功。输入热能为正；输出热能为负。系统输出功为正；输入功为负。热热准静态准静态过程过程功功