机械热力学 (2)优秀课件.ppt

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1、机械热力学机械热力学第1页，本讲稿共78页1-1 热能动力装置定义：定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力的整套设备。能得到动力的整套设备。分分 类类燃气动力装置燃气动力装置蒸汽动力装置蒸汽动力装置内燃机内燃机燃气轮机燃气轮机喷气动力装置喷气动力装置第2页，本讲稿共78页喷气发动机喷气发动机1-1 热能动力装置第3页，本讲稿共78页第4页，本讲稿共78页共同本质：共同本质：都是通过媒介物的吸热膨胀做功排热来完成从燃料燃烧产生的热能向机械能的转化。1-1 热能动力装置第6页，本讲稿共78页1-2 热力系统热力系统热力系统(热力系、系统热力系、系统):人为地研究对

2、象人为地研究对象系统的定义系统的定义第7页，本讲稿共78页外界外界：系统以外的所有物质：系统以外的所有物质边界边界(界面界面)：系统与外界的分界面：系统与外界的分界面系统系统与与外界外界的作用都通过的作用都通过边界边界系统、外界与边界1-2 热力系统第8页，本讲稿共78页热力系统选取的人为性锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器只交换功只交换功只交换热只交换热既交换功既交换功也交换热也交换热1-2 热力系统第9页，本讲稿共78页边界特性真实、虚构真实、虚构固定、活动固定、活动1-2 热力系统第10页，本讲稿共78页热力系统分类以系统与外界关系划分：以系统与外界关系

3、划分：有有 无无是否传质是否传质 开口系开口系 闭口系闭口系是否传热是否传热 非绝热系非绝热系 绝热系绝热系是否传功是否传功 非绝功系非绝功系 绝功系绝功系是否传热、功、质是否传热、功、质 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系1-2 热力系统第11页，本讲稿共78页Types of System开口系开口系绝热系绝热系孤立系孤立系Closed system Control massIsolated systemOpen systemControl volume闭口系闭口系Adiabatic system1-2 热力系统第12页，本讲稿共78页1234mQW1 开口系开口系热力系统非孤立系非孤立系相关

4、外界相关外界孤立系孤立系1+2 闭口系闭口系1+2+3 绝热闭口系绝热闭口系1+2+3+4 孤立系孤立系1-2 热力系统第13页，本讲稿共78页热力系统其它分类方式 其它分类方式其它分类方式物理化学性质物理化学性质 均匀系均匀系 非均匀系非均匀系工工 质质 种种 类类多元系多元系单元系单元系相相 态态多相多相单相单相1-2 热力系统第14页，本讲稿共78页简单可压缩系统最重要的最重要的系统系统 只交换只交换热量热量和和一种一种准静态的准静态的容积变化功容积变化功容积变化功容积变化功压缩功压缩功膨胀功膨胀功1-2 热力系统第15页，本讲稿共78页1-3 状态和状态参数状态：状态：某一瞬间热力系所

5、呈现的宏观状况某一瞬间热力系所呈现的宏观状况状态参数：状态参数：描述热力系状态的物理量描述热力系状态的物理量状态参数的状态参数的特征特征：1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然、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积分特征：状态参数的变化量：状态参数的变化量 与路径无关，只与初终态有关与路径无关，只与初终态有关3、状态参数的微分特征状态参数的微分特征：全微分：全微分第16页，本讲稿共78页状态参数的微分特征设设 z z=z z(x,y)dz z是全微分是全微分充要条件：充要条件：可判断是否可判断是否是状态参数是状态参数第18页，本讲稿共78页强度参数与广延参数

6、强度参数：强度参数：与物质的量无关的参数与物质的量无关的参数 如如压力压力 p、温度温度T广延参数：广延参数：与物质的量有关的参数与物质的量有关的参数可加性可加性 如如 质量质量m、容积容积 V、内能内能 U、焓焓 H、熵熵S比参数：比参数：比容比容比比内能内能比比焓焓比比熵熵单位：单位：/kg /kmol 具有强度参数的性质具有强度参数的性质第19页，本讲稿共78页强度参数与广延参数速度速度动能动能高度高度 位能位能 内能内能温度温度应力应力摩尔数摩尔数（强）（强）（强）（强）（强）（强）（强）（强）（广）（广）（广）（广）（广）（广）（广）（广）第20页，本讲稿共78页1-3 基本状态参数

7、压力压力 p、温度、温度 T、比容、比容 v （容易测量）（容易测量）1 1、压力压力 p (pressure)物理中物理中压强压强，单位单位:Pa(Pascal),N/m2常用单位常用单位Units：1 kPa=103 Pa 1bar=105 Pa 1 MPa=106 Pa 1 atm=760 mmHg=1.013 105 Pa 1 mmHg=133.3 Pa 1 at=1 kgf/cm2=9.80665 104 Pa第21页，本讲稿共78页压力p测量示意图绝对压力绝对压力与与环境压力环境压力的相对值的相对值 相对压力相对压力注意：注意：只有只有绝对压力绝对压力 p 才是才是状态参数状态参数

8、第22页，本讲稿共78页绝对压力与相对压力示意图当当 p pb表压力表压力 pe当当 p 有足够时间恢复新平衡有足够时间恢复新平衡 准静态过程准静态过程第52页，本讲稿共78页准静态过程的工程应用例：例：活塞式内燃机活塞式内燃机 2000转转/分分 曲柄曲柄 2冲程冲程/转，转，0.15米米/冲程冲程活塞运动速度活塞运动速度=2000 2 0.15/60=10 m/s压力波恢复平衡速度（声速）压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s破坏平衡所需时间破坏平衡所需时间（外部作用时间）（外部作用时间）恢复平衡所需时间恢复平衡所需时间（驰豫时间）（驰豫时间）一般的工程过程都可认为是一般的工程过程都可认

9、为是准静态过程准静态过程具体工程问题具体分析。具体工程问题具体分析。“突然突然”“缓慢缓慢”第53页，本讲稿共78页准静态过程的容积变化功pp外外f初始：初始：p A=p外外 A+fA如果如果 p外外微小微小 可视为可视为准静态过程准静态过程dl以汽缸中以汽缸中mkg工质为系统工质为系统mkg工质发生容积变化工质发生容积变化对外界作的功对外界作的功 W=p A dl=pdV1kg工质工质 w=pdvdl 很小很小，近似认为近似认为 p 不变不变第54页，本讲稿共78页准静态过程的容积变化功pp外外2mkg工质：工质：W =pdV1kg工质：工质：w=pdv1注意：注意：上式仅适用于准上式仅适用

10、于准静态过程静态过程第55页，本讲稿共78页示功图indicator(p-V)diagrampV.12.pp外外21mkg工质：工质：W =pdV1kg工质：工质：w=pdvW第56页，本讲稿共78页准静态容积变化功的说明pV.12.2）p-V 图上用图上用面积面积表示表示3）功的大小与路径有关，功的大小与路径有关，过程量过程量Path function4）统一规定：统一规定：dV0，膨胀，膨胀 对外作功（对外作功（正正）dV0，压缩，压缩 外内作功（外内作功（负负）5）适于适于准静态下准静态下的的任何任何工质（一般为流体）工质（一般为流体）6）外力无限制，功的表达式只是系统内部参数外力无限制

11、，功的表达式只是系统内部参数7）有无有无f，只影响系统功与外界功的大小差别，只影响系统功与外界功的大小差别1）单位为单位为 kJ 或或 kJ/kgWw第57页，本讲稿共78页摩擦损失Friction Loss的影响若有若有f 存在，就存在损失存在，就存在损失pp外外21系统对外作功系统对外作功W，外界得到的功，外界得到的功W W若外界将得到的功若外界将得到的功W 再返还给系统，系统再返还给系统，系统得到的功得到的功WT2Q节流过程节流过程 (阀门）阀门）p1p2p1p2第62页，本讲稿共78页常见的不可逆过程混合过程混合过程自由膨胀自由膨胀真空真空第63页，本讲稿共78页引入可逆过程的意义 准

12、静态过程是实际过程的准静态过程是实际过程的理想化理想化过程，过程，但并非但并非最优最优过程，可逆过程是过程，可逆过程是最优最优过程。过程。可逆过程的功与热可逆过程的功与热完全完全可用可用系统内系统内工质工质 的的状态参数状态参数表达，可不考虑系统与外界表达，可不考虑系统与外界 的复杂关系，易分析。的复杂关系，易分析。实际过程不是可逆过程，但为了研究方实际过程不是可逆过程，但为了研究方 便，先按便，先按理想理想情况（情况（可逆过程可逆过程）处理，）处理，用系统参数加以分析，然后考虑不可逆用系统参数加以分析，然后考虑不可逆 因素加以因素加以修正修正。第64页，本讲稿共78页1-7 功 量 Work

13、1 1、力学力学定义定义:力力 在力方向上的在力方向上的位移位移2、热力学热力学定义定义I热力学热力学定义定义II第65页，本讲稿共78页功的力学定义锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器力力 在力方向上的位移在力方向上的位移第66页，本讲稿共78页功的热力学定义I 当热力系与外界发生能量传递时，如果当热力系与外界发生能量传递时，如果对外界的对外界的唯一效果可归结为取起重物唯一效果可归结为取起重物，此即，此即为热力系对外作功。为热力系对外作功。第67页，本讲稿共78页功的热力学定义II 功是系统与外界相互作用的一种方式，功是系统与外界相互作用的一种方式，在在力力的

14、推动下，通过的推动下，通过有序有序运动方式传递的运动方式传递的能量能量。第68页，本讲稿共78页功的表达式功功的一般表达式的一般表达式热力学最常见的功热力学最常见的功 容积变化功容积变化功 其他准静态功：其他准静态功：拉伸功拉伸功，表面张力功表面张力功，电功电功等等第69页，本讲稿共78页1-8 热力循环Cycle要实现要实现连续连续作功，必须构成作功，必须构成循环循环定义：定义：热力系统经过一系列变化回到初态，这一热力系统经过一系列变化回到初态，这一系列变化过程称为系列变化过程称为热力循环热力循环。第70页，本讲稿共78页循环和过程循环由过程构成循环由过程构成不可逆循环不可逆循环可逆可逆过程

15、过程不可逆不可逆循环循环可逆循环可逆循环第71页，本讲稿共78页正循环pVTS净效应：净效应：对外作功对外作功净效应：净效应：吸热吸热顺时针方向顺时针方向2112动力循环动力循环第72页，本讲稿共78页逆循环pVTS净效应：净效应：对内作功对内作功净效应：净效应：放热放热逆时针方向逆时针方向2112制冷循环制冷循环Refrigeration cycle第73页，本讲稿共78页热力循环的评价指标正循环：净效应（对外作功，吸热）正循环：净效应（对外作功，吸热）WT1Q1Q2T2动力循环：热效率动力循环：热效率第74页，本讲稿共78页热力循环的评价指标逆循环：净效应（对内作功，放热）逆循环：净效应（对内作功，放热）WT0Q1Q2T2制冷循环：制冷系数制冷循环：制冷系数制热循环：制热系数制热循环：制热系数第75页，本讲稿共78页第一章 小 结基本概念：基本概念：热力系热力系 平衡态平衡态 准静态、可逆准静态、可逆 过程量、状态量、状态参数过程量、状态量、状态参数 p-V图、图、T-S图图 循环、评价指标循环、评价指标第76页，本讲稿共78页第一章 完第77页，本讲稿共78页作业：作业：1-4，9，16,23。第一章第一章 基本概念基本概念第78页，本讲稿共78页