第一章工程热力学基础知识.ppt

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1、第1章 工程热力学基础知识第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识 热力学是研究能量（特别是热能）性质及其转换规律的科学。它的主要内容包括三部分：（1）工质的性质。（2）热力学基本定律。（3）热力过程和热力循环。第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识状态参数:描述气体热力状态的物理量。第一节第一节 热工转换的基础知识热工转换的基础知识一、工质及其状态参数一、工质及其状态参数基本状态参数：压力 ；温度 ；比体积 。工质：热、功转换的“媒介”。常用的状态参数：压力 ；温度 ；比体积 ；内能 ；焓 ；熵 。第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识（一）（一）压力压力p 2 单位：

2、Pa，3压力的表示压力绝对压力相对压力状态参数：绝对压力1 单位面积上所作用的垂直力称为压力p。工程上常用kPa与Mpa。1 Pa=1N/m2，1.1热工转换的基础知识热工转换的基础知识第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识（二）（二）温度温度T2 单位：单位：开尔文（K）热力学温度与摄氏温度：T=t+To状态参数：热力学温度（绝对温度）。式中：To=273.15K（水的冰点的热力学 温度)。1温度表示气体冷热的程度。气体分子运动速度愈高，平均动能愈大，温度愈高。1.1热工转换的基础知识热工转换的基础知识第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识（三）（三）比体积比体积v单位：m3

3、/kg单位质量的物质所占有的体积。式中：比体积；mkg的工质占有的体积；工质的质量。1.1热工转换的基础知识热工转换的基础知识第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识二、二、理想气体状态方程式理想气体状态方程式1理想气体理想气体假设：（1）分子不占有体积；（2）分子间无吸引力。发动机所用工质都近似地看作理想气体。.理想气体状态方程理想气体状态方程1kg理想气体：pv=RT mkg理想气体：pV=mRT 式中：R气体常数J/(kgK)。3.pv图（示功图）图（示功图）pvp1v1v2p21.1热工转换的基础知识热工转换的基础知识第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识三、热力过程及其

4、功量三、热力过程及其功量（一）热力系统和热力过程（一）热力系统和热力过程热力系统：热力系统：某宏观尺寸范围内的工质作为研究对象，称为热力系统。热力过程：热力过程：工质由某一状态变化到另一个状态所经历的全部过程的总和。（二）（二）热力过程的功量（示功图）热力过程的功量（示功图）工质由上止点膨胀到下止点，此过程的功量。pv1.1热工转换的基础知识热工转换的基础知识第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识设：A活塞截面面积；dx活塞移动距离。工质对活塞作的功为：v增大,w为“+”,工质对活塞作功。v减小,w为“-”,活塞对工质作功。工质膨胀过程：dw=pAdx=pdv1.1热工转换的基础知识热

5、工转换的基础知识第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识四、工质的比热容四、工质的比热容C（一）定义（一）定义单位量的物质作单位温度变化时所吸收或放出的热量。式中：dq工质在某一状态下温度变化dT 时所吸收或放出的热量。1.1热工转换的基础知识热工转换的基础知识第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识1比定容热容比定容热容Cv：比定容热容:加热时气体容积不变。2比定压热容比定压热容Cp：比定压热容:加热时气体压力不变。（二）比定容热容和比定压热容（二）比定容热容和比定压热容1.1热工转换的基础知识热工转换的基础知识第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识定容加热定容加热工质的

6、比热：加入的热量:Q1=mCv(T2 T1)定压加热定压加热工质的比热：加入的热量:Q2=mCp(T2 T1)分析加热过程温度升高相同1.1热工转换的基础知识热工转换的基础知识第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识 同样使温度升高1（或1K），而定压加热过程需要加入的热量要比定容加热过程大，即CpCv。绝热指数:K=Cp/Cv1.1热工转换的基础知识热工转换的基础知识第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识（三）（三）真实比热容和平均比热容真实比热容和平均比热容比热容与压力无关，是温度的函数。式中：a、b、c是常数。相应于每一温度下的比热容称为真实比热容。1.1热工转换的基础知识

7、热工转换的基础知识第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识C Cm m称为平均比热容。（四）定比热容：（四）定比热容：温度变化不大，把比热容看成常数。1.1热工转换的基础知识热工转换的基础知识第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识第二节第二节 热力学第一定律热力学第一定律第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识一、功、热量和内能一、功、热量和内能（一）工质的功量（一）工质的功量W（二）热量（二）热量Q（三）工质的内能（三）工质的内能外界给系统加热外界给系统加热Q为为“+”，系统放热，系统放热Q为为“”。1工质内部所具有的总能量。pv1.2热力学第一定律热力学第一定律第第1

8、1章章 工程工程热力学基力学基础知知识分子热运动的动能，分子间的吸引作用的位能,内能理想气体分子间无吸引力，无位能。是T的函数。是v的函数。内能是温度的单值函数。1.2热力学第一定律热力学第一定律第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识 内能为状态参数。只与工质的初、终状态有关，与工质由状态1变化到状态2所经历的过程无关。mkgQT1T2定容加热mkgQ2T1T2G定压加热pv121.2热力学第一定律热力学第一定律第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识2内能的计算1.2热力学第一定律热力学第一定律第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识（一）热力学第一定律（二）封闭系统能量

9、方程式二、热力学第一定律二、热力学第一定律式中：q外界加给1kg工质的热量（J/kg）；w1kg工质对外界作的功（J/kg）；u1kg工质内能的增量（J/kg）。能量守恒定律1.2热力学第一定律热力学第一定律第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识三、熵及温熵图三、熵及温熵图熵是一个导出的状态参数，它的定义式是：式中：dq 系统与外界交换的微元热量；T热力过程时的温度。熵的定义：熵的增量等于系统在热力过程中交换的热量除以传热时的热力学温度所得的商。熵是状态参数。1.2热力学第一定律热力学第一定律第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识1.2热力学第一定律热力学第一定律第第1 1章章

10、 工程工程热力学基力学基础知知识温熵图温熵图1.2热力学第一定律热力学第一定律第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识第三节第三节 气体的热力过程气体的热力过程第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识（二）气体状态参数的变化（二）气体状态参数的变化v1=v2 或绝对压力与绝对温度成正比式中为压力升高比。一、定容过程一、定容过程（一）定容过程方程式为（一）定容过程方程式为：v=常数pv=RT1.3气体的热力过程气体的热力过程第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识定容过程的膨胀功（三）能量变化（三）能量变化因dv=0，所以W=0。2内能内能1功量功量1.3气体的热力过程气体的热

11、力过程第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识3热量热量：根据比热容的定义1.3气体的热力过程气体的热力过程第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识4.熵熵熵的定义：熵变S为1.3气体的热力过程气体的热力过程第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识二、定压过程二、定压过程（一）过程方程式（一）过程方程式 p=常数（二）气体状态参数的变化（二）气体状态参数的变化比体积与绝对温度成正比。预膨胀比pv=RT1.3气体的热力过程气体的热力过程第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识（三）能量变化（三）能量变化1功量：功量：定压过程中气体所作的膨胀功为：2内能：内能：1.3气体的

12、热力过程气体的热力过程第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识3热量热量：根据比热的定义 及Cp=常数1.3气体的热力过程气体的热力过程第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识4.熵熵熵的定义：熵变S为1.3气体的热力过程气体的热力过程第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识三、定温过程三、定温过程（一）过程方程式（一）过程方程式T=常数，即 pv=常数（二）气体状态参数的变化（二）气体状态参数的变化1.3气体的热力过程气体的热力过程第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识四、绝热（等熵）过程四、绝热（等熵）过程系统与外界无热交换（一）过程方程式（一）过程方程式=常数K

13、绝热指数1.3气体的热力过程气体的热力过程第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识公式推导对求微分：1.3气体的热力过程气体的热力过程第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识上式乘得：常数常数常数1.3气体的热力过程气体的热力过程第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识（二）气体状态参数的变化（二）气体状态参数的变化绝热压缩终了温度：同理，绝热膨胀终了温度：1.3气体的热力过程气体的热力过程第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识（三）能量变化（三）能量变化1.功量：功量：2内能：内能：3热量热量：4.熵：熵：1.3气体的热力过程气体的热力过程第第1 1章章 工程工程热

14、力学基力学基础知知识五、多变过程五、多变过程常数多变指数=0，常数定压过程=1，常数定温过程常数绝热过程常数定容过程1.3气体的热力过程气体的热力过程第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识第四节第四节 热力学第二定律热力学第二定律第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识一、热力循环与热效率一、热力循环与热效率（一）热力循环（一）热力循环1.4热力学第二定律热力学第二定律第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识（二）热效率（二）热效率1.4热力学第二定律热力学第二定律第第1 1章章 工程工程热力学基力学基础知知识二、热力学二、热力学第二定律第二定律不可能创造出只从热源吸收热量作功而不向冷源放热的热机。热量不可能自发地从冷物体转移到热物体。1.4热力学第二定律热力学第二定律