热工基础课件演示教学.ppt

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1、热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热工基础课件热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热能在热机中转变成机械能的过程热能在热机中转变成机械能的过程2热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心分分类类燃气动力装置燃气动力装置combustion gas power plant 蒸汽动力装置蒸汽动力装置steam power plant内燃机内燃机 gas turbineinternal combustion engine jet engineering 燃气轮机燃气轮机喷气动力装置喷气动力

2、装置热能动力装置：热能动力装置：从燃料燃烧中得到热能，并从燃料燃烧中得到热能，并利用热能得到动力的设备。利用热能得到动力的设备。热能机械能化学能3热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心工作物质工作物质:p燃气燃气燃气燃气热能热能机械能机械能燃料燃料化学能化学能排入大气排入大气p 燃烧、膨燃烧、膨胀胀p 排气排气p 吸气吸气p 压缩压缩工作过程：工作过程：能量转换：能量转换：内燃机内部构造内燃机内部构造4热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心5热工基础热工基础热工基础热工基础热与流

3、体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心小型燃气轮机小型燃气轮机6热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心7热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心8热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心蒸汽动力装置蒸汽动力装置（流程图）（流程图）9热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心不同点：构造和工作特性不同。不同点：构造和工作特性不同。相同点：相同点：p存在某一

4、种媒介物质以获得能量；存在某一种媒介物质以获得能量；（如内燃机中混合气，蒸汽机中的水）（如内燃机中混合气，蒸汽机中的水）p存在能提供热能的能量源；存在能提供热能的能量源；p余下的热能排向环境介质。余下的热能排向环境介质。结论：结论：各种形式的热机都存在以下几个相同的热力过各种形式的热机都存在以下几个相同的热力过程：吸热、膨胀作功和排热。程：吸热、膨胀作功和排热。比较上述两种热机比较上述两种热机10热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心名词定义：名词定义：工质工质（working substance;working medium）:实现热

5、能和机械能相互转化的媒介物质。实现热能和机械能相互转化的媒介物质。膨胀性；膨胀性；流动性；流动性；热容量；热容量；稳定性、安全性；稳定性、安全性；环保性能；环保性能；价格。价格。因此，物质三态中气体最合适。因此，物质三态中气体最合适。热源热源（heat source;heat reservoir）:工质从中工质从中吸取吸取或向之或向之排放排放热能的物质系统。热能的物质系统。热源热源温度高低温度高低温度变化温度变化高温热源高温热源（热源（热源 heat source）低温热源低温热源（冷源（冷源heat sink）恒温热源恒温热源（constant heat reservoir）变温热源变温热源

6、（variational heat reservoir）11热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心 工质从高温热源吸热，将其中一部分转化工质从高温热源吸热，将其中一部分转化为机械能而作功，并把余下部分传给低温热为机械能而作功，并把余下部分传给低温热源。源。热能动力装置的工作过程可概括成：热能动力装置的工作过程可概括成：热源冷源热机作功吸热放热12热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热力系、状态及状态参数热力系、状态及状态参数13热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热

7、与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心为了研究问题方便，热力学中常把分析对象为了研究问题方便，热力学中常把分析对象从周围物体中分割出来，研究它与周围物体之间从周围物体中分割出来，研究它与周围物体之间的能量和物质的传递。的能量和物质的传递。热力系统（热力系）：热力系统（热力系）：人为分割出来作为热力学人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。分析对象的有限物质系统。边界：边界：系统与外界之间的分界面系统与外界之间的分界面外界：外界：热力系统以外的部分热力系统以外的部分System Boundary Surroundings 系统与外界的作用都通过边界系统与外界的作用都通过边界1.热力

8、系热力系14热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心汽缸汽缸-活塞装置（闭口系例）活塞装置（闭口系例）以气缸内气体为系以气缸内气体为系统，活塞表面上的边统，活塞表面上的边界是移动边界，系统界是移动边界，系统与外界没有物质交换与外界没有物质交换15热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心 汽车发动机（开口系例）汽车发动机（开口系例）以空间为系统，进、出口边界均为以空间为系统，进、出口边界均为假想边界，系统与外界有物质交换假想边界，系统与外界有物质交换16热工基础热工基础热工基础热工基础

9、热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心注意：注意：系统与外界设定的人为性；系统与外界设定的人为性；外界与环境介质；外界与环境介质；边界可以是：边界可以是：刚性的或可变形的；刚性的或可变形的；固定的或可移动的；固定的或可移动的；真实存在的或虚拟的。真实存在的或虚拟的。17热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热力系统的分类热力系统的分类根据系统与外界物质交换、热量交换的情况根据系统与外界物质交换、热量交换的情况开口系统：开口系统：系统与外界有物质交换，系统系统与外界有物质交换，系统被划定在一定容积范围内，也称控制

10、容积被划定在一定容积范围内，也称控制容积闭口系统：闭口系统：系统与外界无物质交换，系统系统与外界无物质交换，系统内质量恒定不变，也称控制质量内质量恒定不变，也称控制质量绝热系统：绝热系统：系统与外界无热量交换系统与外界无热量交换孤立系统：孤立系统：系统与外界既无能量交换，也无物系统与外界既无能量交换，也无物质交换质交换18热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心可压缩系统：可压缩系统：系统由可压缩流体构成系统由可压缩流体构成简单可压缩系统：简单可压缩系统：系统与外界只有热量可系统与外界只有热量可 逆逆与容积功交换。与容积功交换。热力学中大

11、多属于简单可压缩系统热力学中大多属于简单可压缩系统19热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心2.2.平衡状态平衡状态状态状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况某一瞬间热力系所呈现的宏观状况平衡状态：平衡状态：在不受外界影响的条件下（重力场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，除外），如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态。则该系统处于平衡状态。热平衡状态：热平衡状态：系统的温差消失的平衡状态系统的温差消失的平衡状态力平衡状态，化学势平衡状态力平衡状态，化学势平衡状态系统内部与外界之间平衡势差

12、消失系统内部与外界之间平衡势差消失系统平衡系统平衡平衡的本质：不存在不平衡势平衡的本质：不存在不平衡势20热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心平衡与稳定平衡与稳定稳定：稳定：参数不随时间变化参数不随时间变化稳定稳定但存在但存在不平衡势差不平衡势差去掉去掉外界影响，则外界影响，则状态变化状态变化稳定不一定平衡，但平衡一定稳定稳定不一定平衡，但平衡一定稳定T1T0Tx21热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心平衡：时间上平衡：时间上均匀：空间上均匀：空间上平衡不一定均匀，单相平衡态

13、则一定是均匀的平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的平衡与均匀平衡与均匀22热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心3.3.基本状态参数基本状态参数状态参数：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 1、单值性：单值性：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 2、积分特征积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初：状态参数的变化量与路径无关，只与初 终态有关终态有关3 3、微分特征：微分特征：全微分全微分23热工基础热工基础热工基础热工基础热与流

14、体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心 压力压力P、温度、温度T、体积、体积V、热力学能、热力学能U、焓焓H和熵和熵S，其中压力、温度和体积可直，其中压力、温度和体积可直接用仪器测量，称为接用仪器测量，称为基本状态参数基本状态参数。其余。其余状态参数可根据基本状态参数间接算得。状态参数可根据基本状态参数间接算得。常用状态参数常用状态参数26热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心强度量：强度量：与系统质量无关，如与系统质量无关，如P P、T T。强度。强度量不具有可加性。量不具有可加性。广延量：广延量：与系统质量成正比

15、，如与系统质量成正比，如V V、U U、H H、S S。广延量具有可加性。广延量的比参数。广延量具有可加性。广延量的比参数（单位质量工质的体积、热力学能等）具有（单位质量工质的体积、热力学能等）具有强度量的性质，不具有可加性。强度量的性质，不具有可加性。强度量与广延量强度量与广延量27热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心强度参数：强度参数：与物质的量无关的参数与物质的量无关的参数,如压力如压力 p p、温度、温度T 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 m、容积、容积 V V、内能

16、、内能 U U、焓、焓 H H、熵、熵S S比参数：比参数：比容比容比内能比内能比焓比焓比熵比熵单位：单位：/kg /kmol 具有强度量的性质具有强度量的性质28热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心基本热力学参数基本热力学参数1、温度温度 T2、压力压力 p3、比容比容 v29热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心（1）温）温 度度传统：传统：冷热程度的度量。感觉，导热，热容量冷热程度的度量。感觉，导热，热容量微观：微观：衡量分子平均动能的量度衡量分子平均动能的量度 T 0.

17、5 m w 21)同同T,0.5mw 2 不同，如碳固体和碳蒸气不同，如碳固体和碳蒸气2)T=0 0.5mw 2=0 分子一切运动停止，分子一切运动停止，零点能零点能30热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热力学第零定律热力学第零定律热力学第零定律热力学第零定律（R.W.Fowler）如果两个系统分别与第三个系统处于如果两个系统分别与第三个系统处于热热平衡平衡，则两个系统彼此必然处于，则两个系统彼此必然处于热平衡热平衡。温度测量的理温度测量的理论基础论基础B B 温度计温度计31热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体

18、研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心温度的测量温度的测量温度温度计计物质物质 （水银水银，铂电阻，铂电阻）特性特性 （体积膨胀，阻值体积膨胀，阻值）基准点基准点刻度刻度温标温标33热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心常用温标常用温标绝对绝对K K摄氏摄氏 100373.150.01273.160273.15-17.80-273.1537.8冰熔点冰熔点水三相点水三相点发烧发烧水沸点水沸点34热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心温标的换算温标的换算35热工基础热工基础热工基

19、础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心（2）压力）压力 p常用单位：常用单位：1 bar=105 Pa1 MPa=106 Pa1 atm=760 mmHg=1.013 105 Pa1 mmHg=133.3 Pa物理中物理中压强压强，单位单位:Pa,N/m236热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心压力的测量压力的测量37热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心绝对压力与相对压力绝对压力与相对压力当当 p pb表压力表压力 pg当当 p 有足够时间

20、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52热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心准静态过程的工程应用准静态过程的工程应用例例1-1：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一般的工程过程都可认为是一般的工程过程都可认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”53热工基础热工基础热工基

21、础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心可逆过程可逆过程定义：系统经历某一过程后，如果在沿原来定义：系统经历某一过程后，如果在沿原来路径路径逆向进行逆向进行时，系统与外界都返回时，系统与外界都返回原来状原来状态态，而不留下，而不留下任何变化任何变化，则此过程为可逆过，则此过程为可逆过程。程。注意：注意：可逆过程只是指可能性，并不可逆过程只是指可能性，并不 是指必须要回到初态的过程。是指必须要回到初态的过程。54热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心可逆过程的实现可逆过程的实现准静态过程准静态过程 +无耗

22、散效应无耗散效应 =可逆过程可逆过程无不平衡势差无不平衡势差通过摩擦使功通过摩擦使功变热的效应变热的效应(摩摩阻，电阻，非阻，电阻，非弹性变性，磁弹性变性，磁阻等）阻等）不平衡势差不平衡势差不可逆根源不可逆根源 耗散效应耗散效应：耗散效应耗散效应实际过程：不可逆实际过程：不可逆55热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心可逆过程的意义可逆过程的意义 准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

23、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。56热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心典型的不可逆过程典型的不可逆过程不等温传热不等温传热T1T2T1T2Q自由膨胀自由膨胀真空真空 57热工基础热工基础热工基础热工基础热与

24、流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心节流过程节流过程(阀门）阀门）p1p2p1p2混合过程混合过程 58热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心功的一般表达式功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，表面张力功，电功拉伸功，表面张力功，电功等等2.功和热量功和热量力学定义力学定义:力力 在力方向上的在力方向上的位移位移功的定义功的定义59热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心可逆过程的容积功可逆

25、过程的容积功pp外外初始：初始：p A=p外外 A Adl以汽缸中工质为系统以汽缸中工质为系统60热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心示功图示功图pV.12.pp外外21mkg工质：工质：W =pdV1kg工质：工质：w=pdvW61热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心可逆容积变化功的说明可逆容积变化功的说明1）单位为）单位为 kJ 或或 kJ/kg2）p-V 图上用面积表示图上用面积表示3）功的大小与路径有关，）功的大小与路径有关，功是过程量功是过程量pV.12.62热工基

26、础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心4）统一规定：）统一规定：dV0，膨胀，膨胀 对外作功（正）对外作功（正）dV 0 dS 0系统放热时系统放热时为负为负 Q 0 dS 04、用途：判断热量方向、用途：判断热量方向 计算可逆过程的传热量计算可逆过程的传热量熵的说明熵的说明67热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心示功图与示热图示功图与示热图pVWTSQ 示功图示功图温熵温熵(示热示热)图图68热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研

27、究中心【例【例1-21-2】一气缸活塞内的气体由初态p1=0.5MPa,V1=0.1m3,缓慢膨胀到V20.4m3,若过程中压力与体积的关系为pV=常数，试求气体所做的膨胀功。解：由PV=常数得kJ69热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心3.热力循环热力循环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，这一系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列变化过程称为热力循环热力循环。不可逆循环不可逆循环分类：分类：循环循环可逆循环可逆循环循环性质循环性质循环循环正循环正循环

28、(动力循环动力循环)循环目的循环目的逆循环逆循环(制冷循环制冷循环)70热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心正循环正循环pVTS净效应：对外作功净效应：对外作功净效应：吸热净效应：吸热正循环：顺时针方向正循环：顺时针方向211271热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心逆循环逆循环pVTS净效应：对内作功净效应：对内作功净效应：放热净效应：放热逆循环：逆时针方向逆循环：逆时针方向211272热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体

29、研究中心热力循环的评价指标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73热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热力循环的评价指标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74热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热力循环的评价指标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

30、作功，放热）WT1Q1Q2T0制热循环：制热系数制热循环：制热系数75热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心基本概念：基本概念：热力系热力系 平衡、稳定、均匀平衡、稳定、均匀 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 功、热量、熵功、热量、熵 p-V图、图、T-S图图 循环、工作系数循环、工作系数小小 结结76热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心 热力系热力系种类：种类：闭口系、开口系、绝热系、绝闭口系、开口系、绝热系、绝功系、孤立系功系、孤立

31、系 热力系的选取取决于研究目的和方法，具热力系的选取取决于研究目的和方法，具有有随意随意性，选取不当将不便于分析。性，选取不当将不便于分析。一旦取定系统，一旦取定系统，沿边界沿边界寻找相互作用。寻找相互作用。77热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心例例1：绝热刚性容器向气缸充气：绝热刚性容器向气缸充气试分别选取试分别选取闭口系闭口系和和开口系开口系，画出充气，画出充气前后前后边界边界，标明，标明功功和和热热的方向。的方向。78热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心闭口系闭口系功

32、量：功量：气体对活塞作功气体对活塞作功WWQ热量：热量：气体通过活塞从外界吸热气体通过活塞从外界吸热Q(1)以容器内原有气体为系统以容器内原有气体为系统79热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心闭口系闭口系功量：功量：残留气体对放逸气体作功残留气体对放逸气体作功WWQ热量：热量：残留气体从放逸气体吸热残留气体从放逸气体吸热Q(2)以容器内残留的气体为系统以容器内残留的气体为系统80热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心闭口系闭口系功量：功量：W+W热量：热量：Q+QWQWQ(3)

33、以放逸气体为系统以放逸气体为系统81热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心开口系开口系功量：功量：W热量：热量：QWQ(4)以容器为系统以容器为系统82热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心(5)以气缸为系统以气缸为系统开口系开口系功量：功量：W+W热量：热量：Q+QWQWQ83热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心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）

34、（强）（强）（广）（广）（广）（广）（广）（广）（广）（广）强度量与广延量强度量与广延量84热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心状态量：状态量：描述工质状态，工质的状态一定，状态参数一定。描述工质状态，工质的状态一定，状态参数一定。具有物理上势函数的特征具有物理上势函数的特征状态参数的变化与过程无关，状态参数的全微分是恰当微状态参数的变化与过程无关，状态参数的全微分是恰当微分，微元量用符号分，微元量用符号dz表示。表示。过程量（功和热）过程量（功和热）只有在热力过程中通过边界才能实现交换和传递。只有在热力过程中通过边界才能实现交换和传

35、递。没有过程就不会有迁移的能量没有过程就不会有迁移的能量功和热。功和热。不能说不能说“系统具有多少功量或热量系统具有多少功量或热量”功量和热量的大小不仅和系统的初、终态有关，而且与系功量和热量的大小不仅和系统的初、终态有关，而且与系统经历的过程有关。统经历的过程有关。不是恰当微分，微元过程写成不是恰当微分，微元过程写成“W”和和“Q”状态量与过程量状态量与过程量85热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心有人说，不可逆过程是无法恢复到初始状态的过有人说，不可逆过程是无法恢复到初始状态的过程，这种说法对吗？程，这种说法对吗？不对。关键看是否

36、引起外界变化不对。关键看是否引起外界变化。可逆过程指若系统回到初态，外界同时恢复到可逆过程指若系统回到初态，外界同时恢复到初态。初态。可逆过程并不是指系统必须回到初态的过程。可逆过程并不是指系统必须回到初态的过程。86热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心可逆过程一定是准静态过程可逆过程一定是准静态过程准静态过程不一定是可逆过程准静态过程不一定是可逆过程可逆过程准静态过程无耗散可逆过程准静态过程无耗散可逆过程完全理想，以后均用可逆过程的概念。准静可逆过程完全理想，以后均用可逆过程的概念。准静态过程很少用。态过程很少用。可逆过程与准静态过

37、程的区别和联系可逆过程与准静态过程的区别和联系87热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心1.实现平衡态的条件是什么？实现准平衡过程的条实现平衡态的条件是什么？实现准平衡过程的条 件是什么？可逆过程实现的条件又是什么？件是什么？可逆过程实现的条件又是什么？2.说法说法“倘若容器内气体的绝对压力没有变化且大倘若容器内气体的绝对压力没有变化且大 于大气压力，则安装在该容器上的压力表的读数于大气压力，则安装在该容器上的压力表的读数 不变不变”对否？对否？3.什么是广延量参数？它有什么特点？什么是广延量参数？它有什么特点？4.简单可压缩系统的独立

38、参数有几个？简单可压缩系统的独立参数有几个？5.什么是正循环？什么是逆循环？它们各自的循环什么是正循环？什么是逆循环？它们各自的循环经济性如何表示？经济性如何表示？88热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心第二节热力学第一定律第二节热力学第一定律89热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心一、热力学第一定律及其实质一、热力学第一定律及其实质本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用90热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究

39、中心热与流体研究中心热与流体研究中心 内储存能热力学能内储存能热力学能定义：定义：工质微观粒子所具有的能量工质微观粒子所具有的能量 热力学能热力学能分子运动所具有的内动能 分子间由于相互作用力所具有的内位能 维持一定分子结构的化学能和原子核内部的核能 储存能：热力系统的总能量储存能：热力系统的总能量 二、热力学能二、热力学能储存能储存能91热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心比热力学能比热力学能 u uU/mU/m 热力学能热力学能U U 是状态参数是状态参数 不包含化学反应的简单可压缩系统不包含化学反应的简单可压缩系统热力学能：热力

40、学能：内动能内位能内动能内位能或 或外储存能外储存能宏观动能宏观动能宏观势能宏观势能储存能：储存能：比储存能 92热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心三、热力学第一定律的一般表达式三、热力学第一定律的一般表达式 一般关系式一般关系式 进入进入系统的能量流出流出系统的能量系统能量的增量增量入出增量 一般表达式一般表达式 出：增量：入：93热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心四、闭口系四、闭口系热力学第一定律基本表达式热力学第一定律基本表达式 能量方程能量方程 94热工基础热工基

41、础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心微元过程表达式条件：控制质量，适合任何工质条件：控制质量，适合任何工质外热能，内热能机械能 体积变化功可逆过程表达式95热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心五、稳定流动系统的能量方程五、稳定流动系统的能量方程 1.1.稳定流动系统稳定流动系统 定义：稳定流动系统是指热力系统内各点状态参数不随时间变定义：稳定流动系统是指热力系统内各点状态参数不随时间变化的流动系统。化的流动系统。实现条件：实现条件：(1)(1)进出系统的工质流量相等且不随时间而变；进出系统

42、的工质流量相等且不随时间而变；(2)(2)系统进出口工质的状态不随时间而变；系统进出口工质的状态不随时间而变；(3)(3)系统与外界交换的功和热量等所有能量不随时间而变。系统与外界交换的功和热量等所有能量不随时间而变。96热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心定义：开口系统中工质流入和流出系统所作的推动功的代数和。定义：开口系统中工质流入和流出系统所作的推动功的代数和。推动功：推动功：同理：流动功：流动功：2.2.流动功流动功 97热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心3.3.稳

43、定流动系统的能量方程稳定流动系统的能量方程 98热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心引入焓H：对于微元过程：99热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心焓焓 定义式比焓 物理意义：焓是开口系统中流入（或流出）系统工物理意义：焓是开口系统中流入（或流出）系统工质所携带的取决于热力学状态的总能量。对于闭口质所携带的取决于热力学状态的总能量。对于闭口系统而言，焓是一个复合的状态参数。系统而言，焓是一个复合的状态参数。100热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心

44、热与流体研究中心热与流体研究中心4.4.技术功及稳流能量方程的其他形式技术功及稳流能量方程的其他形式101热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心可逆过程 可逆稳定流动过程可逆稳定流动过程102热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心六、能量方程的应用六、能量方程的应用 叶轮式动力机 1.1.叶轮式机械叶轮式机械103热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心叶轮式耗功机械 2 2、耗功机械（叶轮式压气机机，水泵）、耗功机械（叶轮

45、式压气机机，水泵）104热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心3.3.热交换器热交换器 105热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心 4.4.节流节流 106热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心例1 进入汽轮机新蒸汽的参数为 ，；出口参数为：，,，蒸汽的质量流量 ，试求(1)汽轮机的功率；(2)忽略蒸汽进、出口动能变化引起的计算误差。依题意：qo，z0，故有解（1）取汽轮机进、出口所围空间为控制容积系统，如图 所示，则系

46、统为稳定流动系统。从而有（2）忽赂工质进出口动能变化，单位质量工质对外输出功的增加量(或减少量)忽略工质进出口动能变化引起的相对误差功率107热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心例2 空气在一活塞式压气机中被压缩。压缩前空气的参数是：，压缩后空气的参数是：，。设在压缩过程中每千克空气的热力学能增加 ，同时向外放出热量 ，试求（1）压缩过程中对每千克空气所做的功；（2）每生产 压缩空气所做的功；（3）若该压气机每分钟生产 压缩空气，带动此压气机药用多大功率的电动机？则系统为闭口系，能量方程为：解解（1）（2）系统可视为稳定流动系统（如图所示）则能量方程为：由：得：由（1）知：（3）带动此压气机的电动机功率108热工基础热工基础热工基础热工基础热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心热与流体研究中心此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢