燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)01基礎(chǔ)知識(shí)93

1、 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī) 1第 1 章 基礎(chǔ)知識(shí)2第1章 基礎(chǔ)知識(shí)力學(xué)研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)。主要內(nèi)容包括：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述及牛頓運(yùn)動(dòng)定律等。熱力學(xué)研究能量及其轉(zhuǎn)換的科學(xué)。主要內(nèi)容包括：熱力學(xué)的基本定律，即熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律；工質(zhì)的熱力性質(zhì)和熱力過(guò)程等。氣體動(dòng)力學(xué)研究氣體在流動(dòng)過(guò)程中，氣體與氣體、氣體與固體之間相互作用所遵循的規(guī)律及參數(shù)的變化規(guī)律。傳熱學(xué)研究對(duì)象是熱量傳遞的規(guī)律。 31.1 物質(zhì)物態(tài)和相變物態(tài)：構(gòu)成物質(zhì)的粒子的聚集狀態(tài)叫物態(tài)。物態(tài)有三種，即固態(tài)；液態(tài)和氣態(tài)。相變：由一種物態(tài)向另一種物態(tài)的轉(zhuǎn)變叫相變。相變有：由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)叫液化；(放熱)，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)叫汽化；

2、(吸熱)，由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)叫凝結(jié)；(放熱)，由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)叫熔解；(吸熱)，由固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)叫升華；(吸熱)，由氣態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)叫結(jié)晶。(放熱) 。 三相點(diǎn)物質(zhì)的汽化曲線，熔解曲線和升華曲線的交點(diǎn)稱為三相點(diǎn)。或是物質(zhì)的固態(tài)，液態(tài)和氣態(tài)共存的溫度點(diǎn)。41.2 物體的運(yùn)動(dòng)-牛頓第一定律牛頓運(yùn)動(dòng)定律一、牛頓第一定律任何物體都保持靜止的或沿一直線作勻速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，直到作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)為止牛頓第一定律指明了任何物體都具有慣性所謂慣性，就是物體所具有的保持其原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的特性。51.2 物體的運(yùn)動(dòng)-慣性參考系牛頓運(yùn)動(dòng)定律慣性參考系運(yùn)動(dòng)只有相對(duì)于一定的參考系才有意義在這種參考系中觀察，一個(gè)不受

3、力作用的物體或處于受力平衡狀態(tài)下的物體，將保持其靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)不變，這樣的參考系稱為慣性參考系并非任何參考系都是慣性系對(duì)一般力學(xué)現(xiàn)象來(lái)說(shuō)，地面參考系是一個(gè)足夠精確的慣性系牛頓定律只有在慣性參考系中才成立。 非慣性坐標(biāo)系相對(duì)于慣性參照系做變速運(yùn)動(dòng)的參照系是非慣性參照系，在非慣性參照系中的物體會(huì)受到慣性力作用 61.2 物體的運(yùn)動(dòng)-牛頓第三定律牛頓運(yùn)動(dòng)定律牛頓第三定律兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力，在同一直線上， 大小相等而方向相反71.2 物體的運(yùn)動(dòng)-力1.2.3 牛頓運(yùn)動(dòng)定律重力彈力:胡克定律 摩擦力:靜摩擦力 ,動(dòng)摩擦力萬(wàn)有引力81.2 物體的運(yùn)動(dòng)-重力重力地球表面附近的物體都受到

4、地球的吸引作用受到的力叫做重力。 W=mg式中m為質(zhì)量, 質(zhì)量為物體中所包含物質(zhì)的多少。其法定計(jì)量單位為公斤。91.2 物體的運(yùn)動(dòng)-彈力彈力發(fā)生形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，對(duì)與它接觸的物體會(huì)產(chǎn)生力的作用，這種力叫彈力，又叫恢復(fù)力。彈力是產(chǎn)生在直接接觸的物體之間并以物體的形變?yōu)橄葲Q條件的。胡克定律在彈性限度內(nèi)，彈力大小和形變成正比FMX式中M叫彈簧的勁度系數(shù)， 負(fù)號(hào)表示彈力的方向總是 和彈簧位移的方向相反， 這就是說(shuō)，彈力總是指向 要恢復(fù)它原長(zhǎng)的方向。101.2 物體的運(yùn)動(dòng)-摩擦力摩擦力兩個(gè)相互接觸的物體在沿接觸面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，或者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，在接觸面之間產(chǎn)生一對(duì)阻止相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，叫做摩擦

5、力。靜摩擦力相互接觸的兩個(gè)物體在外力作用下，雖有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，但并不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)的摩擦力叫靜摩擦力。物體所受到的靜摩擦力與該物體的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反。靜摩擦力的大小視外力的大小而定，介乎0和某個(gè)最大靜摩擦力之間。 動(dòng)摩擦力當(dāng)外力超過(guò)最大靜摩擦力時(shí)，物體間產(chǎn)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)也有摩擦力，叫做滑動(dòng)摩擦力。滑動(dòng)摩擦力也與正壓力成正比。對(duì)于給定的一對(duì)接觸面來(lái)說(shuō)， ,一般兩者都小于1。 111.2 物體的運(yùn)動(dòng)-萬(wàn)有引力萬(wàn)有引力任何兩個(gè)物體之間的吸引力叫萬(wàn)有引力。牛頓萬(wàn)有引力定律：對(duì)于質(zhì)量分別為m1和m2的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn) 相距為r時(shí)，它們之間的引力F為： F=G0m1m2 /r2式中G0叫萬(wàn)有引力常量

6、其數(shù)值為 G0 6.6710-11Nm2/kg 2重力是由地球?qū)λ砻娓浇奈矬w的引力引起的萬(wàn)有引力 。 121.2 物體的運(yùn)動(dòng)-牛頓第二定律四、牛頓第二定律: F=ma牛頓第二定律表明物體的加速度和所受的力，它們同時(shí)存在，同時(shí)改變，同時(shí)消失。一旦作用在物體上的外力被撤去，物體的加速度立即消失，但這并不意味著物體停止運(yùn)動(dòng)，按照牛頓第一定律，這時(shí)物體將作勻速直線運(yùn)動(dòng)，這正是慣性的表現(xiàn)。物體有無(wú)運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)在它有無(wú)速度，而運(yùn)動(dòng)有無(wú)改變，則要取決于它有無(wú)加速度。如果有加速度，則作用在物體上的外力一定存在，力是產(chǎn)生加速度的原因。該力為合力131.2 物體的運(yùn)動(dòng)-力的疊加原理力的疊加原理如果幾個(gè)力同時(shí)作用

7、在一個(gè)物體上，則物體產(chǎn)生的加速度等于每個(gè)力單獨(dú)作用時(shí)產(chǎn)生的加速度的疊加，也等于這幾個(gè)力的合力產(chǎn)生的加速度。這一結(jié)論叫做力的獨(dú)立性原理，又叫力的疊加原理。 在某一瞬間，作用在物體上的所有外力的合力等于物體動(dòng)量的變化率，而且合力的方向與動(dòng)量變化率的方向相同。141.2 物體的運(yùn)動(dòng)-振動(dòng)151.2 物體的運(yùn)動(dòng)-振動(dòng)1.2.4 振動(dòng)自由振動(dòng):不在外力作用下的振動(dòng)叫做自由振動(dòng)。 受迫振動(dòng):物體在周期性外力的作用下產(chǎn)生的振動(dòng)，叫做受迫振動(dòng)。振幅: 振動(dòng)物體離開(kāi)平衡位置的最大距離。它的大小, 說(shuō)明物體振動(dòng)的強(qiáng)弱程度。周期: 物體完成一次全振動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間。頻率: 單位時(shí)間內(nèi)物體完成全振動(dòng)的次數(shù)。物體作自由振

8、動(dòng)時(shí)的頻率叫做自由振動(dòng)頻率, 或叫固有頻率。161.2 物體的運(yùn)動(dòng)-振動(dòng)1.2.4 振動(dòng)理論和實(shí)驗(yàn)都證明, 物體的自由振動(dòng)頻率的高低, 完全由物體本身的性質(zhì)(剛度、質(zhì)量、尺寸等)決定, 而與外力的大小無(wú)關(guān)。共振：當(dāng)物體振動(dòng)的自由頻率與外力頻率接近或一致時(shí), 物體振動(dòng)的振幅會(huì)急劇增大, 這種現(xiàn)象叫做共振。在機(jī)械結(jié)構(gòu)中, 共振的破壞性很大, 必須加以防止。 171.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)1.3.1 熱力學(xué)的基本概念系統(tǒng)（熱力系）：在熱力學(xué)中將研究對(duì)象的物質(zhì)及其所在的空間稱為系統(tǒng)。外界：系統(tǒng)之外能夠以某種方式與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的局部區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)稱為外界。界面：系統(tǒng)與外界之間的分界面稱為界面。界面可以是真實(shí)的

9、, 也可以是假想的; 可以是固定的, 也可以是運(yùn)動(dòng)的。系統(tǒng)與外界之間的相互作用是指能量（包括熱量和功）交換和質(zhì)量交換。181.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)系統(tǒng)的分類：閉口系：與外界無(wú)質(zhì)量交換的系統(tǒng)稱為閉口系。特點(diǎn)是系統(tǒng)中包含工質(zhì)的質(zhì)量保持不變。開(kāi)口系：與外界有質(zhì)量交換的系統(tǒng)稱為開(kāi)口系。特點(diǎn)是系統(tǒng)的容積保持不變。絕熱系：與外界無(wú)熱量交換的系統(tǒng)稱為絕熱系。孤立系：與外界既無(wú)質(zhì)量的交換也無(wú)能量的交換稱為孤立系。特點(diǎn)是系統(tǒng)中包含工質(zhì)的質(zhì)量和能量均保持不變。簡(jiǎn)單可壓縮系：由可壓縮流體構(gòu)成, 與外界只交換熱量和一種模式功的系統(tǒng)稱為簡(jiǎn)單可壓縮系。這種系統(tǒng)與外界交換功的模式為容積功。191.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)狀態(tài)：在某一指定的

10、瞬間系統(tǒng)所呈現(xiàn)的一切宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn)稱為系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)可能呈現(xiàn)各種不同的狀態(tài), 其中具有特別重要意義的是平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)：所謂平衡態(tài)是系統(tǒng)與外界不發(fā)生相互作用的條件下, 其宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)。熱力過(guò)程系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)向另一個(gè)平衡態(tài)變化時(shí)所經(jīng)歷的全部狀態(tài)的總和稱為熱力過(guò)程。熱力過(guò)程根據(jù)其性質(zhì)可分為: 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程、不平衡過(guò)程、可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程等。準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程： 由一系列無(wú)限接近于內(nèi)部平衡狀態(tài)的狀態(tài)所組成, 而且以幾乎趨近于零的速度進(jìn)行的熱力過(guò)程稱為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程, 或稱為準(zhǔn)平衡過(guò)程和內(nèi)部平衡過(guò)程。 可逆過(guò)程：系統(tǒng)在經(jīng)歷某一熱力過(guò)程后, 能夠簡(jiǎn)單地逆轉(zhuǎn), 使系統(tǒng)和外界可以同時(shí)完全復(fù)原的過(guò)

11、程稱為可逆過(guò)程, 否則是不可逆過(guò)程。循環(huán)：封閉的熱力過(guò)程稱為熱力循環(huán), 簡(jiǎn)稱為循環(huán)。此時(shí)系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)經(jīng)過(guò)一系列的狀態(tài)又回到原來(lái)的狀態(tài)。201.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-溫度狀態(tài)參數(shù)：描寫(xiě)系統(tǒng)性質(zhì)的宏觀物理量。基本狀態(tài)參數(shù)： 可以直接測(cè)量的狀態(tài)參數(shù)稱為基本狀態(tài)參數(shù)。例如溫度、壓力、比容等。溫度：溫度表示物體的冷熱程度。它是描寫(xiě)處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)宏觀特性的物理量。溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示法稱為溫標(biāo)。分為熱力學(xué)溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)等。熱力學(xué)溫標(biāo)是與測(cè)溫物質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)的溫標(biāo)，單位為開(kāi)爾文，代號(hào)為K，以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的三相點(diǎn)為唯一的基準(zhǔn)點(diǎn)，并規(guī)定水的三相點(diǎn)的溫度為273.16K，溫度單位為1/273.16。

12、攝氏溫標(biāo)是選用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的兩相點(diǎn)（冰水混合物）為0度，沸點(diǎn)為100度，并將溫度視為測(cè)溫物某一物性的線性函數(shù)的溫標(biāo)。熱力學(xué)溫度與攝氏溫度之間的關(guān)系： T（K）t273.15華氏溫標(biāo)是選用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的兩相點(diǎn)（冰水混合物）為32度， 沸點(diǎn)為212度，并將溫度視為測(cè)溫物某一物性的線性函數(shù)的溫標(biāo)。攝氏溫度與華氏溫度之間的關(guān)系 tc=（tF-32）5/9； TF=32+9tc/5211.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-壓力壓力單位面積上所承受的垂直方向的作用力稱為壓強(qiáng)或稱為壓力。壓力的法定計(jì)量單位是帕斯卡，簡(jiǎn)稱為帕，用Pa表示。 1Pa=1N/m2 1MPa=106Pa；1bar=105Pa絕對(duì)壓力：系統(tǒng)的真實(shí)壓

13、力是絕對(duì)壓力。絕對(duì)壓力的基準(zhǔn)點(diǎn)是絕對(duì)真空。表壓力：系統(tǒng)的真實(shí)壓力超出當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ牟糠纸斜韷骸?pg=p - p0真空度：系統(tǒng)的真實(shí)壓力低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ牟糠纸姓婵斩取?pv=p0 - p注意：表壓和真空度都不是狀態(tài)參數(shù)，因?yàn)樗鼈兊臄?shù)值不但與系統(tǒng)的真實(shí)壓力有關(guān)，而且與當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫τ嘘P(guān)。所以絕對(duì)壓力才是狀態(tài)參數(shù)。 221.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-狀態(tài)方程比容單位質(zhì)量的物質(zhì)所占有的容積稱為比容。比容的法定計(jì)量單位是m3/kg。 v=V/m狀態(tài)方程平衡態(tài)下基本狀態(tài)參數(shù)壓力， 溫度和比容之間的關(guān)系式稱為狀態(tài)方程，即 F（p，v，T）=0完全氣體狀態(tài)方程：完全氣體：將氣體分子自身體積和分子間作用力忽略不計(jì)的氣

14、體稱為完全氣體。實(shí)驗(yàn)和理論都表明：當(dāng)壓力不太高，溫度不太低時(shí)，各種氣體都可按完全氣體來(lái)處理。對(duì)于1公斤完全氣體其狀態(tài)方程為： pv=RT式中：為氣體常數(shù)。氣體常數(shù)只決定于氣體的種類不隨氣體的狀態(tài)而變化?？諝獾臍怏w常數(shù)為287.06j/（kg，K）。 pV=mRT231.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-功四、功和熱 功：功是力和沿著力的方向所移動(dòng)的距離的乘積，用符號(hào)W表示功為過(guò)程量系統(tǒng)對(duì)外界作功，則功為正（）外界對(duì)系統(tǒng)作功，則功為負(fù)（）比功的定義功的單位熱：系統(tǒng)在熱力過(guò)程中通過(guò)邊界與外界之間依靠溫差傳遞的能量。單位熱為過(guò)程量24容積功：在熱力過(guò)程中由于系統(tǒng)容積（比容）變化與外界交換的功稱為容積功。容積功分為膨脹

15、功和壓縮功。在熱力過(guò)程中容積不斷變大時(shí)與外界交換的功稱為膨脹功。在熱力過(guò)程中容積不斷變小時(shí)與外界交換的功稱為壓縮功。膨脹功為正，而壓縮功為負(fù)。功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所完成的功稱為功率。用符號(hào)N表示。 功率的法定單位為瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，瓦焦?fàn)柮?.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-容積功251.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-熱量熱量：Q系統(tǒng)在過(guò)程中通過(guò)邊界與外界之間依靠溫差所傳遞的能量稱為熱量。系統(tǒng)內(nèi)單位質(zhì)量的物質(zhì)與外界所交換的熱量稱為比熱量，用符號(hào)q表示。外界對(duì)系統(tǒng)加熱，則熱量為正()系統(tǒng)向外界放熱，則熱量為負(fù)()熱量的法定計(jì)量單位為“焦耳”(j)，比熱量的單位為“焦耳公斤”(j/kg)。261.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-內(nèi)能1.3.2 熱力學(xué)

16、基本定律 內(nèi)能: 熱力系內(nèi)部?jī)?chǔ)存的能量。 U=UK + Up+UM+UA式中：U-內(nèi)能； UK 內(nèi)動(dòng)能，它的大小取決于溫度； Up 內(nèi)勢(shì)能；它的大小取決于分子間的距離，即取決于比容； UM 化學(xué)能； UA 原子能。在工程熱力學(xué)范圍內(nèi)，內(nèi)能只包含有內(nèi)動(dòng)能和內(nèi)勢(shì)能。內(nèi)能是狀態(tài)參數(shù)。對(duì)于完全氣體，內(nèi)能只包含有內(nèi)動(dòng)能，所以，完全氣體的內(nèi)能只是溫度的單值函數(shù)。內(nèi)能的法定計(jì)量單位為j（焦?fàn)枺?1公斤工質(zhì)的內(nèi)能稱為比內(nèi)能，比內(nèi)能的法定計(jì)量單位為j/kg。271.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-熱力學(xué)第一定律1.3.2 熱力學(xué)基本定律一、熱力學(xué)第一定律圖示的由氣缸活塞組成的閉口熱力系, 在初始平衡狀態(tài)時(shí), 熱力系的內(nèi)能為U1

17、, 當(dāng)外界對(duì)熱力系加入Q的熱量時(shí), 熱力系對(duì)外界作了W的功, 使熱力系達(dá)到平衡狀態(tài), 這時(shí)熱力系的內(nèi)能為U2 281.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-熱力學(xué)第一定律1.3.2 熱力學(xué)基本定律 閉口系熱力學(xué)第一定律：閉口系與外界交換的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的變化與熱力系與外界所交換的功之和。 Q=U2-U1+W 或 q = u2-u1+w它們適用于任何過(guò)程，也適用于任何工質(zhì)。是一個(gè)普遍適用的關(guān)系式。 微分形式可表示為: Q =dU+ W 或 q=du+w循環(huán)過(guò)程中的熱力學(xué)第一定律表達(dá)式是：系統(tǒng)與外界交換的循環(huán)功等于與外界交換的循環(huán)熱。 291.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-焓焓： 焓的定義為: H=U+pV 焓是狀態(tài)參數(shù)。 單位質(zhì)

18、量物質(zhì)的焓稱為比焓, 用 h 表示, 即 h=u+pv 焓的法定計(jì)量單位為j（焦?fàn)枺? 比焓的單位為j/kg。用焓表示的熱力學(xué)第一定律 q=d h +wt 式中wt叫技術(shù)功。 Wt =-v dp301.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-熱力學(xué)第二定律1.3.2 熱力學(xué)基本定律 二、熱力學(xué)第二定律 熱力學(xué)第二定律的任務(wù)是研究熱力過(guò)程進(jìn)行的方向，條件和限度的 熱力學(xué)第二定律的兩種說(shuō)法： 開(kāi)爾文說(shuō)法：“不可能制造出從單一熱源吸熱并使之全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ难h(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)”。 克勞修斯說(shuō)法：“不可能由低溫物體向高溫物體傳送熱量而不引起其它變化”。要使熱傳遞方向倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，只有靠消耗功來(lái)實(shí)現(xiàn) -空調(diào) 311.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-熱力學(xué)第二

19、定律321.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-熱力學(xué)第二定律1.3.2 熱力學(xué)基本定律 熵和熵方程熵：在微元可逆過(guò)程中系統(tǒng)與外界交換的熱量與換熱時(shí)系統(tǒng)溫度的比值叫微元熵增，用符號(hào) dS 表示，S稱為熵。 dS=（Q/T）re熵是狀態(tài)參數(shù)。 單位質(zhì)量的物質(zhì)的熵稱為比熵，用s表示。 S=s/m 或 ds=（q/T）re熵的法定計(jì)量單位為j/K， 比熵的單位為（j/kg，K，）。 331.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-熱力學(xué)第二定律不可逆過(guò)程的熵可逆過(guò)程的熵:熱力系由狀態(tài)1經(jīng)可逆過(guò)程A到狀態(tài)2, 熵的變化為:不可逆過(guò)程的熵:熱力系由狀 態(tài)1經(jīng)不可逆過(guò)程B到狀態(tài)2, 熵的變化為: 341.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-熱力學(xué)第二定律1.3.2 熱

20、力學(xué)基本定律 熵方程： dS= Sf+ Sg 或 ds= sf+ sg 熵流：熵流是由于系統(tǒng)與外界換熱而產(chǎn)生的熵的變化量sf 。 它是熱能中的不可用能部分的表征。 熵產(chǎn)：熵產(chǎn)是由不可逆因素引起的系統(tǒng)熵的變化量sg ， 熵產(chǎn)恒為正值或等于零。它是系統(tǒng)中可用能的不可逆損失的表征?；蛘哒f(shuō)熵產(chǎn)是一切不可逆特征的表征。351.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-熱力學(xué)第二定律熵方程中的核心問(wèn)題是熵產(chǎn)，熵產(chǎn)也正是熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。由于能量在轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)移過(guò)程中總是有其它形式的能量轉(zhuǎn)變成熱能, 而熱能又總是由高溫傳向低溫, 這些都會(huì)引起熵產(chǎn)。這正是熱能區(qū)別于其它型式能量的特征, 也正是一切熱力過(guò)程的自發(fā)性、方向性、不可逆性

21、的根源。 361.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-熱力學(xué)第二定律關(guān)于熵的幾個(gè)問(wèn)題1、在狀態(tài)1和2之間有兩個(gè)過(guò)程,其中， 過(guò)程A為可逆過(guò)程,過(guò)程B為不可逆過(guò)程。則S1A2與S1B2的關(guān)系是: S1A2 S1B2; S1A2 =S1B2; S1A2 S1B22、熱力系經(jīng)歷一可逆過(guò)程,外界對(duì)熱力系加入10千焦的熱量，對(duì)外作出4千焦的功,則熱力系的熵變大于零;小于零;等于零,不等于零。 3、熱力系經(jīng)歷一可逆過(guò)程,熱力系向外界放出10千焦，外界對(duì)熱力系輸入4千焦的功,則熱力系的熵變大于零;小于零;等于零,不等于零。4、熱力系經(jīng)歷一不可逆過(guò)程,外界對(duì)熱力系加入10千焦的熱量，對(duì)外作出4千焦的功，則熱力系的熵變大于零;小于

22、零;等于零,不等于零。 5、熱力系經(jīng)歷一不可逆過(guò)程,向外界放出10千焦，外界對(duì)熱力系輸入4千焦的功,則熱力系的熵變大于零;小于零;等于零,不能判別。 371.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-氣體的熱力性質(zhì)1.3.3 完全氣體的熱力性質(zhì)一、比熱容: 1公斤質(zhì)量的物質(zhì)在無(wú)耗散的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中，溫度升高（或降低）K所需加入（或放出）的熱量稱為該物質(zhì)在此過(guò)程中的比熱容。比熱容法定計(jì)量單位是（j/kg.K) 1、定容比熱容：1公斤的氣體在容積不變的無(wú)耗散準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中， 溫度升高（或降低）1所需加入（或放出）的熱量稱為該種氣體的定容比熱容。用符號(hào)cv表示。 定容比熱容與氣體的種類和溫度有關(guān)。 定容比熱容的法定計(jì)量單位為（j

23、/kg，K）。2、定壓比熱容：1公斤的氣體在壓力不變的無(wú)耗散準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中， 溫度升高（或降低）1所需加入（或放出）的熱量稱為該種氣體的定壓比熱容。用符號(hào)cp表示。 定壓比熱容與氣體的種類和溫度有關(guān)。 定壓比熱容的法定計(jì)量單位為（j/kg，K）。381.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-氣體的熱力性質(zhì)1.3.3 完全氣體的熱力性質(zhì)3、定壓比熱容與定容比熱容的關(guān)系（1）梅耶關(guān)系式：對(duì)于完全氣體有 cp-cv=R 此式表明：盡管完全氣體的定壓比熱容和定容比熱容都隨溫度而變化，而它們的差值卻與溫度無(wú)關(guān)，恒等于氣體常數(shù)。又因?yàn)闅怏w常數(shù)R， 所以 cp cv 。 （2）熱容比（絕熱指數(shù)，定熵指數(shù) ） 定壓比熱容與定容比熱容

24、的比值稱為熱容比，又叫絕熱指數(shù)或定熵指數(shù)。即 k=cp/cv 熱容比不但與氣體的種類有關(guān)，而且與溫度有關(guān)。當(dāng)將熱容比作為常數(shù)處理時(shí)，對(duì)于空氣1.40，對(duì)于燃?xì)?.33。391.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-氣體的熱力性質(zhì)1.3.3 完全氣體的熱力性質(zhì)二、完全氣體的內(nèi)能, 焓和熵1、內(nèi)能：完全氣體的內(nèi)能僅僅是溫度的函數(shù)。對(duì)于定比熱完全氣體： u2-u1=cv（T2-T1） 2、焓：完全氣體的焓也僅僅是溫度的函數(shù)。對(duì)于定比熱完全氣體： h2-h1=cp（T2-T1） 3熵 三、熱量的計(jì)算 熱量是過(guò)程量,不同的過(guò) 程用不同的公式進(jìn)行計(jì)算. 401.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-定熵過(guò)程1.3.4 熱力過(guò)程 一、定熵過(guò)程:可逆的

25、絕熱過(guò)程是定熵過(guò)程.過(guò)程方程為: 常數(shù)=411.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)-多變過(guò)程1.3.4 熱力過(guò)程 二、多變過(guò)程:滿足 p v n C的過(guò)程叫做多變過(guò)程.當(dāng)n時(shí)：多變過(guò)程的過(guò)程方程變?yōu)椋簆常數(shù)，為定壓過(guò)程。當(dāng)n時(shí)：多變過(guò)程的過(guò)程方程變?yōu)椋篢常數(shù)，為定溫過(guò)程。當(dāng)n時(shí)：多變過(guò)程的過(guò)程方程變?yōu)椋簊常數(shù)；為定熵過(guò)程。 當(dāng)n：多變過(guò)程的過(guò)程方程變?yōu)椋簐常數(shù)，為定容過(guò)程。421.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 1.4.1 氣體的性質(zhì)一、氣體的壓縮性 壓縮性是氣體的重要屬性。 氣體的密度隨著壓力或溫度的變化而變化的性質(zhì)稱為氣體壓縮性。對(duì)于氣流速度和當(dāng)?shù)匾羲僦龋ㄔ摫戎捣Q為馬赫數(shù)，用符號(hào)Ma表示）小于0.3的定熵絕能流動(dòng)可以當(dāng)

26、作不可壓流來(lái)處理。 二、氣體的粘性 粘性是實(shí)際氣體的一個(gè)物理屬性。它表示出氣體對(duì)于切向力的一種反抗能力。 431.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 1.4.1 氣體的性質(zhì)1附面層:沿壁面法線方向速度梯度較大的一層流體稱為附面層,附面層的厚度為,附面層邊界流體的速度為99%V 2層流和紊流臨界雷諾數(shù)Recr ：當(dāng)Re Recr 時(shí)，為層流流動(dòng)；當(dāng)Re Recr時(shí)，為紊流流動(dòng)；對(duì)于光滑管內(nèi)流動(dòng)Recr =2300雷諾數(shù)的物理意義441.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 1.4.1 氣體的性質(zhì)3牛頓內(nèi)摩擦定律 牛頓內(nèi)摩擦定律指出，當(dāng)流體處于層流流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，流體內(nèi)摩擦力的大小與流體的速度梯度和接觸面積成正比，而且還與流體的性質(zhì)有

27、關(guān)。 牛頓內(nèi)摩擦定律只適用于流動(dòng)狀態(tài)為層流的情況，而不適用于紊流的流動(dòng)狀態(tài)，也不適用于非牛頓流體。牛頓內(nèi)摩擦定律中的稱為動(dòng)力粘性系數(shù)。它是一個(gè)物性參數(shù)，其大小取決于氣體的物理性質(zhì)和溫度。對(duì)氣體來(lái)說(shuō)，溫度越高，動(dòng)力粘性系數(shù)越大。451.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-基本方程 1.4.2 一維定常流的基本方程一維定常流動(dòng)是指在流動(dòng)中描寫(xiě)流體運(yùn)動(dòng)的參數(shù), 如速度、壓力、密度、溫度等都是一個(gè)坐標(biāo)的函數(shù)，這個(gè)坐標(biāo)可以是直線坐標(biāo)，也可以是曲線坐標(biāo)。自然界中的一切過(guò)程都遵守質(zhì)量守恒定律、能量守恒與轉(zhuǎn)換定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律及熱力學(xué)第一定律。當(dāng)然，氣體在流動(dòng)過(guò)程中也遵守這些定律。把這些定律應(yīng)用于氣體流動(dòng)過(guò)程所得到的數(shù)學(xué)關(guān)系

28、式稱為基本方程，包括：連續(xù)方程、動(dòng)量方程、能量方程、貝努利方程。461.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-連續(xù)方程 1.4.2 一維定常流的基本方程連續(xù)方程一維定常流中，控制體內(nèi)氣體的質(zhì)量保持不變，因此，質(zhì)量守恒定律可表述為單位時(shí)間內(nèi)流入控制體的質(zhì)量等于單位時(shí)間流出控制體的流體的質(zhì)量。即：qm1=qm2質(zhì)量流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流入或流出控制體的流體的質(zhì)量稱為質(zhì)量流量。質(zhì)量流量的法定計(jì)量單位為：kg/s。在一維定常流中, 通過(guò)同一流管任意截面上的流體的質(zhì)量流量保持不變。 常數(shù)體積流量, 單位時(shí)間流入或流出控制體流體的體積。體積流量的法定計(jì)量單位為：m3/s。常數(shù)471.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-動(dòng)量方程 1.4.2 一

29、維定常流的基本方程動(dòng)量方程將牛頓第二定律應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)流體所得到的數(shù)學(xué)關(guān)系式稱為動(dòng)量方程。對(duì)于無(wú)粘性的一維定常流, 在忽略質(zhì)量力的情況下, 其動(dòng)量方程為; dp+VdV=0 此式說(shuō)明: 當(dāng)氣流壓力的增量為正時(shí), 氣流速度的增量一定為負(fù)；當(dāng)氣流壓力的增量為負(fù)時(shí), 氣流速度的增量一定為正。這就是說(shuō)，在同一流管中氣流靜壓增大的地方，流速減??；氣流靜壓減小的地方，流速增大。48一維定常流能量方程491.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-能量方程 1.4.2 一維定常流的基本方程能量方程能量方程可表述為：控制體內(nèi)單位質(zhì)量的流體與外界交換的熱量等于焓的變化量、動(dòng)能變化量、重力位能變化量及通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸與外界所交換的軸功之和，即

30、： Q=（H2-H1）+gm（z2-z1）+W s +m（V22-V12）/2 q=（h2-h1）+g（z2-z1）+w s +（V22-V12）/2 對(duì)于氣體，可以略去重力位能的變化量，則能量方程可以用總焓表示為： q=h2*-h1*+ws 或 q=dh*+ws 該式說(shuō)明, 在一維定常流中，控制體與外界交換的熱量等于體系總焓的變化量與體系通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸與外界交換的軸功之和。 501.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-貝努利方程 1.4.2 一維定常流的基本方程不可壓流的貝努利方程對(duì)于定熵絕能忽略重力位能的不可壓流,密度常數(shù),可以得到: 它說(shuō)明在不可壓流中任一點(diǎn)流體的靜壓與動(dòng)壓之和保持不變。定義不可壓流的靜壓與

31、動(dòng)壓之和為全壓, 也可以稱為總壓, 用符號(hào)p*表示。在不可壓流中, 當(dāng)流動(dòng)管道橫截面積縮小時(shí), 流體的流速增大, 壓力下降。反之, 當(dāng)流動(dòng)管道橫截面積擴(kuò)大時(shí), 流體的流速下降, 壓力增高。流動(dòng)參數(shù)的這種變化規(guī)律可用圖1-20表示。511.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-貝努利方程不可壓流的貝努利方程52文氏管測(cè)流速流量 由貝努利方程 連續(xù)方程 得到531.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-音速和馬赫數(shù)1.4.3 音速和馬赫數(shù) 一、音速音速是微弱擾動(dòng)壓縮波和微弱擾動(dòng)膨脹波在流體介質(zhì)中的傳播速度，用符號(hào)a表示。完全氣體中音速的計(jì)算公式是： 對(duì)于空氣：二、馬赫數(shù)流場(chǎng)中任一點(diǎn)處的流速與該點(diǎn)處氣體的音速的比值，叫做該點(diǎn)處氣流的馬

32、赫數(shù)，用符號(hào)Ma表示。即 Ma =V/ a 馬赫數(shù)的物理意義:氣體宏觀運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與微觀運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的比值.馬赫數(shù)的用途:氣體壓縮性的判別準(zhǔn)則;根據(jù)馬赫數(shù)的大小可以把流動(dòng)分為：亞音速流動(dòng) Ma1.0； 音速流動(dòng) Ma1.0； 超音速流動(dòng) Ma1.0。無(wú)粘性可壓縮流動(dòng)力相似的判別準(zhǔn)則。541.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-滯止參數(shù)1.4.4 滯止參數(shù) 一、滯止?fàn)顟B(tài)滯止?fàn)顟B(tài)：某一狀態(tài)的氣流通過(guò)定熵絕能的過(guò)程將速度滯止為零時(shí)的狀態(tài)稱為該狀態(tài)的滯止?fàn)顟B(tài)。滯止參數(shù)：通過(guò)定熵絕能的過(guò)程將氣流速度滯止到零而得到的參數(shù)。滯止參數(shù)又叫總參數(shù)。其中包括有滯止焓（總焓）、滯止溫度（總溫）、滯止壓力（總壓）、滯止密度（總密度）和滯止音

33、速等。分別用符號(hào)h*、T*、p*和a*表示。和滯止參數(shù)相對(duì)應(yīng)的是氣體流動(dòng)過(guò)程中任何一點(diǎn)的當(dāng)?shù)責(zé)崃?shù)：h、T和p。這些稱為靜參數(shù)，是觀察者和氣流微團(tuán)一起運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)得的熱力參數(shù)。 55滯止參數(shù)561.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-滯止參數(shù)1.滯止焓和滯止溫度滯止焓：流場(chǎng)內(nèi)任一點(diǎn)的滯止焓就是該點(diǎn)的靜焓與動(dòng)能之和。 h* h +V2/2 滯止溫度 2、滯止壓力飛機(jī)上的飛行馬赫數(shù)表就是根據(jù)此式制成的。571.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-滯止參數(shù)4.滯止參數(shù)的變化規(guī)律總焓形式的能量方程 q=h2*-h1*+ws總壓形式的能量方程 581.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-滯止參數(shù)熱阻：對(duì)流動(dòng)的氣體加熱使氣流總壓下降的現(xiàn)象叫熱阻。影響熱阻

34、的因素有：加熱量和氣流馬赫數(shù)。當(dāng)氣流馬赫數(shù)保持不變時(shí)，加熱量大則總壓下降多，熱阻大；當(dāng)加熱量保持不變時(shí)，氣流馬赫數(shù)大則總壓下降多，熱阻大；591.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-臨界參數(shù)1.4.5 臨界參數(shù)和速度系數(shù) 1、臨界參數(shù)將某一狀態(tài)的氣流通過(guò)定熵絕能的膨脹或壓縮過(guò)程使氣流達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)的參數(shù)稱為臨界參數(shù)。臨界參數(shù)有臨界音速、臨界速度、臨界壓力、臨界溫度、臨界密度和臨界面積等。分別用符號(hào)acr、Vcr、Tcr、pcr和Acr表示。臨界音速 對(duì)于空氣 對(duì)于燃?xì)?601.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-速度系數(shù)2速度系數(shù)氣流速度與臨界音速的比值為速度系數(shù)，用符號(hào)表示，即當(dāng)Ma時(shí)，；當(dāng)Ma 時(shí)，；當(dāng)Ma 時(shí)，；當(dāng)Ma

35、 時(shí)，；當(dāng)Ma 時(shí)，611.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-氣動(dòng)函數(shù)三 氣體動(dòng)力學(xué)函數(shù)1、用表示的總靜參數(shù)之比的關(guān)系式621.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)2 流量函數(shù)密流是：?jiǎn)挝粫r(shí)間流過(guò)單位面積的流體質(zhì)量。流量函數(shù)當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，隨著的增大， 也增加；當(dāng)時(shí)， ；當(dāng)時(shí)，隨著的增大， 減??；當(dāng) 時(shí)， 。 63流量函數(shù)641.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)1.4.6 流量函數(shù)對(duì)于一個(gè)給定的 值只有一個(gè) 值與之對(duì)應(yīng)；對(duì)于一個(gè)給定的 值，一般有兩個(gè) 值與之對(duì)應(yīng)，其中一個(gè)是亞音速的值，另一個(gè)是超音速的值。流量公式651.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-變截面流對(duì)于一維定常定熵絕能流，由于總參數(shù)保持不變，則有 ：A 時(shí)： Ma V p T時(shí)： Ma V

36、p TA 時(shí)： Ma V p T時(shí)： Ma V p T661.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-變截面流亞音速氣流 ：管道截面積減小時(shí)，氣流的速度增大；靜壓和靜溫下降。管道截面積增大時(shí)，氣流的速度減小。靜壓和靜溫上升。超音速氣流：管道截面積增大時(shí)，氣流的速度增大；靜壓和靜溫下降。管道截面積減小時(shí)，氣流的速度減小。靜壓和靜溫上升。67一維定常流681.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-變截面流當(dāng)時(shí)，管道的截面積最小，即臨界截面必然是管道中的最小截面。但是應(yīng)該指出，管道的最小截面并不一定是臨界截面。要將氣流定熵絕能地由亞音速加速到超音速，管道必須作成先收縮后擴(kuò)張的形狀，即所謂的拉瓦爾噴管。 噴管：使氣流速度增加，壓力下降的管

37、道。擴(kuò)壓器：使氣流速度下降，壓力增加的管道。69拉瓦爾噴管701.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-激波1.4.7 激波 一、微弱擾動(dòng)在氣流中的傳播1在靜止氣體中：微弱擾動(dòng)可以傳遍整個(gè)流場(chǎng)。 2在亞音速氣流中：微弱擾動(dòng)可以傳遍整個(gè)流場(chǎng)。 3在音速氣流中：微弱擾動(dòng)只能向下游傳播, 不能向上游傳播 4在超音速氣流中：微弱擾動(dòng)只能向下游在馬赫錐內(nèi)傳播。馬赫錐的錐面叫做馬赫波;馬赫錐的母線與來(lái)流速度方向之間的夾角叫做馬赫角。 71721.4 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)-激波1.4.7 激波二、激波激波的特點(diǎn)是: 超音速氣流通過(guò)激波后，氣流速度和氣流馬赫數(shù)突然下降, 而氣流壓力, 溫度, 密度突然增大氣流流過(guò)激波是一個(gè)絕能的流動(dòng)

38、過(guò)程, 故總溫不變, 而總壓突然下降, 產(chǎn)生較大的損失 正激波：激波波面與來(lái)流方向相垂直。超音速氣流流過(guò)正激波后, 變?yōu)閬喴羲贇饬鳌Ｐ奔げǎ撼羲贇饬髁鬟^(guò)斜激波后,氣流馬赫數(shù)變小, 但一般仍為超音速。曲線激波： 73741.5 傳熱基礎(chǔ)1.5.1 導(dǎo)熱熱量從物體中溫度較高的部分傳遞到溫度較低的部分，或者從溫度較高的物體傳遞到與之接觸的溫度較低的另一物體的過(guò)程稱為導(dǎo)熱，又叫熱傳導(dǎo)。在純導(dǎo)熱過(guò)程中，物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移，也沒(méi)有能量形式的轉(zhuǎn)換。 傅里葉定律傅里葉定律表明，在導(dǎo)熱過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)給定面積的熱量，正比于該地垂直于導(dǎo)熱方向的面積及其溫度梯度，導(dǎo)熱方向與溫度梯度反向。 導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料導(dǎo)熱性能的一個(gè)參數(shù) 其單位為W/m。導(dǎo)熱系數(shù)的大小與材料的種類有關(guān)，對(duì)同一種材料與溫度的高低有關(guān)。我們將導(dǎo)熱系數(shù)較高的材料稱為良導(dǎo)熱體，金屬材料屬于熱的良導(dǎo)