工程熱力學課件講義工程熱力學第一講

工程熱力學B主講：劉研

汽車工程學院熱能工程系1/8/20231工程熱力學B汽車工程學院熱能工程系1/7/20231成績分布考試成績70分平時成績15分實驗成績5分素質(zhì)成績10分1/8/20232成績分布考試成績70分平時成績教材：《工程熱力學》華自強張忠進編

高等教育出版社出版《工程熱力學》沈維道編高等教育出版社出版參考書：《工程熱力學》朱明善等編清華大學出版社出版1/8/20233教材：《工程熱力學》華自強張忠進編

高等教育緒論（課程研究的主要任務）

工程熱力學主要研究熱能和機械能之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律及提高能量轉(zhuǎn)換經(jīng)濟性的途徑和技術(shù)措施。返回鏈接1/8/20234緒論（課程研究的主要任務）工程熱力學主要研究:物體的動能與勢能；：物質(zhì)分子熱運動動能與位能之和；：與電荷的運動和積蓄有關(guān)的能量；：通過化學反應釋放的能量；：通過核反應釋放的能量；二.能量的主要形式

:機械能熱能電能化學能核能輻射能：物體以電磁波的形式發(fā)射的能量。能量是物質(zhì)運動的度量。一.能量:

1/8/20235:物體的動能與勢能；：物質(zhì)分子熱運動動能與位能之和；：與電三.能量的轉(zhuǎn)換與利用氫、酒精等二次能源

燃料電池

電能機械能輻射能熱能風能、水能、海洋能

機械

機械能直接利用發(fā)電機煤、石油、天然氣

熱能熱機直接利用核能核反應太陽能光合作用生物質(zhì)能燃燒食物利用集熱器光電池90％燃燒1/8/20236三.能量的轉(zhuǎn)換與利用氫、酒精等二次能源燃料電池電四.熱能利用的基本方式1.熱利用：燒飯、蒸煮、采暖、烘干、熔煉等；2.動力利用：將熱能轉(zhuǎn)換成機械能或者再通過發(fā)電機轉(zhuǎn)換成電能加以利用。

1/8/20237四.熱能利用的基本方式1.熱利用：燒飯、蒸煮、采暖、烘干、熔1.研究能量轉(zhuǎn)換的客觀規(guī)律；五.工程熱力學課程的主要內(nèi)容2.研究各種熱力裝置的工作過程；3.研究工質(zhì)的基本熱力性質(zhì)。1/8/202381.研究能量轉(zhuǎn)換的客觀規(guī)律；五.工程熱力學課程的主要內(nèi)容2.第一章基本概念

§1-1熱力系統(tǒng)一、熱機：能將熱能轉(zhuǎn)換為機械能的機器。二、工質(zhì)：實現(xiàn)熱能和機械能之間轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)。

1/8/20239第一章基本概念§1-1熱力系統(tǒng)一、熱機：三、熱源：本身熱容量很大，且在放出或吸收有限量熱量時自身溫度及其它熱力學參數(shù)沒有明顯變化的物體。

提供熱量的熱源稱為高溫熱源；吸收熱量的熱源稱為低溫熱源。1/8/202310三、熱源：本身熱容量很大，且在放出或吸收有限高溫熱源吸熱Q1熱機作功W機械能放熱Q2低溫熱源返回1/8/202311高溫熱源吸熱Q1熱機作功W機械能放熱Q2低溫熱源返回1

在工程熱力學中，通常選取一定的工質(zhì)或空間作為研究的對象，稱之為熱力系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。系統(tǒng)以外的物體稱為外界或環(huán)境。系統(tǒng)與外界之間的分界面稱為邊界。四、熱力系統(tǒng)鏈接1/8/202312在工程熱力學中，通常選取一定的工質(zhì)或空間作為研究的1.邊界是真實的、假象的，可以是變動的、固定的；五、邊界的屬性2.系統(tǒng)與外界通過邊界的有且僅有三種作用方式，即質(zhì)量交換、熱量交換、功量交換1/8/2023131.邊界是真實的、假象的，五、邊界的屬性2.系統(tǒng)與外界通（一）按系統(tǒng)性質(zhì)分：六、系統(tǒng)的分類1.單元系、多元系；2.單相系、多相系；3.均勻系、非均勻系。1/8/202314（一）按系統(tǒng)性質(zhì)分：六、系統(tǒng)的分類1.單元系、多元系；2.單（1）閉口系統(tǒng)：

與外界無物質(zhì)交換的系統(tǒng)。系統(tǒng)的質(zhì)量始終保持恒定，也稱為控制質(zhì)量系統(tǒng)。

（2）開口系統(tǒng)：

與外界有物質(zhì)交換的系統(tǒng)。系統(tǒng)的容積始終保持不變，也稱為控制容積系統(tǒng)。

（二）按系統(tǒng)與外界相互作用的性質(zhì)分：1.按與外界有無質(zhì)量交換1/8/202315（1）閉口系統(tǒng)：與外界無物質(zhì)交換的系統(tǒng)。系統(tǒng)

與外界沒有熱量交換的系統(tǒng)。3.孤立系統(tǒng)：

與外界既無能量（功、熱量）交換又無物質(zhì)交換的系統(tǒng)。2.按與外界有無熱量交換分：（1）絕熱系統(tǒng)：（2）非絕熱系統(tǒng)：

與外界有熱量交換的系統(tǒng)。1/8/202316與外界沒有熱量交換的系統(tǒng)。3.孤立系統(tǒng)：本節(jié)小結(jié)熱機、工質(zhì)、熱源、熱力系統(tǒng)、邊界及其屬性※熱力系統(tǒng)的分類1/8/202317本節(jié)小結(jié)熱機、工質(zhì)、熱源、熱力系統(tǒng)、邊界及其屬性1/7/20§

1-2

熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)

一、狀態(tài)（熱力狀態(tài)）：

系統(tǒng)在某一瞬間所呈現(xiàn)的宏觀物理狀況稱為系統(tǒng)的熱力狀態(tài)，簡稱狀態(tài)。

二、狀態(tài)參數(shù)：

用于描述系統(tǒng)平衡狀態(tài)的物理量稱為狀態(tài)參數(shù)，如溫度、壓力、比體積等。1/8/202318§1-2熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)一、狀態(tài)（熱力狀三、基本狀態(tài)參數(shù)（一）壓力單位面積上所受到的垂直作用力（即壓強）。1.單位:Pa（帕），1Pa=1N/m21MPa=103kPa=106Pa1/8/202319三、基本狀態(tài)參數(shù)（一）壓力單位面積上所受到的垂直作用力（即2.常用壓力單位：

1bar（巴）=105Pa

1atm（標準大氣壓）=1.013105Pa

1at（工程大氣壓）=0.981105Pa

1mmH2O（毫米水柱）=9.81Pa1mmHg（毫米汞柱）=133.3Pa1/8/2023202.常用壓力單位：1bar（巴）=105Pa13.壓力測量：只有絕對壓力p才是狀態(tài)參數(shù)。1/8/2023213.壓力測量：只有絕對壓力p才是狀態(tài)參數(shù)。1/7/202（二）溫度1.定義：溫度是反映物體冷熱程度的物理量。2.熱力學第零定律：如果兩個物體中的每一個都分別與第三個物體處于熱平衡，則這兩個物體彼此也必處于熱平衡。1/8/202322（二）溫度1.定義：溫度是反映物體冷熱程度的物理量。2.熱力3.單位：(1)攝氏溫標:用符號t表示，單位為℃。

(2)熱力學溫標（絕對溫標）:用符號T表示，單位為K（開）。(3)熱力學溫標與攝氏溫標的關(guān)系：溫差:1K=1℃t=T

–273.15K1/8/2023233.單位：(1)攝氏溫標:用符號t表示，單位為℃。(（三）比體積1.定義：單位質(zhì)量的工質(zhì)所占有的體積，用符號v表示，單位為m3/kg。2.密度：單位體積工質(zhì)的質(zhì)量，用符號表示。單位為kg/m3。3.意義：系統(tǒng)與外界作功與否的標志。1/8/202324（三）比體積1.定義：單位質(zhì)量的工質(zhì)所占有的體積，用符號v表四、狀態(tài)參數(shù)的性質(zhì)1.給定狀態(tài)和該狀態(tài)下的狀態(tài)參數(shù)是一一對應的；2.狀態(tài)參數(shù)的數(shù)值僅取決于系統(tǒng)的狀態(tài)，而與到達該狀態(tài)所經(jīng)歷的途徑無關(guān)；例：狀態(tài)1變化到狀態(tài)21/8/202325四、狀態(tài)參數(shù)的性質(zhì)1.給定狀態(tài)和該狀態(tài)下的狀態(tài)參數(shù)是一一例1.考試時間：12月初，提前一周報名中期考試:

2.考試成績3.要求：實驗必做、作業(yè)全交返回4.網(wǎng)址：①/software/net/GCRLX/index.htm②校內(nèi)辦公--教學在線--教學資源平臺--省級精品課③汽車學院主頁--精品課程1/8/2023261.考試時間：12月初，提前一周報名中期考試:返回1-8、1-14、1-19；2-7、2-18；3-3、3-9、3-10、3-20；4-6、4-10、4-11作業(yè):

5-6、5-20；6-5、6-13；7-1、7-5；8-5；10-4、11-1、11-3、12-71/8/202327返回1-8、1-14、1-19；作業(yè):5-返回1.小論文：熱力學方面；

一人一篇（2000-3000）。2.綜合性創(chuàng)新性實驗：提交可行性報告實驗目的實驗方法實驗儀器和設備實驗步驟至多5人一組。1/8/202328返回1.小論文：熱力學方面；2.綜合性創(chuàng)新性實驗：提交可行性能源：為人類生產(chǎn)和生活提供各種能量和動力的物質(zhì)資源的總稱。一次能源二次能源

是否經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換

常規(guī)能源新能源返回1/8/202329能源：為人類生產(chǎn)和生活提供各種能量和動力一次能源二次能源火力發(fā)電廠工作過程示意圖鍋爐汽輪機冷凝器水泵冷卻水過熱蒸汽乏汽循環(huán)水發(fā)電機（蒸汽動力循環(huán)裝置）

返回1/8/202330火力發(fā)電廠工作過程示意圖鍋爐汽輪機冷凝器水泵冷卻水過熱蒸汽乏工程熱力學B主講：劉研

汽車工程學院熱能工程系1/8/202331工程熱力學B汽車工程學院熱能工程系1/7/20231成績分布考試成績70分平時成績15分實驗成績5分素質(zhì)成績10分1/8/202332成績分布考試成績70分平時成績教材：《工程熱力學》華自強張忠進編

高等教育出版社出版《工程熱力學》沈維道編高等教育出版社出版參考書：《工程熱力學》朱明善等編清華大學出版社出版1/8/202333教材：《工程熱力學》華自強張忠進編

高等教育緒論（課程研究的主要任務）

工程熱力學主要研究熱能和機械能之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律及提高能量轉(zhuǎn)換經(jīng)濟性的途徑和技術(shù)措施。返回鏈接1/8/202334緒論（課程研究的主要任務）工程熱力學主要研究:物體的動能與勢能；：物質(zhì)分子熱運動動能與位能之和；：與電荷的運動和積蓄有關(guān)的能量；：通過化學反應釋放的能量；：通過核反應釋放的能量；二.能量的主要形式

:機械能熱能電能化學能核能輻射能：物體以電磁波的形式發(fā)射的能量。能量是物質(zhì)運動的度量。一.能量:

1/8/202335:物體的動能與勢能；：物質(zhì)分子熱運動動能與位能之和；：與電三.能量的轉(zhuǎn)換與利用氫、酒精等二次能源

燃料電池

電能機械能輻射能熱能風能、水能、海洋能

機械

機械能直接利用發(fā)電機煤、石油、天然氣

熱能熱機直接利用核能核反應太陽能光合作用生物質(zhì)能燃燒食物利用集熱器光電池90％燃燒1/8/202336三.能量的轉(zhuǎn)換與利用氫、酒精等二次能源燃料電池電四.熱能利用的基本方式1.熱利用：燒飯、蒸煮、采暖、烘干、熔煉等；2.動力利用：將熱能轉(zhuǎn)換成機械能或者再通過發(fā)電機轉(zhuǎn)換成電能加以利用。

1/8/202337四.熱能利用的基本方式1.熱利用：燒飯、蒸煮、采暖、烘干、熔1.研究能量轉(zhuǎn)換的客觀規(guī)律；五.工程熱力學課程的主要內(nèi)容2.研究各種熱力裝置的工作過程；3.研究工質(zhì)的基本熱力性質(zhì)。1/8/2023381.研究能量轉(zhuǎn)換的客觀規(guī)律；五.工程熱力學課程的主要內(nèi)容2.第一章基本概念

§1-1熱力系統(tǒng)一、熱機：能將熱能轉(zhuǎn)換為機械能的機器。二、工質(zhì)：實現(xiàn)熱能和機械能之間轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)。

1/8/202339第一章基本概念§1-1熱力系統(tǒng)一、熱機：三、熱源：本身熱容量很大，且在放出或吸收有限量熱量時自身溫度及其它熱力學參數(shù)沒有明顯變化的物體。

提供熱量的熱源稱為高溫熱源；吸收熱量的熱源稱為低溫熱源。1/8/202340三、熱源：本身熱容量很大，且在放出或吸收有限高溫熱源吸熱Q1熱機作功W機械能放熱Q2低溫熱源返回1/8/202341高溫熱源吸熱Q1熱機作功W機械能放熱Q2低溫熱源返回1

在工程熱力學中，通常選取一定的工質(zhì)或空間作為研究的對象，稱之為熱力系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。系統(tǒng)以外的物體稱為外界或環(huán)境。系統(tǒng)與外界之間的分界面稱為邊界。四、熱力系統(tǒng)鏈接1/8/202342在工程熱力學中，通常選取一定的工質(zhì)或空間作為研究的1.邊界是真實的、假象的，可以是變動的、固定的；五、邊界的屬性2.系統(tǒng)與外界通過邊界的有且僅有三種作用方式，即質(zhì)量交換、熱量交換、功量交換1/8/2023431.邊界是真實的、假象的，五、邊界的屬性2.系統(tǒng)與外界通（一）按系統(tǒng)性質(zhì)分：六、系統(tǒng)的分類1.單元系、多元系；2.單相系、多相系；3.均勻系、非均勻系。1/8/202344（一）按系統(tǒng)性質(zhì)分：六、系統(tǒng)的分類1.單元系、多元系；2.單（1）閉口系統(tǒng)：

與外界無物質(zhì)交換的系統(tǒng)。系統(tǒng)的質(zhì)量始終保持恒定，也稱為控制質(zhì)量系統(tǒng)。

（2）開口系統(tǒng)：

與外界有物質(zhì)交換的系統(tǒng)。系統(tǒng)的容積始終保持不變，也稱為控制容積系統(tǒng)。

（二）按系統(tǒng)與外界相互作用的性質(zhì)分：1.按與外界有無質(zhì)量交換1/8/202345（1）閉口系統(tǒng)：與外界無物質(zhì)交換的系統(tǒng)。系統(tǒng)

與外界沒有熱量交換的系統(tǒng)。3.孤立系統(tǒng)：

與外界既無能量（功、熱量）交換又無物質(zhì)交換的系統(tǒng)。2.按與外界有無熱量交換分：（1）絕熱系統(tǒng)：（2）非絕熱系統(tǒng)：

與外界有熱量交換的系統(tǒng)。1/8/202346與外界沒有熱量交換的系統(tǒng)。3.孤立系統(tǒng)：本節(jié)小結(jié)熱機、工質(zhì)、熱源、熱力系統(tǒng)、邊界及其屬性※熱力系統(tǒng)的分類1/8/202347本節(jié)小結(jié)熱機、工質(zhì)、熱源、熱力系統(tǒng)、邊界及其屬性1/7/20§

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熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)

一、狀態(tài)（熱力狀態(tài)）：

系統(tǒng)在某一瞬間所呈現(xiàn)的宏觀物理狀況稱為系統(tǒng)的熱力狀態(tài)，簡稱狀態(tài)。

二、狀態(tài)參數(shù)：

用于描述系統(tǒng)平衡狀態(tài)的物理量稱為狀態(tài)參數(shù)，如溫度、壓力、比體積等。1/8/202348§1-2熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)一、狀態(tài)（熱力狀三、基本狀態(tài)參數(shù)（一）壓力單位面積上所受到的垂直作用力（即壓強）。1.單位:Pa（帕），1Pa=1N/m21MPa=103kPa=106Pa1/8/202349三、基本狀態(tài)參數(shù)（一）壓力單位面積上所受到的垂直作用力（即2.常用壓力單位：

1bar（巴）=105Pa

1atm（標準大氣壓）=1.013105Pa

1at（工程大氣壓）=0.981105Pa

1mmH2O（毫米水柱）=9.81Pa1mmHg（毫米汞柱）=133.3Pa1/8/2023502.常用壓力單位：1bar（巴）=105Pa13.壓力測量：只有絕對壓力p才是狀態(tài)參數(shù)。1/8/2023513.壓力測量：只有絕對壓力p才是狀態(tài)參數(shù)。1/7/202（二）溫度1.定義：溫度是反映物體冷熱程度的物理量。2.熱力學第零定律：如果兩個物體中的每一個都分別與第三個物體處于熱平衡，則這兩個物體彼此也必處于熱平衡。1/8/202352（二）溫度1.定義：溫度是反映物體冷熱程度的物理量。2.熱力3.單位：(1)攝氏溫標:用符號t表示，單位為℃。

(2)熱力學溫標（絕對溫標）:用符號T表示，單位為K（開）。(3)熱力學溫標與攝氏溫標的關(guān)系：溫差:1K=1℃t=T

–273.15K1/8/2023533.單位：(1)攝氏溫標:用符號t表示，單位為℃。(（三）比體積1.定義：單位質(zhì)量的工質(zhì)所占有的體積，用符號v表示，單位為m3/kg。2.密度：單位體積工質(zhì)的質(zhì)量，用符號表示。單位為kg/m3。3.意義：系統(tǒng)與外界作功與否的標志。1/8/202354（三）比體積1.定義：單位質(zhì)量的工質(zhì)所占有的體積，用符號v表四、狀態(tài)參數(shù)的