第一章-工程熱力學(xué)基礎(chǔ)課件

一

熱力系統(tǒng)—---人為劃分出的，含有一定物質(zhì)的特定區(qū)域。

外界與邊界

1.1基本概念1一熱力系統(tǒng)—---人為劃分出的，含有一定物質(zhì)的特定區(qū)域。閉口系統(tǒng)：與外界無質(zhì)量交換（控制質(zhì)量）。開口系統(tǒng)：與外界有質(zhì)量交換（控制容積）。絕熱系統(tǒng)：與外界無熱量交換。孤立系統(tǒng)：與外界既無能量（功量、熱量）交換，又無質(zhì)量交換的系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)分類二工質(zhì)的熱力狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)1.狀態(tài)(熱力狀態(tài))—熱力學(xué)系統(tǒng)所處的宏觀狀況。

平衡狀態(tài)—無外界影響下，熱力系不隨時間變化的狀態(tài)。2閉口系統(tǒng)：與外界無質(zhì)量交換（控制質(zhì)量）。熱力系統(tǒng)分類二工特性：狀態(tài)參數(shù)的變化僅取決于狀態(tài)的起、終點，而與中間經(jīng)歷的途徑無關(guān)。

2狀態(tài)參數(shù)—描述系統(tǒng)熱力學(xué)狀態(tài)的宏觀物理量狀態(tài)參數(shù)分：

基本狀態(tài)參數(shù)---p、v、T

導(dǎo)出狀態(tài)參數(shù)--u、h、s等3特性：2狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)分：3基本狀態(tài)參數(shù)溫標(biāo)---溫度的數(shù)量表示熱力學(xué)溫標(biāo)T，開爾文(K)基準(zhǔn)點：273.16K--水的汽、液、固三相平衡共存點(三相點)。攝氏溫標(biāo)t，攝氏度(℃)。

兩者關(guān)系：t℃＝T－273.15K;0℃=273.15K。兩種溫標(biāo)的間隔相同1）溫度---確定系統(tǒng)熱平衡的狀態(tài)函數(shù)。4基本狀態(tài)參數(shù)溫標(biāo)---溫度的數(shù)量表示1）溫度---確定系統(tǒng)2）比體積v---單位質(zhì)量工質(zhì)占有的體積，m3／kg

3）壓力p---

單位面積上承受的垂直作用力，帕(斯卡)(Pa)*絕對壓力與相對壓力絕對壓力：氣體的真實壓力相對壓力：壓力計顯示的壓力（表壓力pg、真空度H）相對壓力=絕對壓力與外界大氣壓力B的差值。當(dāng)p>B時，p=B+pg

當(dāng)p<B時，p=B-H

52）比體積v---單位質(zhì)量工質(zhì)占有的體積，m3／kg2)可逆過程--系統(tǒng)進行一個熱力過程后，逆向沿原路徑回復(fù)到初態(tài)，而不引起任何變化的熱力過程。條件：內(nèi)部可逆＋外部可逆---無耗散的準(zhǔn)靜態(tài)過程

準(zhǔn)靜態(tài)過程注：準(zhǔn)靜態(tài)過程與可逆過程區(qū)別：---有無耗散損失。可逆必準(zhǔn)靜態(tài)，但準(zhǔn)靜態(tài)不一定可逆。無耗散

三、熱力過程—熱力學(xué)狀態(tài)連續(xù)變化的歷程。

1）準(zhǔn)靜態(tài)過程--一系列連續(xù)的平衡態(tài)組成的過程。62)可逆過程--系統(tǒng)進行一個熱力過程后，逆向沿原路徑回復(fù)到初四、熱力循環(huán)

熱力循環(huán)（循環(huán)）—由初始狀態(tài)經(jīng)過一系列中間狀態(tài)回到初始狀態(tài)的封閉熱力過程。熱力循環(huán)的目的----實現(xiàn)預(yù)期連續(xù)的能量轉(zhuǎn)換。循環(huán)分類：按性質(zhì)分可逆循環(huán)(全部由可逆過程組成的循環(huán))不可逆循環(huán)(含有不可逆過程的循環(huán))。按目的分正向循環(huán)(即動力循環(huán)--發(fā)電)逆向循環(huán)(即制冷循環(huán)或熱泵循環(huán))。7四、熱力循環(huán)熱力循環(huán)（循環(huán)）—由初始狀態(tài)經(jīng)過電廠鳥覽圖

電廠-----工質(zhì)（水、蒸汽）周而復(fù)始地循環(huán)，進而實現(xiàn)將熱能轉(zhuǎn)換為機械能（電能）的任務(wù)8電廠鳥覽圖電廠-----工質(zhì)（水、蒸汽）周而復(fù)始發(fā)電熱能轉(zhuǎn)換過程：9發(fā)電熱能轉(zhuǎn)換過程：9

制冷

-----工質(zhì)（制冷劑）周而復(fù)始地循環(huán)，進而實現(xiàn)將冷量取出的任務(wù)。10制冷10制冷能量轉(zhuǎn)換過程：11制冷能量轉(zhuǎn)換過程：11制冷系數(shù)供熱系數(shù)*逆循環(huán)與性能系數(shù)逆循環(huán)---消耗機械能，把熱量從低溫傳向高溫*正循環(huán)與熱效率正循環(huán)---熱能轉(zhuǎn)換為機械能熱效率12制冷系數(shù)*逆循環(huán)與性能系數(shù)*正循環(huán)與熱效率熱效率121.2工質(zhì)及氣體狀態(tài)方程式一、理想氣體和實際氣體

理想氣體—相互之間沒有作用力的質(zhì)點組成。

在定溫度下，pV=常數(shù)，與壓力無關(guān);實際氣體---真實氣體，離液態(tài)較近，分子間作用力及分子本身體積不可忽略。

在定溫下，pV≠常數(shù)，而隨壓力變化。131.2工質(zhì)及氣體狀態(tài)方程式一、理想氣體和實際氣體理想二、理想氣體狀態(tài)方程式

理想氣體狀態(tài)方程式：1kg理想氣體pv＝RT

mkg理想氣體

pV＝mRT

1kmol理想氣體pMv＝R0T

M—摩爾質(zhì)量

,Mv

–摩爾容積(m3/kmol)

R—氣體常數(shù),J/(kg·K)

R0＝RM—摩爾氣體常數(shù)，

R0＝8.314J/(mol·K)狀態(tài)方程式---三個基本狀態(tài)參數(shù)（p、v、T）之間的函數(shù)關(guān)系：

T＝f1(p，v)，p＝f2(v，T)，v＝f3(p，T)14二、理想氣體狀態(tài)方程式

理想氣體狀態(tài)方程式：狀態(tài)方程式---

三、理想氣體狀態(tài)方程式的應(yīng)用一、定容過程

v＝常量過程中狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系：三、定溫過程過程方程及狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系：

二、定壓過程

p=常量過程中狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系：15一、定容過程v＝常量過程中四、范德瓦爾(VanderWaals)方程------簡單的實際氣體狀態(tài)方程

a---氣體分子間作用力強弱的修正常數(shù)b---氣體分子體積影響的修正常數(shù)16四、范德瓦爾(VanderWaals)方程------簡

五、理想氣體的比熱及熱量計算比熱分類：一、根據(jù)采用的物質(zhì)量單位分：質(zhì)量比熱C

J／(kg·K)

摩爾比熱Cm

J／(mol·K)容積比熱C’

J／(m3·K)

二、根據(jù)經(jīng)歷的過程分：

定壓比熱Cp；定容比熱Cv

定熵比熱,定溫比熱及多變比熱比熱---單位質(zhì)量的物體溫度升高1K(或1℃)所需的熱量。三者關(guān)系：

17五、理想氣體的比熱及熱量計算比熱分類：

理想氣體定容比熱與定壓比熱之間的關(guān)系：

-------邁耶公式比熱比單原子氣體к=1.67雙原子氣體к=1.4多原子氣體к=1.3比熱的計算處理方法：(1)真實比熱容；(2)平均比熱容；(3)定值比熱容。18

理想氣體定容比熱與定壓比熱之間的關(guān)系：

1.3穩(wěn)定流動的能量方程式一、功、熱量及系統(tǒng)儲存能1功(w)

--熱力過程中，使物體改變宏觀運動狀態(tài)傳遞的能量。功是過程量；功是傳遞的能量。過程參數(shù)的特性：----過程量的變化，不僅決定于初、終狀態(tài)，還與中間途徑有關(guān)。191.3穩(wěn)定流動的能量方程式一、功、熱量及系容積功--直接由系統(tǒng)容積變化與外界發(fā)生作用傳遞的功（膨脹功或壓縮功）。容積功的計算：可逆過程符號：系統(tǒng)對外作功為正；外界對系統(tǒng)作功為負。

20容積功--直接由系統(tǒng)容積變化與外界發(fā)生作用傳遞的功（膨脹功或2、熱量由于溫度不同，系統(tǒng)與外界間越過邊界而傳遞的能量。熱量也是過程量.熱量的計算可逆過程：S：熵，單位：J/kg符號：系統(tǒng)吸熱時熱量為正;系統(tǒng)放熱時熱量為負。

212、熱量由于溫度不同，系統(tǒng)與外界間越過邊界而傳遞的能量熱量與功量的類比單位質(zhì)量氣體：p-v壓容圖上包圍的面積---功系統(tǒng)對外作功：T-s溫熵圖上包圍的面積---熱量系統(tǒng)吸收熱量：單位質(zhì)量氣體：22熱量與功量的類比單位質(zhì)量氣體：系統(tǒng)對外作功：T-s溫熵圖上包

內(nèi)能U：系統(tǒng)內(nèi)部各種形式能量的總和。內(nèi)能是個狀態(tài)參數(shù)。3系統(tǒng)的儲存能E：宏觀動能宏觀位能

比內(nèi)能u/(J/kg)：計算：焓：理想氣體焓也僅是溫度的函數(shù)。計算：理想氣體內(nèi)能僅是溫度的函數(shù)—u=f(T)

。

23內(nèi)能U：系統(tǒng)內(nèi)部各種形式能量的總和。3系統(tǒng)的儲存能二、熱力學(xué)第一定律

----閉口系的表達式熱力學(xué)第一定律---熱能與其他形式能量轉(zhuǎn)換時，總能不變。對任何系統(tǒng)，能量平衡關(guān)系：進入系統(tǒng)的能量一離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)儲存能的變化24二、熱力學(xué)第一定律

-符號：系統(tǒng)吸熱為正，放熱為負；系統(tǒng)對外作功為正，外界對系統(tǒng)作功為負。

熱力學(xué)第一定律的一主要形式可逆過程理想氣體可逆過程25符號：熱力學(xué)第一定律的一主要形式251穩(wěn)定流動能量交換的情況：（1）加入系統(tǒng)的熱量：（2）系統(tǒng)對外所作的軸功：（3）推動工質(zhì)流入、流出系統(tǒng)所消耗的功量—流動功.swf穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)對外界輸出的凈推動功：=（4）過程中流入、流出系統(tǒng)的工質(zhì)所帶入系統(tǒng)的凈能量為：三、熱力學(xué)第一定律

----在開口系的表達式261穩(wěn)定流動能量交換的情況：（3）推動工質(zhì)流入、流出系統(tǒng)（5）技術(shù)功wt—工程上可以直接利用的機械能忽略宏觀動能和位能的變化，有：可逆過程的技術(shù)功:27（5）技術(shù)功wt—工程上可以直接利用的機械能忽略宏觀動能和2.穩(wěn)定流動能量方程由，有：熱力學(xué)第一定律的另一主要形式。可逆過程理想氣體可逆過程282.穩(wěn)定流動能量方程由，有：熱力學(xué)第一定律的另一主要形式。2四、穩(wěn)定流動能量方程應(yīng)用一、加熱器或冷卻器二、渦輪機或壓氣機特點：特點：有：有：29四、穩(wěn)定流動能量方程應(yīng)用一、加熱器或冷卻器二、渦輪機或壓氣三、噴管四、絕熱節(jié)流有：特點：特點：有：30三、噴管四、絕熱節(jié)流有：特點：特點：有：30第四節(jié)水蒸氣一、液汽轉(zhuǎn)化和飽和狀態(tài)1凝結(jié)與汽化：氣相液相汽化：蒸發(fā)—液體表面進行的汽化過程

沸騰---液體內(nèi)部進行的劇烈汽化過程2飽和狀態(tài)—飽和區(qū)內(nèi)，飽和水和飽和水蒸氣共存的動態(tài)平衡狀態(tài)。飽和狀態(tài)分別有飽和水，濕蒸汽，干飽和蒸汽。飽和壓力越高，飽和溫度也越高。一一對應(yīng)。p＝0.0108kPa，ts＝0℃；

p＝101.325kPa，ts＝100℃

31第四節(jié)水蒸氣一、液汽轉(zhuǎn)化和飽和狀態(tài)蒸發(fā)—液體表面進行的二、水蒸氣的產(chǎn)生過程0.01℃tststst>ts

產(chǎn)生過程的三個階段：

①水的預(yù)熱過程未飽和水(0.01℃)→飽和水(ts)；

②水的汽化過程飽和水(ts)→干飽和水蒸氣(ts)；

③水蒸氣的過熱過程飽和水蒸氣（ts）→過熱水蒸氣(t)汽化潛熱r--飽和水汽化為干飽和水蒸氣所需的熱量。32二、水蒸氣的產(chǎn)生過程0.01℃tststst>ts

濕飽和蒸汽的狀態(tài)參數(shù):---利用濕蒸汽干度x，飽和水及干飽和蒸汽的狀態(tài)參數(shù)干度x—濕飽和蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即

飽和液體線為x=o的定干度線，飽和蒸汽線為x=1的定干度線。33濕飽和蒸汽的狀態(tài)參數(shù):---干度x三、水蒸氣的p-v圖和T-s圖水蒸氣的相變圖線可以總結(jié)為：一點(臨界點)、二線(上界線、下界線)三區(qū)(液態(tài)區(qū)、濕蒸汽區(qū)、氣態(tài)區(qū))五態(tài)(未飽和水狀態(tài)、飽和水狀態(tài)、濕飽和蒸汽狀態(tài)、干飽和蒸汽狀態(tài)、過熱蒸汽狀態(tài))水蒸氣.swf

34三、水蒸氣的p-v圖和T-s圖水蒸氣的相變圖線可以總結(jié)為：3結(jié)構(gòu)：臨界點C六類等值線定焓線定熵線定壓線定溫線定容線定干度線四、水蒸氣的h-s圖35結(jié)構(gòu)：四、水蒸氣的h-s圖35二、飽和濕空氣未飽和濕空氣—過熱水蒸氣＋干空氣，如點A。飽和濕空氣—飽和水蒸氣＋干空氣，如點B。露點溫度（露點）—pv對應(yīng)的飽和溫度。

第五節(jié)濕空氣一、濕空氣的一般概念*濕空氣---干空氣和水蒸氣組成的混合氣體。*濕空氣可以作為理想氣體混合物看待。*濕空氣的總壓力p=pa+pv*在采暖與空調(diào)等工程中的濕空氣是環(huán)境大氣，B=pa+pv。

36二、飽和濕空氣第五節(jié)濕空氣一、濕空氣的一般概念2相對濕度--濕空氣中水蒸氣的分壓力pv與同溫度下飽和濕空氣中水蒸氣分壓力ps的比值:*Φ的測量：干濕球溫度計*Φ說明了吸收水蒸氣的能力。Φ值愈大，濕空氣愈潮濕，吸收水蒸氣的能力愈弱;

Φ

↓→濕空氣干燥，吸收水蒸氣的能力↑*Φ為0時，即為干空氣；Φ為100%，即為飽和濕空氣；

Φ介于0—1之間的濕空氣是未飽和濕空氣。三、絕對濕度、相對濕度、含濕量和焓1絕對濕度—每立方米濕空氣中含有的水蒸氣的質(zhì)量。372相對濕度--濕空氣中水蒸氣的分壓力pv與同溫度下飽和濕空3含濕量d—單位質(zhì)量干空氣的濕空氣含有的水蒸氣的質(zhì)量

4濕空氣的焓---1kg干空氣的焓與dkg水蒸氣的焓之和.5干球溫度與濕球溫度濕球溫度的形成過程--近似定焓過程。干球溫度、濕球溫度與露點三者的關(guān)系：未飽和濕空氣：干球溫度>濕球溫度>露點溫度飽和濕空氣：干球溫度=濕球溫度=露點溫度383含