機(jī)電工程基礎(chǔ)課件1第1-3章

工程熱力學(xué)基礎(chǔ)張曉亮裝備制造學(xué)院,主教樓A01-529，QQ179844735213731011003，xlzhanghebei@126.com研究?jī)?nèi)容和對(duì)象1.熱力學(xué)基本定律，包括基本概念及定義、熱力學(xué)第一定律、熵與熱力學(xué)第二定律等。2.工質(zhì)的熱力性質(zhì)，包括一般熱力學(xué)關(guān)系，理想氣體、水蒸汽、理想氣體混合物、濕空氣的熱力性質(zhì)的計(jì)算及圖表的應(yīng)用。3.熱力過(guò)程及熱力循環(huán)，包括典型熱力過(guò)程的分析以及氣體與蒸汽的流動(dòng)、氣體壓縮、蒸汽動(dòng)力循環(huán)、氣體動(dòng)力循環(huán)和制冷循環(huán)的分析計(jì)算?？荚嚪绞狡綍r(shí)成績(jī)：30％出勤，課堂參與，作業(yè)期末閉卷考試：70%考試時(shí)間：12.19上午：10:10-12:00第一章基本概念及定義1-1熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程1-2熱力系統(tǒng)1-3工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)1-4平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標(biāo)圖1-5工質(zhì)的狀態(tài)變化過(guò)程1-6過(guò)程功和熱量1-7熱力循環(huán)第一章要領(lǐng)小結(jié)熱能-機(jī)械能：通過(guò)工質(zhì)吸熱—膨脹作功—排熱熱力系統(tǒng)：閉口系、開(kāi)口系、絕熱系、孤立系狀態(tài)參數(shù)變化只與初終態(tài)相關(guān)，與路徑無(wú)關(guān)平衡狀態(tài)：平衡必穩(wěn)定，穩(wěn)定未必平衡，平衡未必均勻無(wú)任何耗散效應(yīng)的準(zhǔn)平衡過(guò)程是可逆過(guò)程功和熱量是過(guò)程量，只有在能量傳遞或轉(zhuǎn)換過(guò)程中才有功和熱量熱力系經(jīng)過(guò)一系列變化回到初態(tài)，這一系列變化過(guò)程稱(chēng)為熱力循環(huán)：可逆循環(huán)、正向循環(huán)、逆向循環(huán)做功和傳熱的異同：

1.通過(guò)邊界傳遞的能量；

1.功傳遞由壓力差推動(dòng)，比體積變化是作功標(biāo)志；

熱量傳遞由溫差推動(dòng)，比熵變化是傳熱的標(biāo)志；2.功是物系間通過(guò)宏觀運(yùn)動(dòng)發(fā)生相互作用傳遞的能量；熱是物系間通過(guò)雜亂的微粒運(yùn)動(dòng)發(fā)生相互作用而傳遞的能量。

2.過(guò)程量；

3.傳熱僅是熱能的傳遞過(guò)程，而做功過(guò)程一般伴隨能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化。4.功轉(zhuǎn)化為熱是無(wú)條件的，而熱轉(zhuǎn)化為功是有條件、有限度的。1234質(zhì)量熱量功量1

開(kāi)口系非孤立系＋相關(guān)外界＝孤立系1+2

閉口系1+2+3

絕熱閉口系1+2+3+4

孤立系例熱力系示例

1．剛性絕熱氣缸-活塞系統(tǒng)，B側(cè)設(shè)有電熱絲

紅線內(nèi)——閉口絕熱系黃線內(nèi)不包含電熱絲——閉口系黃線內(nèi)包含電熱絲——閉口絕熱系蘭線內(nèi)——孤立系判斷題1、系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定的熱力系一定是閉口系。2、孤立系一定是絕熱閉口系。3、絕熱閉口系一定是孤立系。XX√思考判斷題1、如果容器中氣體的壓力保持不變，那么壓力表的讀數(shù)一定也保持不變。2、作為工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的應(yīng)是絕對(duì)壓力，還是表壓力（或真空度）？注意：

只有絕對(duì)壓力

才是狀態(tài)參數(shù)。X3、爐膛處于“負(fù)壓”或“正壓”，說(shuō)明爐膛中的絕對(duì)壓力大于或小于零。X思考題1、溫度高的物體比溫度低的物體具有更多的熱量，這種說(shuō)法對(duì)嗎？3、溫度、壓力、體積、膨脹功、熱量中，哪些是狀態(tài)量，哪些是過(guò)程量？

X2、熱量是指儲(chǔ)存于物體內(nèi)部的熱能量。X狀態(tài)量：溫度、壓力、體積；過(guò)程量：膨脹功和熱量。判斷對(duì)錯(cuò)1、某過(guò)程可在p-v圖中用實(shí)線表示，則必為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程2、某過(guò)程可在p-v圖中用實(shí)線表示，則必為可逆過(guò)程。3、某過(guò)程如圖所示，則曲線下面積表示膨脹功。4、工質(zhì)經(jīng)歷一不可逆過(guò)程后不能回到原狀態(tài)。5、可逆過(guò)程肯定是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。6、如右圖所示，有pV.12.pv12..abX√XX√X選擇題：并簡(jiǎn)述選擇理由1、系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，。A.表壓力不變B.絕對(duì)壓力不變C.表壓力和絕對(duì)壓力都不變D.表壓力和絕對(duì)壓力都改變B2、不計(jì)恒力場(chǎng)作用，平衡態(tài)單相系統(tǒng)內(nèi)各點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)，如密度。A.在不斷變化B.必定是接近相等C.必定是均勻一致的D.不一定是均勻一致C選擇題：并簡(jiǎn)述選擇理由1、經(jīng)過(guò)一個(gè)不可逆循環(huán)，工質(zhì)不能恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，。A.這種說(shuō)法是錯(cuò)的B.這種說(shuō)法是正確的C.這種說(shuō)法在一定條件下是正確的D.無(wú)法判斷A2、有下列說(shuō)法，正確的是。A.孤立系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)不能發(fā)生變化B.系統(tǒng)在相同的初、終態(tài)之間的可逆過(guò)程中做功相同C.經(jīng)過(guò)一個(gè)不可逆過(guò)程后，工質(zhì)可以恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)D.質(zhì)量相同的物體A和B，因TA大于TB，所以物體A具有的熱量較物體B的多C第二章熱力學(xué)第一定律2–1熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)2-2熱力學(xué)能和總能2–5熱力學(xué)第一定律的基本能量方程式2–4焓2–6開(kāi)口系統(tǒng)能量方程式2-3能量的傳遞和轉(zhuǎn)化2–7能量方程式的應(yīng)用第二章熱力學(xué)第一定律的表述：熱可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。。。。熱力學(xué)能：內(nèi)動(dòng)能和內(nèi)位能；E=U+?mcf2+mgz做功和傳熱的2個(gè)相同點(diǎn)，4個(gè)不同點(diǎn)。推動(dòng)功Pv,流動(dòng)功P2v2-P1v1焓：隨著工質(zhì)的移動(dòng)而轉(zhuǎn)移的能量不等于熱力學(xué)能而等于焓（熱力學(xué)能U與推動(dòng)功pv之和）。熱力學(xué)第一定律解析式：可逆過(guò)程：Q=△U+熱一原則：進(jìn)入系統(tǒng)的能量總和–離開(kāi)系統(tǒng)的能量總和=熱力系總儲(chǔ)存能的增量思考題：熱力學(xué)能是熱量嗎？否，熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)，熱量是過(guò)程量1、熱力學(xué)第一定律用于。A.開(kāi)口系統(tǒng)、理想氣體、穩(wěn)定流體B.閉口系統(tǒng)、實(shí)際氣體、任意流體C.任意系統(tǒng)、任意工質(zhì)、任意過(guò)程D.任意系統(tǒng)、任意工質(zhì)、可逆過(guò)程C熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊?；一定量的熱消失時(shí)必定產(chǎn)生相應(yīng)量的功；消耗一定量的功時(shí)，必出現(xiàn)與之相應(yīng)量的熱。功和熱量都不是狀態(tài)參數(shù)，他們傳遞進(jìn)入系統(tǒng)后就變成系統(tǒng)的能量，與他們的“前身”是什么無(wú)關(guān)，所以推動(dòng)功進(jìn)入系統(tǒng)后就是系統(tǒng)具有的能量的一部分。1、功不是狀態(tài)參數(shù)，熱力學(xué)能與推動(dòng)功之和。A.不是狀態(tài)參數(shù)B.不是廣延量C.是狀態(tài)參數(shù)D.沒(méi)有意義C例：設(shè)有一定量氣體在氣缸內(nèi)由體積0.9m3可逆地膨脹到1.4m3

，過(guò)程中氣體壓力不變P=0.2MPa，過(guò)程中U增加了12000J，求（1）過(guò)程中氣體吸入或放出多少熱量？（2）活塞質(zhì)量20kg,初始時(shí)靜止，終態(tài)的速度，環(huán)境壓力P0=0.1MPa。pp0A解：Q=△U+W=△U+p(V2-V1)=12000J+0.2×106Pa×(1.4-0.9)m3=112kJ例：設(shè)有一定量氣體在氣缸內(nèi)由體積0.9m3可逆地膨脹到1.4m3

，過(guò)程中氣體壓力不變P=0.2MPa，過(guò)程中U增加了12000J，求（1）過(guò)程中氣體吸入或放出的多少熱量？（2）活塞質(zhì)量20kg,初始時(shí)靜止，終態(tài)的速度，環(huán)境壓力P0=0.1MPa。pp0A解:(2)Wr=p0△V=p0(V2-V1)Wu=W-Wr=p(V2-V1)-p0(V2-V1)Wu=△Ek=?mc2

c=70.71m/s如圖，氣缸內(nèi)充以空氣，活塞及負(fù)載195kg，缸壁充分導(dǎo)熱，取走100kg負(fù)載，待平衡后，求：（1）活塞上升的高度（2）氣體在過(guò)程中作的功，已知解：取缸內(nèi)氣體為熱力系—閉口系。首先計(jì)算狀態(tài)1及2的參數(shù)：分析：突然取走100kg負(fù)載，氣體失去平衡，振蕩后最終建立新的平衡。雖不計(jì)摩擦，但由于非準(zhǔn)靜態(tài)，故過(guò)程不可逆，但仍可應(yīng)用第一定律解析式。過(guò)程中質(zhì)量m不變?nèi)鐖D，氣缸內(nèi)充以空氣，活塞及負(fù)載195kg，缸壁充分導(dǎo)熱，取走100kg負(fù)載，待平衡后，求：（1）活塞上升的高度（2）氣體在過(guò)程中作的功，已知解:(2)由于m2=m1且T2=T1據(jù)

？不可逆外力注意：活塞及其上重物位能增加向上移動(dòng)了5cm，因此體系對(duì)外力作功第三章氣體和蒸氣的性質(zhì)3-1理想氣體的概念3-2理想氣體的比熱容3-3理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵3-4水蒸氣的飽和狀態(tài)和相圖3-5水的汽化過(guò)程和臨界點(diǎn)3-6水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)3-7水蒸氣表和圖理想氣體兩點(diǎn)基本假設(shè)：（1）分子為不占體積的彈性質(zhì)點(diǎn)，（2）除碰撞外分子間無(wú)作用力?？死慅埛匠蹋?.比熱容：Cm=Mc=0.0224141C′第三章氣體和蒸汽的性質(zhì)2.定容比熱容及定壓比熱容：第三章氣體和蒸汽的性質(zhì)3.理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵第三章氣體和蒸汽的性質(zhì)4.水蒸氣的p-v圖和T-s圖第三章氣體和蒸汽的性質(zhì)1.一點(diǎn)：一個(gè)臨界點(diǎn)。2.二線：飽和水線、飽和蒸汽線。3.三區(qū)：過(guò)冷水區(qū)、濕蒸汽區(qū)、過(guò)熱蒸汽區(qū)。4.五態(tài)：未飽和水、飽和水、濕蒸汽、干飽和蒸汽、過(guò)熱蒸汽。例1

已知氧氣瓶的容積，瓶?jī)?nèi)氧氣溫度為20℃，安裝在瓶上的壓力表指示的壓力為15Mpa，試求瓶?jī)?nèi)氧氣的質(zhì)量是多少？設(shè)大氣壓力為0.1×106Pa。解：氧氣注意：1、單位換算

2、表壓力與絕對(duì)壓力的關(guān)系。例