機電工程基礎課件1第1-3章

工程熱力學基礎張曉亮裝備制造學院,主教樓A01-529，QQ179844735213731011003，xlzhanghebei@126.com研究內(nèi)容和對象1.熱力學基本定律，包括基本概念及定義、熱力學第一定律、熵與熱力學第二定律等。2.工質的熱力性質，包括一般熱力學關系，理想氣體、水蒸汽、理想氣體混合物、濕空氣的熱力性質的計算及圖表的應用。3.熱力過程及熱力循環(huán)，包括典型熱力過程的分析以及氣體與蒸汽的流動、氣體壓縮、蒸汽動力循環(huán)、氣體動力循環(huán)和制冷循環(huán)的分析計算?？荚嚪绞狡綍r成績：30％出勤，課堂參與，作業(yè)期末閉卷考試：70%考試時間：12.19上午：10:10-12:00第一章基本概念及定義1-1熱能和機械能相互轉換的過程1-2熱力系統(tǒng)1-3工質的熱力學狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)1-4平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標圖1-5工質的狀態(tài)變化過程1-6過程功和熱量1-7熱力循環(huán)第一章要領小結熱能-機械能：通過工質吸熱—膨脹作功—排熱熱力系統(tǒng)：閉口系、開口系、絕熱系、孤立系狀態(tài)參數(shù)變化只與初終態(tài)相關，與路徑無關平衡狀態(tài)：平衡必穩(wěn)定，穩(wěn)定未必平衡，平衡未必均勻無任何耗散效應的準平衡過程是可逆過程功和熱量是過程量，只有在能量傳遞或轉換過程中才有功和熱量熱力系經(jīng)過一系列變化回到初態(tài)，這一系列變化過程稱為熱力循環(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.通過邊界傳遞的能量；

1.功傳遞由壓力差推動，比體積變化是作功標志；

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

2.過程量；

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

開口系非孤立系＋相關外界＝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側設有電熱絲

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、作為工質狀態(tài)參數(shù)的應是絕對壓力，還是表壓力（或真空度）？注意：

只有絕對壓力

才是狀態(tài)參數(shù)。X3、爐膛處于“負壓”或“正壓”，說明爐膛中的絕對壓力大于或小于零。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，這種說法對嗎？3、溫度、壓力、體積、膨脹功、熱量中，哪些是狀態(tài)量，哪些是過程量？

X2、熱量是指儲存于物體內(nèi)部的熱能量。X狀態(tài)量：溫度、壓力、體積；過程量：膨脹功和熱量。判斷對錯1、某過程可在p-v圖中用實線表示，則必為準靜態(tài)過程2、某過程可在p-v圖中用實線表示，則必為可逆過程。3、某過程如圖所示，則曲線下面積表示膨脹功。4、工質經(jīng)歷一不可逆過程后不能回到原狀態(tài)。5、可逆過程肯定是準靜態(tài)過程。6、如右圖所示，有pV.12.pv12..abX√XX√X選擇題：并簡述選擇理由1、系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，。A.表壓力不變B.絕對壓力不變C.表壓力和絕對壓力都不變D.表壓力和絕對壓力都改變B2、不計恒力場作用，平衡態(tài)單相系統(tǒng)內(nèi)各點的狀態(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：并簡述選擇理由1、經(jīng)過一個不可逆循環(huán)，工質不能恢復原來狀態(tài)，。A.這種說法是錯的B.這種說法是正確的C.這種說法在一定條件下是正確的D.無法判斷A2、有下列說法，正確的是。A.孤立系統(tǒng)內(nèi)工質的狀態(tài)不能發(fā)生變化B.系統(tǒng)在相同的初、終態(tài)之間的可逆過程中做功相同C.經(jīng)過一個不可逆過程后，工質可以恢復到原來的狀態(tài)D.質量相同的物體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第二章熱力學第一定律2–1熱力學第一定律的實質2-2熱力學能和總能2–5熱力學第一定律的基本能量方程式2–4焓2–6開口系統(tǒng)能量方程式2-3能量的傳遞和轉化2–7能量方程式的應用第二章熱力學第一定律的表述：熱可以轉變?yōu)楣?。。。。熱力學能：內(nèi)動能和內(nèi)位能；E=U+?mcf2+mgz做功和傳熱的2個相同點，4個不同點。推動功Pv,流動功P2v2-P1v1焓：隨著工質的移動而轉移的能量不等于熱力學能而等于焓（熱力學能U與推動功pv之和）。熱力學第一定律解析式：可逆過程：Q=△U+熱一原則：進入系統(tǒng)的能量總和–離開系統(tǒng)的能量總和=熱力系總儲存能的增量思考題：熱力學能是熱量嗎？否，熱力學能是狀態(tài)參數(shù)，熱量是過程量1、熱力學第一定律用于。A.開口系統(tǒng)、理想氣體、穩(wěn)定流體B.閉口系統(tǒng)、實際氣體、任意流體C.任意系統(tǒng)、任意工質、任意過程D.任意系統(tǒng)、任意工質、可逆過程C熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊?；一定量的熱消失時必定產(chǎn)生相應量的功；消耗一定量的功時，必出現(xiàn)與之相應量的熱。功和熱量都不是狀態(tài)參數(shù)，他們傳遞進入系統(tǒng)后就變成系統(tǒng)的能量，與他們的“前身”是什么無關，所以推動功進入系統(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)，熱力學能與推動功之和。A.不是狀態(tài)參數(shù)B.不是廣延量C.是狀態(tài)參數(shù)D.沒有意義C例：設有一定量氣體在氣缸內(nèi)由體積0.9m3可逆地膨脹到1.4m3

，過程中氣體壓力不變P=0.2MPa，過程中U增加了12000J，求（1）過程中氣體吸入或放出多少熱量？（2）活塞質量20kg,初始時靜止，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

，過程中氣體壓力不變P=0.2MPa，過程中U增加了12000J，求（1）過程中氣體吸入或放出的多少熱量？（2）活塞質量20kg,初始時靜止，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，活塞及負載195kg，缸壁充分導熱，取走100kg負載，待平衡后，求：（1）活塞上升的高度（2）氣體在過程中作的功，已知解：取缸內(nèi)氣體為熱力系—閉口系。首先計算狀態(tài)1及2的參數(shù)：分析：突然取走100kg負載，氣體失去平衡，振蕩后最終建立新的平衡。雖不計摩擦，但由于非準靜態(tài)，故過程不可逆，但仍可應用第一定律解析式。過程中質量m不變?nèi)鐖D，氣缸內(nèi)充以空氣，活塞及負載195kg，缸壁充分導熱，取走100kg負載，待平衡后，求：（1）活塞上升的高度（2）氣體在過程中作的功，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了5cm，因此體系對外力作功第三章氣體和蒸氣的性質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水的汽化過程和臨界點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基本假設：（1）分子為不占體積的彈性質點，（2）除碰撞外分子間無作用力?？死慅埛匠蹋?.比熱容：Cm=Mc=0.0224141C′第三章氣體和蒸汽的性質2.定容比熱容及定壓比熱容：第三章氣體和蒸汽的性質3.理想氣體的熱力學能、焓和熵第三章氣體和蒸汽的性質4.水蒸氣的p-v圖和T-s圖第三章氣體和蒸汽的性質1.一點：一個臨界點。2.二線：飽和水線、飽和蒸汽線。3.三區(qū)：過冷水區(qū)、濕蒸汽區(qū)、過熱蒸汽區(qū)。4.五態(tài)：未飽和水、飽和水、濕蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽。例1

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

2、表壓力與絕對壓力的關系。例