朱明善清華大學(xué)工程熱力學(xué)課件全集

工程熱力學(xué)2021/6/271教材與參考書教材：《工程熱力學(xué)》朱明善等編參考書：《工程熱力學(xué)》（第二版）龐麓鳴等編

《工程熱力學(xué)》（第四版

）沈維道編2007年

《工程熱力學(xué)》嚴(yán)家騄編2007年2021/6/272緒論工程熱力學(xué)是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課工程熱力學(xué)

是一門研究熱能有效利用及

熱能和其它形式能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué)2021/6/273

主要內(nèi)容0-1熱能及其利用0-2熱能轉(zhuǎn)換裝置的工作過程0-3工程熱力學(xué)的研究對象及其主要內(nèi)容0-4熱力學(xué)的研究方法2021/6/2740-1熱能及其利用熱能電能機械能風(fēng)能水力能化學(xué)能核能地?zé)崮芴柲芤淮文茉?天然存在)二次能源光電轉(zhuǎn)換燃料電池光熱聚變裂變?nèi)紵囁啓C風(fēng)車熱機電動機發(fā)電機90%轉(zhuǎn)換直接利用供暖能源轉(zhuǎn)換利用的關(guān)系2021/6/275風(fēng)力發(fā)電2021/6/276水力發(fā)電2021/6/277火力發(fā)電2021/6/278江蘇田灣核電站2021/6/2792021/6/27100-2熱能轉(zhuǎn)換裝置的工作過程一、蒸汽動力裝置的工作原理

2021/6/27112021/6/2712火力發(fā)電裝置基本特點鍋爐汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器過熱器

1、熱源，冷源2、工質(zhì)（水，蒸汽）3、膨脹做功4、循環(huán)

(加壓、加熱、膨脹做功、放熱)2021/6/2713二、燃?xì)廨啓C裝置的工作原理

壓氣機—從大氣環(huán)境吸氣，并將其壓縮，使得其壓力和溫度得以提高。燃燒室—空氣和燃料在其中混合并燃燒，得到高溫高壓的燃?xì)?。渦輪機—高溫高壓的燃?xì)馔苿訙u輪機葉輪旋轉(zhuǎn)對外輸出機械功。工質(zhì)（空氣、燃?xì)猓┰谘b置內(nèi)周而復(fù)始地循環(huán)，進而實現(xiàn)將熱能轉(zhuǎn)換為機械能的任務(wù)。燃燒室2021/6/27142021/6/2715燃?xì)庋b置基本特點1、熱源，冷源2、工質(zhì)（燃?xì)猓?、膨脹做功4、循環(huán)

(加壓、加熱、膨脹做功、放熱)壓氣機燃?xì)廨啓C燃燒室空氣廢氣燃料2021/6/2716三、內(nèi)燃機的工作原理

進氣過程：進氣閥開，排氣閥關(guān)，活塞下行，將空氣吸入氣缸。壓縮過程：進、排氣門關(guān)，活塞上行壓縮空氣，使其溫度和壓力得以升高。燃燒過程：噴油嘴噴油，燃料燃燒，氣體壓力和溫度急劇升高（燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能）。膨脹過程：高溫高壓氣體推動活塞下行，曲軸向外輸出機械功。排氣過程：活塞接近下死點時，排氣門開，在壓差的作用下廢氣流出氣缸。隨后，活塞上行，將殘余氣體推出氣缸。重復(fù)上述過程，將熱能轉(zhuǎn)換為機械能。2021/6/2717內(nèi)燃機裝置空氣、油廢氣吸氣壓縮點火膨脹排氣2021/6/2718內(nèi)燃機裝置基本特點1、熱源，冷源2、工質(zhì)（燃?xì)猓?、膨脹做功4、循環(huán)

(加壓、加熱、膨脹做功、放熱)2021/6/2719四、蒸汽壓縮制冷裝置

壓氣機—吸入來自蒸發(fā)器的低壓蒸汽，將其壓縮(耗功)產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽。冷凝器—使氣體冷凝，得到常溫高壓的液體。節(jié)流閥—使液體降壓，產(chǎn)生低壓低溫的液體。蒸發(fā)器—工質(zhì)吸收冷藏庫內(nèi)的熱量，汽化為低壓氣體，使冷庫降溫。2021/6/2720制冷空調(diào)裝置基本特點1、熱源，冷源2、工質(zhì)（制冷劑）3、得到容積變化功4、循環(huán)

(加壓、放熱、膨脹、吸熱)2021/6/2721熱力裝置共同基本特點1、熱源，冷源

2、工質(zhì)

3、容積變化功

4、循環(huán)2021/6/27220-3工程熱力學(xué)的研究內(nèi)容

1、能量轉(zhuǎn)換的基本定律2、工質(zhì)的基本性質(zhì)與熱力過程3、熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備、工作原理

4、化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)2021/6/27231、宏觀方法：連續(xù)體，用宏觀物理量描述其狀態(tài)，其基本規(guī)律是無數(shù)經(jīng)驗的總結(jié)。特點：可靠，普遍，不能任意推廣經(jīng)典（宏觀）熱力學(xué)

0-4工程熱力學(xué)研究方法√2021/6/27242、微觀方法：從微觀粒子的運動及相互作用角度研究熱現(xiàn)象及規(guī)律特點：揭示本質(zhì)，模型近似微觀（統(tǒng)計）熱力學(xué)

工程熱力學(xué)研究方法2021/6/2725工程熱力學(xué)的學(xué)習(xí)方法

抓住主線理論聯(lián)系實際重視基本技能訓(xùn)練分析計算能力、實驗技能認(rèn)真完成作業(yè)2021/6/2726緒論完

2021/6/2727第一章基本概念1-1熱力系統(tǒng)1-2狀態(tài)平衡狀態(tài)1-3熱力狀態(tài)參數(shù)1-4狀態(tài)方程、狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖1-5

準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程1-6功和熱量1-7熱力循環(huán)2021/6/2728第一章基本概念

主要內(nèi)容1-1熱力系統(tǒng)1-2狀態(tài)平衡狀態(tài)1-3熱力狀態(tài)參數(shù)1-4狀態(tài)方程、狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖1-5準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程1-6功和熱量1-7熱力循環(huán)2021/6/27291-1熱力系統(tǒng)

一、系統(tǒng)、外界與邊界熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng))：人為地研究對象外界：系統(tǒng)以外的所有物質(zhì)邊界(界面)：系統(tǒng)與外界的分界面2021/6/2730邊界特性真實、虛構(gòu)固定、活動2021/6/2731封閉熱力系（閉口系）只與外界有能量交換而無物質(zhì)交換開口熱力系(開口系)

與外界既有能量交換又有物質(zhì)交換孤立系與外界既無能量交換又無物質(zhì)交換二、熱力系的分類以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：2021/6/2732

有無是否傳質(zhì)開口系閉口系是否傳熱非絕熱系絕熱系是否傳功非絕功系絕功系是否傳熱、功、質(zhì)非孤立系孤立系歸納：2021/6/27331234mQW1

開口系非孤立系＋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2021/6/2734熱力系統(tǒng)其它分類方式

其它分類方式物理化學(xué)性質(zhì)

均勻系

非均勻系工質(zhì)種類多元系單元系相態(tài)多相單相2021/6/2735簡單可壓縮系統(tǒng)最重要的系統(tǒng)

簡單可壓縮系統(tǒng)只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功容積變化功壓縮功膨脹功2021/6/27361-2狀態(tài)

平衡狀態(tài)一、狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況狀態(tài)參數(shù)：描述系統(tǒng)所處狀態(tài)的宏觀物理量。二、平衡狀態(tài)與非平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)：熱力系宏觀性質(zhì)不隨時間變化。非平衡狀態(tài)：熱力系宏觀性質(zhì)隨時間變化。三、平衡狀態(tài)的判據(jù)1、力平衡2、熱平衡3、相平衡4、化學(xué)平衡2021/6/27371-3熱力狀態(tài)參數(shù)一、定義：用于描述熱力系狀態(tài)的宏觀特性量。二、特點1、與狀態(tài)一一對應(yīng)，完全取決于狀態(tài)。2、狀態(tài)變化時，狀態(tài)參數(shù)只取決于初、終兩態(tài)，與變化路徑無關(guān)。三、分類1、強度參數(shù)：與質(zhì)量無關(guān)，且不可相加的狀態(tài)參數(shù)。如壓力P、溫度T、密度ρ、比焓h、比熵s、比容ν、比內(nèi)能u2、廣延參數(shù)：與質(zhì)量成正比且可以相加的狀態(tài)參數(shù)。如容積V、內(nèi)能U、熵S2021/6/2738四、基本狀態(tài)參數(shù)（一）壓力1、定義：單位面積上承受的垂直作用力。即該公式計算的是工質(zhì)的真正壓力，也稱絕對壓力。微觀上看：工質(zhì)的壓力是物質(zhì)微觀粒子對器壁撞擊的總效果。2、單位：1Pa=1N/m21kPa=1000Pa，1MPa=106Pa，1bar=105Pa1mmH2O=9.80665Pa，1mmHg=133.3Pa標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1atm=760mmHg=1.01325×105Pa工程大氣壓1at=1kgf/cm2=9.80665×104Pa2021/6/2739注意：只有絕對壓力p

才是狀態(tài)參數(shù)壓力p測量2021/6/2740絕對壓力與相對壓力當(dāng)p

>pb表壓力

pg當(dāng)p

<pb真空度pvpbpgppvp2021/6/2741（二）比容單位質(zhì)量的物質(zhì)所占的體積。2021/6/2742（三）溫度1、定義：溫度是物系間達(dá)到熱平衡的判據(jù)習(xí)慣上：物體冷熱程度的度量。熱力學(xué)第零定律:

如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。溫度測量的理論基礎(chǔ)B溫度計2021/6/2743溫度的熱力學(xué)定義

處于同一熱平衡狀態(tài)的各個熱力系，必定有某一宏觀特征彼此相同，用于描述此宏觀特征的物理量

溫度。

溫度是確定一個系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量2021/6/27442、溫標(biāo)：指溫度的標(biāo)度或溫度的定量表示法。熱力學(xué)溫標(biāo)（單位：開爾文，符號K），攝氏溫標(biāo)℃，華氏溫標(biāo)℉朗肯溫標(biāo)

R

熱力學(xué)溫標(biāo)T——不依賴于測溫物質(zhì)的性質(zhì)。

選用熱力學(xué)溫度，以水的三相點為基準(zhǔn)點，并規(guī)定它的溫度為273.16K，即每單位開爾文等于水三相點的1/273.16。2021/6/2745常用溫標(biāo)之間的關(guān)系絕對K攝氏℃

華氏F朗肯R100373.150.01273.160273.15-17.80-273.15212671.6737.8100032-459.670459.67491.67冰熔點水三相點鹽水熔點發(fā)燒水沸點559.672021/6/2746溫標(biāo)的換算2021/6/27471-4

狀態(tài)方程、狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖一、狀態(tài)方程

足夠的狀態(tài)參數(shù)就能確定一個狀態(tài),而一旦狀態(tài)確定,該狀態(tài)的所有狀態(tài)參數(shù)也就確定了。

熱力學(xué)的研究結(jié)果告訴我們,對于可壓縮純物質(zhì)只要兩個狀態(tài)參數(shù)就足夠了。那么從數(shù)學(xué)上就應(yīng)有:v=f(p,t)u=f(p,t)h=f(p,t)s=f(p,t)(設(shè)已知狀態(tài)參數(shù)為p,t)

以上這一系列方程都可稱為狀態(tài)方程,但在不作說明的情況下它通常指p,v,T組成的方程。2021/6/2748二、

狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖

兩個狀態(tài)參數(shù)可確定一個狀態(tài),那么就可以畫一些二維坐標(biāo)圖,其橫縱坐標(biāo)分別對應(yīng)一個狀態(tài)參數(shù),其上點即為狀態(tài)點。注:對非平衡態(tài)由于其各部分狀態(tài)參數(shù)不盡相同,故無法繪在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上。2021/6/27491-5準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程平衡狀態(tài)狀態(tài)不變化能量不能轉(zhuǎn)換非平衡狀態(tài)無法簡單描述熱力學(xué)引入準(zhǔn)靜態(tài)（準(zhǔn)平衡）過程2021/6/2750一、基本概念

1、過程

—熱力系由一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)所經(jīng)歷的全部狀態(tài)的集合。

2、非準(zhǔn)靜態(tài)過程

—系統(tǒng)經(jīng)歷一系列不平衡狀態(tài)的過程。

3、準(zhǔn)靜態(tài)過程

—系統(tǒng)經(jīng)歷一系列無限接近平衡狀態(tài)過程。

2021/6/2751準(zhǔn)靜態(tài)過程有實際意義嗎？既是平衡，又是變化既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進行熱功轉(zhuǎn)換疑問：理論上準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)無限緩慢，工程上怎樣處理？2021/6/2752準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程條件破壞平衡所需時間（外部作用時間）恢復(fù)平衡所需時間（馳豫時間）>>有足夠時間恢復(fù)新平衡

準(zhǔn)靜態(tài)過程2021/6/2753準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程應(yīng)用例：活塞式內(nèi)燃機2000轉(zhuǎn)/分曲柄2沖程/轉(zhuǎn)，0.15米/沖程活塞運動速度=2000

2

0.15/60=10m/s壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速）350m/s破壞平衡所需時間（外部作用時間）>>恢復(fù)平衡所需時間（馳豫時間）一般的工程過程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過程具體工程問題具體分析。2021/6/2754準(zhǔn)靜態(tài)過程的容積變化功pp外f初始：p

A

=p外

A

+fA如果

p外微小

可視為準(zhǔn)靜態(tài)過程dx以汽缸中mkg工質(zhì)為系統(tǒng)mkg工質(zhì)發(fā)生容積變化對外界作的功

W

=p

A

dx=pdV1kg工質(zhì)

w

=pdvdx很小，近似認(rèn)為p不變2021/6/2755準(zhǔn)靜態(tài)過程的容積變化功pp外2mkg工質(zhì)：

W=pdV1kg工質(zhì)：

w=pdv1注意：上式僅適用于準(zhǔn)靜態(tài)過程2021/6/2756示功圖(p-V圖)pV.12.pp外21mkg工質(zhì)：

W=pdV1kg工質(zhì)：

w=pdvW2021/6/2757準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功的說明pV.12.2）

p-V圖上用面積表示3）功的大小與路徑有關(guān)，

過程量4）統(tǒng)一規(guī)定：dV>0，膨脹對外作功（正）

dV<0，壓縮對內(nèi)作功（負(fù)）5）適于準(zhǔn)靜態(tài)下的任何工質(zhì)（一般為流體）6）外力無限制，功的表達(dá)式只是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)7）有無f，只影響系統(tǒng)功與外界功的大小差別1）單位為[kJ]

或[kJ/kg]Ww2021/6/2758摩擦損失的影響若有f存在，就存在損失pp外21系統(tǒng)對外作功W，外界得到的功W’<W若外界將得到的功W’再返還給系統(tǒng)，系統(tǒng)得到的功W’’<W’則外界、活塞、系統(tǒng)不能同時恢復(fù)原態(tài)。2021/6/2759摩擦損失的影響若f＝0pp外21系統(tǒng)對外作功W，外界得到的功W’＝W若外界將得到的功W’再返還給系統(tǒng)則外界、活塞、系統(tǒng)同時恢復(fù)原態(tài)。2021/6/2760二、可逆過程

系統(tǒng)經(jīng)歷某一過程后，如果能使系統(tǒng)與外界同時恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過程為可逆過程。注意可逆過程只是指可能性，并不是指必須要回到初態(tài)的過程。2021/6/2761可逆過程的實現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)過程+無耗散效應(yīng)=可逆過程無不平衡勢差通過摩擦使功變熱的效應(yīng)(摩阻，電阻，非彈性變性，磁阻等）

不平衡勢差

不可逆根源

耗散效應(yīng)

耗散效應(yīng)2021/6/2762常見的不可逆過程不等溫傳熱T1T2T1>T2Q節(jié)流過程

(閥門）p1p2p1>p22021/6/2763常見的不可逆過程混合過程?????????????????★★★★★★★★★★★★★★自由膨脹真空????????????2021/6/2764引入可逆過程的意義

準(zhǔn)靜態(tài)過程是實際過程的理想化過程，但并非最優(yōu)過程，可逆過程是最優(yōu)過程。

可逆過程的功與熱完全可用系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)表達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界的復(fù)雜關(guān)系，易分析。

實際過程不是可逆過程，但為了研究方便，先按理想情況（可逆過程）處理，用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆因素加以修正。2021/6/27651-6

功和熱量1、力學(xué)定義:力

在力方向上的位移2、熱力學(xué)定義I：當(dāng)熱力系與外界發(fā)生能量傳遞時，如果對外界的唯一效果可歸結(jié)為舉起重物，此即為熱力系對外作功。

熱力學(xué)定義II：功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，在力的推動下，通過有序運動方式傳遞的能量。一、功2021/6/27663、功的計算式①物理上為:W=Fx②若系統(tǒng)內(nèi)外力平衡2021/6/2767二、熱量

1、定義：熱量是熱力系與外界相互作用的另一種方式，在溫度的推動下，以微觀無序運動方式傳遞的能量。

2、熱量的表達(dá)式考慮：δW=pdV

式中：p為壓差是作功的驅(qū)動力,dV表示熱力系是否作功對于熱量Q：熱傳遞的驅(qū)動力是溫度T，若dS表示熱力系是否傳熱應(yīng)有:2021/6/2768熱量與容積變化功能量傳遞方式容積變化功傳熱量性質(zhì)過程量過程量推動力壓力p

溫度T標(biāo)志

dV,dv

dS

,ds公式條件準(zhǔn)靜態(tài)或可逆可逆2021/6/2769熵的定義比參數(shù)

[kJ/kg·K]ds:

可逆過程

qrev除以傳熱時的T所得的商

清華大學(xué)劉仙洲教授命名為“熵”廣延量

[kJ/K]2021/6/2770熵的說明1、熵是狀態(tài)參數(shù)

3、熵的物理意義：熵體現(xiàn)了可逆過程

傳熱的大小與方向2、符號規(guī)定系統(tǒng)吸熱時為正

Q>0dS>0系統(tǒng)放熱時為負(fù)

Q<0dS<04、用途：判斷熱量方向計算可逆過程的傳熱量2021/6/2771示功圖與示熱圖pVWTSQ

示功圖溫熵(示熱)圖2021/6/27721-7熱力循環(huán)要實現(xiàn)連續(xù)作功，必須構(gòu)成循環(huán)定義：

熱力系統(tǒng)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)。2021/6/2773循環(huán)和過程循環(huán)由過程構(gòu)成不可逆循環(huán)可逆過程不可逆循環(huán)可逆循環(huán)2021/6/2774正循環(huán)pVTS凈效應(yīng)：對外作功凈效應(yīng)：吸熱順時針方向2112動力循環(huán)2021/6/2775逆循環(huán)pVTS凈效應(yīng)：對內(nèi)作功凈效應(yīng)：放熱逆時針方向2112制冷循環(huán)2021/6/2776熱力循環(huán)的評價指標(biāo)正循環(huán)：凈效應(yīng)（對外作功，吸熱）WT1Q1Q2T2動力循環(huán)：熱效率2021/6/2777熱力循環(huán)的評價指標(biāo)逆循環(huán)：凈效應(yīng)（對內(nèi)作功，放熱）WT0Q1Q2T2制冷循環(huán)：制冷系數(shù)制熱循環(huán)：制熱系數(shù)2021/6/2778第一章小結(jié)基本概念：

熱力系

平衡態(tài)

準(zhǔn)靜態(tài)、可逆

過程量、狀態(tài)量、狀態(tài)參數(shù)

功量、熱量、熵

p-V圖、T-S圖

循環(huán)、評價指標(biāo)2021/6/2779第一章討論課

熱力系種類：閉口系、開口系、絕熱系、孤立系

熱力系的選取取決于研究目的和方法，具有隨意性，選取不當(dāng)將不便于分析。

一旦取定系統(tǒng)，沿邊界尋找相互作用。2021/6/2780例1：絕熱剛性容器向氣缸充氣試分別選取閉口系和開口系，畫出充氣前后邊界，標(biāo)明功和熱的方向。2021/6/2781(1)以容器內(nèi)原有氣體為系統(tǒng)閉口系功量：氣體對活塞作功WWQ熱量：氣體通過活塞從外界吸熱Q2021/6/2782(2)以容器內(nèi)殘留的氣體為系統(tǒng)閉口系功量：殘留氣體對放逸氣體作功W’W’Q’熱量：殘留氣體從放逸氣體吸熱Q’2021/6/2783(3)以放逸氣體為系統(tǒng)閉口系功量：W

+W’熱量：Q+Q’WQW’Q’2021/6/2784(4)以容器為系統(tǒng)開口系功量：W’熱量：Q’W’Q’2021/6/2785(5)以氣缸活塞為系統(tǒng)開口系功量：W+W’’熱量：Q+Q’’W’’Q’’WQ2021/6/2786思考題有人說，不可逆過程是無法恢復(fù)到初始狀態(tài)的過程，這種說法對嗎？不對。關(guān)鍵看是否引起外界變化?？赡孢^程指若系統(tǒng)回到初態(tài)，外界同時恢復(fù)到初態(tài)。可逆過程并不是指系統(tǒng)必須回到初態(tài)的過程。2021/6/2787可逆過程與準(zhǔn)靜態(tài)過程的區(qū)別和聯(lián)系可逆過程一定是準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程不一定是可逆過程可逆過程＝準(zhǔn)靜態(tài)過程＋無耗散可逆過程完全理想，以后均用可逆過程的概念。準(zhǔn)靜態(tài)過程很少用。2021/6/2788判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（1）以冰水混合物為熱力系90℃0℃緩慢加熱外部溫差傳熱準(zhǔn)靜態(tài)過程系統(tǒng)內(nèi)部等溫傳熱，無耗散內(nèi)可逆外不可逆2021/6/2789判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（2）蒸汽流經(jīng)減壓閥進入汽輪機典型的不可逆過程，因有漩渦，產(chǎn)生耗散是不是準(zhǔn)靜態(tài)，取決于開度2021/6/2790判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（3）帶活塞的氣缸中，水被緩慢加熱緩慢加熱，每一時刻水有確定的溫度準(zhǔn)靜態(tài)加熱火與水有溫差外不可逆以水為系統(tǒng)內(nèi)可逆以水＋活塞為系統(tǒng)活塞與壁面無摩擦內(nèi)可逆活塞與壁面有摩擦內(nèi)不可逆2021/6/2791判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（4）電或重物電或重物帶動攪拌器加熱容器中氣體電功熱機械功熱耗散是否準(zhǔn)靜態(tài)，看加熱快慢但不可逆2021/6/2792有用功氣缸中氣體膨脹對外作功，準(zhǔn)靜態(tài)過程氣體對外作功若不考慮摩擦，外界得到功但外界得到的有用功pbp2021/6/2793可逆過程與準(zhǔn)靜態(tài)過程的功加熱A腔中氣體，B被壓縮，B中理想氣體BA1）以B中氣體為系統(tǒng)絕熱，無摩擦緩慢壓縮準(zhǔn)靜態(tài)無摩擦可逆B中氣體（理想氣體，可逆，絕熱）B得到的功遵循2021/6/2794可逆過程與準(zhǔn)靜態(tài)過程的功加熱A腔中氣體，B被壓縮，B中理想氣體BA2）以A中氣體為系統(tǒng)絕熱，無摩擦緩慢加熱準(zhǔn)靜態(tài)無摩擦內(nèi)可逆3）以A腔為系統(tǒng)4）以A＋B腔為系統(tǒng)電功耗散為熱不可逆電功耗散為熱不可逆2021/6/2795自由膨脹過程剛性，絕熱真空?????????????????ABB中沒有氣體，不能取做系統(tǒng)以A中原有氣體為系統(tǒng)A中氣體非準(zhǔn)靜態(tài)A中氣體沒有作功沒有作功對象后進去的對先進去的氣體作功了嗎？2021/6/2796氣體混合過程剛性，絕熱，pA>>pB?????????????????AB非準(zhǔn)靜態(tài)過程，非可逆過程取A或B中氣體為系統(tǒng)可逆熱力學(xué)沒法計算相互有功的作用取A＋B氣體為系統(tǒng)，無功2021/6/2797靈活處理功的計算充氣球若準(zhǔn)靜態(tài)過程若取進入氣球的氣體為系統(tǒng)但pV的關(guān)系不知？若看外部效果，pb不變外界得到功pbV=氣體作功2021/6/2798第一章完2021/6/2799第二章熱力學(xué)第一定律

主要內(nèi)容2-1熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)2-2儲存能2-3閉口系統(tǒng)能量方程

2-4開口系統(tǒng)能量方程2-5穩(wěn)定流動能量方程2-6穩(wěn)定流動能量方程的應(yīng)用2021/6/27100

2-1熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)一、能量守恒與轉(zhuǎn)化定律

定義：能量既不能創(chuàng)造也不能被消滅。只能由一種形式向另一種形式轉(zhuǎn)化。在轉(zhuǎn)換中，能的總量不變。2021/6/27101

二、熱力學(xué)第一定律

1、內(nèi)容：當(dāng)熱能與其它形式的能量相互轉(zhuǎn)化時，能的總量保持不變。（在熱力系中，消耗等量的熱必產(chǎn)生等量的功。反之消耗等量的功必產(chǎn)生等量的熱。）

2、實質(zhì)：能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱力學(xué)中的應(yīng)用3、數(shù)學(xué)表達(dá)式

Q=W2021/6/27102閉口系循環(huán)的熱一律表達(dá)式要想得到功，必須花費熱能或其它能量熱一律又可表述為“第一類永動機是不可能制成的”2021/6/27103三、熱力學(xué)第一定律的解析式1、Q=W的不足

(1)只表明熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)意義，但未考慮熱力系的能量變化，無法應(yīng)用于工程計算。

(2)只體現(xiàn)了Q，W之間的量的關(guān)系，還不能區(qū)分二者之間質(zhì)的不同。

2、熱力學(xué)第一定律的解析式若考慮熱力系的能量變化，則有：輸入熱力系的能-輸出熱力系的能=熱力系內(nèi)部儲存能的變化量2021/6/271042-2

儲存能宏觀動能Ek=mc2/2宏觀位能Ep=mgz機械能一、從宏觀上看：宏觀能（外部儲存能）2021/6/27105二、從微觀上看：微觀能（內(nèi)部能）對于熱力系的內(nèi)部能，熱力學(xué)上稱之為內(nèi)能，用u表示它包括：①微觀動能：由分子熱運動之和構(gòu)成，由溫度T來反映②微觀位能：由分子間相互作用力引起，由比容v和溫度來反映所以：u=f(T,v)

內(nèi)能是狀態(tài)參數(shù)。

2021/6/27106三、系統(tǒng)的總儲存能（總能）總能：E=U+Ek+Ep比總能量：

e=u+ek+ep系統(tǒng)總能變化量可以寫為：2021/6/27107內(nèi)能的導(dǎo)出內(nèi)能的導(dǎo)出閉口系循環(huán)2021/6/27108內(nèi)能的導(dǎo)出對于循環(huán)1a2c1對于循環(huán)1b2c1狀態(tài)參數(shù)pV12abc2021/6/27109內(nèi)能及閉口系熱一律表達(dá)式定義dU=

Q

-

W

內(nèi)能U

狀態(tài)參數(shù)

Q=

dU

+

WQ=

U

+

W閉口系熱一律表達(dá)式?。?！兩種特例

絕功系

Q

=

dU

絕熱系

W=-

dU2021/6/27110內(nèi)能U的物理意義dU=

Q

-

W

W

Q

dU

代表某微元過程中系統(tǒng)通過邊界交換的微熱量與微功量兩者之差值，也即系統(tǒng)內(nèi)部能量的變化。

U代表儲存于系統(tǒng)內(nèi)部的能量

內(nèi)儲存能（內(nèi)能、熱力學(xué)能）2021/6/27111內(nèi)能的說明

內(nèi)能是狀態(tài)量U:

廣延參數(shù)[kJ]

u

:

比參數(shù)[kJ/kg]

內(nèi)能總以變化量出現(xiàn)，內(nèi)能零點人為定2021/6/27112熱一律的文字表達(dá)式熱一律:能量守恒與轉(zhuǎn)換定律=進入系統(tǒng)的能量離開系統(tǒng)的能量系統(tǒng)內(nèi)部儲存能量的變化-2021/6/271132-3閉口系統(tǒng)能量方程

W

Q一般式

Q

=dU

+

W

Q

=

U

+

W

q

=

du

+

w

q

=

u

+

w單位工質(zhì)適用條件：

1）任何工質(zhì)

2)任何過程2021/6/27114準(zhǔn)靜態(tài)和可逆閉口系能量方程簡單可壓縮系準(zhǔn)靜態(tài)過程

w=pdv簡單可壓縮系可逆過程

q=Tds

q

=

du

+

pdv

q

=

u

+

pdv熱一律解析式之一Tds=du+pdv

Tds=

u+pdv熱力學(xué)恒等式2021/6/27115門窗緊閉房間用電冰箱降溫以房間為系統(tǒng)

絕熱閉口系閉口系能量方程T電冰箱2021/6/27116門窗緊閉房間用空調(diào)降溫以房間為系統(tǒng)

閉口系閉口系能量方程T空調(diào)Q2021/6/271172-4開口系能量方程

Wnet

Q

min

moutuinuoutgzingzout能量守恒原則進入系統(tǒng)的能量

-離開系統(tǒng)的能量

=系統(tǒng)儲存能量的變化2021/6/27118推進功的引入

Wnet

Q

min

moutuinuoutgzingzout

Q

+

min(u

+

c2/2

+

gz)in-

mout(u

+

c2/2

+gz)out

-

Wnet

=

dEcv這個結(jié)果與實驗不符少了推進功2021/6/27119推進功的表達(dá)式推進功（流動功、推動功）pApVdl

W推=

p

A

dl

=

pV

w推=

pv注意：不是

pdv

v沒有變化2021/6/27120對推進功的說明1、與宏觀流動有關(guān)，流動停止，推進功不存在2、作用過程中，工質(zhì)僅發(fā)生位置變化，無狀態(tài)變化3、w推＝pv與所處狀態(tài)有關(guān)，是狀態(tài)量4、并非工質(zhì)本身的能量（動能、位能）變化引起，而由外界做出，流動工質(zhì)所攜帶的能量可理解為：由于工質(zhì)的進出，外界與系統(tǒng)之間所傳遞的一種機械功，表現(xiàn)為流動工質(zhì)進出系統(tǒng)使所攜帶和所傳遞的一種能量2021/6/27121開口系能量方程的推導(dǎo)

Wnet

Qpvin

moutuinuoutgzingzout

Q

+

min(u

+

c2/2

+

gz)in-

mout(u

+

c2/2

+gz)out

-

Wnet

=

dEcv

minpvout2021/6/27122開口系能量方程微分式

Q

+

min(u

+

pv+c2/2

+

gz)in-

Wnet

-

mout(u

+

pv+c2/2

+gz)out

=

dEcv工程上常用流率2021/6/27123開口系能量方程微分式當(dāng)有多條進出口：流動時，總一起存在2021/6/27124焓的引入定義：焓

h

=u

+

pvhh開口系能量方程2021/6/27125焓的說明

定義：h

=

u

+

pv[kJ/kg]

H

=

U

+

pV

[kJ]1、焓是狀態(tài)量2、H為廣延參數(shù)

H=U+pV=

m(u+pv)=mh

h為比參數(shù)3、對流動工質(zhì)，焓代表能量(內(nèi)能+推進功)

對靜止工質(zhì)，焓不代表能量4、物理意義：開口系中隨工質(zhì)流動而攜帶的、取決

于熱力狀態(tài)的能量。2021/6/271262-5

穩(wěn)定流動能量方程

Wnet

Q

min

moutuinuoutgzingzout穩(wěn)定流動條件1、2、3、軸功每截面狀態(tài)不變4、2021/6/27127穩(wěn)定流動能量方程的推導(dǎo)穩(wěn)定流動條件02021/6/27128穩(wěn)定流動能量方程的推導(dǎo)1kg工質(zhì)2021/6/27129穩(wěn)定流動能量方程適用條件：任何流動工質(zhì)任何穩(wěn)定流動過程2021/6/27130技術(shù)功動能工程技術(shù)上可以直接利用軸功機械能位能2021/6/27131單位質(zhì)量工質(zhì)的開口與閉口wsq穩(wěn)流開口系閉口系(1kg)容積變化功等價技術(shù)功2021/6/27132穩(wěn)流開口與閉口的能量方程容積變化功w技術(shù)功wt閉口穩(wěn)流開口等價軸功ws推進功

(pv)幾種功的關(guān)系？2021/6/27133幾種功的關(guān)系wwt△(pv)△c2/2wsg△z做功的根源ws2021/6/27134對功的小結(jié)2、開口系，系統(tǒng)與外界交換的功為軸功ws3、一般情況下忽略動、位能的變化1、閉口系，系統(tǒng)與外界交換的功為容積變化功wws

wt2021/6/27135準(zhǔn)靜態(tài)下的技術(shù)功準(zhǔn)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)熱一律解析式之一熱一律解析式之二2021/6/27136技術(shù)功在示功圖上的表示2021/6/27137機械能守恒對于流體流過管道，

壓力能

動能

位能機械能守恒柏努利方程2021/6/27138

2-6穩(wěn)定流動能量方程應(yīng)用舉例熱力學(xué)問題經(jīng)常可忽略動、位能變化例：c1=1

m/sc2=30

m/s

(c22-c12)/

2=0.449

kJ/kgz1=0mz2=30mg(z2-z1)=0.3kJ/kg1bar下,0

oC水的h1=84kJ/kg100oC水蒸氣的h2=2676kJ/kg2021/6/27139例1：透平機械火力發(fā)電核電飛機發(fā)動機輪船發(fā)動機移動電站燃?xì)廨啓C蒸汽輪機2021/6/27140透平機械1)

體積不大2）流量大3）保溫層q

0ws

=-△h

=

h1-

h2>0輸出的軸功是靠焓降轉(zhuǎn)變的2021/6/27141

q=Δh+wt

q=Δh+Δc2/2+gΔz+ws

現(xiàn)q=0;Δc=0;Δz=0

故ws=-Δh=h1-h22021/6/27142例2：壓縮機械火力發(fā)電核電飛機發(fā)動機輪船發(fā)動機移動電站壓氣機水泵制冷空調(diào)壓縮機2021/6/27143壓縮機械1)

體積不大2）流量大3）保溫層q

0ws

=-△h

=

h1-

h2<0輸入的軸功轉(zhuǎn)變?yōu)殪噬?021/6/27144泵與風(fēng)機

q=Δh+Δc2/2+gΔz+ws

現(xiàn)

q=0Δc=0Δz=0

故ws=-Δh=h2-h1（壓縮功）

2021/6/27145例3：換熱設(shè)備火力發(fā)電：鍋爐、凝汽器核電：熱交換器、凝汽器制冷空調(diào)蒸發(fā)器、冷凝器2021/6/27146換熱設(shè)備熱流體放熱量：沒有作功部件熱流體冷流體h1h2h1’h2’冷流體吸熱量：焓變2021/6/27147鍋爐

q=Δh+wt

現(xiàn)wt=0∴q=Δh=h2-h12021/6/27148例4：絕熱節(jié)流管道閥門制冷空調(diào)膨脹閥、毛細(xì)管2021/6/27149絕熱節(jié)流絕熱節(jié)流過程，前后h不變，但h不是處處相等h1h2沒有作功部件絕熱2021/6/27150例5：噴管和擴壓管火力發(fā)電蒸汽輪機靜葉核電飛機發(fā)動機輪船發(fā)動機移動電站壓氣機靜葉2021/6/27151噴管和擴壓管噴管目的：壓力降低，速度提高擴壓管目的：動能與焓變相互轉(zhuǎn)換速度降低，壓力升高動能參與轉(zhuǎn)換，不能忽略2021/6/27152第二章小結(jié)1、本質(zhì)：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律=進入系統(tǒng)的能量離開系統(tǒng)的能量系統(tǒng)內(nèi)部儲存能量的變化-2021/6/27153第二章小結(jié)通用式2、熱一律表達(dá)式：2021/6/27154第二章小結(jié)穩(wěn)流：dEcv/

=0通用式2021/6/27155第二章小結(jié)閉口系：

通用式2021/6/27156第二章小結(jié)

通用式循環(huán)dEcv

=0out

=in2021/6/27157第二章小結(jié)孤立系：

通用式

2021/6/27158第二章小結(jié)3、熱力學(xué)第一定律表達(dá)式和適用條件任何工質(zhì)，任何過程任何工質(zhì)，準(zhǔn)靜態(tài)過程任何工質(zhì)，任何穩(wěn)流過程或忽略動、位能變化2021/6/27159第二章小結(jié)4、準(zhǔn)靜態(tài)下兩個熱力學(xué)微分關(guān)系式

適合于閉口系統(tǒng)和穩(wěn)流開口系統(tǒng)后續(xù)很多式子基于此兩式2021/6/27160第二章小結(jié)5、u與h

U,H

廣延參數(shù)u,

h

比參數(shù)

U

系統(tǒng)本身具有的內(nèi)部能量H

不是系統(tǒng)本身具有的能量，開口系中隨工質(zhì)流動而攜帶的，取決于狀態(tài)參數(shù)的能量

2021/6/27161第二章小結(jié)6、四種功的關(guān)系

準(zhǔn)靜態(tài)下閉口系過程開口系過程2021/6/27162第二章作業(yè)2-152-162-182021/6/27163第二章完2021/6/27164第三章理想氣體的性質(zhì)與過程

主要內(nèi)容3-1理想氣體狀態(tài)方程

3-2熱容3-3理想氣體的內(nèi)能、焓和比熱容3-4理想氣體的熵3-5研究熱力過程的目的和方法3-6絕熱過程3-7基本熱力過程的綜合分析3-8活塞式壓氣機的過程分析2021/6/27165工程熱力學(xué)的兩大類工質(zhì)

1、理想氣體

可用簡單的式子描述

如汽車發(fā)動機和航空發(fā)動機以空氣為主的燃?xì)狻⒖照{(diào)中的濕空氣等2、實際氣體

不能用簡單的式子描述，真實工質(zhì)

火力發(fā)電的水和水蒸氣、制冷空調(diào)中制冷工質(zhì)等2021/6/27166一、理想氣體

1.氣體的分子是一些彈性的,不占體積的質(zhì)點

2.氣體分子之間沒有相互作用力二、研究理想氣體的意義

1.理論上引入它可簡化分析，簡化計算

2.工程上部分氣體按理想氣體處理與實際出入不大3-1理想氣體狀態(tài)方程2021/6/27167三、理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程:

pv=RT----又稱克拉貝龍方程其中：

p為絕對壓力Pav為比容m3/kgT為開氏溫度KR為氣體常數(shù)J/kg·k2021/6/27168四種形式的克拉貝龍方程：注意:

Rm

與R

摩爾容積Vm狀態(tài)方程統(tǒng)一單位2021/6/27169摩爾容積(Vm)阿伏伽德羅假說:

相同p

和T

下各理想氣體的摩爾容積Vm相同在標(biāo)準(zhǔn)狀況下Vm常用來表示數(shù)量2021/6/27170

Rm與R的區(qū)別Rm——通用氣體常數(shù)R——氣體常數(shù)M-----摩爾質(zhì)量例如與氣體種類無關(guān)與氣體種類有關(guān)2021/6/27171計算時注意事項

1、絕對壓力2、溫度單位

K3、統(tǒng)一單位（最好均用國際單位）2021/6/27172計算時注意事項實例V=1m3的容器有N2，溫度為20℃

，壓力表讀數(shù)1000mmHg，pb=1atm，求N2質(zhì)量。1）2）3）4）√2021/6/271731.

分子之間沒有作用力2.

分子本身不占容積

但是,當(dāng)實際氣體p

很小,V

很大,T不太低時,即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時,可視為理想氣體。

理想氣體模型現(xiàn)實中沒有理想氣體2021/6/27174

當(dāng)實際氣體p

很小,V

很大,T不太低時,即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時,可視為理想氣體。

哪些氣體可當(dāng)作理想氣體T>常溫，p<7MPa的雙原子分子理想氣體O2,N2,Air,CO,H2如汽車發(fā)動機和航空發(fā)動機以空氣為主的燃?xì)獾热臃肿樱℉2O,CO2)一般不能當(dāng)作理想氣體特殊可以，如空調(diào)的濕空氣，高溫?zé)煔獾腃O2

2021/6/271753-2

(比)熱容計算內(nèi)能,焓,熱量都要用到熱容定義:比熱容單位物量的物質(zhì)升高1K或1oC所需的熱量

其大小取決于:①工質(zhì)數(shù)量②加熱的過程③工質(zhì)性質(zhì)④工質(zhì)的狀態(tài)2021/6/27176

比熱容c:

質(zhì)量比熱容Cm:摩爾比熱容C’:

容積比熱容Cm=M·c=22.414C’2021/6/27177Ts(1)(2)1

K比熱容是過程量還是狀態(tài)量?c1c2用的最多的某些特定過程的比熱容定容比熱容定壓比熱容2021/6/27178定容比熱容cv任意準(zhǔn)靜態(tài)過程u是狀態(tài)量，設(shè)

定容2021/6/27179定壓比熱容cp任意準(zhǔn)靜態(tài)過程h是狀態(tài)量，設(shè)

定壓2021/6/27180cv和cp的說明1、

cv和cp

，過程已定,可當(dāng)作狀態(tài)量。2、前面的推導(dǎo)沒有用到理想氣體性質(zhì)3、

h、u

、s的計算要用cv和cp

。適用于任何氣體。cv物理意義：v時1kg工質(zhì)升高1K內(nèi)能的增加量cp物理意義：p時1kg工質(zhì)升高1K焓的增加量2021/6/271813-3理想氣體的u、h、s和熱容一、理想氣體的u

1843年焦耳實驗，對于理想氣體p

v

T不變

AB絕熱自由膨脹真空2021/6/27182理想氣體的內(nèi)能u理氣絕熱自由膨脹

p

v

T不變

2021/6/27183理想氣體內(nèi)能的物理解釋內(nèi)能＝內(nèi)動能＋內(nèi)位能T,v

理想氣體無分子間作用力，內(nèi)能只決定于內(nèi)動能?

如何求理想氣體的內(nèi)能uT理想氣體u只與T有關(guān)2021/6/27184理想氣體內(nèi)能的計算理想氣體，任何過程理想氣體

實際氣體2021/6/27185理想氣體的焓理想氣體實際氣體理想氣體h只與T有關(guān)理想氣體，任何過程2021/6/27186熵的定義:

可逆過程

理想氣體理想氣體的熵pv=RT僅可逆適用？T1p1v1s1T2p2v2s212理想氣體，任何過程2021/6/271871.由δq=du+pdv

代入

δq=Tds,du=cvdT,p=RT/v

有：兩邊同除T2021/6/271882.由δq=dh-vdp

代入δq=Tds,dh=cpdT,v=RT/p得兩邊同除T2021/6/271893.對于pv=RT

兩邊微分有

pdv+vdp=RdT

兩邊同除pv有根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pv=RT

得1/T=R/pv則：將上式代入熵的計算式：2021/6/27190合并同類項得：將邁耶公式cp=cv+R代入上式得到新的熵表達(dá)式2021/6/27191

結(jié)論：①Δs只取決于p、v、T中任何兩個，即只與狀態(tài)有關(guān)②工程上只關(guān)心Δs而很少涉及絕對熵的問題，故這里暫不提熵的零點問題③上面Δs的計算式雖然由可逆條件下導(dǎo)出，但它也可用于不可逆過程4.總結(jié)：根據(jù)以上推導(dǎo)得：2021/6/27192一般工質(zhì):

理想氣體：邁耶公式理想氣體的熱容令比熱比2021/6/271931、按定比熱

2、按真實比熱計算3-4理想氣體熱容、u、h和s的計算3、按平均比熱法計算理想氣體熱容的計算方法：h、u

、s的計算要用cv和cp2021/6/27194分子運動論1、按定比熱計算理想氣體熱容運動自由度單原子雙原子多原子Cv,m[kJ/kmol.K]Cp,m

[kJ/kmol.K]k1.671.41.292021/6/271952、按真實比熱計算理想氣體的熱容根據(jù)實驗結(jié)果整理理想氣體2021/6/271963、按平均比熱計算理想氣體的熱容t

t2

t1

c(cp,cv)

附表3，4，5，6

c=f(t)

攝氏℃求O2在100-500℃平均定壓熱容2021/6/271971.

2.

cv為真實比熱3.

cv為平均比熱理想氣體

u的計算4.

若為空氣，直接查附表2理想氣體，任何過程T1u1T2u2122021/6/271981.

2.

cp為真實比熱3.

cp為平均比熱理想氣體

h的計算4.

若為空氣，直接查附表2理想氣體，任何過程2021/6/271991、若定比熱理想氣體

s的計算理想氣體，任何過程2021/6/27200理想氣體

s的計算2、真實比熱取基準(zhǔn)溫度T0若為空氣，查附表2得2021/6/27201§3-5

研究熱力學(xué)過程的目的與方法目的提高熱力學(xué)過程的熱功轉(zhuǎn)換效率熱力學(xué)過程受外部條件影響

主要研究外部條件對熱功轉(zhuǎn)換的影響利用外部條件,合理安排過程，形成最佳循環(huán)對已確定的過程，進行熱力計算2021/6/27202研究熱力學(xué)過程的對象與方法對象1)參數(shù)(p,T,v,u,h,s

)變化2)能量轉(zhuǎn)換關(guān)系,

q

,w,wt方法抽象分類2)可逆過程(不可逆再修正)基本過程2021/6/27203研究熱力學(xué)過程的依據(jù)2)理想氣體3)可逆過程

1)熱一律穩(wěn)流2021/6/27204研究熱力學(xué)過程的步驟1)確定過程方程------該過程中參數(shù)變化關(guān)系5)計算w

,

wt,

q4)求3)用T-s

與p-v

圖表示2)根據(jù)已知參數(shù)及過程方程求未知參數(shù)2021/6/272051、過程方程v=constdv=02、狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式現(xiàn)v1=v2

則：一、定容過程2021/6/272063、曲線對于T-S圖1-2過程曲線，因為dv=0

，根據(jù)公式：得：即：1-2過程曲線斜率為T/cv2021/6/27207△u=cv△T△h=cp△T5.功與熱①閉口系dw=pdv=0q=Δu+pdv=Δu4.u，h，s變化量2021/6/27208②開口系2021/6/27209二、定壓過程現(xiàn)p1=p2

，

則：1、過程方程p=constdp=02、狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式2021/6/272103.曲線因此，如圖所示，定壓線斜率小于定容線斜率?，F(xiàn)dp=0故：比較定容與定壓過程，有>pvTs2021/6/272115.功與熱①開口系dwt=vdp=0q=Δh-vdp=Δh=cpΔT②閉口系4.u，h，s變化量△h=cp△T△u=cv△T2021/6/272123-6理想氣體的等熵過程(2)不僅,s處處相等

絕熱可逆s說明:(1)不能說絕熱過程就是等熵過程,

必須是可逆絕熱過程才是等熵過程。2021/6/27213三個條件:

(1)理想氣體(2)可逆過程(3)

k為常數(shù)理想氣體s

的過程方程當(dāng)理想氣體2021/6/272143.曲線顯然：代入pv=RT得：故在p~v圖上定熵線較定溫線陡。對于p-v圖因為ds=0

根據(jù)公式：得：由于定溫時：2021/6/272154.u，h，s變化量

u=cvΔTh=cpΔTΔS=02021/6/272165.功與熱①閉口系因pvk

為常數(shù)，所以：2021/6/27217同時，因pv=RT由式得：因為cv=R/(k-1)，所以這個式子也可以變?yōu)閣=cv(T1-T2)關(guān)于熱量q因為絕熱所以熱量為零2021/6/27218②開口系因pvk

為常數(shù)，所以：2021/6/27219同時，因pv=RT由式得：因為cp=kR/(k-1)，所以這個式子也可以變?yōu)閣t=cp(T1-T2)可見對于絕熱過程wt

是w

的k倍。關(guān)于熱量q因為絕熱所以熱量為零。2021/6/272203-7理想氣體熱力過程的綜合分析理想氣體的多變過程過程方程n是常量，每一過程有一n值nn=ks2021/6/27221理想氣體n

w,wt,q的計算多變過程比熱容2021/6/27222(1)

當(dāng)n=0

(2)

當(dāng)n=1多變過程與基本過程的關(guān)系(3)

當(dāng)n=k

(4)

當(dāng)n=

pTsvnpTsv基本過程是多變過程的特例2021/6/27223

基本過程的計算是我們的基礎(chǔ)，要非常清楚，非常熟悉?；疽螅耗脕砭蜁銋⒁姇媳?－4

公式匯總理想氣體基本過程的計算2021/6/27224斜率理想氣體過程的p-v,T-s圖上凸?下凹？sTvpppp2021/6/27225斜率理想氣體過程的p-v,T-s圖上凸?下凹？sTvpppvvv2021/6/27226斜率理想氣體過程的p-v,T-s圖上凸?下凹？sTvpppTvvTT2021/6/27227理想氣體過程的p-v,T-s圖sTvpppsvvTTss2021/6/27228理想氣體基本過程的p-v,T-s圖sTvpppvvTTss2021/6/27229u在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvpuT=

u>0

u>02021/6/27230h在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvphT=

u>0

u>0

h>0

h>02021/6/27231w在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>02021/6/27232wt在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0wt>0wt>02021/6/27233q在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0Tq>02021/6/27234u,h,w,wt,q在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0u,h↑(T↑)w↑(v↑)wt↑(p↓)q↑(s↑)q>02021/6/27235p-v,T-s圖練習(xí)（1）sTvp壓縮、升溫、放熱的過程，終態(tài)在哪個區(qū)域？2021/6/27236p-v,T-s圖練習(xí)（2）sTvp膨脹、降溫、放熱的過程，終態(tài)在哪個區(qū)域？2021/6/27237p-v,T-s圖練習(xí)（3）sTvp膨脹、升溫、吸熱的過程，終態(tài)在哪個區(qū)域？2021/6/272383-8活塞式壓氣機的壓縮過程分析壓氣機的作用生活中：自行車打氣。工業(yè)上：鍋爐鼓風(fēng)、出口引風(fēng)、煉鋼、燃?xì)廨啓C、制冷空調(diào)等等型式結(jié)構(gòu)活塞式(往復(fù)式)離心式，渦旋軸流式，螺桿連續(xù)流動壓力范圍通風(fēng)機鼓風(fēng)機壓縮機出口當(dāng)連續(xù)流動2021/6/27239理論壓氣功(可逆過程)指什么功目的：研究耗功，越少越好活塞式壓氣機的壓氣過程技術(shù)功wt2021/6/27240(1)、特別快，來不及換熱。(2)、特別慢，熱全散走。(3)、實際壓氣過程是

可能的壓氣過程sTn2021/6/27241

三種壓氣過程的參數(shù)關(guān)系2021/6/27242

三種壓氣過程功的計算最小重要啟示2021/6/27243兩級壓縮中間冷卻分析有一個最佳增壓比

省功2021/6/27244最佳增壓比的推導(dǎo)

省功2021/6/27245最佳增壓比的推導(dǎo)

省功欲求w分級最小值，可證明若m級最佳增壓比2021/6/27246分級壓縮的其它好處

潤滑油要求t<160~180℃,高壓壓氣機必須分級2021/6/27247分級壓縮的級數(shù)省功分級降低出口溫多級壓縮達(dá)到無窮多級(1)不可能實現(xiàn)(2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜(成本高)一般采用2~4

級壓縮T2021/6/27248壓氣機的設(shè)計計算需要壓氣機，想設(shè)計一臺已知：要求：配馬達(dá)功率，

出口溫度。？sn？根據(jù)經(jīng)驗，有無冷卻水套假定，理論功s2021/6/27249壓氣機的設(shè)計計算實際過程有摩擦機械效率經(jīng)驗值

70％2021/6/27250壓氣機的校核計算已有壓氣機，實測要求：壓氣機效率太低，則壓氣機報廢或修理2021/6/27251活塞式壓氣機的余隙影響避免活塞與進排氣閥碰撞，留有空隙余隙容積壓縮過程排氣，狀態(tài)未變殘留氣體膨脹進新氣，狀態(tài)未變2021/6/27252活塞式壓氣機的余隙影響活塞排量研究VC對耗功和產(chǎn)氣量的影響新氣量產(chǎn)氣量有效吸氣容積2021/6/27253余隙容積VC對理論壓氣功的影響設(shè)12和43兩過程n相同功＝面積12341＝面積12561－面積435642021/6/27254余隙容積VC對理論壓氣功的影響余隙對單位產(chǎn)氣量耗功不影響2021/6/27255余隙容積VC對產(chǎn)氣量的影響定義容積效率令余隙比工程上一般＝0.03~0.082021/6/27256余隙容積VC對產(chǎn)氣量的影響討論：（1）一定，c

（2）c

和n一定，極限2021/6/27257余隙影響例題已知：求（1）有余隙時的排氣量和耗功（2）無余隙時的排氣量和耗功解：（1）有效容積2021/6/27258例題(1)有余隙影響2021/6/27259余隙影響例題解：（2）無余隙時的排氣量和耗功2021/6/27260第三章小結(jié)1、什么樣的氣體是理想氣體？2、理想氣體狀態(tài)方程的正確使用3、理想氣體比熱、內(nèi)能、焓的的特點和計算4、理想氣體各種可逆過程的特性，參數(shù)變化，功，熱的計算。5、