1、工程熱力學工程熱力學是研究熱能與機械能相互是研究熱能與機械能相互轉換的一門學科。轉換的一門學科。工程熱力學工程熱力學能量轉換規律能量轉換規律工質的性質工質的性質做功過程做功過程能量轉換規律能量轉換規律第一定律第一定律第二定律第二定律第一類永動機不可能實現第一類永動機不可能實現第二類永動機不可能實現第二類永動機不可能實現能量轉換的方向性能量轉換的方向性能量轉換的守恒性能量轉換的守恒性理想氣體理想氣體實際氣體實際氣體分子本身不占體積分子本身不占體積分子之間沒有作用力分子之間沒有作用力理想氣體狀態方程理想氣體狀態方程TRpvg理想氣體熱力過程理想氣體熱力過程水蒸氣水蒸氣定容、定壓定容、定壓定溫、絕熱

2、定溫、絕熱多變多變彈性碰撞彈性碰撞壓氣機的熱力過程壓氣機的熱力過程 氣體動力循環氣體動力循環蒸汽動力循環蒸汽動力循環單級活塞式單級活塞式活塞式內燃機動力循環活塞式內燃機動力循環郎肯循環郎肯循環第一章第一章 復習復習課課 熱力系熱力系種類：種類：閉口系、開口系、絕熱系、閉口系、開口系、絕熱系、孤立系孤立系 熱力系的選取取決于研究目的和方法，熱力系的選取取決于研究目的和方法，具有具有隨意隨意性，選取不當將不便于分析。性，選取不當將不便于分析。 一旦取定系統，一旦取定系統，沿邊界沿邊界尋找相互作用。尋找相互作用。 有有 無無是否傳質是否傳質 開口系開口系 閉口系閉口系是否傳熱是否傳熱 非絕熱系非絕熱

3、系 絕熱系絕熱系是否傳功是否傳功 非絕功系非絕功系 絕功系絕功系是否傳熱、功、質是否傳熱、功、質 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系記憶、歸納：記憶、歸納： 熱力狀態狀態：某一瞬間系統所呈現的宏觀狀況狀態：某一瞬間系統所呈現的宏觀狀況平衡狀態：平衡狀態：在不受外界影響的條件下（重力場除外），在不受外界影響的條件下（重力場除外），如果系統的狀態參數不隨時間變化，則該如果系統的狀態參數不隨時間變化，則該系統處于平衡狀態。系統處于平衡狀態。辨別平衡與穩定辨別平衡與穩定穩定：宏觀性質穩定：宏觀性質/ /參數不隨時間變化參數不隨時間變化穩定，但存在不平衡勢差穩定，但存在不平衡勢差( (溫差溫差) )若去掉外

4、界影響（兩恒溫若去掉外界影響（兩恒溫熱源），則狀態變化熱源），則狀態變化穩定不一定平衡，但平衡一定穩定穩定不一定平衡，但平衡一定穩定辨別平衡與均勻辨別平衡與均勻平衡：時間上平衡：時間上均勻：空間上均勻：空間上平衡不一定均勻，但均勻一定平衡平衡不一定均勻，但均勻一定平衡對于單相，平衡態則一定是均勻的對于單相，平衡態則一定是均勻的定義：描述系統所處狀態的宏觀物理量定義：描述系統所處狀態的宏觀物理量基本狀態參數：可直接測量的參數，如：基本狀態參數：可直接測量的參數，如：P P, , v v, , T T導出狀態參數：不易測量，但可用公式計算得到導出狀態參數：不易測量，但可用公式計算得到的參數，如的參

5、數，如u u, , h h, , s s 狀態參數絕對壓力絕對壓力P P：氣體的真實壓力：氣體的真實壓力相對壓力（表壓力相對壓力（表壓力P Pg g、真空度、真空度P Pv v）：壓力計顯示的壓力）：壓力計顯示的壓力注意：只有絕對壓力才能代表工質的狀態參數注意：只有絕對壓力才能代表工質的狀態參數 ！狀態參數的特性狀態參數的特性 （1 1）狀態確定，則狀態參數也確定；反之亦然）狀態確定，則狀態參數也確定；反之亦然（2 2）積分特征：狀態參數在數學上為點函數、態函數）積分特征：狀態參數在數學上為點函數、態函數 0dz系統經歷一個循環后，狀態參數的變化量為零。系統經歷一個循環后，狀態參數的變化量為零

6、。z從一個狀態到另一個狀態從一個狀態到另一個狀態: 狀態參數的變化量只與初終狀態參數的變化量只與初終態有關，而與路徑無關；態有關，而與路徑無關；1 2ab P P，T T，v v，u u，h h，s s可逆過程：系統經歷某一過程后，若能使系統按原來路徑可逆過程：系統經歷某一過程后，若能使系統按原來路徑 逆行回到初始狀態，且不留下任何痕跡。逆行回到初始狀態，且不留下任何痕跡。 熱力過程熱力過程定義：在不平衡勢差的作用下，系統從一個狀態變化定義：在不平衡勢差的作用下，系統從一個狀態變化到另一個狀態所經歷的歷程。到另一個狀態所經歷的歷程。準靜態過程準靜態過程定義：熱力系經歷過程中的每一點都非常接近于

7、平衡狀態定義：熱力系經歷過程中的每一點都非常接近于平衡狀態條件：實際過程進行得足夠緩慢的極限情況條件：實際過程進行得足夠緩慢的極限情況可逆過程與準靜態過程的區別和聯系可逆過程與準靜態過程的區別和聯系可逆過程可逆過程一定是一定是準靜態過程準靜態過程準靜態過程準靜態過程不一定是不一定是可逆過程可逆過程可逆過程可逆過程準靜態過程準靜態過程無耗散無耗散可逆過程可逆過程完全理想，以后均用完全理想，以后均用可逆可逆過程過程的概念。的概念。準靜態過程準靜態過程很少用。很少用。判斷是否準靜態與可逆判斷是否準靜態與可逆帶活塞的氣缸中，水被緩慢加熱帶活塞的氣缸中，水被緩慢加熱緩慢加熱，每一時緩慢加熱，每一時刻水有

8、確定的溫度刻水有確定的溫度準靜態加熱準靜態加熱火與水有溫差火與水有溫差外不可逆外不可逆以以水水為系統為系統內可逆內可逆以以水活塞水活塞為系統為系統活塞與壁面無摩擦活塞與壁面無摩擦內可逆內可逆活塞與壁面有摩擦活塞與壁面有摩擦內不可逆內不可逆選擇題可逆過程一定是可逆過程一定是 A A 非平衡過程非平衡過程 B B 存在損耗的準靜態過程存在損耗的準靜態過程 C C 工質能回復到初態的過程工質能回復到初態的過程 D D 準靜態過程準靜態過程選擇題系統與外界發生能量傳遞時，功和熱量是系統與外界發生能量傳遞時，功和熱量是 A A 過程量過程量 B B 強度量強度量 C C 廣延量廣延量 D D 狀態參數狀

9、態參數 目的：實現連續的能量轉換。目的：實現連續的能量轉換。定義：熱力系統經過一系列變化回到初態，這一系列定義：熱力系統經過一系列變化回到初態，這一系列變化過程稱為熱力循環。變化過程稱為熱力循環。分類：分類：（1）按是否可逆分）按是否可逆分不可逆循環不可逆循環可逆循環（可逆循環（所有過程均可逆所有過程均可逆）（2）按能量轉換目的分）按能量轉換目的分逆循環（制冷）逆循環（制冷）正循環（動力）正循環（動力）正循環正循環凈效應：從高溫熱源吸熱，凈效應：從高溫熱源吸熱，對外作功對外作功正循環（正循環（QW）：順時針方向）：順時針方向pV21TS12逆循環逆循環凈效應：凈效應：消耗外功消耗外功，將低溫熱

10、源的熱量傳給高溫熱源，將低溫熱源的熱量傳給高溫熱源逆循環（逆循環（ W Q ） ：逆時針方向：逆時針方向pV21TS12選擇題在在p-vp-v圖上，任意一個正向循環圖上，任意一個正向循環 A A 壓縮功大于膨脹功壓縮功大于膨脹功 B B 壓縮功等于膨脹功壓縮功等于膨脹功 C C 膨脹功大于壓縮功膨脹功大于壓縮功 D D 壓縮功和膨脹功關系不定壓縮功和膨脹功關系不定第二章第二章 復習課復習課1、本質：本質：能量守恒與轉換定律能量守恒與轉換定律進入進入系統的系統的能量能量 - 離開離開系統的系統的能量能量 = 系統系統內部儲存能量內部儲存能量的的變化變化熱力學第一定律熱力學第一定律 W QdU閉口

11、系閉口系適用任何工質、任何過程適用任何工質、任何過程quw dqup v 任何工質，準靜態過程任何工質，準靜態過程閉口系方程解析式之一閉口系方程解析式之一1) 準靜態過程的容積變化功準靜態過程的容積變化功以汽缸中以汽缸中m kg工質為系統工質為系統: 活塞向右移動微元距離活塞向右移動微元距離dx， dx很小很小，近似認為近似認為 p 不變，可視為準靜態過程不變，可視為準靜態過程.dlpp0A系統對外界作的膨脹功為：系統對外界作的膨脹功為：= p A dlm kg： W =pdV w =pdv1 kg：( ) = pdV適用范圍：準靜態過程、可逆過程適用范圍：準靜態過程、可逆過程21WpdV21

12、wpdv W = F dl開口系開口系 Ws Q12u1z12121cu2z22221cp1v1p2v2dEdm1dm2圖中的開口系在圖中的開口系在 dt t 時間內時間內進行了一個微元過程：進行了一個微元過程： 有有 m1的微元工質流入進的微元工質流入進口截面口截面1，有有 m2的微元工的微元工質流出出口截面質流出出口截面2 系統從外界接受熱量系統從外界接受熱量 Q 系統對機器作內部功系統對機器作內部功 WiuWi表示工質在機器內部對機表示工質在機器內部對機器所作的功，而軸功器所作的功，而軸功Ws為為Wi的有用功部分，兩者的差為機的有用功部分，兩者的差為機器各部分的摩擦損失。器各部分的摩擦損

13、失。 Wi 進入系統的能量進入系統的能量 離開系統的能量離開系統的能量 控制容積系統儲存能量控制容積系統儲存能量的增加量的增加量QdVpdE111CVidEWdVpdEQdVpdE)()(222111iCVWdVpdEdVpdEdEQ)()(111222CVdEiWdVpdE222進入系統的進入系統的能量能量離開系統的離開系統的能量能量系統儲存能量的系統儲存能量的增加量增加量熱一熱一定律定律:穩定流動系穩定流動系iffCVWmgzchmgzchdEQ112112222222此式為開口系能量方程的一般表達式此式為開口系能量方程的一般表達式系統儲存能量系統儲存能量的增加量的增加量系統對外系統對外做

14、功量做功量系統吸系統吸熱量熱量進出口物質能量差進出口物質能量差1kg工質：工質：適用條件：適用條件：穩定流動穩定流動任何工質任何工質流過開口系流過開口系1kg流體的穩定流動的能量方程：流體的穩定流動的能量方程：sfwzgchq221技術功技術功穩流能量方程中，后三項為工程上可直接利用的機械能穩流能量方程中，后三項為工程上可直接利用的機械能 穩流能量方程改寫為：穩流能量方程改寫為：定義為定義為技術功技術功：技術上可資利用的功。符號：技術上可資利用的功。符號：wt動能動能軸功軸功機械能機械能位能位能即：即：stwzgcw221iwzgchq221tqhw 穩定流動穩定流動任何工質任何工質準靜態準靜

15、態熱一律解析式之一熱一律解析式之一熱一律解析式之二熱一律解析式之二pdvduqvdpdhq 穩流能量方程穩流能量方程tqhw 穩定流動穩定流動任何工質任何工質quw 閉口系方程閉口系方程任何工質任何工質任何工質任何工質后續很多式子基于此兩式后續很多式子基于此兩式第二章第二章 小結小結wwt(pv)wsgz做功的源泉做功的源泉幾種功的關系：幾種功的關系：c2/2（容積變化功）（容積變化功）（動能）（動能）（軸功）（軸功）（位能）（位能）（推動功（推動功 ）（技術功）（技術功）fw由：由：ws()twpvw 四種功的關系四種功的關系 本章基本要求本章基本要求深刻理解深刻理解熱量熱量、功功的概念，深

16、刻理解的概念，深刻理解熱熱力學能力學能、焓焓的物理意義的物理意義理解理解膨脹（壓縮）功、內部功、技術功、膨脹（壓縮）功、內部功、技術功、流動功流動功的聯系與區別的聯系與區別第二章第二章 討論課討論課思考題思考題 工質膨脹是否一定對外作功？工質膨脹是否一定對外作功？向真空膨脹向真空膨脹定容過程是否一定不作功？定容過程是否一定不作功？開口系，技術功開口系，技術功定溫過程是否一定不傳熱？定溫過程是否一定不傳熱？相變過程（冰融化，水汽化）相變過程（冰融化，水汽化）twvdp水輪機水輪機選擇題選擇題1. 熱力學第一定律用于熱力學第一定律用于A 開口系統，理想氣體，穩定流動開口系統，理想氣體，穩定流動B

17、閉口系統，實際氣體，任意流動閉口系統，實際氣體，任意流動C 任意系統，任意工質，任意過程任意系統，任意工質，任意過程D 任意系統，任意工質，可逆過程任意系統，任意工質，可逆過程答案：答案：C C選擇題選擇題2. q=h+wt適用于適用于A 理想氣體，閉口系統，可逆過程理想氣體，閉口系統，可逆過程B 實際氣體，開口系統，可逆過程實際氣體，開口系統，可逆過程C 任意工質，閉口系統，任意過程任意工質，閉口系統，任意過程D 任意工質，開口系統，穩流過程任意工質，開口系統，穩流過程答案：答案：D D簡答題簡答題對任何系統，只要發生的是可逆過程，它與對任何系統，只要發生的是可逆過程，它與外界交換的功都可以

18、利用外界交換的功都可以利用 （ ） 來計算來計算閉口系閉口系 21pdv 開口系開口系 21vdp第三章小結第三章小結v熱力學第二定律的兩種表述：克勞修斯熱力學第二定律的兩種表述：克勞修斯表述、開爾文表述表述、開爾文表述 熱力學第二定律各種表述是從各個方面描述共同的熱力學第二定律各種表述是從各個方面描述共同的物理本質物理本質過程的方向性及自發過程的不可逆性過程的方向性及自發過程的不可逆性。v卡諾循環是由兩個可逆定溫過程和兩個卡諾循環是由兩個可逆定溫過程和兩個可逆絕熱過程組成的可逆循環。可逆絕熱過程組成的可逆循環。 卡諾循環的熱效率卡諾循環的熱效率。1212111TTQQQWnettcv卡諾定理

19、卡諾定理1.熵的定義熵的定義revQdSTrevqdsT比參數比參數 kJ/kgKds: 可逆過程可逆過程 qrev除以傳熱時的除以傳熱時的T所得的商所得的商 廣延量廣延量 kJ/K狀態參數狀態參數 熵熵熵的說明熵的說明1、熵是狀態參數、熵是狀態參數 3、熵的物理意義：熵體現了、熵的物理意義：熵體現了可逆過程可逆過程傳熱的大小與方向傳熱的大小與方向2、符號規定、符號規定系統吸熱時系統吸熱時為正為正 Q 0 dS 0系統放熱時系統放熱時為負為負 Q 0 dS 04、用途：判斷熱量方向、用途：判斷熱量方向 & 計算可逆過程的傳熱量計算可逆過程的傳熱量第三章小結第三章小結21rrTQSTQd

20、S用于過程用于過程 0rTQ用于循環用于循環0isoS用于孤立系統用于孤立系統v熱力學第二定律數學表達式熱力學第二定律數學表達式Tr為熱源溫度，在可逆過程中為工質溫度為熱源溫度，在可逆過程中為工質溫度 任何過程，熵只增不減任何過程，熵只增不減 工質經歷不可逆過程，熵一定變大工質經歷不可逆過程，熵一定變大v不可逆絕熱過程不可逆絕熱過程內部存在不可逆耗散效內部存在不可逆耗散效應是熵增大的唯一原因應是熵增大的唯一原因例. 一絕熱容器被隔板分為兩半，一半是一絕熱容器被隔板分為兩半，一半是真空，另一半理想氣體，若把隔板抽出，真空，另一半理想氣體，若把隔板抽出，氣體將進行自由膨脹，達到平衡后氣體將進行自由

21、膨脹，達到平衡后：（A）溫度不變，熵增加；）溫度不變，熵增加；（B）溫度升高，熵增加；）溫度升高，熵增加；（C）溫度降低，熵增加；）溫度降低，熵增加；（D）溫度不變，熵不變。）溫度不變，熵不變。 A 選擇題選擇題2.工質經絕熱不可逆過程后，其熵變S1-2A 大于0 B 等于0 C 小于0 D 不定D1.工質經不可逆過程后，其熵變S1-2A 大于0 B 等于0 C 小于0 D 不定A3.孤立系統經不可逆過程后，其熵變S1-2A 大于0 B 等于0 C 小于0 D 不定A 可逆與不可逆討論可逆與不可逆討論(例例1)可逆熱機可逆熱機2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJt30010.

22、852000 12isoTcycleT10015002000300SSSS t10.85 10085WQkJ第四章第四章 小結小結理想氣體：理想氣體：1. 分子之間沒有作用力分子之間沒有作用力 2. 分子本身不占容積分子本身不占容積實際氣體為實際氣體為真實氣體真實氣體，離液態近，工程計，離液態近，工程計算靠算靠圖表圖表第四章第四章 小結小結RTpVmolm:1nRTpVmoln:TRpvkgg:1TmRpVkgmg:理想氣體狀態方程理想氣體狀態方程理想氣體：理想氣體：vducdT邁耶方程邁耶方程第四章第四章 小結小結pdhcdT比熱容比比熱容比vpcc1gvRc1gpRcgvpRcc第四章第四

23、章 小結小結h、u 、s的計算要用的計算要用cv 和和 cppddhc Tvdduc Tpvdvdpdsccvppc dTdpRTpvc dTdvRTv第四章第四章 小結小結VVVVn21理想氣體混合物：理想氣體混合物：道爾頓分壓定律道爾頓分壓定律ppppn21選擇題1. 理想氣體的比熱容是理想氣體的比熱容是A 常數常數B 隨氣體種類不同而異，但對于某種理想隨氣體種類不同而異，但對于某種理想 氣體氣體而言，比熱容為常數而言，比熱容為常數C 隨氣體種類不同而異，但對于某種過程而言，隨氣體種類不同而異，但對于某種過程而言，比熱容為常數比熱容為常數D隨氣體種類不同而異，但對于某種理想氣體某隨氣體種類不同而異，但對于某種理想氣體某種過程而言，比熱容是溫度的函數種過程而言，比熱容是溫度的函數答案：答案：D選擇題2. 邁耶公式邁耶公式cp-cv=RgA 僅適用于理想氣體，定比熱容僅適