教案核技術，輪機工程教學基本進度說明1~23~45~67~89~1011~1213~1415~1617~1819~2021~2223~2425~2627~2829~3031~3233~3435~3637~3839~4041~42(2)；活塞式內燃機各種理想循環的熱力學比較43~4445~4647~4849~5051~5253~5455~5657~5859~6061~6263~64工程熱力學實驗實驗教材：沈維道，蔣志敏，童鈞耕合編.工程熱力學(第四版)北京：高等教育出版社，2001嚴家騄，余曉福著.水和水蒸汽熱力性質圖表.北京：高等教育出版社，1995曾丹苓，敖越，朱克雄等編.工程熱力學(第二版)北京：高等教育出版社，1986嚴家騄編著.工程熱力學(第二版).北京：高等教育出版社，1989朱明善，陳宏芳.熱力學分析.北京：高等教育出版社，19921緒論(課時1)為什么學習“工程熱力學”熱力學與專業培養目標的聯系，說明學習工程熱力學對本學科的重要性。能量的形式：電能))直接應用力學對于動力工程的重要性。三、工程熱力學的主要內容律；實際氣體性質簡介；氣體和蒸汽的流動；壓氣機的熱力過程；氣體動力循環；蒸汽動力裝置循環；制冷循環；理想氣體混合物及濕空氣；化學熱力學基礎。1.宏觀的研究方法(宏觀熱力學；經典熱力學)2.微觀的研究方法(微觀熱力學；統計熱力學)的基本觀點及研究成果。程熱力學強調到課率和作業的重要性。要求作業及時完成，不等不拖，說明考核方式。2熱力系統邊界熱力系統熱力系統邊界熱力系統邊界制冷空調燃氣輪機(課時2)一、基本要求1.掌握工程熱力學中的一些基本概念(熱力系，平衡態，準平衡過程，可逆過程)；2.掌握狀態參數的特征，基本狀態參數的定義和單位；3.掌握熱量和功量過程量的特征，正確理解并運用可逆過程的熱量、功量的計算。二、本章重點和難點1.必須正確理解一些重要的概念：平衡狀態，準平衡過程，可逆過程；2.區分狀態量和過程量的特征。(|蒸汽動力裝置|工質——實現熱能和機械能相互轉換的媒介物質(workingsubstance)；高溫熱源——工質從中吸取熱能的物質；低溫熱源——接受工質排出熱源的物質；總結熱能動力裝置的工作特點(體現工程熱力學的研究方法)或冷卻水媒介物質做功源傳遞，這種被人為分割出來作為熱力學分析對象的有限物質系統叫做熱力系統。汽輪汽輪機W1冷凝器2泵過熱器鍋爐3(閉口系統|開口系統(1)結合思考題1：閉口系與外界物物質交換，系統內質量保持恒定，那么系統內質量保持恒定的熱力系一定是閉口系統嗎(開口系中的質量是否就一定是變化的)？注意區分開口系與閉口系的主要因素為：區分是閉口系統還是開口系統的依據是有沒有質量跨越系統的邊界，而不是系統中質量的數量是否變化。(2)“絕熱”的概念：由于溫差而傳遞的能量(3)孤立系的取法與意圖，在此處闡明孤立系是一個理想化的概念。是為了研究問題 系統內部各子系統之間可以有各種相互作用，而孤立系統與外界之間則無任何.熱力系的選取系統與外界的分界面二、邊界(Boundary/Controlsurface系統與外界的分界面三、外界(Surrounding)流體流體分析打基礎。冷流體冷流體以換熱器和高壓鍋中的熱力傳遞為例，1.3工質的熱力學狀態及其基本狀態參數熱力學狀態的定義質狀態參數的性質4達到這一狀態的途徑無關。狀態參數的這一特性表現在數學上是點函數，其微j2dX=X-X=X21121強度量——壓力和溫度這兩個參數與系統質量的多少無關，稱為強度量；注：熱力學的廣延量用大寫字母表示，其比參數(單位質量的體積v、熱力學能u、焓熱熱冷在此處插入熱力學第零定律，使熱力學體系更加完善。溫度是物質微粒熱運動激烈程度的標志。溫度是利用溫度計來測量的。結合思考題，說明溫度計的測溫原理：(思考題5)溫標——溫度的數值表示法。5幾種類型的溫度計及其測量屬性溫度溫度計測溫屬性氣體溫度計壓力或體積液體溫度計體積電偶熱電動勢磁溫度計磁化率光學溫度計輻射強度00結合(思考題6)說明經驗溫標的缺點，引出熱力學溫標。攝氏溫度與熱力學溫度的關系ppbppepb0ppvppvpbp2.壓力的測量。通過測壓元件的圖例和工作情況說明壓力計所測得的壓力是工質的真實壓力(或稱絕對壓力)與環境介質壓力之差，叫做表壓力或真空度。(理解思考題4)；對6的歷史的學科，但其依然充滿活力，增加研究興趣說明：1不受外界影響是指與外界既沒有能量交換，也沒有物質交換，但重力場的影2始終保持不變，是指系統參數不隨時間變化；平衡包括3熱平衡，組成熱力系統的各部分之間沒有熱量的傳遞；4力平衡，各部分之間沒有相對位移，系統就處于力的平衡。5化學平衡，沒有化學反應6相平衡：沒有相的遷移。實現平衡狀態的充要條件：THTL銅棒力設備進行研究時應視之為穩定系統換熱器在設計工況下工作時各點狀態也不隨時間而變。說明：1.穩定狀態的特征，各狀態點或各點狀態的周期性變化規律不隨時間而變；2.各點狀態可能不同，即系統內部的狀態可能并不均勻。穩定狀態與平衡狀態是不同的概念既強調不隨時間而變，也強調不隨時間而變的條件，即在不受外界影響的條件下。7以例子說明如何區分平衡與穩定，平衡與均勻兩種概念。THL說明：由此例可見要注意區分穩定與平衡兩種不同的概念。穩定狀態時狀態參數雖不狀態，兩者有所區別，但又有聯系——平衡必穩定，穩定未必平衡。例1.4一剛性絕熱容器內充有水和水蒸氣混合物，他們的溫度和壓力分別相等，不隨時間而變化，試問汽水混合物是否已處于平衡狀態。說明：本例說明，處于熱力平衡狀態的系統內部各種參數未必都是均勻的，即均勻必平衡，平衡未必均勻。當然對于單相物質組成的系統，均勻必平衡，平衡也必均勻。判斷題：均勻必平衡，平衡也必均勻。等。例1.5試說明平衡狀態的特征及其實現的條件？強調：只有平衡狀態才能用狀態參數圖上的一點表示，不平衡狀態因系統各部分的物理量一般不相同，在坐標圖上無法表示。二、準平衡(靜態)過程1.準靜態過程準靜態過程。8l變化速度足夠慢)l變化速度足夠慢)足夠的時間恢復平衡(工質和外界之間的壓力 (extA)extA差為無限小，即：Ap=p-(|p+F)|)0 (extA)extA氣體工質和外界溫差為無限小，即AT=T-T)0或T)Textext實現準平衡過程條件歷的都是平衡狀態，因而可以用狀態參數程中的每個狀態，也可以用狀把該過程表示出來。這樣，我們就可以運用數學工具對系統的準靜態過程進行詳盡的2.工程實際說明pp3,v3,二、可逆過程和不可逆過程pp3,v3,統實現可逆過程的條件是什么)①可逆過程必須是準靜態過程，即必須在勢差足夠小、變化足夠慢的條件下進行。這②可逆過程中不存在任何耗散效應，如摩擦、擾動、電阻、永久變形等等，耗散效應程也可定義為：可逆過程是無耗散效應的準靜態過程。注意：對可逆過程定義的說明重申熱力學的研究方法。課后思考題1.判斷下列過程中那些是可逆的、不可逆的，可以是可逆的，并扼要說明不可逆的原因。(1)對剛性容器內的水加熱使其在恒溫下蒸發。(2)對剛性容器內的水做功使其在恒溫下蒸發。9(3)對剛性容器中的空氣緩慢加熱使其從50℃升溫到100℃。(4)定質量的空氣在無摩擦、不導熱的氣缸和活塞中被慢慢壓縮。(5)100℃的蒸汽流與25℃的水流絕熱混合。1.功的定義和單位式中：6W——微小功量(并非全微分)。1則比功為Ww=J/kgm單位時間內完成的功稱為功率，單位為W，p按照功的力學定義，工質推動活塞移動距離vdV——工質體積微元變化量。1程功的數值；1-21m2過程依相反方向2－1進行時，同樣可得22應用功量公式應注意以下幾點：1.功量正負號規定(一定重點強調)。由公式可知，也各不相同。5.此公式適用于任何工質。流動工質在準靜態過程中所做的膨脹功也可用此式計算。6.準靜態過程的膨脹功和壓縮功，可用系統內部的參數描述，無須考慮外界的情況，7.閉口系工質在膨脹過程中所作的功并不全部用來輸出作有用功，它一部分因摩擦而W=WWWur13.廣義功(簡介)1.定義：熱力學中把熱量定義為熱力系和外界之間僅僅由于溫度的不同而通過邊界分系不可能是絕熱系。對不對，為什么？*(此處重點闡述過程量的特點)從對功和熱量的定義可以看出，熱量和功都是能量傳遞過程就沒有功和熱量。說物系在某一狀態下有多少功或多少熱量，顯然是毫無意義的、2.準靜態過程中熱量的計算公式TT2s12說明：1.熱量正負號規定。體系吸熱，熱量為正；體系放熱，熱量為負。量的大小也各不相同。而且不能用Ts圖來表示該過程，對于不可逆過程得熱量必須用其它方法來計算。環。循環分類。正向循環也叫熱動力循p11abwnet2mnvT4cd3f循環凈功：w=2正向循環的經濟性用熱效率n來衡量。n=循環收益——循環凈功＝wnettt花費代價——工質吸熱量q1n愈大，即吸入同樣的熱量q時得到的循環功w愈多，它表明循環的經濟性愈好。t1netw熱泵系數(供熱系數)c'=q1wp11abwnet2mnvTc3e4dfs基本術語和基本概念：熱力系、平衡態、準靜態過程、可逆過程。態過程實現的條件。件。質、定義、單位；熱量和功量的特征以及可逆過程的熱量和功量的計算。微元過程注意問題有限過程12111熱力循環的分類及評價指標①正確識別各種不同形式能量的能力；②根據實際問題建立具體能量方程的能力；應用基本概念及能量方程進行分析計算的能力；注意焓的引出及其定義式。二、重點與難點(課時5、6)在國際單位制中，熱和功的單位皆為焦耳(J)；功率：單位時間內所做的功，用P表示，單位(SI)W，kW。工程制：馬力以互相轉化，但總量保持不變。和總能單位質量的熱力學能稱為比熱力學能(比內能，J/kg，kJ/kg。工質的內能包括：(平動1)工質的內動能無轉動和振動動能。22機械能2)分子內部的作用力(內部勢能，內位能)U=f(v,T)u=f(T,v)和u=f(p,T)。pk2系統中的總儲存能為：E=E+E+UkJ；kp2熱力熱力學能U是個廣延參數，具有可加性，而比熱力學能u=是強度參數，具有點函m3.系統的熱力學能變化是可以計算的。1、做功和傳熱WWECM2.推動功和流動功(1)推動功。圖示系統U(2)流動功。推動功差(pv)=pvpv2211v量，具有狀態參數所有的通性，對于這一點是毫無爭議的。H=U+pV()2、焓中有兩項：熱力學能——儲藏在工質內部的儲存能，不論是控制質量還是流動質量，工質內部所擁有的能量就是熱力學能，是一個狀態量；律基本表達式QW=E=U+E+ECMkp若工質的宏觀動能和位能的變化可忽略不計QWUQWU熱力學第一定律的第一解析式。U21對于閉口系統，功只能為容積功。狀態參數。一個過程只有一個熱量，一個過程也只有一個功。質：q=u+wpppp對閉口系統是普遍適用的，毫無例外。可適用于可逆過程，也可適用于不可逆過程。對工質的性質也沒有限制，無論是理想氣體，還是實際氣體，甚至液體都可適用。為了確定工質初態和終態內能的值，要求工質初態和終態是平衡狀態。有限過程中QW=U以上四式的應用適合靜止閉系的一切過程，包括可逆過程和不可逆過程成：1逆過程不可以這樣寫。注意：○1能量方程中的Q,W是代數值，在代入數值時要按約定正負號含義代入，U,E,E表示增量，若過程中它們減少應代入負值；kp穩定流動是指開口系統的控制容積中每一空間點其參數不隨時間而變化。穩定流動具有下列特點：(1)整個系統單位時間與外界交(2)進口參數和出口參數不變；(3)系統的邊界無脹縮；1,f1dV1,f11112基準面2i(4)單位時間流入的質量等于流出的質量。11)流入系統的能量：dE+pdV+6Q其中dE=dU+6mc2+6mgz1121112)流出系統的能量：dE+pdV+6W，其中dE=dU+6mc2+6mgz22i22222則根據熱力學第一定律的基本能量方程可得：進入能量—流出能量=變化量(對于穩定流動，變化量=0)則流入能量=流出能量1即6Q+dU+6mc2+6mgz+pdV=6W+dU+6mc2+6mgz+pdV(1)12f1111i22f2222則對(1)式加以整理，得出系統的吸熱量為：6Q=(U+pdV)(UpdV)+16m(c2c2)+6mg(zz)+6W(2)2221112f2f121i焓為流動工質所攜帶的能，工質要流動，則必攜帶內能u和流動功pv，所有的動力設備為了連續工作，需流動的工質，故焓的應用比內能廣泛。(2)式變為：6Q=dH+16m(c2c2)+6mg(zz)+6W(3)2f2f121i(3)式叫做穩定流動能量方程式。程：Q=H+1m(c2c2)+mg(zz)+W2f2f121i1kg工質流過開口系經過有限或微元過程時，則1q=h+c2+gz+w2fi16q=dh+dc2+gdz+6w2fi而膨脹功2fi1)(pv)進出口推動功之差，是維持流動所需要的功12)進出口動能之差c2；2f3)進出口位能之差gz4)w是工質對機器作的功。i工質在穩定流動過程中所作的膨脹功表現為一部分消耗于維持工質流動所需要的流動功所以說膨脹功是簡單可壓縮系熱變功的源泉。定義；技術功w=w+1(c2-c2)+g(z-z)ti21212利用(4)式，則w=q-u-(pv-pv)=w-(pv-pv)，即技術功還可表示為膨t22112211脹功減去進出系統的推動功之差。說明：在各種方式的能量傳遞過程中，只有在工質膨脹作功時，才可能實現熱能(無序能)變機械能(有序能)的轉化，而產生的機械能就等于膨脹功。機械能轉化為熱能的過程以熱能和機械能的可逆轉化總是和工質的膨脹和壓縮聯系在一起的。而穩定流動能量方程(3)式變為：q=h-h+w=h+w(5) 21tt此為，是用焓表示的第一定律解析式，也叫做熱力學第一定律的第二解析式。閉口系統能量方程態變化過程中轉化為機械能的部分為q-u。穩定流動能量方程式(3)和第一定律的第二解析式。都是從能量方程式直接推出，因此能普遍適用于可逆和不可逆過程，也普遍適用于各種工質。可逆過程的技術功的具體表達式：設工質由進口態變為出口態，其膨脹功為w因為w=w(pv-pv)t221111t2211111dc0b(7)由(7)式可見，若dp為負，即過程中工質的壓力是降低的，則技術功為正，此時工質ppppp技術功的微分形式t第一解析式和第二解析式之間可相互推導。量方程的一般表達式開口不穩定流動系統如圖流出的能量據能量守恒與轉化定律：流入能量-1,f1dV1,f11112基準面2i流出能量=內部能量的增量，設內部能量的增量用dE表示(controlvolume)，則上式cv說明：流入系統的能量，一部分變為系統儲存的能量，其它的變為焓差及動勢能差以joutiouticvm,inm,outicvm,inm,outthhhh例：分析一氣瓶接入主管道的充氣過程的能量方程。2)氣瓶是剛性的；3)氣瓶不是真空(開始u1，m1)分析：0交換的能量是比焓h，即質量流的能容量是h而不是u。充氣00022002200不是mh=mu。終態時系統的比焓為h=u+pv。2200222202例：汽缸的一端通過閥門與穩定氣源(p,v,T)相iii使活塞在等壓下緩慢地勻速上升，當活塞上升到終態221i22111121i22如圖所示是焦耳和湯姆遜采用的多孔塞實驗一個絕熱管子中用棉花之類的物品作成一個多孔塞，使氣力p，另一邊則維持較低的壓力p，氣體不斷地從2絕熱體p一邊經過多孔塞節流到p絕熱體2過程為絕熱節流過程。試說明流體在多孔塞實驗中從高壓到低壓的節流前后是一個總焓不變的過程，即H=H。12學會對于具體的熱力設備中的熱力過程進行簡化，得出可供分析的熱力方程。11wi2h1wih2221121hi2icci21q2221121c，h2c，h22112h22((內部儲存能—熱力學能|儲存能〈l外部儲存能熱力學能：1.分子熱運動形成的內動能；2.分子間的相互作用形成的內位能；3.維持一定分子結構的化學能，原子核內部的原子能及電磁場作用下的電磁能等。1.體積變化功W(膨脹功)：2.內部功W：工質在機器內部對機器所作的功i3.推動功和流動功：開口系因工質流動而傳遞的功稱為推動功。4.技術功W：技術上可資利用的功。t5.有用功和無用功CMkpQWUQWU12.穩定流動能量方程.3.一般開口系能量方程.it統吸熱時熱量取正值，放熱時取負值。另外，要注意公式中每一項量綱的統一。系能量方程。對于開口系，一般的熱力設備除了啟動、停止或般開口系的能量方程。變化時，系統對外做功為15kJ，求過程中系統與外界傳遞的熱量5.某燃氣輪機裝置，如圖所示，已知在各截面處的參數為p量的熱量，因此通常作為絕熱處理，穩定流動能量方程中的熱量項取為零。動能、位能變化很小，可以忽略。穩定流動中的動、位能差項均取為零。對于簡單可壓縮系，設備中若無活塞。轉軸這類做功部件，閉口系能量方程中的功項，其內部功均為零。習題課(隨課時安排)題1.絕熱真空剛性容器充入理想氣體后，容器內的氣體溫度比充氣前氣體溫度是高了、低了2.解釋開著冰箱門降溫的錯誤所在。求它的焓值。3.氣缸內儲有完全不可壓縮的流體，氣缸的一端被封閉，另一端是活塞。氣缸是靜止的，4v33’燃燒室壓氣機1葉輪412h=800kJ/kg，流速增大，進入動葉片，推動轉輪回轉做功。若燃氣在動葉片中的熱力狀3'態不變，最后離開燃氣輪機的速度c=100m/sf4(2)若燃氣的發熱值為q=43960kJ/kg，燃料的耗量為多少?B(3)噴管出口的流速？(4)燃氣輪機的功率為多少？(5)燃氣輪機裝置的總功率為多少？1.熟練掌握并正確應用理想氣體狀態方程式；2.正確理解理想氣體比熱容的概念；熟練掌握和正確應用定值比熱容、平均比熱容來計算過程熱量，以及計算理想氣體熱力學能、焓和熵的變化；在實際應用中，當氣體壓力不太高，溫度不太低時，實際氣體由于分子距離較大，分子間作用力削弱，則實際氣體可看作理想氣體。氣體的狀態方程由兩種方法得出：1)由高中物理中介紹的理論分析推導得到；2)另一種方法是由實驗得出的經驗方程，pv=RTgR稱為氣體常數，由于在同溫同壓下，同體積的各種氣體質量各不相同，因而R值gg隨氣體種類而異，各種氣體都有一定的R值。g即m00m0mg值為據空氣中各種成分的體積含量求出的。則空氣的氣體常數為：R===0.287kJ/kg?K=287J/kg?KgM28.97對于mkg氣體，式(3-2)兩邊都乘以m得，11柴油機，啟動后瓶中壓力降為p=4.6MPa，T=T=303K，問用去了多少kg空氣？221注意1、采用合適的公式(習慣于采用熱力學公式)可減少計算步驟，建議采用pV=mRT進行計算；g2、在此題中，體積雖然沒變，但質量已變，故不能認為是定容或定溫過程。讀數為3bar，罐中的溫度在充氣過程中由t=15℃升為t=75℃。試求充入的氣體量(大122、必須使用絕對溫度，而不能用攝氏溫度或華氏溫度；錯誤請改正。pV10001.0281、m=2、m=3、m=3、m===2658kg化，應采用公式pV=mRT；vdTdT(?TvdTdT(?T)本節的內容理論知識已學過很多，關鍵在于在工程中的應用。c：定容比熱c：c=vvvdT定壓比熱c：c=pppdT對于理想氣體c=(|du)|v(dT)vvpp(dT)pdTdTgpvgpvg此即為對理想氣體來說定壓比熱與定容比熱之間的關系(因為只有理想氣體v(dT)，p(dT)v(?T)，p(?T)v(dT)，p(dT)v(?T)，p(?T)vpvpgpvgc令p=k，稱為絕熱指數。cvvpvpRkRcc+RR對于理想氣體：c=g，c=g，而p=k=vg=1+g，可見k值非一vk_1pk_1cccvvv常數，它與c的值有關。而對于某一氣體來說c_c永為一常數。vpvv2pv2雙雙體5R7R體6R8R單原子氣體3R5RMcp原氣79v2p2工程上為了簡化計算，比熱可近似地當做定值，通常稱為定值比熱。據實驗發現，隨著溫度的升高，比熱也隨之升高，作出c與t的關系曲線，整理為c=f(t)c=f(t)所以在給出比熱的數值時，必須給出是那一個溫度下的比熱。pp21p21VV21V21kJ/kgkJ/kgpv7pMM28.975vMM28.97vpg對其它氣體也可按此計算。比熱m02m01注意：c100非100℃下的定壓比熱值，單個溫度無平均可言，是指0~100℃間的平pm0均定壓比熱值。而ct=ct-R(定容平均比熱的計算方法)。vm0pm0gp121則ct2=h,ct1=hmp02mp01這樣算焓，隱含了規定0℃時h=0，即h=0，0℃v121mv0mv00℃比熱的直線關系12b其直接寫出了的值。例如：空氣的平均定壓比熱的直線關系式為：2pm122本節總結(理想氣體的比熱)定比熱理論；22341求得的是可靠的結果，以之做基準來計算其它兩種的誤差：2ppv2、據計算，按定比熱計算隨著溫度的升高，引起的誤差較大，即精確計算時不能按定比熱計算，對工程來說，定比熱在允許誤差范圍內；3、溫度變化大或小(0~1500℃)，按比熱直線關系計算，誤差都較小。(課時13、14)vvvtvvqpppptppa編u,編h的計算：bv1vvp容過程熱q，即任何一個過程熱力學能的變化量都和pv同樣溫度范圍的定容過程熱力學能變化相同。p21v相等，都等于定壓過程的過程熱q，即任何一個過程焓值vp的變化量都和同樣溫度范圍的定壓過程焓值變化相比熱計算：vm02vm0121t考研時易給出式子，要求寫明適用狀態的，例如：tvp一切過程都適用適用于可逆過程適用定比熱理想氣體可逆過程。例：體積V=3m3，壓力p=1bar，溫度t=20℃的空氣，經過一熱力過程，終態參1122水的內能增加，溫度升高，一般測功器允許水的溫度升高At=40℃，設發動機的功率為KK的溫度。本節介紹一個新的狀態參數——熵。理想氣體的熵變計算qcdTpdvvp g gdT–j2Rdp=clnT2dT–j2Rdp=clnT2–Rlnp2亭2=22ppgpgvTgvT211vT1gvvTgv211vT1gvvTgv11第一計算式11p11p2T1gppTgp1TpvTpv第二計算式第三計算式ln2gvpvvgvp=clnp+clnvvpv1此三個計算式要求能背上來。T1122前面得出的三個熵變計算式皆視比熱為定值，若要精確計算，將c,c之關系式代vp入即可，但是工程上不愿意進行積分計算。Vmm1pT1gp0pT0pTgp令jTcdT=0=0(T)，0是T的函數，預先把0~任意溫度T的積分值0算0pT出，列成表格，則0pT0pTgp21gp10pT0pTgp21gp1精確計算時，若已知工質的初終態壓力則可查表進行計算，反之，若求出0值，還可求3.4水蒸氣的飽和狀態和相圖飽和狀態。飽和溫度Ts和飽和壓力PS之間必存在單值性關系：p=f(ts)或t=f'(ps)在實際中的應用及體現。kgcccB液C氣TA——氣固相平衡(升華)曲線；TBB液C氣tptp固解)曲線；TC——氣液相平衡(汽化)曲線。Atptp點(課時15、16)pp熱pp熱p熱p熱p加熱1．未飽和水的定壓飽和階段末飽和水，具有p>p(t),t<t(p),t=t(p)ts1010sres10飽和p=p(t),飽和p=p(t),t=t(p)s1'1's1l2．飽和水的定壓汽化階段濕飽和蒸汽，簡稱濕蒸汽。濕蒸汽的相應參數加下標“x”例如h,u,sv，定壓汽xxx,x化階段結束時的飽和蒸汽又稱為干飽和蒸汽(簡稱飽和蒸汽)，比體積變為v"(鍋爐中氣鍋內的吸熱過程)。在定壓汽化過程中所需的熱量稱為汽化潛熱，用y表示。不同成分的濕蒸汽，通常用干度x加以區分。干度的定義表達式為10根據熱力學第一定律，有q=(uu)+p(vv)=hh1101110110lsup水蒸汽的定壓產生過程可分為三個階段，共經歷了五種不同的狀態，即末飽和水(壓縮水或過冷水)、飽和水、濕蒸汽、干飽和蒸汽及過熱蒸汽。每干克水轉變成過熱蒸汽所需的熱量為q=q+y+qx=v3．飽和蒸汽的定壓過熱階段過熱蒸汽。sm(一)水蒸汽p(一)水蒸汽p—v圖及T一s圖的結構水蒸汽p一v圖及T一s圖的結構，可以概括為：一個點(臨界點)；兩條線(AC和BC)；三個區(I、II及III)。水蒸汽的定壓產生過程可概括為：三個階段及五種狀態。(二)水的熱力性質與圖的結構數零點的規定，各種狀態下工質參數的計算。據v以及已經查得的飽和參數，先將濕蒸汽的干度x求出來x明確確定蒸汽狀態參數的獨立變量(一)飽和水及飽和蒸汽的熱力性質表飽和水及飽和蒸汽表(按溫度排列)的結構飽和水及飽和蒸汽表(按壓力排列)的結構如果知道濕蒸汽的干度x，可按下列公式確定濕蒸汽的狀態參數：x知道濕蒸汽的任意一個狀態參數，若以v為例，則可根x(v-v'|"'|l"-u'然后，再按上述公式求出濕蒸(二)未飽和水及過熱蒸汽的熱力性質表未飽和水及過熱蒸汽表的結構對于表中為列出得參數，一個利用插值法確定，但利用插值法時應注意，不能跨越界限線，若遇到此種情況應該選用更詳細的表。(一)定壓線群斜率： (?s)p掌握定壓線群在濕蒸汽區和過熱區的特點。(二)定溫線群 (?s)(?s) (?s)(?s)TT①知道壓力或溫度，只能確定該壓力或溫度下的飽和狀態。則為末飽和水；若給定的溫度高于飽和溫度，則為過熱蒸汽；若給定的溫度等于飽和溫度，則必需再給出一個獨立變量才能確定狀態。立變量(v，h，s等)，可根據壓力或溫度查出同然后再根據干度及飽和參數計算其它的狀態參通過此題掌握用焓熵圖確定水蒸氣的狀態參數。圖理想氣體任意兩個狀態參數確定后，氣體的狀態就確定了；PVPV等容過程加熱量計算式6q=cdT可適用于任何氣體。vp不管是理想氣體還是實際氣體,當其對真空作絕熱膨脹時,內能的變化U=0工質吸熱溫度一定升高，放熱溫度一定降低v請按定比熱計算熱力學能、焓、熵變化和過程的熱量。m3。閥門雖然關閉著，但有緩慢的泄漏，使得容器中的氣體可緩慢的泄漏，使得容器中的氣體可緩慢地流AB00器與高壓輸氣管(其中空氣壓力維持p，溫度維持T)相聯充氣，當程中保持容積中空氣溫度為T，需向冷卻水放出的熱量。01.熟練掌握理想氣體四種基本過程以及多變過程的初終態基本參數之間的關系；2.熟練掌握理想氣體四種基本過程以及多變過程的熱量、功量的計算二、重點與難點程的目的直觀地表示出功量的大小。而Ts圖能清楚地表示溫度的升高或降低和熱量的加入或放出及直觀地表示出熱量的3、分析狀態參數在過程中的變化規律，借助于過程方程并結合狀態方程式找出不同狀。t本章主要討論理想氣體的可逆過程。122可得出與絕熱過程完全一致的關系，只不過將k換成n。則有：nn假定多變過程有比熱，比熱為c，則如何求之呢？nTTnTnTTTnTnT1t則q=Au+w=c(T-T)+Rg(T-T)=n-kc(T-T)亭c=n-kcv21n-112n-1v21nn-1v具體到每一過程，只要n值一定，則比熱c就有一確定的值。多變指數n不同的各種多n變過程，表現出不同的特性。TⅡspv3、在壓-容圖或溫-熵圖上表示為002pTpT11,t,v21,t,v21(對于理想氣體、實際氣體都適用)，即定容過程工質不作出膨脹功，加給工質的熱量未轉變成機械能，而是全部用于增加工質的內能，故定容過程中內能增量等于加入的熱量。對于理想氣體q=Au=ct2(t-t)(僅適用于理想氣體)；vvt121w=-vApt1、過程特點：壓力不變ppTs=T；v (dT)v(?T)vcvpp1'Tpv=T；p(?T)pcp注意T-s圖上p,v等容線、定壓線的變化趨勢。1vT116、qw12120s20s2sp212121qhhAuwu-up212121對于理想氣體q=Ah=c2(t-t)(僅適ppm121用于理想氣體)；w=-vAp=0tTp02s102v1、過程特點：溫度不變svvv1v1w=-jvdp=-jpvdp=-RTlnp2(上面三式只適用于理想氣體，因為tpp1可逆 (T)可逆vcpvv此式僅適用于定比熱理想氣體的定熵(可逆絕熱)過。程k稱為絕熱指數。pp注意絕熱過程線與等溫線二者陡峭程度。Ts要看陡峭程度，就是看誰的偏微分的絕對值大： (?v)v (?v)vT微分為：kvk1pdvvkdp0pkp；TvvTTsTspvTs對于變比熱理想氣體絕熱計算可采用圖表法ss0s0Rln2pggRRpgg1RRpgg1定義Pref定義PrefT0RgpPrpPrplnPrlnPrln2ln2ln22pPrpPrp21pPrpPrp1111將Pre編制成表，則變比熱絕熱計算公式為Pr2p2，給出T,21pPrpPrp1111Prp1122t11可以由：TPr,u,h，再據Pr2p2PrT,u,h，再由wu,wh計算功。1111Prp2222t11例；空氣壓氣機進口壓力p1bar，t27℃和p100bar，壓縮過程為可逆絕熱，求產112生1kg壓縮空氣所需要消耗的功(包括進氣、排氣)理想氣體熱力過程綜合分析T正確地畫出多變過程在圖上的相對位置，是對(2)的吸熱過程。s(1)1<n<k，介于定熵和定溫線之間(確定大致位置)；過程特征：壓縮(2)n=0.92，0<n<1，介于等壓、定溫線之間；過程特征：吸熱(熵增)5.過程基本性質的判據若對一多變過程，已知其初、終態參數，求n及過程功，熱量等。11221122lnp+nlnv=lnp+nv1122n=2n=21例：絕熱的活塞汽缸裝置，用銷釘把活塞固定，汽缸內初始狀態為V=0.02m3，p=100bar，T=227℃的空氣。外界環境壓11bp=p=1bar時空氣終態溫度，膨脹功及熵差。1b例：一個絕熱容器被隔板分成相等的兩部分，左側有某一狀態的空氣p,T，右側為真空，抽去隔板，空氣絕熱膨脹，求空氣的熵變。Tp1p22s分析的目的。注意：1.在計算時，凡涉及到理想氣體的公式，如pv=RT等在計算蒸汽過程時都g2.至于熱力學第一定律和第二定律的基本方程以及參數定義式，如q=u+w，q=h+f+gz+w2i對蒸汽均適用。分析蒸汽熱力過程的一般步驟為：pppp(1)舉起負載活塞所作的功。(2)外界需加入的熱量。攪拌輪置于容器中，由外面的馬達帶動旋轉，直到水全變為飽和蒸汽。求：(1)完成此過程所需的功；(2)水蒸氣最終的壓力和溫度。2(1)可逆絕熱膨脹時蒸汽的終參數及汽輪機所作的功。(2)若蒸汽在汽輪機中為不可逆絕熱膨脹，引起的墑產為0.2kJ／(kg·K)，問汽輪機作的功為多少?00的膨脹功即可。。mVVV1三、分析下列過程的功量、熱量、熱力學能變化的正負s(通過熱力學第一定律在熱工分析中的作用及其局限性，引出熱力學第二定律)一、基本要求二、難點與重點重點：深刻領會熱力學第二定律的實質，認識能量不僅有“量”的多少，而且還有“質”的指導意義；牢固掌握熵的意義、計算和應用。難點：熱力學第二定律的實質；熵參數及過程判據。(課時21、22)第一定律——熱量和機械能相互轉換時在數量上的關系第二定律——過程進行的方向、條件和深度的方向性攪拌器、壓氣機)○2高溫物質向低溫物質的傳熱也是無條件地進行的(傳導、熱輻射)；○4擴散、混合、燃燒、電阻發熱等都是無條件的(不高溫熱源1高溫熱源1動力裝置低溫熱源w0wn來衡量，即：n=wnet=q-q12=1-q2(可逆和不可ttqqq收益逆皆適用)。(n=)。t代價注意，此處q,q我們用的是絕對值。n愈大，即吸入同樣的熱量q時得到的循環功w12t1net高溫熱源1制冷機2高溫熱源1制冷機2低溫熱源愈多。它表明循環的經濟性愈高。熱量由低溫物體傳向高溫物體低溫向高溫傳熱的非自發過程伴隨著一自發過程(功轉換為熱)作為補充條件。收益Qq制冷系數：e=net12收益Qqnet12效率n總小于1。t在這一表述中一定要注意限制條件，熱可以由低溫物體通過制冷或熱泵裝置傳遞到高溫物體，但這非自發的，在過程中是以消耗功或熱量為代價的。此種說法中“不留下其他任何變化”包括在發動機內部和在發動機以外的環境都不留可避免地有一部分要排給溫度更可以全部轉化為功，是否矛盾。ClausiusKelvin說法等效性的論證。Q1QEEQ22WR2E12apq1cq25656dcqqT11無論氣體是否是理想氣體，其都遵循此關系(其中2Ta1T1b卡諾循環及其熱效率公式的意義。dq2T2的難度。cs12○2兩個可逆定溫過程，兩個同類型的其他可逆過程(理想氣體時，多變指數相同)概括性卡諾循環的熱效率：n=q1-q2=1-q2=1-T2=ntqqTc11若不采用回熱，(借此說明回熱的意義)bc膨脹過程中要放出的熱量，而工質在da壓縮過程中要吸收的熱量，若與外界發生交換，則T總的吸熱量為：q=q+q，放熱量為q=q+q，1daab2bccd244用極限回熱和不采用回熱時的熱效率)。qTBBgaTaTTe2循環熱效率為Te2TlDTlDl2Cq面積gmnegtq面積ehgmneq面積gmnegtq面積ehgmne1定義式，必須掌握)tqTsT11平均吸熱溫度、平均放熱溫度引入的意義5.3卡諾定理11Q1AABWBWBBQ2AQ2AQ1低溫熱源T2低溫熱源T2利用卡諾循環與概括性卡諾循環的分析結論引出卡諾定理一：利用卡諾循環與概括性卡諾循環的分析結論引出卡諾定理一：證明(在這里要引導學生學會利用反證法證明基本熱力學定定理二(利用卡諾循環和概括性卡諾循環的分析結論引出)證明(證明時引導學生進一步認識可逆的概念)BQ1、在兩個熱源間工作的一切可逆循環，他們的熱效率都相同，與工質性質無關，只決定于熱源和冷源的外呢度，熱效率都可表示為：qqTtqTn=12=tqT12、溫度界限相同，但具有兩個以上熱源的可逆循環，其熱效率低于卡諾循環。條件下的可逆循環的熱效率。4卡諾定理指出了熱效率的極限值，這一極限值僅與熱源及冷源的溫度有關。由于T=0,T都不可能，因此熱機熱效率恒小于1。215提高熱效率的根本途徑在于提高熱源溫度T，降低冷源溫度T，以及盡可能減少不21-2i=11-2i=1-2亭2i=r26由于不花代價的低溫熱源的溫度為大氣環境溫度T，那么溫度為T的熱源放出的熱00T0T無論如何也不可能轉化為功。這就提示了熱變功的極限。利用可逆微卡諾循環的研究結果作得到代數式的回歸：2i2ip(課時23、24)bbadvTabcd亭1i+亭1i+2i=0TTTTrr引出熵參數的性質1T對于可逆循環有克勞修斯積分等式TrTcdsTrdqidqi6qT6qTTT1i11ir1r1r2TrTr此為用于判斷循環過程是否可逆的熱力學第二定律的數學表達式。TT1即編s=j26qrev)可逆過程1T利用熵為狀態參數的特點推導a21bss_s>j6q亭〈|(Tr)不可逆與熵的定義式ds=(6q)一起可歸并為：此為判斷熱力過程是否可逆或能否實現的判據。凡討論和分析不可逆過程和循環的特性問題，如過程進行的方向，不可逆過程的判定等，應由不等式出發，有關可逆過程和循環的問題，應由等式出發。解法一：由制冷系數判斷，由于同溫限的逆向循環中，逆向卡諾循環的制冷系數最大，cTrTrT傳熱溫度T的比值的積分小于或等于相應的熵變。r。T解法二：涉及到循環能否實現的問題，故可嘗試用克勞修斯積分判據來判斷：p,T基準點基準點(T)理想氣體的基準點為標準狀態，即：00基準點tp