工程热力学Engineering Thermodynamics大连理工大学 能源与动力学院因个人原因，第二周（因个人原因，第二周（9 9月月 1414日和日和1616日日) )的课程暂停，的课程暂停， 并顺延至第九周并顺延至第九周(11(11月月2 2日日 和和4 4日）完成。日）完成。 请各位同学相互转达。请各位同学相互转达。第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义1.1 1.1 热能和机械能相互转换的过程热能和机械能相互转换的过程一、热热能动动力装置（热热能机械能）定义义：从燃料燃烧烧中获获得热热能并利用热热能得到动动力的整套设备设备 。分类类第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义燃气动力装置蒸汽动力装置内燃机燃气轮机喷气动力装置燃煤发电机组1.1 1.1 热能和机械能相互转换的过程热能和机械能相互转换的过程一、热热能动动力装置（热热能机械能）第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义四冲程汽油机1.1 1.1 热能和机械能相互转换的过程热能和机械能相互转换的过程一、热热能动动力装置（热热能机械能）第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义四冲程柴油机1.1 1.1 热能和机械能相互转换的过程热能和机械能相互转换的过程一、热热能动动力装置（热热能机械能）第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义蒸汽动力装置1.1 1.1 热能和机械能相互转换的过程热能和机械能相互转换的过程一、热热能动动力装置（热热能机械能）第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义简简化的蒸汽动动力装置朗肯循环环（Rankine Cycle）T1T2Q1Q2W热力学原理图锅 炉汽轮机发电机给水泵凝汽器1234steam turbineboilerpumpcondenserelectric generator1.1 1.1 热能和机械能相互转换的过程热能和机械能相互转换的过程一、热热能动动力装置（热热能机械能）共同本质质：都是通过媒介物的 吸热热膨胀胀作功排热热来完成从燃料燃烧产生的热能 向机械能的转化。第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义1.1 1.1 热能和机械能相互转换的过程热能和机械能相互转换的过程二、工质质定义义：实现热实现热 能和机械能互相转转化的媒介物质质。如何选选取一种合适的工质质作为为媒介？特点第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义1、膨胀性2、流动性3、热容量4、稳定性、安全性5、对环境友好6、价廉、易大量获取物质三态中，气态是最合适的。如：水蒸汽 内燃机中的燃气制冷剂常用气态物质等1.1 1.1 热能和机械能相互转换的过程热能和机械能相互转换的过程三、热热源定义义：与工质进质进 行热热交换换的物质质系统统。第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义分类类按温度高低按温度变化高温热源（热源）低温热源（冷源）恒温热源变温热源第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义1.2 1.2 热力系统（热力系、系统）热力系统（热力系、系统）一、热热力系统统（热热力系、系统统、system）定义义：人为为分割出来的，作为热为热 力学研究对对象的有限物质质系统统。 外界（环环境，surrounding）定义义：与系统发统发 生质质量、能量交换换的物体 边边界（boundary）定义义：系统统与外界的分界线线（面）第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义System Boundary Surroundings 1.2 1.2 热力系统（热力系、系统）热力系统（热力系、系统）一、热热力系统统选择选择 的意义义 热热力系的确定是正确解决热热力学问题问题 的前提 没有明确热热力系而讨论讨论 能量转换转换 无意义义 热热力系选择选择 的不同，能量转换转换 情况也不同如何判断一个热热力系统统？第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义是否有热热量交换换 Q 是否有功量交换换 W 是否有质质量交换换 qm 1.2 1.2 热力系统（热力系、系统）热力系统（热力系、系统）一、热热力系统统（热热力系、系统统、system）分类类按系统与外界有无质量交换。 开口系（控制体积积）特点：通过边界与外界有质量交换 闭闭口系（控制质质量）特点：没有质量交换第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义1.2 1.2 热力系统（热力系、系统）热力系统（热力系、系统）一、热热力系统统（热热力系、系统统、system）还还有常见见的热热力系统统： 绝热绝热 系特点：与外界无热热量交换换 孤立系（控制质质量）特点：与外界既无能量交换换也无质质量交换换 简单简单 可压缩压缩 系统统特点：与外界可逆功交换换只有体积变积变 化功第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义Adiabatic SystemInsulationQ=01.2 1.2 热力系统（热力系、系统）热力系统（热力系、系统）二、热热力系边边界的特点边边界是可以人为为的第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义汽缸-活塞装置1.2 1.2 热力系统（热力系、系统）热力系统（热力系、系统）二、热热力系边边界的特点边边界是可以人为为的 真实实的假想的 固定的运动动的 封闭闭的开口的第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义边界边界外界外界进口进口出口出口1.2 1.2 热力系统（热力系、系统）热力系统（热力系、系统）二、热热力系边边界的特点边边界是可以人为为的 真实实的假想的 固定的运动动的 封闭闭的开口的第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义1.2 1.2 热力系统（热力系、系统）热力系统（热力系、系统）三、热热力系示例刚性绝热气缸-活塞系统，B侧设有电热丝第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义 红线红线 内闭闭口绝热绝热 系 黄线线内（不含电热丝电热丝 ）闭闭口系 黄线线内（含电热丝电热丝 ）闭闭口绝热绝热 系 蓝线蓝线 内孤立系1.2 1.2 热力系统（热力系、系统）热力系统（热力系、系统）四、总结总结第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义分类QWqm表述分析方法简单可压 缩系 体积体积 变化功变化功 闭口系 无质量交换控制质量法开口系 有质量交换控制体积法绝热系 无热量交换孤立系 无任何交换1.2 1.2 热力系统（热力系、系统）热力系统（热力系、系统）思考：1、闭闭口系与质质量不变变系的区别别；2、孤立系与绝热绝热 系的关系； 第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义qmQW A开口系 A+B闭闭口系 A+B+C闭闭口绝热绝热 系 A+B+C+D孤立系1.2 1.2 热力系统（热力系、系统）热力系统（热力系、系统）思考：开口系与绝热绝热 系的关系。分析：“绝热绝热 系”指的是与外界无热热量交换换的系统统。热热量是指过过程中系统统与外界间间以热热的方式交换换的能量，是过过程量，过过程一旦结结束就无所谓谓“热热量”。物质质并不“拥拥有”热热量。一个系统统能否绝热绝热 与其边边界是否对对物质质流开放无关。例如，一个绝热绝热 容器中有一个隔板将容器分为为相等体积积的两半，左右充以温度相同但压压强不同的同种气体（左侧压侧压 强略高），将隔板抽去，左侧侧气体将流入右侧侧（同时时也有少量反向扩扩散），以左侧侧（容器体积积的一半）为为系统统,右侧为环侧为环 境，那么二者间间不存在热热交换换，却存在因物质质流动产动产 生的内能交换换。很明显显，这这是一个开口系，但同时时是一个绝热绝热 系.所以：不论论系统统是开口系还还是闭闭口系，只要没有热热能越过边过边 界，就是绝热绝热系。第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义1.3 1.3 工质的热力学状态及其基本状态参数工质的热力学状态及其基本状态参数一、热热力学状态态（热热力状态态、状态态、state）定义义：工质质在热热力学变变化过过程中的某一瞬间间所呈现现的宏观观物理状况。平衡状态态（equilibrium state）：系统内部各处的宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为平衡状态。状态态参数（state properties）：用来描述工质质所处处平衡状态态的宏观观物理量。它们们反映了大量分子运动动的宏观观平均效果这这也是工程热热力学的研究方法宏观热观热 力学、经经典热热力学。第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义1.3 1.3 工质的热力学状态及其基本状态参数工质的热力学状态及其基本状态参数一、热热力学状态态（热热力状态态、状态态、state）对对于状态态参数1、只有平衡状态态才有统统一的状态态参数常用的状参有：p，T，V，U，H，S等，其中，p，T，V称为为基本状态态参数。强度量： p、T广延量： V、U 、H 、S2、状态态参数的特性：状态态的单值单值 函数只与状态态有关状态态一旦确定、状态态参数也就确定，反之亦然。第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义v、u 、h 、s1.3 1.3 工质的热力学状态及其基本状态参数工质的热力学状态及其基本状态参数一、热热力学状态态（热热力状态态、状态态、state）对对于状态态参数物理上与过过程无关数学书书状态态参数是点函数微分是全微分第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义yx1ab2c1.3 1.3 工质的热力学状态及其基本状态参数工质的热力学状态及其基本状态参数二、状态态相同的充分必要条件 系统统两个状态态相同的充要条件：所有的状态态参数对应对应 相等。 简单简单 可压缩压缩 系统统两个状态态相同的充要条件：两个独立的状态态参数对应对应 相等。第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义1.3 1.3 工质的热力学状态及其基本状态参数工质的热力学状态及其基本状态参数三、基本状态态参数1、比容（比体积积） 比容（比体积积） m3/kg 密度 kg/m3 二者的关系 二者相关，不互相独立第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义1.3 1.3 工质的热力学状态及其基本状态参数工质的热力学状态及其基本状态参数三、基本状态态参数2、温度 定义义：物体冷热热程度的标标志。微观观上，标标志物质质分子热热运动动的激烈程度 。 热热平衡：冷热热程度相同时时，两物体达到热热平衡。所以温度是热热平衡的判据。热热力学第零定律（the zeroth law of thermodynamic)若两个热热力系中的每一个都与第三个系统处统处 于热热平衡，那么它们们彼此也处处于热热平衡。第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义温度相等温度相等 热平衡热平衡 1.3 1.3 工质的热力学状态及其基本状态参数工质的热力学状态及其基本状态参数三、基本状态态参数2、温度 温标标温度的数值值表示方法。 温标标三要素 常见见的温标标第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义选定一种测温物质的性质选取基准点确定分度法经验经验 温标标依赖赖于测测温物质质的性质质热热力学温标标（K）摄摄氏温标标（C）华华氏温标标（F）1.3 1.3 工质的热力学状态及其基本状态参数工质的热力学状态及其基本状态参数三、基本状态态参数2、温度 热热力学温标标（K） 摄摄氏温标标（C） 华华氏温标标（F）第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定