《热工学》
《热工学》
热工学 令第一篇工程热力学 ◆第二篇传热学
❖ 第一篇 工程热力学 ❖ 第二篇 传热学 热工学
第一篇工程热力学 今心☆心☆心 第蓆蓆第俤蓆第俤蓆第第蓆第 十九 七五 章章章章章章章章章章 制蔭 湿水热理理热基 冷忾汽体力趄功体 循和汽汽学忾气学概 环力蒸 第体体俤第念 循汽 的及 环 定倛其 流 律餛律 程物 返回
第一篇 工程热力学 ❖ 第 一 章 基 本 概 念 ❖ 第 二 章 热 力 学 第 一 定 律 ❖ 第 三 章 理 想 气 体 及 其 混 合 物 ❖ 第 四 章 理 想 气 体 的 热 力 过 程 ❖ 第 五 章 热 力 学 第 二 定 律 ❖ 第 六 章 水 蒸 气 ❖ 第 七 章 湿 空 气 ❖ 第 八 章 气 体 和 蒸 汽 的 流 动 ❖ 第 九 章 蒸 汽 动 力 循 环 ❖ 第 十 章 制 冷 循 环 返回
第一章基本概念 第一节热力系 定义 热力系:人为规定的热力学研究对象 外界:热力系以外,与热力系发生物质、能量交换的的物质系统。 边界:热力系和外界的分界面。热力系通过边界和外界进行功量、热量和物质的交换 边界可以是实际的容器壁面,也可以是假想的封闭曲面。可以是固定的,也可以是可移动或胀缩的 系统:界 返回
第一章 基本概念 返回 第一节 热力系 一、定义 热力系：人为规定的热力学研究对象。 外界：热力系以外，与热力系发生物质、能量交换的的物质系统。 边界：热力系和外界的分界面。热力系通过边界和外界进行功量、热量和物质的交换。 边界可以是实际的容器壁面，也可以是假想的封闭曲面。可以是固定的，也可以是可移动或胀缩的
第一章基本概念 二、分类 开口系:与外界有物质交换。 闭口系:与外界无物质交换。 绝热系:与外界无热量交换。 孤立系:与外界既无能量交换,有无物质交换 简单可压缩系:由可压缩流体构成,通过体积变化而实现热能转换 热源:是一种特殊的热力系,具有无限大热容量,即在从热源吸收或向热源放出有限热量时,热 源本身的温度不变,如大气和海洋等 按系统内部的状况不同,还可以将热力系分为:单元系、多元系、单相系(或称均匀系)、复 相系(或称非均匀系)等 第二节工质的状态及其状态参数 、热力学状态 1工质:用来实现能量相互转换的媒介物质。工程中常用的工质是可压缩的流体(水蒸汽、燃气, 空气等) 2热力学状态:热力系在某一瞬间呈现的宏观物理状态。 3状态参数:描述系统所处状态的宏观物理量。 描述热力系平衡状态时,可以用少量几个表征系统性质的称为状态参数的物理量来描述。例如 定质量的气体组成的系统,为了描述它,不必知道单个气体分子的信息(如速度或动量等), 而只要用如压力、容积、质量、温度等几个宏观变量即状态参数描述。所以系统的状态是用系统 的状态参数来表示,若这些状态参数有确定的值,那么系统状态就确定了。 返回
第一章 基本概念 返回 二、分类 开口系：与外界有物质交换。 闭口系：与外界无物质交换。 绝热系：与外界无热量交换。 孤立系：与外界既无能量交换，有无物质交换。 简单可压缩系：由可压缩流体构成，通过体积变化而实现热能转换。 热源：是一种特殊的热力系，具有无限大热容量，即在从热源吸收或向热源放出有限热量时，热 源本身的温度不变，如大气和海洋等。 按系统内部的状况不同，还可以将热力系分为：单元系、多元系、单相系（或称均匀系）、复 相系（或称非均匀系）等。 第二节工质的状态及其状态参数 一、热力学状态 1.工质：用来实现能量相互转换的媒介物质。工程中常用的工质是可压缩的流体（水蒸汽、燃气， 空气等）。 2.热力学状态：热力系在某一瞬间呈现的宏观物理状态。 3.状态参数：描述系统所处状态的宏观物理量。 描述热力系平衡状态时，可以用少量几个表征系统性质的称为状态参数的物理量来描述。例如 一定质量的气体组成的系统，为了描述它，不必知道单个气体分子的信息（如速度或动量等）， 而只要用如压力、容积、质量、温度等几个宏观变量即状态参数描述。所以系统的状态是用系统 的状态参数来表示，若这些状态参数有确定的值，那么系统状态就确定了
第一章基本概念 常用的有:温度T、容积∨、压力p、焓H、熵、内能U 特点:数值大小仅取决于给定的状态;参数变化量仅取决于初、终状态。 基本状态参数 状态参数中比容、压力、温度是可以由仪表直接测量得到的参数,称作基本状态参数。 1.比容(V,单位m3kg):单位质量工质所占有的体积 显然,比容和密度之间互为倒数。 2压力(p,单位Pa):单位面积上所承受的垂直作用力。根据分子运动论,气体的压力 是分子运动撞击在单位面积上呈现的平均作用力。 工程上常用的单位:兆帕(1Mpa=106Pa);巴(1bar=105Pa) 标准大气压(1atm=101325Pa)。 3温度:描述系统冷、热状况的状态参数,标志物体内部分子无序运动的剧烈程度。温度 的高低通常用温标来表示,常用的温标有 (1)热力学绝对温标(热力学温度或绝对温度): 开尔文在热力学第二定律的基础上,从理论上引入的与测温物质性质无关的温标。它可作 为标准温标,一切经验温标均可以用此温标来校正。它的符号为T,单位为K(称“开尔文”)。 (2)摄氏温标: 符号为t、单位C。1960年国际计量会议把水的三相点定为27316K,001℃。和热力 学温标的关系为 t(C)=T(K)-273.15 另外常用的温标还有华氏温标和朗肯温标。 热平衡定律(热力学第零定律):分别与第三个系统处于热平 返回
第一章 基本概念 返回 常用的有：温度T、容积V、压力p、焓H、熵、内能U。 特点：数值大小仅取决于给定的状态；参数变化量仅取决于初、终状态。 二、基本状态参数 状态参数中比容、压力、温度是可以由仪表直接测量得到的参数，称作基本状态参数。 1.比容（v，单位m3/kg）：单位质量工质所占有的体积。` 显然，比容和密度之间互为倒数。 2.压力（p，单位Pa）：单位面积上所承受的垂直作用力。根据分子运动论，气体的压力 是分子运动撞击在单位面积上呈现的平均作用力。 工程上常用的单位：兆帕（1Mpa=106Pa）；巴（1bar=105 Pa）； 标准大气压（1atm=101325Pa）。 3.温度：描述系统冷、热状况的状态参数，标志物体内部分子无序运动的剧烈程度。温度 的高低通常用温标来表示，常用的温标有： （1）热力学绝对温标（热力学温度或绝对温度）： 开尔文在热力学第二定律的基础上，从理论上引入的与测温物质性质无关的温标。它可作 为标准温标，一切经验温标均可以用此温标来校正。它的符号为T，单位为K(称“开尔文”)。 （2）摄氏温标： 符号为t、单位℃。1960年国际计量会议把水的三相点定为273.16K，0.01℃。和热力 学温标的关系为： t（℃）=T（K）－273.15 另外常用的温标还有华氏温标和朗肯温标。 热平衡定律（热力学第零定律）:分别与第三个系统处于热平
第一章基本概念 衡(相互之间没有热量传递)的两个系统,它们彼此也必定处于热平衡。处于热平衡状态的系 统温度必然具有相同的温度 三、平衡状态 实验表明,一个不受外界影响的系统,无论它的初始状态如何,经过充分长时间后,它必将 达到这样一种状态,系统的宏观 性质不随时间变化,即达到平衡状态。 1定义:没有外界作用的条件下,系统的宏观性质不随时间而变化的状态。 2实现条件:一切不平衡势差全部消失 对于一个状态可以自由变化的热力系,如果系统内以及系统与外界的一切不平衡势差均不存 在,则热力系一切可见的宏观变化将停止,这时热力系处于平衡状态 3特点:具有确定的状态参数。 第三节热力过程、准平衡过程与可逆过程 热力过程:热力系由一状态向另一状态变化时所经历全部状态的总和。 准平衡过程 1定义:在热力过程中,不平衡势差无限小,热力学所经历的一系列状态都无限接近于平衡状 态的热力过程 2实现条件:推动过程进行的势差无限小。 3特点:由于热力系经历的过程中每一状态均可称为平衡态,因而准平衡过程可在状态参数坐 标图中用连续曲线表示,称过程曲 返回
第一章 基本概念 返回 衡（相互之间没有热量传递）的两个系统，它们彼此也必定处于热平衡。处于热平衡状态的系 统温度必然具有相同的温度。 三、平衡状态 实验表明，一个不受外界影响的系统，无论它的初始状态如何，经过充分长时间后，它必将 达到这样一种状态，系统的宏观 性质不随时间变化，即达到平衡状态。 1.定义：没有外界作用的条件下，系统的宏观性质不随时间而变化的状态。 2.实现条件：一切不平衡势差全部消失。 对于一个状态可以自由变化的热力系，如果系统内以及系统与外界的一切不平衡势差均不存 在，则热力系一切可见的宏观变化将停止，这时热力系处于平衡状态。 3.特点：具有确定的状态参数。 第三节热力过程、准平衡过程与可逆过程 热力过程：热力系由一状态向另一状态变化时所经历全部状态的总和。 一、准平衡过程 1.定义：在热力过程中，不平衡势差无限小，热力学所经历的一系列状态都无限接近于平衡状 态的热力过程。 2.实现条件：推动过程进行的势差无限小。 3.特点：由于热力系经历的过程中每一状态均可称为平衡态，因而准平衡过程可在状态参数坐 标图中用连续曲线表示，称过程曲
第一章基本概念 线;准平衡过程是一种理想化的过程,是实际过程进行得足够缓慢的极限情况,一切实际过程只能 接近于准平衡过程,在工程实际设备中进行的过程常常可作为准平衡过程 二、可逆过程 1定义:系统经历一个过程之后,如果沿原来路径逆向进行,能使系统与外界同时恢复到初始状态而 不留下任何痕迹。 可逆过程与准平衡过程从定义上的一个重要区别就在于过程逆行,“没有遗留下任何变化”,例如功 热、状态等变化。 2实现条件:推动过程的势差无限小,而且不存在任何耗散现象。无耗散效应的准平衡过程就是可逆 过程。 所谓耗散指固体或液体的磨擦、电阻、非弹性形变、磁滞等现象起的效应,使能量耗散了,变为 热 可逆过程是热力学的抽象,实际过程是无法实现的,但人们可以无限的接近它。研究可逆过程的 目的,在于抓主要矛盾,反映本质。把可逆过程作为实际过程中能量转化效果的比较标准。在实际 热力学计算中,通常是把某一实际过程理想化为可逆过程计算,然后引入必要的经验修正。 第四节功与热量 可逆过程的功 用符号W表示,单位J或kJ。单位物质所做的体积变化功用W表示,单位JKg或kJ/Kg。 1定义 返回
第一章 基本概念 返回 线；准平衡过程是一种理想化的过程，是实际过程进行得足够缓慢的极限情况，一切实际过程只能 接近于准平衡过程，在工程实际设备中进行的过程常常可作为准平衡过程。 二、可逆过程 1.定义：系统经历一个过程之后，如果沿原来路径逆向进行，能使系统与外界同时恢复到初始状态而 不留下任何痕迹。 可逆过程与准平衡过程从定义上的一个重要区别就在于过程逆行,“没有遗留下任何变化”，例如功、 热、状态等变化。 2.实现条件：推动过程的势差无限小，而且不存在任何耗散现象。无耗散效应的准平衡过程就是可逆 过程。 所谓耗散指固体或液体的磨擦、电阻、非弹性形变、磁滞等现象起的效应，使能量耗散了，变为 热。 可逆过程是热力学的抽象，实际过程是无法实现的，但人们可以无限的接近它。研究可逆过程的 目的，在于抓主要矛盾，反映本质。把可逆过程作为实际过程中能量转化效果的比较标准。在实际 热力学计算中，通常是把某一实际过程理想化为可逆过程计算，然后引入必要的经验修正。 第四节功与热量 一、可逆过程的功 用符号W表示，单位J或kJ。单位物质所做的体积变化功用w表示，单位J/kg或kJ/kg。 1.定义
第一章基本概念 功:在力学中,功被定义为物体所受的力与该力方向上产生的位移的乘积;在热力学中,功是系 统与外界相互作用而传递的能量。当系统作功时,其对外界的作用可用在外界举起重物的单一效 果来代替。 体积变化功:可压缩系统通过体积的变化(膨胀或压缩)来和外界交换的功量。 规定:系统对外界做功,功量为正;外界对系统做功,功量为负。 功是传递过程中的一种能量形式。它是伴随着相互作用而产生的,不是系统所含有的能量, 所以我们不能说一个系统具有多少功 2.功的计算 单位工质: 可逆过程的比容变化功w的大小可以在p√图上用过程曲线下面的面积表示 返回
第一章 基本概念 返回 功：在力学中，功被定义为物体所受的力与该力方向上产生的位移的乘积；在热力学中，功是系 统与外界相互作用而传递的能量。当系统作功时，其对外界的作用可用在外界举起重物的单一效 果来代替。 体积变化功：可压缩系统通过体积的变化（膨胀或压缩）来和外界交换的功量。 规定：系统对外界做功，功量为正；外界对系统做功，功量为负。 功是传递过程中的一种能量形式。它是伴随着相互作用而产生的，不是系统所含有的能量， 所以我们不能说一个系统具有多少功。 2.功的计算 = 2 1 W pdV 单位工质： = 2 1 w pdv 可逆过程的比容变化功w的大小可以在p-v图上用过程曲线下面的面积表示
第一章基本概念 图111膨胀功 可逆过程的热 1.定义:系统与外界之间依靠温差传递的能量,用符号Q表示,单位J或k。单位物质所做的 体积变化功用q表示,单位J/kg或kJ/kg。 规定:系统吸收热量,热量为正;系统放出热量,热量为负 返回
第一章 基本概念 返回 二、可逆过程的热 1.定义：系统与外界之间依靠温差传递的能量，用符号Q表示，单位J或kJ。单位物质所做的 体积变化功用q表示，单位J/kg或kJ/kg。 规定：系统吸收热量，热量为正 ；系统放出热量，热量为负