工程热力学.ppt

工程热力学,第一章基本概念,第一章基本概念,本章基本要求,掌握工程热力学中一些基本术语和概念热力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。掌握状态参数的特征，基本状态参数p、v、T的定义和单位等。掌握热量和功量这些过程量的特征，并会用系统的状态参数对可逆过程的热量、功量进行计算。,热能动力装置从燃料燃烧中得到热能，并利用热能得到动力的设备。,热能动力装置分为两大类燃气动力装置（内燃机、燃气轮机）蒸汽动力装置（蒸汽轮机）,热能,机械能,,化学能,,1-1热能和机械能转换,内燃机（汽油机）,工作物质燃气,燃气热能,机械能,,燃料化学能,,,排入大气,燃烧、膨胀排气,吸气压缩,工作过程,能量转换,蒸汽动力装置,1－锅炉2－沸水管3－汽锅4－过热器5－汽轮机6－发电机7－冷凝器8－泵9－蓄水池,,9,燃料在锅炉中燃烧，加热沸水管内的水，使之变为蒸汽，并在过热器内过热，成为过热蒸汽，完成从化学能转变到热能的过程；高温高压（相对于环境）蒸汽膨胀推动汽轮机作功（机械能）；作功后的乏汽从汽轮机进入冷凝器，被冷却水冷凝成水，并由泵加压送入锅炉加热。,蒸汽动力装置工作过程,不同点构造和工作特性不同。相同点存在某一种媒介物质以获得能量；（如内燃机中混合气，蒸汽机中的水）存在能提供热能的能量源；余下的热能排向环境介质。,结论各种形式的热机都存在以下几个相同的热力过程吸热、膨胀作功和排热。,比较上述两种热机,名词定义,工质实现热能和机械能相互转化的媒介物质。热源（高温热源）工质从中吸取热能的物系。冷源（低温热源）接受工质排出热能的物系。,工质从高温热源吸热，将其中一部分转化为机械能而作功，并把余下部分传给低温热源。,热能动力装置的工作过程可概括成,热源,冷源,热机,,,,作功,吸热,放热,1系统与边界,1-2热力系统,热力系统（热力系）人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统,边界系统与外界之间的分界面,外界热力系统以外的部分,边界可以是实在的，也可以是假想的；可以是固定的，也可以是移动的,热力系统选取的人为性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,锅炉,汽轮机,,,,发电机,给水泵,凝汽器,,过热器,,只交换功,,,,只交换热,,,既交换功也交换热,,,,,,,1-2热力系统,边界特性,,,真实、虚构,,,固定、活动,,,,1-2热力系统,2热力系统分类,以系统与外界关系划分,有无是否传质开口系闭口系,是否传热非绝热系绝热系,是否传功非绝功系绝功系,是否传热、功、质非孤立系孤立系,,1-2热力系统,以空间为系统，进、出口边界均为假想边界，系统与外界有物质交换,以气缸内气体为系统，活塞表面上的边界是移动边界，系统与外界没有物质交换,1-2热力系统,热力系统其它分类方式,其它分类方式,,,物理化学性质,均匀系非均匀系,,,工质种类,多元系,单元系,相态,多相,单相,1-2热力系统,最重要的系统,简单可压缩系统,只交换热量和一种准静态的容积变化功,,容积变化功,,,压缩功膨胀功,1-2热力系统,定义用来实现能量相互转换的媒介物质,1-2热力系统,3工质,,,,,气体,,理想气体,实际气体,蒸气,1-3热力状态,状态某一瞬间热力系所呈现的宏观状况,状态参数描述热力系状态的物理量,一、状态参数,状态参数分类,强度参数无关如压力p、温度T,广延参数有关可加性如质量m、容积V、内能U、焓H、熵S,按与所含工质的量有关否分,,比参数,比容,比内能,比焓,比熵,单位/kg/kmol具有强度量的性质,1-3热力状态,强度量与广延量,速度,动能,高度,位能,内能,温度,（强）,（强）,（强）,（广）,（广）,（广）,1-3热力状态,基本状态参数,压力p、温度T、比容v,1-3热力状态,按是否直接或容易测量分,,非基本状态参数,内能U、焓H、熵S,状态参数的数学特征,状态确定，则状态参数也确定,,1,2,a,b,,,1-3热力状态,1、压力p物理中压强，单位Pa,N/m2,常用单位1bar105Pa1MPa106Pa1atm760mmHg1.013105Pa1mmHg133.3Pa1at735.6mmHg9.80665104Pa,二、基本状态参数,气体分子撞击器壁的统计（平均）效果,压力p测量,,一般是工质绝对压力与环境压力的相对值相对压力,注意只有绝对压力p才是状态参数,1-2热力状态,,,,,绝对压力与相对压力,,当ppb,,表压力pe,,当p,有足够时间恢复新平衡准静态过程,可逆过程,系统经历某一过程后，如果能使系统与外界同时恢复到初始状态，而不留下任何痕迹，则此过程为可逆过程。,1-6热力过程,注意可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初态的过程。,1-6热力过程,典型的不可逆过程,不等温传热,自由膨胀,,1-6热力过程,,节流过程阀门）,混合过程,,1-7过程功和热量,1、力学定义力在力方向上的位移,2、热力学定义a、当热力系与外界发生能量传递时，如果对外界的唯一效果可归结为取起重物，此即为热力系对外作功。,b、功是系统与外界相互作用的一种方式，在力的推动下，通过有序运动方式传递的能量。,功的定义,1-7过程功和热量,功的一般表达式,热力学最常见的功容积变化功,1-7过程功和热量,可逆过程的功,1-7过程功和热量,热力系通过边界与外界的交换的能量中，除了功的部分（不确切）。,另一定义热量是热力系与外界相互作用的另一种方式，在温度的推动下，以微观无序运动方式传递的能量。,热量定义,1-7过程功和热量,过程的热量,1.8热力循环,要实现连续作功，必须构成循环,定义热力系统经过一系列变化后，又回到原初始状态的一系列变化过程称为热力循环。,不可逆循环,分类,可逆,过程,不可逆,循环,可逆循环,,,1.8热力循环,正循环,正循环顺时针方向,,,p,,2,1,,,净效应对外作功,,,T,S,,1,2,,,净效应吸热,V,1.8热力循环,逆循环,逆循环逆时针方向,,,p,V,,2,1,,,净效应对内作功,,,T,S,,1,2,,,净效应放热,1.8热力循环,正循环净效应（对外作功，吸热）,W,Q1,,,,,Q2,,动力循环热效率,1.8热力循环,逆循环净效应（对内作功，放热）,W,Q1,,Q2,制冷循环制冷系数,,,,,1.8热力循环,逆循环净效应（对内作功，放热）,制热循环制热系数,W,Q1,,Q2,,,,,本章小结,基本概念热力系准静态过程、可逆过程过程量、状态量、状态参数功、热量p-V图、T-S图循环、工作系数,