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1、第一篇 熱能基礎知識第一章 熱力學基礎,1、工質：在熱力機械中實現(xiàn)熱能與機械能相互轉換的物質。 熱源、冷源； 2、熱力系統(tǒng)：為了研究方便所選取的某些固定的物質或某個固定空間的物質。 外界，邊界； 閉口系統(tǒng)： 開口系統(tǒng)： 絕熱系統(tǒng)： 孤立系統(tǒng)：,第一節(jié) 基本概念,閉口系統(tǒng)示意圖,開口系統(tǒng)示意圖, 絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間無熱量交換的系統(tǒng)。 嚴格地講，因自然界中不存在完全隔熱的材料， 完全絕熱的系統(tǒng)是不存在的。絕熱系統(tǒng)只是當 系統(tǒng)與外界傳遞的熱量小到可以忽略不計時的 一種簡化模式。 熱力工程中許多系統(tǒng)接近于絕熱系統(tǒng)，如： 汽輪機、噴管等。, 孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外
2、界之間既無能量（功、熱量） 交換又無物質交換的系統(tǒng)。,孤立系統(tǒng)示意圖,3、熱力學狀態(tài)：熱力學系統(tǒng)在某瞬間所處的宏觀物理狀況。 4、狀態(tài)參數(shù)：描述系統(tǒng)宏觀物理狀況的物理量。 基本狀態(tài)參數(shù): 比體積v密度 壓力(壓強)p絕對壓力，表壓力，真空度； 溫度T絕對溫度，攝氏溫度； 其它狀態(tài)參數(shù)：U，H，S等,第一節(jié) 基本概念,（1）狀態(tài)參數(shù)的唯一性： 是狀態(tài)的單值函數(shù)。, 狀態(tài)一定，描寫的狀態(tài)參數(shù)也就一定； 若狀態(tài)發(fā)生變化，至少有一種狀態(tài)參數(shù)改變； 狀態(tài)參數(shù)的變化只與給定的初始與最終狀態(tài)， 而與變化過程中的一切中間狀態(tài)或路徑無關。,, 其微量是全微分：, 沿閉合路徑的積分為零：,
3、（2）狀態(tài)參數(shù)的數(shù)學特征：, 是狀態(tài)的點函數(shù)：,x：工質某一狀態(tài)參數(shù),注 意： 2種溫標僅起點不同：t= 0 時，T=273.15 K， 溫度間隔完全相同：t = T； 273.15的數(shù)值是由國際計量會議決定的。,,(3) 熱力學溫標與攝氏溫標的關系：,（4）相對壓力和絕對壓力, 絕對壓力：工質的真實壓力，P 相對壓力：工質的真實壓力與當?shù)卮髿鈮毫 之間的差值，Pg 表壓力：相對壓力為正壓時（P B），Pg 真空度： 相對壓力為負壓時（P < B），H,壓力表； 測得的壓力是相對壓力， 并非工質的真實壓力。,U型壓力計測壓, 絕對壓力與相對壓力和大氣壓力之間的關系：,P
4、 絕對壓力； B 當?shù)卮髿鈮毫Γ?Pg 表壓力； H 真空度。,注 意： 絕對壓力不變，因大氣壓力變化，表壓力和真空度也會變化。 只有絕對壓力才能表征工質所處的狀態(tài)，才是狀態(tài)參數(shù)。,各壓力間的關系,5、平衡狀態(tài)：在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)不 隨時間而變化，系統(tǒng)就處于熱力平衡狀態(tài)。 條件：熱平衡、力平衡； 狀態(tài)方程式: f(p,v,T)=0 狀態(tài)參數(shù)坐標圖；,第一節(jié) 基本概念,討論：,（1）系統(tǒng)平衡與穩(wěn)定,（2）系統(tǒng)平衡與均勻,平衡必穩(wěn)定， 穩(wěn)定不一定平衡。,平衡不一定均勻,6、熱力過程：系統(tǒng)內(nèi)部工質從一個狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過一系 列的中間狀態(tài)變化到達另一個狀態(tài)，它所經(jīng)歷的全部過程。 準平
5、衡過程 特點：自動恢復；實線示圖； 可逆過程 特點：準平衡過程+ 無能量耗散； 實際過程均為不可逆過程；,第一節(jié) 基本概念, 可逆過程熵的變化：,系統(tǒng)吸熱 熵增； 系統(tǒng)放熱 熵減； 絕熱過程 熵不變。 (可逆絕熱過程）,可逆絕熱過程又稱等熵過程。,等熵過程必為絕熱過程； 絕熱過程不一定是等熵過程；,7、功：熱力學的功是系統(tǒng)通過邊界與外界傳遞的能量，并使重物移動。注意符號正負。W= pdV 對外做功：為正，體積膨脹。 8、熱量：因為溫度不同通過邊界傳遞的能量。與功的差別是不能舉起重物。Q= TdS 吸熱：為正，熵增大。 注意：功和熱量均為
6、過程量； 9、熱力循環(huán)：系統(tǒng)內(nèi)部工質從一個初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過 一系列的狀態(tài)變化又回到初始狀態(tài)，它所經(jīng)歷的封閉過程叫熱力循環(huán)。,第一節(jié) 基本概念,（1）正循環(huán) 順時針方向運行的熱力循環(huán)。輸出正功。 循環(huán)熱效率： （2）逆循環(huán) 逆時針方向運行的熱力循環(huán)。,第一節(jié) 基本概念,制冷系數(shù),供熱系數(shù),1、熱力學第一定律：自然界物質所具有的能量，既不能創(chuàng)造也不能消滅，只能從一種形態(tài)轉化為另一種形態(tài)，轉換過程中能量的總量守恒。 2、熱力學能、焓、總能 熱力學能: U 焓：HUpV 系統(tǒng)總能：熱力學能宏觀動能宏觀位能 E= U + Ek+ EpUmc2/2mgz,第二節(jié) 熱力學第一定律,
7、3、閉口系統(tǒng)能量方程式 可逆過程：,第二節(jié) 熱力學第一定律,4、開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動能量方程式 推動功： 技術功： （可逆）,第二節(jié) 熱力學第一定律,1、理想氣體模型和狀態(tài)方程 （1）理想氣體模型：分子不占體積；分子間無任何作 用力；彈性碰撞。 （表明與實際氣體的區(qū)別） （2) 狀態(tài)方程式： pv= RgT 2、理想氣體的比熱 定義：單位物量的工質，溫度升高或降低一度所吸收 的熱量。 c = (q/dT) 注意：三種不同單位。,第三節(jié) 理想氣體,3、定容比熱、定壓比熱： cv= (u/T)v = du/dT (理想氣體) cp= (h/T)
8、p = dh/dT (理想氣體) cp-cv= Rg,第三節(jié) 理想氣體,比熱比: 定壓比熱與定容比熱的比值。, cp恒大于cv，但cpcv恒為常數(shù)：R 氣體常數(shù)R的物理意義： 1kg某種理想氣體定壓升高1k對外作的功。 對固體和液體，因其膨脹性很小，可認為：,4、理想氣體熱力學能、焓、熵 u = cvT h = cpT s = cvln(T2/T1) + Rgln(v2/v1) s = cpln(T2/T1) -Rgln(p2/p1) 注意：比熱為定值。,第三節(jié) 理想氣體,5、理想氣體熱力過程 （1）定容過程，定壓過程，定溫過程，絕熱過程 熱力計算：,第三節(jié) 理想氣體,（2）
9、多邊過程 定值,第三節(jié) 理想氣體,,1、主要描述方式 A.開爾文說法: 不可能從單一熱源吸熱，使之全部轉變?yōu)楣Χ涣粝氯魏巫兓? B.克勞修斯說法: 熱不可能自發(fā)地、不付任何代價地由低溫物體傳到高溫物體。 2、卡諾循環(huán)與卡諾定理 注意：重要推論！ 可逆熱機，不可逆熱機； 熱效率與熱源溫度的關系； 判斷依據(jù),第四節(jié) 熱力學第二定律,,1.克勞修斯表述（Clausius，1850）：,第二類永動機,2. 開爾文浦朗克表述（Kelvin-Plank，1851）：,不可能從單一熱源吸取熱量，使之全部轉變?yōu)楣?，而不引起其它變化?,,,,W = Q,Q,T,,第二類永動機： 只冷卻
10、單一熱源而連續(xù)做功的機器,另一種表述：第二類永動機不可能制成,Kelvin,3、熵和孤立系統(tǒng)熵增原理 （1）熵的定義 （2）孤立系統(tǒng)熵增原理 孤立系統(tǒng)的熵可以增大或不變，但決不能減少。 （3）火用和可用能損失 閉口 開口 可用能損失,第四節(jié) 熱力學第二定律,1、飽和狀態(tài) 汽液平衡，飽和壓力、飽和溫度 2、定壓加熱汽化過程 五種狀態(tài)； 干度；,第五節(jié) 水蒸氣,, 飽和狀態(tài) (Saturatedstate),當汽化速度 = 液化速度時，宏觀上氣、液兩相保持一定的相對數(shù)量，系統(tǒng)處于動態(tài)平衡飽和狀態(tài)。, 飽和溫度，ts (Ts)飽和狀態(tài)的溫度, 飽和壓力，ps飽和狀態(tài)的壓力, 飽和溫度與飽和壓
11、力一一對應,即：,水蒸氣的定壓發(fā)生過程, 根據(jù)水在定壓下變?yōu)檎羝麜r狀態(tài)參數(shù)變化的特點， 水蒸氣的發(fā)生過程可分為三個階段，包含五種狀態(tài)。,t
12、未飽和濕空氣 露點,第六節(jié) 理想氣體混合物和濕空氣,,絕對濕度：單位立方米濕空氣中水蒸汽的質量。 相對濕度：相同溫度下，未飽和濕空氣與飽和濕空氣的絕對濕度之比。 表明濕空氣的潮濕程度； 含濕量：每單位質量干空氣中含水蒸汽的質量。 濕空氣的焓：h h-d圖 加熱(冷卻)過程，冷卻去濕過程，干燥過程； 掌握基本原理！,第六節(jié) 理想氣體混合物和濕空氣,干濕球溫度 空氣的濕度越小，濕紗布上的水分蒸發(fā)的速度越快，濕球溫度計的數(shù)值就越低，反之就越高。用干、濕溫度的差度就能夠反映空氣的濕潤程度。,第六節(jié) 理想氣體混合物和濕空氣,1、定容加熱循環(huán)（奧托循環(huán)） 過程特點，熱效率 基本氣體動力循環(huán),第
13、七節(jié) 氣體和蒸汽動力循環(huán),,2、定壓加熱循環(huán)（狄塞爾循環(huán)） 基本氣體動力循環(huán),第七節(jié) 氣體和蒸汽動力循環(huán),3、混合加熱循環(huán)（薩巴德循環(huán)） 基本氣體動力循環(huán),第七節(jié) 氣體和蒸汽動力循環(huán),4、朗肯循環(huán) 基本蒸汽動力循環(huán)，主要過程； 提高熱效率的主要措施；,第七節(jié) 氣體和蒸汽動力循環(huán),,5、再熱循環(huán) 熱效率提高,第七節(jié) 氣體和蒸汽動力循環(huán),,6、回熱循環(huán) 熱效率提高,第七節(jié) 氣體和蒸汽動力循環(huán),,1、制冷方法 液體汽化、氣體膨脹、渦流管、熱電制冷； 液體汽化： 壓縮式、吸收式、吸附式、蒸汽噴射式； 壓縮式：壓縮氣體、壓縮蒸汽；,第八節(jié) 制冷循環(huán),2、壓縮蒸汽制冷循環(huán) 主要構成：4部件,第八節(jié) 制冷循環(huán),,圖 蒸氣壓縮制冷循環(huán) 1-壓縮機；2-冷凝器； 3-膨脹閥；4-蒸發(fā)器,3、吸收式制冷 利用溶劑、溶質在不同溫度下的溶解度特性來制冷。 （氨水，水溴化鋰）無須消耗動力，只消耗熱量，而且消耗能量的品位要求不高，多作空調應用。 與壓縮制冷的區(qū)別！,第八節(jié) 制冷循環(huán),
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