【正文】 程中、甚至在工作實(shí)踐中，去反復(fù)琢磨、不斷認(rèn)識(shí)，才能逐漸理解到位。 工程傳熱學(xué)的主要內(nèi)容包括兩個(gè)方面： (1) 基本理論：包括穩(wěn)定導(dǎo)熱、對(duì)流換熱、輻射換熱及傳熱過(guò)程等。 10 此例中包含幾種工作物質(zhì)的熱力循環(huán)：制冷劑的 1—2— 3— 4— 1制冷循環(huán)；冷凍水的 7— 4— 8— 7循環(huán)；冷卻水的 5— 6— 2— 5循環(huán)。圖中室外新風(fēng)（如 35℃ ）經(jīng)過(guò)風(fēng)閥在混合室 1中與部分回風(fēng)（為節(jié)能而采用，溫度約 26℃ ）混合后，經(jīng)過(guò)濾器 2，在噴淋室 3被冷凍水（供水 7℃ ，回水 12℃ ）冷卻去濕、經(jīng)設(shè)備 5再加熱（盡量不再加熱以節(jié)能）后（約 20℃ 左右）由風(fēng)機(jī) 6通過(guò)風(fēng)管送至空調(diào)房間 7，吸收房間熱量，溫度升高，再將部分回風(fēng)送至混合室，其余部分排至室外大氣中。 圖中設(shè)備 1為蒸汽鍋爐，其作用相當(dāng)于一個(gè)換熱器，是將燃料（煤、燃?xì)?、燃油）的化學(xué)能通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)化為熱能后，經(jīng)鍋爐換熱面將水加熱為高溫高壓的蒸汽（即將熱能傳遞給蒸汽），蒸汽經(jīng)過(guò)管道可直接送到熱用戶進(jìn)行采暖（設(shè)備 10）或作其它用途（設(shè)備 13），也可通過(guò)設(shè)備 7（換熱器）將水加熱后用于熱水供暖。 上述的供熱系統(tǒng)運(yùn)行涉及到水蒸氣的定壓汽化等熱力學(xué)過(guò)程及工作物質(zhì)通過(guò)換熱器吸熱、放熱等傳熱過(guò)程，所用工作物質(zhì)為水或水蒸氣。而蒸發(fā)器中制冷劑吸收冷凍水的熱量后由液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)，再由壓縮機(jī) 1加壓、冷凝器 2冷卻（將熱能傳給冷卻水）液化，經(jīng)節(jié)流裝置 3降壓后再送至蒸發(fā)器吸熱，如此反復(fù)循環(huán)。 2 本課程的學(xué)習(xí)目的及主要內(nèi)容 12 工程熱力學(xué)的主要內(nèi)容包括三個(gè)方面： (1) 基本理論：包括熱力學(xué)基本概念、基本熱力過(guò)程、熱力學(xué)第一定律和能量方程、熱力學(xué)第二定律等。 作為一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，熱工理論基礎(chǔ)所包含的基本概念、基本公式、基本原理在今后的各門(mén)專業(yè)課程中都會(huì)有大量的應(yīng)用和涉及，而且在將來(lái)的工作實(shí)踐中也會(huì)不斷的被用到。 理解 ：熱力系統(tǒng)的劃分及其特征。這些用來(lái)描述工質(zhì)狀態(tài)的物理量稱為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。若工質(zhì)從某狀態(tài)開(kāi)始經(jīng)一系列狀態(tài)變化過(guò)程后又回到原狀態(tài)（即經(jīng)歷了一個(gè)循環(huán)過(guò)程），則工質(zhì)的各個(gè)狀態(tài)參數(shù)的變化量為零。 工質(zhì)及其狀態(tài)參數(shù) 25 ② 攝氏溫標(biāo) 攝氏溫標(biāo)是我國(guó)廣泛使用的另一個(gè)實(shí)用型法定溫度標(biāo)尺。用于測(cè)溫的原理：事先用差的情況下標(biāo)定溫度差與電勢(shì)差的關(guān)系后，就可以用此裝置進(jìn)行溫度量測(cè)，即按照被測(cè)物端與另一端之間產(chǎn)生的電勢(shì)差（用毫伏計(jì)測(cè)出）去查事先制好的表格，溫度計(jì)測(cè)溫范圍為 50～ 350℃ ，而鉑 銠 鉑熱電偶的測(cè)溫范圍為 20～ 1300℃ 。 圖 壓示意圖 圖 1— 彈簧管； 2— 固定端； 3— 接頭； 4— 拉桿； 5— 扇形齒輪； 6— 中心齒輪； 7— 指針； 8— 游絲 工質(zhì)及其狀態(tài)參數(shù) 34 （ 3）壓強(qiáng)的單位 工程中測(cè)壓儀器不盡相同，為方便起見(jiàn)，壓強(qiáng)的單位表示有三種： ① 按壓強(qiáng)定義式，即單位面積上所受作用力來(lái)表示：如帕（ Pa），即牛 /米 2(N/m2)。 問(wèn)：容器中液面絕對(duì)壓強(qiáng)和相對(duì)壓強(qiáng)為多少 ? 【 例 】 溴化鋰吸收式直燃機(jī)作為空調(diào)冷、熱源設(shè)備，夏天可供 12℃ 冷凍水，其循環(huán)冷凍水側(cè)壓力表讀數(shù)為 MPa，吸收器內(nèi)真空表讀數(shù)為 720 mmHg，若當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?B=750 mmHg，試求該直燃機(jī)循環(huán)水側(cè)和吸收器內(nèi)的絕對(duì)壓力。 圖 (a)閉口系統(tǒng)； (b)開(kāi)口系統(tǒng) 開(kāi)口系統(tǒng) 熱力系統(tǒng) 41 如果系統(tǒng)的邊界是由完全隔熱的材料構(gòu)成的實(shí)有邊界，熱量不能夠穿越邊界，系統(tǒng)與外界之間沒(méi)有熱量傳遞，這種系統(tǒng)稱為絕熱系統(tǒng)。實(shí)際上自然界符合這樣條件的氣體是不存在的，那么經(jīng)過(guò)假設(shè)和簡(jiǎn)化后得到的這些理想氣體公式是否符合實(shí)際，誤差有多大呢？對(duì)工程中遇到的各種工質(zhì)氣體，能否作為理想氣體處理，要依其所處狀態(tài)及工程精度要求來(lái)定。因此，類(lèi)似于平衡狀態(tài)的概念，再引入準(zhǔn)平衡過(guò)程與可逆過(guò)程的概念。如果不能滿足上述條件則是不可逆過(guò)程。 對(duì)于 m kg的氣體，則有： pV=mRT （ ） 常用氣體常數(shù)見(jiàn) 表 。又如環(huán)境空氣則是由干空氣和水蒸氣（ H2O）所組成，而干空氣則包含 O N2等各種氣體。 混合氣體的分容積和總?cè)莘e 混合氣體的基本概念 56 工程中常需要確定和計(jì)算混合氣體的組成成份，以便掌握混合氣體性質(zhì)。 混合氣體的基本概念 RE GONG XUE JI CHU 高等職業(yè)技術(shù)教育建筑設(shè)備類(lèi)類(lèi)專業(yè)規(guī)劃教材 64 第一部分 單元 2 熱力學(xué)第一定律 和第二定律 熱 工 學(xué) 基礎(chǔ) 65 熱力學(xué)系統(tǒng)涉及的能量形式 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄ （ 5） 單元 2 熱力學(xué)第一定律和第二定律 熱力系統(tǒng)儲(chǔ)存能 ┄┄┄┄┄┄ ┄ ┄┄┄┄ ┄ （ 5） 單元 2 熱力學(xué)第一定律和第二定律 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄ （ 5） 熱力系統(tǒng)與外界傳遞的能量 ┄┄┄┄┄┄┄ （ 6） 熱力學(xué)第一定律簡(jiǎn)介 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ （ 23） 熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì) ┄┄┄┄┄┄┄┄┄ （ 24） 閉口系統(tǒng)的能量方程 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ （ 25） 開(kāi)口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程 ┄┄┄┄┄┄┄ （ 26） 穩(wěn)定流動(dòng)能量方程工的應(yīng)用 ┄┄┄┄┄┄┄ （ 27） 利用量熱學(xué)方法計(jì)算理想氣體的熱量、內(nèi)能及焓（ 28） 比熱容的定義及影響因素 ┄┄┄┄┄┄┄┄ （ 28） 利用比熱容計(jì)算氣體的熱量 ┄┄┄┄┄┄┄ （ 30） 利用比熱容計(jì)算理想氣體內(nèi)能與焓的變化量（ 38） 理想氣體的主要熱力過(guò)程 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ （ 39） 66 基本熱力過(guò)程 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ （ 40） 多變過(guò)程 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ （ 41） 熱力學(xué)第二定律簡(jiǎn)介 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ （ 46） 單元 2 熱力學(xué)第一定律和第二定律 熱力循環(huán) ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ （ 46） 熱力學(xué)第二定律 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ （ 46） 卡諾循環(huán)與卡諾定律 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ （ 46） 熵與熵原理 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ （ 46） 67 【 知識(shí)點(diǎn) 】 熱力學(xué)第一定律，熱力循環(huán)，熱力學(xué)第二定律， pv圖和 Ts圖。 熱力系統(tǒng)儲(chǔ)存能 熱力學(xué)系統(tǒng)涉及的能量形式 69 對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)與分子結(jié)構(gòu)、原子結(jié)構(gòu)有關(guān)的化學(xué)能和原子能，在熱力學(xué)過(guò)程中不涉及化學(xué)反應(yīng)和核反應(yīng)，這部分能量保持不變，故不予考慮。 力的形式不同，導(dǎo)致作功形式各異。與體積變化功一致，熱力學(xué)中規(guī)定系統(tǒng)對(duì)外輸出軸功為正值，外界輸入軸功為負(fù)值。用符號(hào) Q表示 m kg工質(zhì)吸收或放出的熱量，單位是 J或kJ；單位質(zhì)量工質(zhì)（ 1 kg）吸收或放出的熱量用ｑ表示，單位為 J/kg或 kJ / kg。 伴隨工質(zhì)流動(dòng)所傳遞的能量 對(duì)于開(kāi)口熱力系統(tǒng)，工質(zhì)在流進(jìn)或流出系統(tǒng)界面時(shí)，其自身所攜帶的一部分能量也同時(shí)通過(guò)界面，參與能量傳遞。式中 Δu的取值可正可負(fù)： Δu0表示系統(tǒng)內(nèi)能增加； Δu0表示系統(tǒng)內(nèi)能減少； Δu=0表示內(nèi)能不變。 泵與風(fēng)機(jī) 泵與風(fēng)機(jī)是用于輸送工質(zhì)的流體機(jī)械，是通過(guò)消耗外界輸入的軸功來(lái)提高流體工質(zhì)的機(jī)械能（“流體力學(xué) 熱力學(xué)第一定律簡(jiǎn)介 97 如前所述，換熱器是冷、熱兩種流體通過(guò)換熱壁面進(jìn)行熱交換，通常冷、熱流體并無(wú)質(zhì)交換，公式 ()中的 q為正，則該工質(zhì)被加熱，其 h2＞ h1；若 q為負(fù)，則意味著該工質(zhì)被冷卻，其 h2＜ h1。于是穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式可表示為： 熱力學(xué)第一定律簡(jiǎn)介 99 上式表明，工質(zhì)流經(jīng)噴管或擴(kuò)壓管時(shí)，其動(dòng)能的變化量等于其焓值的變化量。工程實(shí)際中常用到的氣體加熱的熱力過(guò)程有氣體容積不變情況下的定容加熱過(guò)程和氣體壓力不變情況下的定壓加熱過(guò)程，相應(yīng)的比熱容則稱為定容比熱容（用 cV表示）和定壓比熱容（用 cp表示）。 比熱容與 溫度的關(guān)系 、內(nèi)能及焓 108 表 理想氣體定值摩爾熱容 、內(nèi)能及焓 109 用平均比熱容計(jì)算氣體熱量 、內(nèi)能及焓 110 、內(nèi)能及焓 111 關(guān)于平均比熱容，需要注意的有以下幾點(diǎn)： ① 平均比熱容的幾何意義從 圖 ，即為矩形 ab t2t1的高，也即數(shù)學(xué)中的中值定理在量熱學(xué)中的具體應(yīng)用。 本節(jié)通過(guò)討論理想氣體的可逆熱力過(guò)程，歸納出幾種基本熱力過(guò)程的性質(zhì)、參數(shù)關(guān)系、能量交換規(guī)律及過(guò)程的圖示特征。 2121TTpp ? 理想氣體的主要熱力過(guò)程 118 Ts圖可反映熱力過(guò)程中工質(zhì)溫度與熵的變化關(guān)系，經(jīng)推導(dǎo)可知，定容過(guò)程在 Ts圖上是一條指數(shù)曲線，如 圖（ b） 所示，且該曲線斜率為 式中 T與 cV均為正值，指數(shù)曲線斜率為正，并隨溫度升高而增大。 （ 1）過(guò)程方程式 由過(guò)程特征 T=常數(shù)及 pv=RT得定溫過(guò)程的過(guò)程方程式為： pv=常數(shù) （ 2）初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式 由過(guò)程方程式可得定溫過(guò)程初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系為： 可見(jiàn)，定溫過(guò)程中理想氣體的絕對(duì)壓力與比體積成反比。 過(guò)程方程式與多變指數(shù) 歸納四個(gè)基本熱力過(guò)程方程式，多變過(guò)程方程式可表示為 pvn=常數(shù) （ ） 式中， n為多變指數(shù)，可以是從 ∞到 +∞的任何實(shí)數(shù)。將多變過(guò)程初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式及功量與熱量的計(jì)算公式和前述幾個(gè)熱力過(guò)程的有關(guān)公式均列于 表 ，以便比較。以 1點(diǎn)開(kāi)始，當(dāng)過(guò)程終點(diǎn)位于 pv圖上定容線右側(cè)，或 Ts圖中右下側(cè)時(shí)， Δv＞ 0、Δw0,為膨脹做功；反之，則 Δv＜ 0、 Δw＜ 0,為外界對(duì)系統(tǒng)做壓縮功。 熱力循環(huán) 熱力學(xué)第二定律簡(jiǎn)介 138 如果組成循環(huán)的全部熱力過(guò)程均為可逆過(guò)程，則該循環(huán)為可逆循環(huán)，在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)中可用實(shí)線表示，并且是一條封閉的曲線，如 圖 。如圖 (b)和 (b)所示，逆向循環(huán)在 pv圖上為逆時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行。 熱力學(xué)第二定律 熱力學(xué)第二定律簡(jiǎn)介 144 反過(guò)來(lái)，水不會(huì)自發(fā)地從低處流向高處，但人們用水泵卻可以將水輸送到高處；氣體不會(huì)自發(fā)地進(jìn)行壓縮升壓，但我們可以利用壓縮機(jī)來(lái)對(duì)其進(jìn)行壓縮，提高其壓力；同樣，熱不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，也不能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但我們可以利用制冷機(jī)或熱機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些過(guò)程。換句話說(shuō)，即熱機(jī)效率永遠(yuǎn)小于 100%。所以，同樣是能量，但能的存在形式不同，其品質(zhì)（即。此種機(jī)器并不違反熱力學(xué)第一定律，但它違反了熱力學(xué)第二定律：?jiǎn)螣嵩吹臒釞C(jī)是不存在的。 熱力學(xué)第二定律簡(jiǎn)介 145 熱力學(xué)第二定律的表述和實(shí)質(zhì) 熱力學(xué)第二定律不單只解決能量轉(zhuǎn)換和傳遞有關(guān)熱過(guò)程的方向、限度等問(wèn)題，而且也指明一切自發(fā)過(guò)程的方向性問(wèn)題。 021 wqq ?? 熱力學(xué)第二定律簡(jiǎn)介 142 熱力學(xué)第二定律簡(jiǎn)介 143 自發(fā)過(guò)程與非自發(fā)過(guò)程 按過(guò)程的發(fā)生是否為人類(lèi)所為 ,我們所涉及的一切過(guò)程可分為自發(fā)與非自發(fā)過(guò)程。 按照熱力循環(huán)的目的或效果不同，可分為正向循環(huán)和逆向循環(huán)。 需要指出的是，當(dāng) 1＜ n＜ k時(shí)，從圖上可以看出，此時(shí)氣體的膨脹過(guò)程中 q為正而 ΔT為負(fù)，氣體的壓縮過(guò)程中 q為負(fù)而 ΔT為正。如圖 ，在制冷壓縮過(guò)程中常遇到的是 1＜ n＜ k，即介于定溫過(guò)程和定熵（絕熱）過(guò)程之間的多變過(guò)程。 比較前面四個(gè)基本熱力過(guò)程，有： 多變過(guò)程 理想氣體的主要熱力過(guò)程 132 n=0時(shí)， p=常數(shù)，代表定壓過(guò)程； n=1時(shí)， pv=常數(shù)，代表定溫過(guò)程； n=k時(shí)， pvk=常數(shù)，代表定熵過(guò)程； n=177。等溫加熱時(shí)，比體積增加，壓力下降，熵值增加，為吸熱膨脹過(guò)程，即圖中過(guò)程曲線 1— 2；反之，為壓縮放熱過(guò)程，熵值減小，即圖中過(guò)程曲線1— 2′。 （ 1）過(guò)程方程式 定壓過(guò)程的特征是工質(zhì)的壓力始終保持不變，所以其過(guò)程方程式為 p=常數(shù) （ 2）初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系 式按過(guò)程方程及理想氣體狀態(tài)方程式得 上式說(shuō)明，定壓過(guò)程中理想氣體的比容與熱力學(xué)溫度成正比。 定容過(guò)程 定容過(guò)程是指定量的工質(zhì)在狀態(tài)變化過(guò)程中容積保持不變的熱力過(guò)程。同時(shí)，附表中溫度不連續(xù)，需確定中間值時(shí)常用簡(jiǎn)單的線性插值。所以，對(duì)于同樣質(zhì)量的氣體升高同樣的溫度，定壓過(guò)程中需加入的熱量要比定容過(guò)程多。 圖 噴管