【正文】 過(guò)可逆熱機(jī) ， 熱機(jī)在理想狀態(tài)下也不可能達(dá)到百分之百 。 能源及其利用 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 熱能的利用 １ .熱 利 用 — 將熱能直接用于加熱物體，以滿(mǎn)足 烘干、采暖、熔煉等需要。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 工程熱力學(xué)與傳熱學(xué) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 緒 論 教學(xué)目標(biāo) : 使學(xué)生全面了解本課程的基本內(nèi)容，學(xué)科前沿研究現(xiàn)狀，本課程的學(xué)習(xí)方法。 如：熱能、機(jī)械能、電能。onard Sadi Carnot 發(fā)表了 “ 關(guān)于火的動(dòng)力研究 ” 的論文 。 Helmholtz (1821 1894) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 18431848年， 英國(guó)釀酒商 James Prescott Joule (1818 1889) 以確鑿無(wú)疑的定量實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，論述了能量守恒和轉(zhuǎn)化定律。 1853年，他把能量轉(zhuǎn)化與物系的內(nèi)能聯(lián)系起來(lái)，給出了 熱力學(xué)第一定律 的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 四、值得研究的問(wèn)題 為了獲得一定數(shù)量的機(jī)械能是否必須投入熱量？ 反之，為了使熱量從低溫物體傳給高溫物體，是否 一定要以消耗功或熱作為代價(jià)？ 為什么在各種動(dòng)力裝置中既要吸熱又要放熱？這是 不是熱工轉(zhuǎn)換的必要條件？ 不同的工質(zhì)對(duì)熱工轉(zhuǎn)換的程度是否有影響？ 影響能量轉(zhuǎn)換的因素有哪些？如何提高轉(zhuǎn)換的效果？ 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 五、研究的內(nèi)容和方法 研究?jī)?nèi)容 : ?研究能量轉(zhuǎn)換的客觀(guān)規(guī)律，即熱力學(xué)第一定律與第二 定律； ?研究工質(zhì)的基本熱力學(xué)性質(zhì)； ?研究工質(zhì)在各種熱工設(shè)備中的工作過(guò)程。 4. 有問(wèn)題及時(shí)答疑。 最適宜作工質(zhì)的物質(zhì)是氣體； 11 熱力系（或稱(chēng)熱力系統(tǒng)） 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 熱庫(kù) ：熱力系它具有無(wú)限大的熱容量，它可以對(duì)外放出或吸入有限的熱量而不改變自身的溫度。 界面的特性 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 界面 熱 源 外界 外界 熱力系統(tǒng) 熱力系、界面、外界 例 Ⅰ 研究氣缸中的氣體。 ?單元熱力系 — 由一種化學(xué)成分組成的熱力系。 （ 2）熱力學(xué)中常用的狀態(tài)參數(shù) 溫度、壓力、比容、熱力學(xué)能（內(nèi)能）、焓、熵。 如：總內(nèi)能、總焓、總熵等。 表壓力 pg、 大氣壓力 pb和絕對(duì)壓力 p之間的關(guān)系如下： 3 5 61 k Pa 1 0 Pa 1 b a r 1 0 Pa 1 M Pa = 1 0 Pa??常用的壓力單位間的關(guān)系 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 U形管式壓力計(jì)示意圖 bpp? bpp?gpvpbp bpp pbgp p p?? bvp p p??真空度 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 (3) 溫度 １） 熱力學(xué)第零定律 與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡的系統(tǒng)， 彼此也處于熱平衡。 基 準(zhǔn) 點(diǎn)：純水的汽、液、固三相平衡共存的狀態(tài)點(diǎn)(三相點(diǎn) )為基準(zhǔn)點(diǎn)，并規(guī)定它的溫度為 。 ? 維持一定分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)能、原子核內(nèi)部的原子能及電磁場(chǎng)作用下的電磁能等。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程有實(shí)際意義嗎？ 既是平衡，又是變化 既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換 疑問(wèn)： 理論上 準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)無(wú)限緩慢， 工程上 怎樣處理？ 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的工程條件 破壞平衡所需時(shí)間 （外部作用時(shí)間） 恢復(fù)平衡所需時(shí)間 （馳豫時(shí)間） 有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡 ? 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 氣缸 活塞 飛輪 熱 源 二、可逆過(guò)程 工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng) 過(guò)程假設(shè)： 無(wú)摩擦； 熱源與工質(zhì)溫差無(wú)限??； 工質(zhì)與外界壓差無(wú)限小。 ? 熱量是過(guò)程量 系統(tǒng)可以和外界交換熱量 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 循環(huán)過(guò)程 —— 物質(zhì)系統(tǒng)經(jīng) 歷一系列狀態(tài)變化過(guò)程又 回到初始狀態(tài)，稱(chēng)這一周 而復(fù)始的變化過(guò)程為循環(huán) 過(guò)程。 17 熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì) ?第一定律的實(shí)質(zhì)：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用。 ? 工質(zhì)在設(shè)備內(nèi)流動(dòng)時(shí)，在同一截面上參數(shù)近似地看作是均勻的。 ?焓是一種宏觀(guān)存在的狀態(tài)參數(shù)，不僅在開(kāi)口系統(tǒng)中出現(xiàn)，而且在分析閉口系統(tǒng)時(shí)，它同樣存在。取容器為系統(tǒng)： iinfoutoutfCV WmgzchmgzchdEQ ???? ????????????????????????2222絕熱充氣過(guò)程的條件可表示為： 000 ??? outi mWQ ??? 忽略進(jìn)入容器時(shí)氣體的動(dòng)能及位能變化，則方程變?yōu)椋? ininCV mhdU ??中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 積分： ininininininCVhmUUmhmhdU???? ???12??? 在充氣過(guò)程中，容器內(nèi)氣體熱力學(xué)能的增量等于充入氣體的焓。 1 2 流入 流出 0gz??1h 2hq中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 ? 節(jié)流 21 hh ?注：流入和流出的速度相等。 推動(dòng)功和流動(dòng)功 m p vpVlpA ????在作推動(dòng)功時(shí)，工質(zhì)的狀態(tài)沒(méi)有改變（如圖中的C點(diǎn)），因此推動(dòng)功不會(huì)來(lái)自系統(tǒng)的儲(chǔ)存能－熱力學(xué)能，而是系統(tǒng)以外的物質(zhì)，這樣的物質(zhì)稱(chēng)為外部功源。試確定過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)能的變化 。 凈功 A = 循環(huán)過(guò)程曲線(xiàn)所包圍的面積 V 0 A a 2 1 Q Q P 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 二、正向循環(huán) ? 定義 把熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的循環(huán)叫正向循環(huán)，也叫動(dòng)力循環(huán)，它使外界得到功 熱源 冷源 熱機(jī) Q2 Q1 12n e tW Q Q??中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 正循環(huán) p V T S 凈效應(yīng)：對(duì)外作功 凈效應(yīng)：吸熱 正循環(huán)：順時(shí)針?lè)较? 2 1 1 2 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 逆循環(huán) p V T S 凈效應(yīng)：對(duì)內(nèi)作功 凈效應(yīng)：放熱 逆循環(huán)：逆時(shí)針?lè)较? 2 1 1 2 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 例題１ 如圖，已知大氣壓 B=101325Pa， U型管內(nèi) 汞柱高度差 H=300mm，氣體表 B讀數(shù)為，求： A室壓力 pA及氣壓表 A的讀數(shù)pgA。 ● 實(shí)際過(guò)程都是不可逆過(guò)程！ 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 三、循環(huán)過(guò)程 工質(zhì)從一個(gè)狀態(tài)出發(fā)經(jīng)過(guò)一系列的狀態(tài)變化又回到了原來(lái)的狀態(tài)稱(chēng)之經(jīng)歷了一個(gè)熱力循環(huán)。 工質(zhì)內(nèi)部無(wú)溫差； 工質(zhì)內(nèi)部無(wú)化學(xué)反應(yīng)； 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 1 2 v 2 1 p 一、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 (內(nèi)部平衡過(guò)程 ) 2 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 :若過(guò)程進(jìn)行得很緩慢 ,工質(zhì)在平衡被破壞后自動(dòng)回復(fù)平衡所需要的時(shí)間 (即所謂的弛豫時(shí)間 )又短 ,工質(zhì)有足夠的時(shí)間來(lái)恢復(fù)平衡 ,隨時(shí)都不致于顯著偏離平衡狀態(tài) ,這樣的過(guò)程稱(chēng)為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。 其它狀態(tài)參數(shù) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 下面的熱力學(xué)系統(tǒng)具有哪些方面的能量 ? 熱力系 Ek Ep 內(nèi)部能量 外部動(dòng)能 外部勢(shì)能 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 一、熱力學(xué)能 (內(nèi)能 ) 熱力學(xué)能是儲(chǔ)存在系統(tǒng)內(nèi)部的能量，它與系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的內(nèi)部粒子的微觀(guān)運(yùn)動(dòng)和粒子的空間位置有關(guān)，是下列各種能量的總和： ? 分子熱運(yùn)動(dòng)形成的內(nèi)動(dòng)能。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 ② 熱力學(xué)溫標(biāo) Ｔ（ Ｋ） 常用的溫標(biāo) ① 攝氏溫標(biāo) t ℃ 基 準(zhǔn) 點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下純水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)溫度為基準(zhǔn) 點(diǎn)，規(guī)定冰點(diǎn)溫度為 0℃ 。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 ( ２ )壓力 熱力系的單位面積上所受到的垂直作用力。 如 ：溫度、壓力、比容 如：熱力學(xué) （ 內(nèi)能）、焓、熵。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 12 狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù) 熱力學(xué)狀態(tài) 定義 :工質(zhì)在熱力變化過(guò)程中某一瞬間所呈現(xiàn)的全部宏觀(guān)物理狀況。 ? 絕熱系 — 與外界無(wú)熱量交換的熱力系。 系統(tǒng)以外的一切物質(zhì)統(tǒng)稱(chēng)為 外界 。 期末閉卷考試 作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，許多概念、基礎(chǔ)理論是學(xué)生必須掌握的，因此采用閉卷考試形式。 工程熱力學(xué)的研究方法： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 課程特點(diǎn)：系統(tǒng)性強(qiáng)、概念抽象、計(jì)算簡(jiǎn)單 。 Gibbs (1839 1903) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 熱力學(xué)基本定律 反映了自然界的客觀(guān)規(guī)律 ,以這些定律為基礎(chǔ)進(jìn)行演繹 、 邏輯推理而得到的熱力學(xué)關(guān)系與結(jié)論 ,顯然具有高度的普遍性 、可靠性與實(shí)用性 ,可以應(yīng)用于機(jī)械工程 、 化學(xué) 、化工等各個(gè)領(lǐng)域 ,由此形成了 化學(xué)熱力學(xué) 、 工程熱力學(xué) 、 化工熱力學(xué) 等重要的分支 。他指出 ， 熱不可能獨(dú)自地 、 不付任何代價(jià)地從冷物體轉(zhuǎn)向熱物體 ， 并將這個(gè)結(jié)論稱(chēng)為 熱力學(xué)第二定律 。過(guò)了十年，法國(guó)工程師Ben244。 從十八世紀(jì)末到十九世紀(jì)初開(kāi)始，隨著蒸汽機(jī)在生產(chǎn)中的廣泛使用，如何充分利用熱能來(lái)推動(dòng)機(jī)器做功成為重要的研究課題。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 一、熱能及其利用 能 源 — 指提供各種能量的物質(zhì)源。 一次能源 — 自然界以自然形態(tài)存在的、可資利 用的能源。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 ?1798 年 ， 英 國(guó) 物 理 學(xué) 家 和 政 治 家 Benjamin Thompson (17531814) 通過(guò)炮膛鉆孔實(shí)驗(yàn)開(kāi)始對(duì)功轉(zhuǎn)換為熱進(jìn)行定量研究 。lt Paul Emile Clapeyron (1799 1864)把卡諾循環(huán)以解析圖的形式表示出來(lái)，并用卡諾原理研究了汽液平衡，導(dǎo)出了克拉佩隆方程。克勞胥斯在 1854年給出了熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式 ， 1865年提出 “ 熵 ” 的概念 。 化學(xué)熱力學(xué) 主要討論熱化學(xué) 、 相平衡和化學(xué)平衡理論 。 學(xué)習(xí)要求： 1. 提高課堂