【正文】 取容器為系統(tǒng)： iinfoutoutfCV WmgzchmgzchdEQ ???? ????????????????????????2222絕熱充氣過程的條件可表示為： 000 ??? outi mWQ ??? 忽略進入容器時氣體的動能及位能變化，則方程變?yōu)椋? ininCV mhdU ??中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 積分： ininininininCVhmUUmhmhdU???? ???12??? 在充氣過程中，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中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 ? 節(jié)流 21 hh ?注：流入和流出的速度相等。 ?焓是一種宏觀存在的狀態(tài)參數(shù)，不僅在開口系統(tǒng)中出現(xiàn)，而且在分析閉口系統(tǒng)時，它同樣存在。 推動功和流動功 m p vpVlpA ????在作推動功時，工質(zhì)的狀態(tài)沒有改變（如圖中的C點），因此推動功不會來自系統(tǒng)的儲存能－熱力學(xué)能，而是系統(tǒng)以外的物質(zhì)，這樣的物質(zhì)稱為外部功源。 ? 工質(zhì)在設(shè)備內(nèi)流動時，在同一截面上參數(shù)近似地看作是均勻的。試確定過程中系統(tǒng)動能的變化 。 17 熱力學(xué)第一定律的實質(zhì) ?第一定律的實質(zhì)：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用。 凈功 A = 循環(huán)過程曲線所包圍的面積 V 0 A a 2 1 Q Q P 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 二、正向循環(huán) ? 定義 把熱能轉(zhuǎn)化為機械能的循環(huán)叫正向循環(huán)，也叫動力循環(huán)，它使外界得到功 熱源 冷源 熱機 Q2 Q1 12n e tW Q Q??中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 正循環(huán) p V T S 凈效應(yīng)：對外作功 凈效應(yīng)：吸熱 正循環(huán)：順時針方向 2 1 1 2 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 逆循環(huán) p V T S 凈效應(yīng)：對內(nèi)作功 凈效應(yīng)：放熱 逆循環(huán)：逆時針方向 2 1 1 2 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 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。 ? 熱量是過程量 系統(tǒng)可以和外界交換熱量 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 循環(huán)過程 —— 物質(zhì)系統(tǒng)經(jīng) 歷一系列狀態(tài)變化過程又 回到初始狀態(tài)，稱這一周 而復(fù)始的變化過程為循環(huán) 過程。 ● 實際過程都是不可逆過程！ 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 三、循環(huán)過程 工質(zhì)從一個狀態(tài)出發(fā)經(jīng)過一系列的狀態(tài)變化又回到了原來的狀態(tài)稱之經(jīng)歷了一個熱力循環(huán)。 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 準(zhǔn)靜態(tài)過程有實際意義嗎？ 既是平衡，又是變化 既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進行熱功轉(zhuǎn)換 疑問： 理論上 準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)無限緩慢， 工程上 怎樣處理？ 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程條件 破壞平衡所需時間 （外部作用時間） 恢復(fù)平衡所需時間 （馳豫時間） 有足夠時間恢復(fù)新平衡 ? 準(zhǔn)靜態(tài)過程 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 氣缸 活塞 飛輪 熱 源 二、可逆過程 工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng) 過程假設(shè)： 無摩擦； 熱源與工質(zhì)溫差無限?。? 工質(zhì)與外界壓差無限小。 工質(zhì)內(nèi)部無溫差； 工質(zhì)內(nèi)部無化學(xué)反應(yīng)； 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 1 2 v 2 1 p 一、準(zhǔn)靜態(tài)過程 (內(nèi)部平衡過程 ) 2 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 準(zhǔn)靜態(tài)過程 :若過程進行得很緩慢 ,工質(zhì)在平衡被破壞后自動回復(fù)平衡所需要的時間 (即所謂的弛豫時間 )又短 ,工質(zhì)有足夠的時間來恢復(fù)平衡 ,隨時都不致于顯著偏離平衡狀態(tài) ,這樣的過程稱為準(zhǔn)靜態(tài)過程。 ? 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作用下的電磁能等。 其它狀態(tài)參數(shù) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 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 外部動能 外部勢能 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 一、熱力學(xué)能 (內(nèi)能 ) 熱力學(xué)能是儲存在系統(tǒng)內(nèi)部的能量，它與系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的內(nèi)部粒子的微觀運動和粒子的空間位置有關(guān)，是下列各種能量的總和： ? 分子熱運動形成的內(nèi)動能。 基 準(zhǔn) 點：純水的汽、液、固三相平衡共存的狀態(tài)點(三相點 )為基準(zhǔn)點，并規(guī)定它的溫度為 。 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 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：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下純水的冰點和沸點溫度為基準(zhǔn) 點，規(guī)定冰點溫度為 0℃ 。 表壓力 pg、 大氣壓力 pb和絕對壓力 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 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 U形管式壓力計示意圖 bpp? bpp?gpvpbp bpp pbgp p p?? bvp p p??真空度 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 (3) 溫度 １） 熱力學(xué)第零定律 與第三個系統(tǒng)處于熱平衡的系統(tǒng)， 彼此也處于熱平衡。 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 ( ２ )壓力 熱力系的單位面積上所受到的垂直作用力。 如：總內(nèi)能、總焓、總熵等。 如 ：溫度、壓力、比容 如：熱力學(xué) （ 內(nèi)能）、焓、熵。 （ 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。 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 12 狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù) 熱力學(xué)狀態(tài) 定義 :工質(zhì)在熱力變化過程中某一瞬間所呈現(xiàn)的全部宏觀物理狀況。 ?單元熱力系 — 由一種化學(xué)成分組成的熱力系。 ? 絕熱系 — 與外界無熱量交換的熱力系。 界面的特性 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 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。 系統(tǒng)以外的一切物質(zhì)統(tǒng)稱為 外界 。 最適宜作工質(zhì)的物質(zhì)是氣體； 11 熱力系（或稱熱力系統(tǒng)） 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 熱庫 ：熱力系它具有無限大的熱容量，它可以對外放出或吸入有限的熱量而不改變自身的溫度。 期末閉卷考試 作為專業(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。 4. 有問題及時答疑。 工程熱力學(xué)的研究方法： 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 課程特點：系統(tǒng)性強、概念抽象、計算簡單 。 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 四、值得研究的問題 為了獲得一定數(shù)量的機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？ 為什么在各種動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？ 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 五、研究的內(nèi)容和方法 研究內(nèi)容 : ?研究能量轉(zhuǎn)換的客觀規(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)備中的工作過程。 Gibbs (1839 1903) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 熱力學(xué)基本定律 反映了自然界的客觀規(guī)律 ,以這些定律為基礎(chǔ)進行演繹 、 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 、可靠性與實用性 ,可以應(yīng)用于機械工程 、 化學(xué) 、化工等各個領(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 。 1853年，他把能量轉(zhuǎn)化與物系的內(nèi)能聯(lián)系起來，給出了 熱力學(xué)第一定律 的數(shù)學(xué)表達式。他指出 ， 熱不可能獨自地 、 不付任何代價地從冷物體轉(zhuǎn)向熱物體 ， 并將這個結(jié)論稱為 熱力學(xué)第二定律 。 Helmholtz (1821 1894) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 18431848年， 英國釀酒商 James Prescott Joule (1818 1889) 以確鑿無疑的定量實驗結(jié)果為基礎(chǔ)，論述了能量守恒和轉(zhuǎn)化定律。過了十年，法國工程師Ben244。onard Sadi Carnot 發(fā)表了 “ 關(guān)于火的動力研究 ” 的論文 。 從十八世紀(jì)末到十九世紀(jì)初開始，隨著蒸汽機在生產(chǎn)中的廣泛使用，如何充分利用熱能來推動機器做功成為重要的研究課題。 如：熱能、機械能、電能。 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 一、熱能及其利用 能 源 — 指提供各種能量的物質(zhì)源。中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 工程熱力學(xué)與傳熱學(xué) 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 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。 一次能源 — 自然界以自然形態(tài)存在的、可資利 用的能源。 能源及其利用 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 熱能的利用 １ .熱 利 用 — 將熱能直接用于加熱物體，以滿足 烘干、采暖、熔煉等需要。 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 ?1798 年 ， 英 國 物 理 學(xué) 家 和 政 治 家 Benjamin Thompson (17531814) 通過炮膛鉆孔實驗開始對功轉(zhuǎn)換為熱進行定量研究 。 中國礦業(yè)大學(xué)動力工程系 他通過對自己構(gòu)想的理想熱機的分析得出結(jié)論： 熱機必須在兩個熱源之間工作 ， 理想熱機的效率只取決與兩個熱源的溫度 ， 工作在兩個一定熱源之間的所有熱機 ， 其效率都超不過可逆熱機 ， 熱機在理想狀態(tài)下也不可能達到百分之百 。lt Paul Emile Clapeyron (1799 1864)把卡諾循環(huán)以解析圖的形式表示出來，并用卡諾原理