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1、 2011/6/1 第一部分：绪论 1、工程热力学 工程热力学是研究热能有效利用及其热能与其他形式能量转换规律的科学。 2、热力学分类 工程热力学（热能与机械能） ，物理热力学，化学热力学等 3、热力装置的共同特点 热源和冷源、工质、容积变化功、循环 4、热效率 5、工程热力学研究容 能量转换的基本定律，工质的基本性质和热力过程，热工转换设备及其工作原理，化学热力学基础。 6、工程热力学研究方法 （1）宏观方法：连续体(continuum)，用宏观物理量描述其状态，其基本规律是无数经验的总结（如：热力学第一定律） 。 特点：可靠，普遍，不能任意推广 经典 （宏观,平衡）热力学 （2）微观方法：
2、从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象及规律 特点：揭示本质，模型近似 1WQ收益代价 微观（统计）热力学 第一章：基本概念 1、热力系统 （1）热力系统(热力系、系统)：人为指定的研究对象（如：一个固定的空间） ； （2）外界：系统以外的所有物质； （3）边界(界面)：系统与外界的分界面； （4）系统与外界的作用都通过边界； （5）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 （6）简单可压缩系统 只交换热量和一种准静态的容积变化功； 2、状态和状态参数 （1）状态：某一瞬间热力系所呈现
3、的宏观状况 （2）状态参数：描述热力系状态的物理量 （3）状态参数的特征： 状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关 状态参数的微分特征：全微分 （4）强度参数与广延参数 强度参数：与物质的量无关的参数，如压力 p、温度 T 广延参数：与物质的量有关的参数可加性,如 质量 m、容积 V、能（也称之为：热力学能） U、焓 H、熵 S 3、基本状态参数 （1）压力 p ( pressure ) 物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2 。 绝对压力与环境压力的相对值相对压力； 只有绝对压力 p 才是状态参数； 大气压随时间、
4、地点变化； （2）温度 T ( Temperature ) 传统：冷热程度的度量。感觉，导热，热容量； 微观：衡量分子平均动能的量度； 热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931） ，如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。 如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。 处于同一热平衡状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此相同，用于描述此宏观特征的物理量温度。 温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量。 （3）比容 v ( specific volume ) 工质的稀疏程度。 Vvm m3/kg 4、平衡状态 （1
5、）定义： 在不受外界影响的条件下（重力场除外） ，如果系统的状态参数不随时间变化 ，则该系统处于平衡状态 。 （2）几种平衡状态 热平衡 Thermal equilibrium : if the temperature is the same throughout the entire 力平衡 Mechanical equilibrium : if there is no change in pressure at any point of the system with time 相平衡 Phase equilibrium : when the mass of each phase reac
6、hes an equilibrium level and stays there 化学平衡 Chemical equilibrium : if its chemical composition does not change with time. That is, no chemical reactions occur. （3）平衡的本质 平衡的本质是不存在不平衡势。 温差热不平衡势 压差力不平衡势 相变相不平衡势 化学反应化学不平衡势 稳定不一定平衡，但平衡一定稳定 平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的 （4）为什么引入平衡概念？ 如果系统平衡，可用一组确切的参数（压力、温度）描述。但平
7、衡状态是死态，没有能量交换，为此，引入准静态过程。 5、状态方程、坐标图 （1）状态公理 对组元一定的闭口系，独立状态参数个数N=n+1； 独立参数数目 N=不平衡势差数 =能量转换方式的数目=各种功的方式+热量= n+1（n为容积变化功、电功、拉伸功、表面力功等） ； 只交换热量和一种准静态的容积变化功，简单可压缩系统：N=n+1=2； （2）状态方程 基本状态参数（p,v,T)之间的关系，其方程的形式取决于工质的性质。 理想气体的状态方程：PV=mRT （3）座标图 常见 p-v 图和 T-s 图 6、准静态过程、可逆过程 （1）准静态过程 （2）准静态过程的工程条件 破坏平衡所需时间（外
8、部作用时间） 恢复平衡所需时间（驰豫时间） 有足够时间恢复新平衡称之为准静态过程，一般的工程过程都可认为是准静态过程。 （3）准静态过程的容积变化功 w =pdv 准静态容积变化功的说明 1）单位为 kJ 或 kJ/kg 2） p-V 图上用面积表示 3）功的大小与路径有关， 过程量Path function 4）统一规定：dV0，膨胀 ,对外作功（正） ； dV 0 dS 0 系统放热时为负 Q 0 dS 0 3）熵的物理意义：熵体现了可逆过程传热的大小与方向 4）用途：判断热量方向计算可逆过程的传热量 （5）示功图与示热图 9、热力循环 （1）热力循环 热力系统经过一系列变化回到初态，这一
9、系列变化过程称为热力循环。 （2）两种循环 发动机 制冷 （3）循环评价指标 第二章：热力学第一定律 1. 热力学第一定律的本质 （1）本质：能量转换及守恒定律在热过程中的应用 （2）闭口系循环的热一律表达式：，要想得到功，必须花费热能或其他能量。热一律又可表述为“第一类永动机是不可能制成的” 2. 热力学第一定律推论能 3. 闭口系能量方程 4. 开口系能量方程 5.稳定流动能量方程 6. 稳定流动能力方程的应用举例 第三章:理想气体的性质和过程 1.理想气体状态方程 2.比热容 3. 理想气体的 u、h、s 和热容 5. 研究热力学过程的目的和方法 6.理想气体的等熵过程 7. 理想气体热
10、力过程的综合分析 8. 活塞式压气机的压缩过程分析 第四章：热力学第二定律 1. 热二定律的表述与实质 2. 卡诺循环和卡诺定理 3.克劳修斯不等式 4. 熵 5. 孤立系统熵增原理 6. 熵方程 7.Ex 及其计算 第五章：气体动力循环 1.活塞式燃机动力循环 2.活塞式燃机循环比较 3.斯特林循环 4.柏雷登循环 5. 提高勃雷登循环热效率的其他措施 第六章 水和水蒸气的性质 1.纯物质的热力学面及相图 2.汽化与饱和 3.水蒸气的定压发生过程 4.水和水蒸气状态参数及其图表 5.水蒸气的热力过程 第七章 蒸汽动力循环 1.郎肯循环 2.实际蒸汽动力循环分析 3.蒸汽再热循环 4.蒸汽回热
11、循环 5.热电联产循环 第八章： 制冷（致冷）循环 1. 空气压缩制冷循环 2.蒸汽压缩制冷循环 3.热泵 4.吸收式制冷循环 5.制冷剂 第九章： 理想混合气体和湿空气 1.混合气体的成分 2. 分压定律和分容定律 3.混合气体的参数计算 4. 同 T 同 P 下理想气体绝热混合熵增 5.湿空气的性质 6.湿空气的焓、熵和容积 7.比湿度的确定和湿球温度 8.湿空气的焓湿图与热湿比 9. 湿空气的基本热力过程 第十章 热力学微分关系式及实际气体的性质 2. 特征函数 3.数学基础 4.热系数 5 . 熵、能和焓的微分关系式 6. 比热容的微分关系式 7. 克拉贝龙方程和焦汤系数 8.实际气体对理想气体性质的偏离 9.维里方程 9.经验性状态方程
