工程热力学-工程师培训.ppt

工程热力学,工程热力学基础,要求：热力系统、工质、功、热量、内能和熵等概念，理想气体和卡诺循环等。热力学第一和第二定律，图和图，理想气体的热力过程和发动机的理想循环。传热学：热量传递方式、物质的导热特性,第一节气体的状态及状态方程,一、热力系统1、在热力学中，从若干个物体中规划出所要研究的对象，称为热力系统；,热力系,外界,界面,2、工质：在热力设备中用来实现热能与其它形式的能量交换的物质。热力设备通过工质状态的变化实现与外界的能量交换。,二、热力状态与状态参数,1、热力状态：,热力系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。,热力平衡状态：,当外界条件不变系统内状态长时间不变，即具有均匀一致的P、V、T。,2、状态参数：,用来描述气体热力状态的物理量,基本状态参数：,可直接测量的状态参数，包括：压力(P)、比容()、温度(T)。,主要状态参数：,压力P、比容、温度T、内能、熵、焓。,基本状态参数：,1、比容：m3/kg。定义：单位质量的物质所占的容积：=V/MV-物质的容积,m3;M-物质的质量，kg。比容的倒数是？2、压力P：Pa，Mpa、kPa。定义：系统单位面积上受到的垂直作用力。即：P=F/A,压力的测量,3、温度T：K。定义：表征物体的冷热程度,（气体分子的平均动能越大）,三、理想气体的状态方程1、理想气体：气体分子本身不占有体积，分子之间无相互作用力的气体。2、理想气体的状态方程：P=RTPV=mRT或PV=nRT对空气，R=0.287kJ/kgK1摩尔理想气体在零摄氏度和1标准大气压下的体积，等于22.4138103米3/摩尔。普适气体常数R=8.31441焦耳/摩尔开3、压容图,气体的状态也可用P-V图上的一个点表示，比较直观。,【摩尔质量】常称为克分子量。一定质量的某种物质，如果用克作质量的单位，其数值恰好等于该物质的分子量的大小时，那么，这一定数值的质量就叫做1“摩尔质量”。例如，碳是单原子分子，因此12克的碳就称为1摩尔质量的碳；氧是双原子分子，即由两个氧原子组成一个氧分子，因此，32克的氧就称为1摩尔质量的氧；氢也是双原子分子，因此2克的氢也称为1摩尔质量的氢。,在相同的温度和压力下，湿空气比干空气的密度大?大气压（湿空气压力）=干空气分压+水蒸气分压在热力学中，常温常压下的干空气可认为是理想气体。而湿空气中的水蒸气由于处于过热状态，而且数量很少，分压力很低，比容较大，可近似地当作理想气体。,第二节热力过程及过程量,一、热力过程热力系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的变化历程。P-V图上,一个点表示气体的一个热力状态;一条曲线表示一个热力过程。二、膨胀功（）气体在热力过程中由于体积发生变化所做的功（又称为容积功）,规定：热力系统对外界做功为正，外界对热力系统做功为负。由W=PdV得：dV0，膨胀,W0，系统对外界做功；dV0,吸热;dsQ2v所以：tvtmtp,三、活塞式内燃机理想循环的比较1、在等压缩比、等加热量Q1条件下,2、在循环的最高温度、最高压力相同的条件下,在T-S图上比较三种循环的加热量和放热量，可以看出：放热量q2都相同，而加热量为：,Q1pQ1mQ1v,所以：,tptmtv,实际内燃机中，由于压缩比选取的不同，有：tmtptv,热力系统的分类（据界面上物质和能力交换的情况分）,闭口系统：与外界无质量交换的系统；开口系统：与外界有质量交换的系统；绝热系统：与外界无热量交换的系统；孤立系统：与外界即无质量交换，又无热量交换的系统。,压力的测量,当系统的压力高于大气压力时，用压力表测量。,P=Pb+PgP:系统压力（绝对压力）；Pb:大气压力；Pg:表压力（压力表读数）。,压力的测量,当系统的压力低于大气压力时，用真空表测量。,P=Pb-PvPv：真空表读数。,由于表压力和真空度随大气压力的变化而变化，所以只有绝对压力才能作为系统的状态参数。,湿度,绝对湿度：一定体积的空气中含有的水蒸气的质量，克/立方米。相对湿度：水蒸气的饱和度有多高。相对湿度为100%的空气是饱和的空气。在一定温度和压力下，绝对湿度和饱和绝对湿度之比称为该温度下的相对湿度。在同样多的水蒸气的情况下温度升高相对湿度就会降低。因此在提供相对湿度的同时也必须提供温度的数据。通过相对湿度和温度也可以计算出露点。,含湿量d单位质量干空气的湿空气所含有的水蒸气的质量。单位g/kg(干空气)。,【露点】,空气中的水蒸气由于冷却而达到饱和时的温度。当气温与露点的差值越小，表示空气越接近饱和，空气的相对湿度则越高。例如，在某一气压下，测得空气的温度是20，露点是12，从表中查到20时的饱和蒸汽压为2328Pa（17.54毫米汞柱），12时的饱和蒸汽压为1402.3Pa（10.52毫米汞柱）空气的相对湿度60当大气的相对湿度大时露点高，相对湿度小则露点低。,传热,传热的基本方式：热传导、热对流和热辐射热传导：不涉及物质转移，热量从高温传递给相接触的低温，简称导热。热对流：不同温度的流体各部分由相对运动引起的热量交换。流体与其接触的固体壁面之间的换热过程，是热传导和热对流综合作用的结果。热辐射：物体因自身具有温度而辐射出能量的现象。热量可以在真空中直接传递。每一物体都具有与其绝对温度的四次方成比例的热辐射能力，也能吸收周围环境对它的辐射热。辐射和吸收所综合导致的热量转移称为辐射换热。,导热系数,1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,C）,在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米度（W/mK，此处为K可用代替）。导热系数较低的材料称为保温材料，而把导热系数在0.05瓦/米度以下的材料称为高效保温材料。,传热系数K,以往称总传热系数。稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度（K，），1小时内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/平方米度（W/K，此处K可用代替）。,热力学例题,热量从一个物体传递到另一个物体是靠物质载体，而不是靠电磁波？理想气体是想象中的一类气体，分子本身不具有体积，分子之间也没有作用力。,热力学例题,热量从一个物体传递到另一个物体是靠物质载体，而不是靠电磁波？理想气体是想象中的一类气体，分子本身不具有体积，分子之间也没有作用力。（单选）下列说法正确的是：1）循环输出净功愈大，则热效率愈高2）可逆循环的热效率都相等3）不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率4）“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变成机械能”这个说法是错误的,例题,在热力学中可逆绝热过程也称为定熵过程？相同体积的氢气和氧气，前者的摩尔数较大？夏季和冬季虽然温度不同，但相同的相对湿度条件下空气所含水的质量相同？,热力学例题,热量从一个物体传递到另一个物体是靠物质载体，而不是靠电磁波？理想气体是想象中的一类气体，分子本身不具有体积，分子之间也没有作用力。（单选）下列说法正确的是：1）循