热力学实用PPT课件PPT课件

1、第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义1-1 热能和机械能相互转换过程热能和机械能相互转换过程1-2 热力系统热力系统 1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数工质的热力学状态及其基本状态参数1-4 平衡状态平衡状态1-5 工质的状态变化过程工质的状态变化过程1-6 功和热量功和热量1-7 热力循环热力循环第1页/共125页2一、热能动力装置一、热能动力装置 定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力的整套设备的整套设备。分分类类燃气动力装置燃气动力装置 内燃机内燃机 燃气轮机装置燃气轮机装置 喷气发动机喷气发动机 蒸汽动力装置蒸汽动力装置 电

2、厂蒸汽动力装置电厂蒸汽动力装置第2页/共125页第3页/共125页第4页/共125页5 系统人为分割出来，作为热力学人为分割出来，作为热力学研究对象的有限物质系统。研究对象的有限物质系统。 外界：与体系发生质、能交换的物系。与体系发生质、能交换的物系。 边界：系统与外界的分界面（线）。系统与外界的分界面（线）。一、定义第5页/共125页6 闭口系闭口系（控制质量（控制质量CM） 没有质量越过边界没有质量越过边界 开口系开口系（控制体积（控制体积CV） 通过边界与外界有质量交换通过边界与外界有质量交换、 按系统与外界质量交换第6页/共125页7. 简单可压缩系简单可压缩系 由可压缩物质组成，无化

3、学反应、与外界有交换容积由可压缩物质组成，无化学反应、与外界有交换容积变化功的有限物质系统。变化功的有限物质系统。绝热系绝热系 与外界无热量交换与外界无热量交换; 孤立系孤立系 与外界无任何形式的质能交换。与外界无任何形式的质能交换。. 按能量交换第7页/共125页以系统与外界关系划分：以系统与外界关系划分： 有有 无无是否传质是否传质 开口系开口系 闭口系闭口系是否传热是否传热 非绝热系非绝热系 绝热系绝热系是否传热、功、质是否传热、功、质 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系第8页/共125页9 热力学状态热力学状态 系统宏观物理状况的综合系统宏观物理状况的综合 状态参数状态参数 描述物系所处状

4、态的宏观物理量描述物系所处状态的宏观物理量 SHUTVp, 1状态参数是宏观量状态参数是宏观量，是大量粒子的统计平均效，是大量粒子的统计平均效 应，只有应，只有平平衡态衡态才有状参，系统有才有状参，系统有多多个状态参数，如个状态参数，如一、热力学状态和状态参数二、状态参数的特性和分类第9页/共125页10四、温度和温标 温度的定义：温度的定义： 测温的基础测温的基础热力学零定律热力学零定律 热力学温标和国际摄氏温标热力学温标和国际摄氏温标 CK273.15tT第10页/共125页11绝对压力绝对压力 p;表压力表压力 pe（pg）; 真空度真空度 pvbvb()ppppp当地大气压当地大气压p

5、bbeb()ppppp第11页/共125页第12页/共125页1313第13页/共125页1414第14页/共125页1515第15页/共125页1616第16页/共125页1717 若过程进行得相对若过程进行得相对缓慢缓慢，工质在平衡被破坏，工质在平衡被破坏后自动恢复平衡所需的时间，即所谓后自动恢复平衡所需的时间，即所谓弛豫时间弛豫时间又很短，工质有足够的时间来又很短，工质有足够的时间来恢复平衡恢复平衡，随时，随时都不致都不致显著偏离显著偏离平衡状态，那么这样的过程就平衡状态，那么这样的过程就叫做叫做准平衡过程准平衡过程。第17页/共125页1818压差不平衡不平衡温差压差温差AFppAFp

6、pextext 0)(或者extextTTTTT 0)(或者第18页/共125页1919第19页/共125页2020不平衡势差无限小耗散效应第20页/共125页2121第21页/共125页2222第22页/共125页2323第23页/共125页2424第24页/共125页2525热量定义：热量是热力系与外界相互作用的另一种方式，在温差的推动下，以微观无序运动方式通过边界传递的能量。符号约定：系统吸热符号约定：系统吸热“+”； 放热放热“-”第25页/共125页2626Tdsq TSQqTds第26页/共125页2727pv123Ts12344.第27页/共125页2828第28页/共125页2

7、929第29页/共125页 代价收益动力循环：动力循环： 热效率热效率nett11wq逆向循环：逆向循环： 制冷系数制冷系数2netor1qw供暖系数供暖系数1net1qw第30页/共125页2-1 第一定律实质 2-2 热力学能和总能2-3 能量传递和转化2-4 焓2-5 基本能量方程式2-6 开口系统能量方程式2-7 能量方程式应用第31页/共125页 “ 热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能时，它们间的比值是一定的”或“热可以变成功，功也可以变成热；一定量的热消失时必产生相应量的功，消耗一定量的功时必出现与之对应的一定量的热”.第32页/共125页3333 气体的热力学能既然决定于

8、它的温度和比体积，也就决定于它的状态，因此，热力学能也是气体的状态参数。 考虑到气体的内动能决定于气体的温度，内位能决定于气体的温度和比体积，所以气体的热力学能是温度和比体积的函数，即 内能是状态量第33页/共125页3434kppkEEUE221fkmcEmgzEpmgzmcUEf221gzcuef221第34页/共125页35352-3能量的传递与转换1 功和热都是系统与外界所传递的能量，而不都是系统与外界所传递的能量，而不是系统本身的能量，其值并不由系统的状态确定，是系统本身的能量，其值并不由系统的状态确定，而是与传递时所经历的而是与传递时所经历的有关。有关。不是系统的状态参数，而是与过

9、程特不是系统的状态参数，而是与过程特征有关的征有关的。第35页/共125页3636推动功和流动功推动功：工质在开口系中流动而传递的功。流动功：系统为维持工质流动所需的功1122)(vpvppv注：推动功只有在工质移动位置时才起作用。第36页/共125页3737 在开口系中由于有工质流动，热力学能u与推动功pv必然同时出现，所以焓可以理解为由于工质流动而携带的、并取决于热力状态参数的能量； 焓对于开口系有上述物理意义，对闭口系不再具有上述物理意义；第37页/共125页38380),(),(),(12212121dhhhdhhhvTfhTpfhvpfhba因热工计算中时常出现U+pV,所以把它定义

10、为焓H第38页/共125页3939进入系统的能量离开系统的能量系统中储存能量的增加热力学第一定律基本表达式：EE+dEi imeQWjjm ed热力系第39页/共125页4040UU+UQWd闭口系中工质从外界吸热闭口系中工质从外界吸热Q Q，从状态变化到状态，从状态变化到状态，并对外界作功并对外界作功WW，忽略工质宏观动能和宏观位能，则工，忽略工质宏观动能和宏观位能，则工质储存能的增量全部为热力学能增量质储存能的增量全部为热力学能增量UU，可得：，可得：12U-UUW-Q或WUQ第40页/共125页闭口系统能量方程总结：m kg工质经过有限过程m kg工质经过微元过程工质经过微元过程1 kg

11、工质经过有限过程工质经过有限过程1 kg工质经过微元过程工质经过微元过程QUW QdUWquw qduw第41页/共125页4242第42页/共125页4343iwgdzcfhq221ifwzgdchq221单位质量工质微元过程ifPzmgcm221H第43页/共125页4444t1 12 2wwpvp vt()wwpv12 1ba12341140 1a230 2b）（22112121vpvppdvvdp第44页/共125页4545tqhw quw 第45页/共125页4646ifwzgchq221第46页/共125页4747ifwzgchq221第47页/共125页4848没有做功的部分:高

12、温工质低温工质h2s0w 21qhhh h1h2210qhhh 210qhhh iwgdzcfhq221高温工质低温工质忽略动能差、位能差忽略动能差、位能差h1第48页/共125页4949s0w 0q s22/wzgchq0gz212ch 第49页/共125页5050sqhw s0w 0q 0h12hh忽略动能差、位能差忽略动能差、位能差第50页/共125页5151第51页/共125页5252第52页/共125页5353T T 常温常温，p p7MPa7MPa双原子分子双原子分子第53页/共125页5454因为，这类物质临界温度较高，蒸气在通常因为，这类物质临界温度较高，蒸气在通常的工作温度和

13、压力下离液态不远。的工作温度和压力下离液态不远。第54页/共125页5555TRpvgNvkRgKKgJRKTKgmvmNPg.: : : :32第55页/共125页5656kmol/J 3145. 8000TVPMRRmg第56页/共125页5757qCdt第57页/共125页5858第58页/共125页5959gpVpvpccqqwR第59页/共125页6060第60页/共125页6161 222TTT 222uuu 222uuh 2121 2121 hhuu第61页/共125页6262vcconst21v21()ttucTT vv21()ucTc TT qdupdvdhvdpdTcqdu

14、TTVV21第62页/共125页6363pcconstphcT 21pTThc dT 21p21()tthcTT 21hhh qdupdvdhvdp ddphh ThcT第63页/共125页6464dJ/(kg K)J/(mol K)qsorT可逆12212121),(),(),(ssdsssvTfsTpfsvpfsba第64页/共125页6565第65页/共125页一点临界点crcr3cr22.064MPa373.99 C0.003106m /kgptv两线饱和液线饱和蒸汽线三区液汽液共存汽五态未饱和水饱和水湿蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽第66页/共125页6767析析4-7 4-7 水蒸气的基本

15、过程水蒸气的基本过程第67页/共125页2211TpTp12;vvlnvs CcvvdTdscscTCTeTvvTTsc第68页/共125页pvTs1212220q 0q 第69页/共125页21vuuucT 21phhhcT 0wpdvvquc dT 定容过程的功和热量的计算21ppvvdpwt第70页/共125页2211TvTv12;ppppTTsclnps CcppdTdscscTCTeTvvTTscpvTTss第71页/共125页pvTs212v220q 0q 0w0w 第72页/共125页4. 4. 功和热量功和热量内能变化量内能变化量 21vuuucT 21phhhcT 焓的变化量

16、焓的变化量容容 积积 功功21()wpdvp vv热热 量量qh 技技 术术 功功-0twvdppqc dT第73页/共125页pvTs212v220q 0q 0w0w 1v第74页/共125页pvTs12120q 0q 220w0w 4-4 定温过程定温过程理想气体的热力学能、焓都是温度的单值函数，故定温过程也是定热力学能过程和定焓过程第75页/共125页4. 4. 功和热量功和热量内能变化量内能变化量 210vuuucT 210phhhcT 焓的变化量焓的变化量容容 积积 功功 wq热热 量量qT s技技 术术 功功twqtwwqxqcdT因因可知定温过程的比热容可知定温过程的比热容Tc

17、所以不能用定温过程的比热容来计算热量。所以不能用定温过程的比热容来计算热量。定温过程的功和热量的计算4-4 定温过程定温过程pv 定值定值流动功为流动功为0第76页/共125页pvTs1212T220w0w 4-5 绝热过程绝热过程第77页/共125页内能变化量 21vuuucT 21phhhcT 焓的变化量容 积 功热 量0q 技 术 功)(11)(11)(22112121vpvpkTTRkTTcwgV)(1)(1)(22112121vpvpkkTTRkkkwTTcwgpt4-5 绝热过程绝热过程可逆绝热过程是定熵过程第78页/共125页 5-1 热力学第二定律 5-2 卡诺循环 5-3 卡

18、诺定理 5-4 熵、热力学第二定律表达式 5-5 熵方程 5-6 孤立系统的熵增原理 5-7 火用 参数的基本概念和热量火用 5-8 工质火用及火用平衡方程第79页/共125页热力学第二定律的开尔文说法： 不可能制造出从单一热源吸热、使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机。第80页/共125页 热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。第81页/共125页热力学第二定律的实质？第82页/共125页1.卡诺循环第83页/共125页0w210qqw1.卡诺循环第84页/共125页 1. t,c只取决于恒温热源T1和T2，而与工质的性质无关；2t,C11TT 卡诺循环效率小结 2

19、.T1 t,c,T2 t,c，温差越大， t,c越高； 4.当T1=T2时， t,c=0,单热源热机（第二类永动机）不可能； 3.T1= K,T2=0K, t,c100%，热二律；第85页/共125页 5.实际循环不可能实现卡诺循环，原因： a）一切过程不可逆； b）气体实施等温吸热，等温放 热困难； c）气体卡诺循环wnet太小，若 考虑摩擦，输出净功极微。 2t,C11TT 卡诺循环效率小结 6.卡诺循环指明了一切热机提高热效率的方向。第86页/共125页2.概括性卡诺循环121qqtctt,HLabHdcLTTsTsT11 n n第87页/共125页4.多热源的可逆循环mghenmmgl

20、enmtAAqq1112hTlTsTqh1sTql2hltTT1sTsTqqhlt1112第88页/共125页循环热效率归纳1211qqqwnetthltTT1hltTT1第89页/共125页卡诺定理1 在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪一种工质无关。5-3 hltTT1第90页/共125页定理2：在温度同为T1的热源和同为T2的冷源间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。t,Rt,任5-3 第91页/共125页第92页/共125页卡诺定理的意义从理论上确定了通过热机循环实现热能转变为机械能的条件，指出了提高热

21、机热效率的方向，是研究热机性能不可缺少的准则。对热力学第二定律的建立具有重大意义。第93页/共125页TQTQdsrevrrev状态参数熵的导出21210TQdsSdsrev第94页/共125页热力学第二定律的数学表达式0rTQ第95页/共125页热力学第二定律的数学表达式2112rTQSSrTqdsrTQdS 第96页/共125页第97页/共125页 熵增大原因： 主要是由于耗散作用，使损失的机械功转化为热能（耗散热）被工质吸收。gadgadSSSdS,即：即：不可逆绝热过程分析第98页/共125页由热流引起的那部分熵变称为热熵流，简称熵流QfgSSdS,QfS,QfgSSS,21或为熵产为熵流gS第99页/共125页0isoS0isoS0isoS0isodS0isoS孤立系熵增原理孤立系统熵增原理：孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小第100页/共125页第101页/共125页第102页/共125页ffcdcMaAdA) 1(2第103页/共125页crcrcrfvkPcc,第104页/共125页ffcdcMaAdA) 1(2第105页/共125页第106页/共125页1p12第107页/共125页 第108页/共12