基本概念4及热一律1

1、能源与动力工程学院 Shool of Jet Propulsion,Engineering Thermodynamics,工 程 热 力 学,第 5 课,2,课件下载新地址,旧地址仍有效!,工程热力学课件下载,热量(heat) ：是热力过程中由于温差通过边界传递的能量。,绝热方法：绝热材料 消除温差,过程量,1-6. 热量和功,时段 t2- t1,传递能,动势能量是储存能（状态量）,食物含有100焦耳热量,吸热为正,热流密度,功是什么,功是热力过程中不是由温差,系统与外界通过边界传递的能量,功是力乘在力方向上的位移,功的符号：系统对外作功为正。,功是通过边界传递的能量其全部 效果可表现为举起重

2、物。,热力学定义 ：,力学定义：,理想能量转 换及机械 传动装置,热不能完全转换成机械功,广义力,广义位移,线,线,线,功和热量的异同,热是温差的驱动下物系间通过紊乱的微粒运动发生相互作用而传递的能量（无序）,均为通过边界传递的能量，为系统与外界共有的过程量,功是物系间通过宏观运动发生相互作用传递的能量（有序）,功全变热,热不可全变功,热机,准静态过程中的容积变化功（膨胀或压缩）,O,p,V,比功,示功图,系统,准静态,路径,容积功与有用功,其中:W 容积功 Wl 摩擦耗功；Wp排斥大气功。,-有用功,pb,f,-外界机械能功,准静态过程,可逆过程,用外部参数计算非平衡过程的功,?,广义力,准

3、静态功与非准静态功,准静态功（亦称可能的可逆功）：在准静态过程或可逆过程所作的功，且满足：,特点：,系统强度状态量,系统广延状态量,dX 变号时，F 不变号,dX 趋于零时，F 有限,非准静态功（亦称不可逆功）：在不可逆过程所作的功,不满足准静态功特点，如,摩擦功,电阻功,叶轮功,广义位移,10,状态公理,n 容积变化功、表面张力功等,平衡状态下，在无化学变化时，质量一定的系统独立强度状态量数目N 等于各种可逆功(准静态功)的方式数目n 加以1,简单可压缩系统：N = n + 1 = 2,简单可压缩系统（simple compressible system） 无化学反应、电、磁，重力，运动以及

4、表面张力等效应的可压缩物质。,11,y,状态量与过程量的数学特性,x,1,2,点函数,二元函数,态函数,曲线积分,状态量,令,不恰当微分,全微分,(路径函数,泛函,过程量),热力学坐标,要实现连续作功，必须构成循环,定义：热力系统经过一系列变化后，又回到原初始状态的一系列变化过程称为热力循环。,不可逆循环,分类：,循环,可逆循环,1-7. 热力循环,内部可逆循环,全可逆循环,如何确定系统热源？,实际热源,边界热源,T,系统,边界热源,v,对复合系统不可逆循环取实际热源温度,对复合系统可逆循环取边界热源温度,边界热源(也称多热源)是与系统温度相差无限小（计算取Tr=T）的假想变温热源.它与系统构

5、成内部可逆系统。,4,3,2,1,T,s,正循环,热机,T1,T2,Q1,W,高温热源,低温热源,吸热,排热,作净功,热力循环的评价指标,正循环：净效应（吸热、对外作功）,动力循环：热效率,T1,T2,Q1,W,逆循环,T,s,1,2,3,4,4,1,2,3,蒸发器,冷凝器,压缩机,节流阀,冷藏室,环境,制冷机与热泵,冷藏室,房间,环境,环境,制冷机,Q1,W,Q2,W,Q1,Q2,排热,输入功,输入功,热泵,供暖,T2,Q1,W,制冷机的评价指标,逆循环：净效应（对内作功，放热）,Q2,T0,制冷循环：制冷系数,T1,Q1,W,逆循环：净效应（对内作功，放热）,制热循环：制热系数,热泵的评价

6、指标,T0,The First Law Of Thermodynamics,第二章,热力学第一定律,第二章 热力学第一定律,2-1. 第一定律的建立,2-2. 闭口系的能量方程,2-3. 开口系的质量守恒方程,2-4. 开口系的能量方程,2-5. 能量方程的应用,23,2-1. 第一定律的建立,热力学第一定律实际上是包含热现象在内的能量守恒与转换定律,能量守恒与转换定律,细胞学说,进化论,19世纪自然科学的三大发现,“活力守恒”思想的发展,惠更斯（Huygens ),1669,莱布尼兹（Galileo ),1686,德国,1738,丹尼尔.伯努利（Daniel Bernoulli ),彭塞利,

7、1829,法国,弹性碰撞,守恒,活力力x路程,法国,1792-1843,科里奥利,术语“功”,25,z,势能增量,机械能守恒,x,1,2,y,合力功,z,1,2,y,x,动能增量,26,压力势能,伯努利方程,z,y,x,27,数学推导,z,y,x,热质说与热动说,热质说:热是一种特殊的物质，称为“热质（Caloric）”。热质由没有重量的微细粒子组成，可以从一个物体流向另一个物体，其数量是守恒的。热质的粒子互相排斥，从而物体具有热胀的性质。,1783,法国,拉瓦锡,15世纪-18世纪,培根、胡克、牛顿、罗蒙诺索夫、,热动说：热是组成物质的微观粒子运动的表现，它可以由物质的机械运动转化而来。,热

8、质说佯谬,1797,伦福德Rumford,慕尼黑兵工厂大炮镗钻孔，发现摩擦可以无休止的产生热量,英国,1799,戴维H.Davy,英国,两块冰摩擦实验,永动机梦想的破灭,热力学第一定律另一说法： 第一类永动机是不可能制成的,从十三世纪的法国人享内考提出第一个永动机方案到后来种种方案都以失败而告，以致法国科学院在1775年声明：本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计。,蒸汽机的发展,1695,巴本 第一个蒸汽机,新蒸汽机 有一定实用价值,法国,1705,1769,钮科门,英国,瓦特,加了冷凝器,1807,富尔顿,美国,应用于轮船,1825,用于火车,1785,应用于纺织,为蒸汽机的进一步发展，

9、迫切需要研究热和功的关系，以提高热机效率。,量热学的发展,1593,伽利略 温度计,1702,阿蒙顿 空气温度计,1724,华伦海特 华氏温标,1742,摄尔修斯 摄氏温标,荷兰,瑞典,意大利,1780,J.Black,布莱克,英国,发现热的强度（温度）和热的数量（热量）不同，他和他的学生后来正式提出了比热、热容量、潜热（Latent heat）等概念。,Julius Robert Mayer (1814 - 1878),小医生与啤酒匠发现科学新理,德国,迈尔,1840,印度尼西亚 产生思想,1842,论自然力（即能）守恒的论文,同一单位,不同单位,小医生与啤酒匠发现科学新理,James rescottJoule 1818-1889,英国,焦耳,1841,1847,热功当量实验仪,1849,论热功当量,焦耳的实验装置,James rescottJoule 1818-1889,焦耳实验的结果 ：40年400多次,热功当量 J = 4.1868 kJ/kcal,绝热功,与路径无关,热是与功等效的传递能量,N.m,cal,37,y,曲线积分与路径无关问题,x,1,2,四个等价命题,势函数,38,内能定理,由焦耳实验,对系统