工程热力学 课件 第0章 绪 论

工程热力学绪论本课件将介绍工程热力学的基本概念、原理和应用热力学介绍研究能量及其转换形式探讨热量和功的相互关系分析各种热力学过程热力学的应用领域发电厂航空航天制冷和空调热力学原理用于设计和优化发电厂，提热力学用于飞机发动机，火箭推进系统热力学原理用于设计和优化制冷系统，高能源效率等的设计空调系统等热量和功的概念热量功热量是能量的一种形式通过温功是能量的一种形式通过力在,,度差而传递位移方向上的作用而传递热力学定律第定律1能量守恒能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从1一个物体转移到另一个物体，在转化和转移过程中，能量的总量保持不变热量和功2热力学第一定律描述了能量在热量和功之间的转换关系热力学系统3热力学第一定律适用于封闭系统和开放系统热力学定律第定律2能量守恒1能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式能量流动2在自然过程中，能量总是从高温物体流向低温物体不可逆过程3能量转化过程中，总是有一部分能量不可逆地转化为热能熵和无序度熵的概念无序度熵是系统无序度的量度熵越高，系统越无序熵是一个状态无序度是指系统的混乱程度无序度越高，系统越混乱熵是函数，只与系统的状态有关，与系统经历的过程无关无序度的量化指标工程应用实例工程热力学在许多工程领域都有广泛的应用，包括•发电厂设计和优化•内燃机和燃气轮机设计•制冷和空调系统设计•化工过程设计和优化航空航天工程•课程目标和重点内容理解热力学基本概念应用热力学分析工程问12题掌握热力学的基本定律和概念，包括能量守恒、熵增原能够运用热力学原理分析和理等解决各种工程问题，例如热机、制冷机、热交换器等掌握热力学计算方法3掌握热力学计算方法，包括能量平衡、熵平衡、热力学循环等热量和功的转换热量1热量是能量的一种形式，它可以从一个物体传递到另一个物体，或从一个系统传递到另一个系统热量通常与温度变化相关联功2功是能量的一种形式，它可以被用来移动物体或改变物体的状态功通常与力或位移相关联转换3热量和功是可以相互转换的例如，热量可以用来做功，功也可以用来产生热量热机原理热量输入热机从高温热源吸收热量，例如燃烧燃料或利用太阳能做功热机将部分吸收的热量转换为机械功，例如推动活塞或转动涡轮热量输出热机将剩余的热量排放到低温热源，例如大气或冷却水制冷机原理热量吸收制冷剂在低温蒸发器中吸收被冷却空间的热量，使被冷却空间温度降低压缩升温压缩机将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的制冷剂热量释放高温高压的制冷剂在冷凝器中释放热量给环境，制冷剂温度降低膨胀降温制冷剂通过节流阀膨胀，降低温度和压力，形成低温低压的制冷剂，再次进入蒸发器循环热传导温度梯度分子振动热量从高温物体传递到低温物体，热量通过物质内部的分子热运动传温度梯度是热量传递的驱动力递，高温区域的分子振动更剧烈，将能量传递给低温区域的分子材料性质材料的热传导率决定了其传热效率，例如金属的热传导率很高，而空气则很低热对流流体运动温度梯度热量通过流体（液体或气体）热量从高温区域流向低温区的运动传递域，导致流体运动自然对流强制对流由于密度差异引起的流体运通过外力（如风扇）驱动的流动，例如沸腾水体运动，例如空调系统热辐射热辐射的概念热辐射的特性热辐射是指物体因温度而发射电磁波的现象，任何温度高于绝热辐射不需要介质传播，可以在真空中传播，而且具有方向对零度的物体都会发射热辐射热辐射的能量大小与物体温度性，热辐射可以沿着直线传播，也可以被反射、吸收和透射的四次方成正比，即温度越高，发射的热辐射能量越大热交换装置热交换器是利用热量传递原理，将热量从一种流体传递到另一种流体的装置热交换器在许多工业应用中扮演着至关重要的角色，例如发电厂、化工厂、空调系统等热量测量热量计热电偶热量计是一种用于测量热量热电偶是一种温度传感器，的仪器，通过热量计，我们它利用两种不同金属之间的可以测量各种物质的热容量温差来测量温度和比热容热流传感器热流传感器用于测量热量流动的速率工程热力学价值提高效率推动可持续发展改善生活质量热力学原理可以应用于优化能源转换过热力学为可再生能源的利用和发展提供工程热力学在制冷、空调等领域应用广程，提高效率，减少能源浪费了理论基础，促进节能减排，实现可持泛，改善人们的生活环境，提高生活质续发展量热力学基本概念温度热量12温度是指物体的冷热程度，热量是指物体之间由于温度是热力学中重要的基本概差而传递的能量，是能量的念一种形式功内能34功是指力作用在物体上，使内能是指物体内部所有微观物体在力的方向上移动的能粒子运动的能量总和，是一量传递形式个状态量理想气体状态方程状态参数1压力、体积、温度和物质的量P VT n理想气体2分子间无相互作用力的气体模型方程3PV=nRT单相纯物质状态参数压力温度比容焓物质的压力是指其单位面积温度是衡量物质内部热能的比容是指单位质量物质所占焓是体系的内能和压力与体上所受的力指标的体积积之积的总和均相相平衡化学势吉布斯自由能在同一相中，各组分化学势相等，系统的吉布斯自由能最小，对应着系统处于平衡状态平衡状态热力学关系式利用热力学基本关系式推导出平衡条件化学平衡与反应化学平衡反应速率平衡常数可逆反应中正逆反应速率相等，反应物反应进行的快慢程度，受温度、浓度、描述化学反应达到平衡时反应物和生成和生成物浓度保持不变的状态催化剂等因素影响物浓度比值，反映反应进行的程度非均相系统平衡相变平衡溶液平衡界面平衡液体和蒸汽之间的平衡是相变平衡的固体溶解在液体中，直到达到饱和状不同相之间的界面处，物质的交换和典型示例态，形成溶液平衡能量传递达到平衡化学反应平衡可逆反应平衡状态平衡常数化学反应可以是单向的，也可以是双向可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速平衡常数是衡量反应平衡程度的指标，的双向反应称为可逆反应率相等，反应物和生成物的浓度不再变它与温度有关化离散系统分析方法控制容积1系统边界质量守恒2质量进出能量守恒3能量进出焓4能量衡算连续系统分析方法质量守恒1连续系统中，质量输入等于质量输出能量守恒2能量输入等于能量输出，考虑热量和功的转换熵增原理3系统熵值会增加，体现不可逆过程热力学第一定律应用热力学第一定律能量守恒定律，在封闭系统中，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体应用场景热力学第一定律广泛应用于工程领域，如热机、制冷机、热交换器、燃烧过程等能量分析利用第一定律，可以分析能量转化和传递过程，并对能量损失进行评估和优化热力学第二定律应用热机效率1热力学第二定律限制了热机将热能转换为功的效率，确定了最大理论效率制冷机性能2制冷机从低温环境吸热并将其转移到高温环境，第二定律设定了制冷循环的最低能量消耗熵增原理3任何孤立系统内的熵总是趋向于增加，反映了系统趋向于无序和混乱的趋势用热力学分析各种工艺过程优化能源效率1最大化热力转换效率，节约能源成本提高工艺效率2通过热力学分析，优化工艺参数，提高生产效率降低环境影响3减少废热排放，降低对环境的影响。