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1、热工基础单元热工基础单元第1页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院22课程体系课程体系两大基础课两大基础课相关知识相关知识工程热力学工程热力学基本概念基本概念工程热力学工程热力学基本定律基本定律水及水蒸汽水及水蒸汽热力性质热力性质典型典型蒸汽动力循环蒸汽动力循环蒸汽流动蒸汽流动与与喷管喷管热传递热传递基本方式及其基本规律基本方式及其基本规律换热器换热器及其换热效果评价及其换热效果评价第2页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院33课程要求课程要求掌握掌握工程热力学相关基本概念工程热力学相关基本概念掌握掌握传热学相关基本概念传热学相关基本概念掌握掌握典型热工过程基本
2、规律典型热工过程基本规律熟练熟练进行相关计算进行相关计算可用来解释相关的现象和过程可用来解释相关的现象和过程第3页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院单元一单元一 工程热力学基础知识工程热力学基础知识主要内容主要内容工程热力学的研究内容及应用工程热力学的研究内容及应用热能转变成机械能的过程和实现条件热能转变成机械能的过程和实现条件工质、热力状态及状态参数工质、热力状态及状态参数工质状态变化与参数坐标图工质状态变化与参数坐标图理想气体状态方程理想气体状态方程工质热容工质热容第4页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院5 5工程热力学工程热力学 是一门研究是一门研究热
3、能热能有效利用及有效利用及热热能能和和其它形式其它形式能量能量转换规律的科学转换规律的科学热力学 是研究伴有热效应的一切过程中的能量关系及能量转换的科学第5页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院66工质工质实现热能和机械能相互转化的媒介实现热能和机械能相互转化的媒介物质物质实例实例一、工质、热机、热源以及热力系统第6页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院7 7火力发电装置锅炉汽轮机 发电机 给水泵 凝汽器过热器 1、热源，冷源、热源，冷源2、工质（水，蒸、工质（水，蒸 汽）汽）3、膨胀做功、膨胀做功4、循环、循环 (加压、加压、加热、膨胀做功、加热、膨胀做功、放
4、热放热)第7页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院88燃气装置1、热源，冷源热源，冷源2、工质（燃气）、工质（燃气）3、膨胀做功、膨胀做功4、循环、循环 (加压、加热、加压、加热、膨胀做功、放热膨胀做功、放热)压气机燃气轮机燃烧室空气废气第8页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院99内燃机内燃机装置装置空气、油废气吸气压缩点火膨胀排气internal combustion engine第9页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院良好的膨胀特性良好的膨胀特性良好的流动性能良好的流动性能热力性质稳定热力性质稳定与设备相容性好与设备相容性好无毒、廉价、易
5、于获得无毒、廉价、易于获得热力机械中工质的一般性要求热力机械中工质的一般性要求用来将用来将热能热能转变为转变为机械能机械能的设备称为的设备称为热机热机第10页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院1111热源、冷源热源、冷源工质工质从中从中吸取能量吸取能量的物体叫做的物体叫做热源热源接受接受工质排出热能工质排出热能的物体叫做的物体叫做冷源冷源热力系统热力系统人为地人为地分割出来、分割出来、由界面包围着的由界面包围着的、作为热力学作为热力学分析对象分析对象的物体的物体总和总和叫叫做热力系统，简称热力系做热力系统，简称热力系第11页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院
6、1212外界外界：系统以外的所有物质：系统以外的所有物质外界与边界边界边界(界面界面)：系统与外界的分界面：系统与外界的分界面系统系统与与外界外界的作用都通过的作用都通过边界边界surroundingsboundary第12页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院1313边界特性边界特性真实、虚构真实、虚构固定、活动固定、活动fixed、movable real、imaginary第13页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院1414热力系统分类热力系统分类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
7、传热 非绝热系非绝热系 绝热系绝热系是否传功是否传功 非绝功系非绝功系 绝功系绝功系是否传热、功、质是否传热、功、质 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系第14页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院15151234mQW1 开口系开口系非孤立系相关外界非孤立系相关外界孤立系孤立系1+2 闭口系闭口系1+2+3 绝热闭口系绝热闭口系1+2+3+4 孤立系孤立系 热力系统分类热力系统分类第15页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院1616热力系统其它分类方式 其它分类方式物理化学性质 均匀系均匀系 非均匀系非均匀系工质种类工质种类多元系多元系单元系单元系相态相态多相多相单
8、相单相第16页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院1717状态：状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况某一瞬间热力系所呈现的宏观状况状态参数状态参数：描述热力系状态的物理量描述热力系状态的物理量状态参数的特征：状态参数的特征：1 1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然2 2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量状态参数的积分特征：状态参数的变化量 与路径无关，只与初终态有关与路径无关，只与初终态有关3 3、状态参数的微分特征状态参数的微分特征：全微分：全微分二、状态及状态参数二、状态及状态参数第17页，本讲稿共52页2022/10/23核科
9、学与技术学院1919状态参数的微分特征状态参数的微分特征设设 z z=z z(x,y)dz z是全微分是全微分充要条件：充要条件：可判断是否可判断是否是状态参数是状态参数第19页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院20核动力装置研究所20强度参数与广延参数强度参数与广延参数强度参数：强度参数：与物质的量无关的参数与物质的量无关的参数 如如压力压力 p、温度温度T广延参数：广延参数：与物质的量有关的参数与物质的量有关的参数可加性可加性 如如 质量质量m、容积容积 V、内能内能 U、焓焓 H、熵熵S比参数：比参数：比比容容比比内能内能比比焓焓比比熵熵单位：单位：/kg /kmol
10、具有强度参数的性质具有强度参数的性质第20页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院2121强度参数与广延参数强度参数与广延参数速度动能高度 位能 内能温度应力摩尔数（强）（强）（强）（强）（强）（强）（强）（强）（广）（广）（广）（广）（广）（广）（广）（广）Velocity Kinetic EnergyHeight Potential EnergyTemperature Internal EnergyStressMol第21页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院2222常见状态参数常见状态参数压力压力比容比容温度温度内能内能焓焓熵熵pvtuhsPVTUHS基本状
11、态参数基本状态参数复合状态参数复合状态参数导出参数导出参数第22页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院2323三、基本状态参数三、基本状态参数压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）1、压力压力 p (pressure)物理中压强，单位物理中压强，单位:Pa(Pascal),N/m2常用单位常用单位Units：1 kPa=103 Pa 1bar=105 Pa 1 MPa=106 Pa 1 atm=760 mmHg=1.013 105 Pa 1 mmHg=133.3 Pa 1 at=1 kgf/cm2=9.80665 104 Pa第23页，本讲稿共52页2022/10/23核科
12、学与技术学院2022年10月23日242022年10月23日24压力压力p p测量测量绝对压力绝对压力与与环境压力环境压力的相对值的相对值 相对压力相对压力注意：只有绝对压力 p 才是状态参数U-tube manometerBourdon Tube示意图第24页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院2525绝对压力与相对压力绝对压力与相对压力示意图当当 p pb表压力表压力 pe当当 p 有足够时间恢复新平衡有足够时间恢复新平衡 准静态过程准静态过程第44页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院45准静态过程的工程应用准静态过程的工程应用例：活塞式内燃机 2000转
13、/分 曲柄 2冲程/转，0.15米/冲程活塞运动速度活塞运动速度=2000 2 0.15/60=10 m/s压力波恢复平衡速度（声速）压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s破坏平衡所需时间破坏平衡所需时间（外部作用时间）（外部作用时间）恢复平衡所需时间恢复平衡所需时间（驰豫时间）（驰豫时间）一般的工程过程都可认为是一般的工程过程都可认为是准静态过程准静态过程具体工程问题具体分析具体工程问题具体分析。“突然突然”“缓慢缓慢”第45页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院462 2、可逆过程、可逆过程 系统经历某一过程后，如果能使系统经历某一过程后，如果能使系统系统与与外界外界同时
14、同时恢复到初始状态，而不留下任何恢复到初始状态，而不留下任何痕迹，则此过程为痕迹，则此过程为可逆过程可逆过程。注意可逆过程可逆过程只是指可能性，只是指可能性，并不并不是指必须是指必须要回到初态的过程。要回到初态的过程。第46页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院47可逆过程的实现可逆过程的实现准静态过程准静态过程 +无耗散效应无耗散效应 =可逆过程可逆过程无不平衡势差无不平衡势差通过摩擦使功通过摩擦使功变热的效应变热的效应(摩摩阻，电阻，非阻，电阻，非弹性变性，磁弹性变性，磁阻等）阻等）不平衡势差不平衡势差不可逆根源不可逆根源 耗散效应耗散效应 耗散效应耗散效应第47页，本讲稿
15、共52页2022/10/23核科学与技术学院48三、容积变化功和示功图三、容积变化功和示功图pp外2mkg工质：W =pdV1kg工质：w=pdv1注意：上式仅适用于准上式仅适用于准静态过程静态过程第48页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院49示功图示功图pV.12.pp外21mkg工质：W =pdV1kg工质：w=pdvW第49页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院2022年10月23日50准静态容积变化功的说明pV.12.2）p-V 图上用图上用面积面积表示表示3）功的大小与路径有关，功的大小与路径有关，过程量过程量4）统一规定：统一规定：dV0，膨胀膨胀
16、 对外作功对外作功（正正）dV0，压缩压缩 外内作功外内作功（负负）5）适于适于准静态下准静态下的的任何任何工质（一般为流体）工质（一般为流体）6）外力无限制，功的表达式只是系统内部参数外力无限制，功的表达式只是系统内部参数7）有无有无f，只影响系统功与外界功的大小差别只影响系统功与外界功的大小差别1）单位为 kJ 或 kJ/kgWw第50页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院四、热量、熵及四、热量、熵及T-s图图热量热量在传热过程中物体内部热能改变的量度在传热过程中物体内部热能改变的量度热量是过程量热量是过程量热量符号及单位热量符号及单位Q，qJ及及J/kg热量正副值的规定热量正副值的规定第51页，本讲稿共52页2022/10/23核科学与技术学院5252熵的定义及熵的定义及T-s图图工质的工质的熵熵等于可逆过程中工质所吸收等于可逆过程中工质所吸收的的能量能量与与所处温度所处温度之比之比dS=Q/T积分形式熵变关系积分形式熵变关系比熵关系比熵关系熵的说明熵的说明第52页，本讲稿共52页