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1、工程热力学总复习学习热力系统的分类热力系统的分类热力系统的分类热力系统的分类1)1)按系统与外界之间的按系统与外界之间的相互联系相互联系划分划分 (1)(1)闭口热力系统闭口热力系统与外界与外界无物质交换无物质交换的热力系统。的热力系统。(2)(2)开口热力系统开口热力系统与外界与外界有物质交换有物质交换的热力系统。的热力系统。(3)(3)绝热热力系统绝热热力系统与外界无与外界无热量热量交换的热力系统。交换的热力系统。(4)(4)孤立热力系统孤立热力系统与外界与外界无任何联系无任何联系的热力系统。的热力系统。(5)(5)简单可压缩系简单可压缩系由可压缩物质组成，与外界只进由可压缩物质组成，与外
2、界只进 行行热量热量与与一种容积变化功一种容积变化功交换的有限物质系统。交换的有限物质系统。（一）（一）（一）（一）热力系热力系热力系热力系l l 压力压力压力压力 热力系统的单位面积上所受到的垂直作用力。热力系统的单位面积上所受到的垂直作用力。表达式和单位表达式和单位或或 上式计算出的是热力系的上式计算出的是热力系的真实压力真实压力称为称为绝对压力绝对压力 p p;由压力表测量出来的压力称为由压力表测量出来的压力称为相对压力相对压力(表压力表压力)p pe e;测压仪表测压仪表所在环境所在环境的压力称为的压力称为参考压力参考压力(一般将测压仪表放在一般将测压仪表放在 大气环境中大气环境中,则
3、为大气压力则为大气压力)p pb b 。常用压力单位间的关系常用压力单位间的关系（三）基本状态参数（三）基本状态参数U U形管式压力计示意图形管式压力计示意图U U形管式压力计示意图形管式压力计示意图真空度 当工质是处于当工质是处于负压工作状态负压工作状态时，工质的真实压力时，工质的真实压力p低于环境压力低于环境压力pb，其测量得到的相对压力称为其测量得到的相对压力称为真空度真空度 。（三）基本状态参数（三）基本状态参数 各压力中只有各压力中只有绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力p p p p是状态参数！是状态参数！强调强调相对压力相对压力p pe e、参考压力参考压力p pb b和真实压力和真
4、实压力p p之间的关系如下：之间的关系如下：（三）基本状态参数（三）基本状态参数pbpeppvp例例例例 某刚性容器被分隔为两部分，在容器壁上分别装有三个压力表，表某刚性容器被分隔为两部分，在容器壁上分别装有三个压力表，表B B的的 读数为读数为80kPa80kPa，表，表C C的读数为的读数为100kPa100kPa，试问压力表，试问压力表A A的读数是多少？的读数是多少？设当地大气压为设当地大气压为770mmHg770mmHg。求求：解解 由图示依据真实压力、参考压力和由图示依据真实压力、参考压力和 相对压力之间的关系相对压力之间的关系,可写出如下可写出如下3 3 个关系式个关系式,从中整
5、理出所求量。从中整理出所求量。ABC12已知：已知：（三）基本状态参数（三）基本状态参数 正循环净功正循环净功正循环净功正循环净功=面积面积1 1a a2 2dcdc11面积面积1 1b b2 2dcdc1010逆循环净功逆循环净功逆循环净功逆循环净功=面积面积2 2a a1 1cdcd22面积面积1 1b b2 2dcdc101净效应：净效应：吸热，吸热，对外作功对外作功对外作功对外作功=净效应：净效应：放热，放热，对内作功对内作功对内作功对内作功l 正循环和逆循环正循环和逆循环正循环和逆循环正循环和逆循环顺时针顺时针逆时针逆时针得到的收益得到的收益得到的收益得到的收益循环的经济性能指标循环
6、的经济性能指标循环的经济性能指标循环的经济性能指标=付出的代价付出的代价付出的代价付出的代价制冷系数制冷系数制冷系数制冷系数 =消耗的净功消耗的净功消耗的净功消耗的净功制冷量制冷量制冷量制冷量 供暖系数供暖系数供暖系数供暖系数 =消耗的净功消耗的净功消耗的净功消耗的净功供热量供热量供热量供热量 评价逆循环的经济性能指标评价逆循环的经济性能指标评价逆循环的经济性能指标评价逆循环的经济性能指标循环热效率循环热效率循环热效率循环热效率 =循环吸热量循环吸热量循环吸热量循环吸热量循环净功循环净功循环净功循环净功 评价正循环的经济性能指标评价正循环的经济性能指标评价正循环的经济性能指标评价正循环的经济性
7、能指标5.3 5.3 评价热力循环的经济性能指标评价热力循环的经济性能指标评价热力循环的经济性能指标评价热力循环的经济性能指标（五）热力过程及热力循环（五）热力过程及热力循环（五）热力过程及热力循环（五）热力过程及热力循环正循环：净效应正循环：净效应（对外作功，吸热）（对外作功，吸热）WT高高Q1Q2T低低动力循环：热效率动力循环：热效率数值范围：（五）热力过程及热力循环（五）热力过程及热力循环（五）热力过程及热力循环（五）热力过程及热力循环逆循环：净效应逆循环：净效应（对内作功，放热）（对内作功，放热）WT高高Q1Q2T低低制冷循环：制冷系数制冷循环：制冷系数数值：（五）热力过程及热力循环（
8、五）热力过程及热力循环（五）热力过程及热力循环（五）热力过程及热力循环（五）热力过程及热力循环（五）热力过程及热力循环（五）热力过程及热力循环（五）热力过程及热力循环逆循环：净效应逆循环：净效应（对内作功，放热）（对内作功，放热）制热循环：供暖系数或热泵系数制热循环：供暖系数或热泵系数数值：WT高高Q1Q2T低低判断题判断题判断题判断题6 6、炉炉膛膛处处于于“负负压压”或或“正正压压”，说说明明炉炉膛膛中中的的绝对绝对 压力大于或小于零。压力大于或小于零。1 1、系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系；、系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系；2 2、孤立系一定是绝热闭口系；、孤立系一定是绝
9、热闭口系；3 3、绝热闭口系一定是孤立系；、绝热闭口系一定是孤立系；4 4、如果容器中气体的压力保持不变，那么压力表、如果容器中气体的压力保持不变，那么压力表 的读数一定也保持不变；的读数一定也保持不变；5 5、作为工质状态参数的应是绝对压力，不是表压、作为工质状态参数的应是绝对压力，不是表压 力（或真空度）；力（或真空度）；7 7、某过程可在、某过程可在p-v图中用实线表示，必为准平衡过程图中用实线表示，必为准平衡过程8 8、某过程可在、某过程可在p-v图中用实线表示，则必为可逆过程图中用实线表示，则必为可逆过程9 9、某过程如图所示，则曲线、某过程如图所示，则曲线 下面积表示膨胀功；下面积
10、表示膨胀功；1010、可逆过程肯定是准平衡过程；、可逆过程肯定是准平衡过程；1111、工质经历一不可逆过程后不能回到原状态。、工质经历一不可逆过程后不能回到原状态。pV.12.判断题判断题判断题判断题（一）功（二）热（三）热力学第一定律（四）能量方程式 能量与热力学第一定律热力学最常见的功热力学最常见的功体积变化功体积变化功1.1 1.1 体积变化功体积变化功体积变化功体积变化功 一般来说，热力系可用的不同方式与外界发生功的相互作用。在工程热力学中，热与功的相互转换常常是气体的体积变化（膨胀或压缩）来实现的，因此体积变化功（膨胀功或压缩功）体积变化功（膨胀功或压缩功）具有特别重要的意义。pp外
11、外21注意：注意：上式适用于上式适用于可逆过程可逆过程（一）（一）（一）（一）功功功功可逆状态下，可逆状态下，可逆过程的体积功可以用p-V图上过程线与V轴包围的面积面积表示1.2 1.2 示功图示功图示功图示功图 图上曲线下面的面积代表体积功；图上曲线下面的面积代表体积功；1 12 2p pV V 此时体积功为负此时体积功为负“-”,称为称为压缩功压缩功压缩功压缩功。此时体积功为正此时体积功为正“”,称为称为膨胀功膨胀功膨胀功膨胀功。有有有有有有强调!（一）（一）（一）（一）功功功功例例例例 某气缸活塞装置某气缸活塞装置,气缸内空气的初始压力为气缸内空气的初始压力为200kPa,200kPa,
12、体积为体积为2m2m3 3，如果活塞运动过程中维持如果活塞运动过程中维持pVpV恒定，当气缸内压力达到恒定，当气缸内压力达到100kPa100kPa 时，活塞停止运动，问该热力系统与外界交换的功量为多少？时，活塞停止运动，问该热力系统与外界交换的功量为多少？解解解解 取气缸活塞装置内的空气为热力系统取气缸活塞装置内的空气为热力系统,由由 得得有有功功功功（一）（一）（一）（一）功功功功定义：定义：定义：定义：系统系统与与外界外界之间依靠之间依靠温差温差通过通过边界边界边界边界传递的能量，称为热量。传递的能量，称为热量。单位单位 JJ或或 kJkJ 热量的符号热量的符号 比热量比热量单位单位 J
13、/kgJ/kg或或 kJ/kgkJ/kg 热力学中约定，热力学中约定，热力系吸热时取正值热力系吸热时取正值“+”，放热时取负值，放热时取负值“-”。用热容量用热容量 C Cx x计算热量计算热量用比热容用比热容c cx x计算比热量计算比热量 可逆过程可逆过程可逆过程可逆过程中的热量中的热量或或称称 s s为比熵，单位为比熵，单位 J/(kgK)J/(kgK)；（二）热（二）热（二）热（二）热2.1 2.1 热量热量热量热量表示工质放热表示工质放热表示工质吸热表示工质吸热有有有有有有1 12 2T Ts s强调!（二）热（二）热（二）热（二）热2.2 2.2 示热图示热图示热图示热图思考题思考
14、题1 1、温度高的物体比温度低的物体具有更多的热量，、温度高的物体比温度低的物体具有更多的热量，这种说法对吗？这种说法对吗？3 3、温度、压力、体积、膨胀功、热量中，哪些是状、温度、压力、体积、膨胀功、热量中，哪些是状 态量，哪些是过程量？态量，哪些是过程量？2 2、热量是指储存于物体内部的热能量。、热量是指储存于物体内部的热能量。（二）热（二）热（二）热（二）热开口稳流与闭口的能量方程开口稳流与闭口的能量方程体积变化功体积变化功w技术功技术功wt闭口闭口开口稳流开口稳流等价等价轴功轴功ws流动功流动功(pv)几种功的关系？几种功的关系？（四）能量方程式（四）能量方程式（四）能量方程式（四）能
15、量方程式热力学第一定律小结热力学第一定律小结3)3)热量热量热量热量1)1)储存能储存能储存能储存能体积功体积功体积功体积功2)2)功功功功任意过程任意过程任意过程任意过程可逆过程可逆过程可逆过程可逆过程技术功技术功技术功技术功任意过程任意过程任意过程任意过程可逆过程可逆过程可逆过程可逆过程p-vp-v图上的表示图上的表示图上的表示图上的表示p-vp-v图上的表示图上的表示图上的表示图上的表示可可可可 逆逆逆逆 过过过过 程程程程用比热容计算用比热容计算用比热容计算用比热容计算4)4)功的关系功的关系功的关系功的关系可逆过程可逆过程可逆过程可逆过程闭口系统闭口系统开口系统开口系统一般过程一般过
16、程可逆过程可逆过程5)5)功的关系功的关系功的关系功的关系适合于闭口系统和稳流开口系统适合于闭口系统和稳流开口系统热力学第一定律在闭口系统的一般表达式热力学第一定律在闭口系统的一般表达式热力学第一定律在开口系统的一般表达式热力学第一定律在开口系统的一般表达式稳态稳流能量方程稳态稳流能量方程6)6)能量方程能量方程能量方程能量方程相应微分形式：相应微分形式：流过流过1kg工质时，稳工质时，稳定流动能量方程：定流动能量方程：流过流过mkg流体时，流体时，稳定流动能量方程：稳定流动能量方程：相应微分形式：相应微分形式：6)6)能量方程能量方程能量方程能量方程例例 某封闭的刚性容器装有一定量的空气某封
17、闭的刚性容器装有一定量的空气,如图所示。初态时热力学能如图所示。初态时热力学能 为为800kJ800kJ，容器上装有一搅拌器，通过搅拌器轴的旋转输入能量，容器上装有一搅拌器，通过搅拌器轴的旋转输入能量100kJ100kJ，同时容器壁向外散热同时容器壁向外散热500kJ500kJ。试问此时容器内空气的热力学能是多少？。试问此时容器内空气的热力学能是多少？若为维持容器内空气的热力学能不变，由搅拌器应输入多少轴功？若为维持容器内空气的热力学能不变，由搅拌器应输入多少轴功？解解 根据闭口系能量方程根据闭口系能量方程由图可知由图可知则则若为维持容器内空气的热力学能不变若为维持容器内空气的热力学能不变搅拌
18、器需要输入轴功搅拌器需要输入轴功（四）能量方程式（四）能量方程式（四）能量方程式（四）能量方程式轴功轴功轴功轴功 热力系统通过叶轮式机械的轴与外界热力系统通过叶轮式机械的轴与外界交换的功量称为交换的功量称为轴功轴功。工程上许多动力机械，。工程上许多动力机械，如汽轮机、压气机、内燃机、风机等都是靠如汽轮机、压气机、内燃机、风机等都是靠机械轴传递机械功。机械轴传递机械功。例例一个装有20kg工质的闭口系经历了如下过程：过程中系统散热25kJ，外界对系统做功100kJ，比热力学能减小1.5kJ/kg，并且整个系统被举高10m。试确定过程中系统动能的变化。根据根据:(1)由(1)式得:(2)将已知条件
19、代入(2),得:（四）能量方程式（四）能量方程式（四）能量方程式（四）能量方程式（一）热力学第二定律（二）卡诺循环与卡诺定理（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程 熵与热力学第二定律能量能量数量上数量上的守恒的守恒l热力学第一定律热力学第一定律（一）（一）（一）（一）热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律过程的方向性问题过程的方向性问题l热力学第二定律热力学第二定律1.2.1开尔文普朗克表述开尔文普朗克表述（一）（一）（一）（一）热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律L热机的热效率不可能达到热机的热效率不可能达到100%；K热热机机工工作作时时除除了了有有高高温温
20、热热源源提提供供热热量量外外，同同时时还还必必须须有有低低温温热热源源，把把一一部部分分来来自自高高温温热热源源的的热热量量排排给给低低温温热热源源，作作为实现把高温热源提供的为实现把高温热源提供的热量转换为机械功的必要补偿热量转换为机械功的必要补偿。l l 不可能从不可能从不可能从不可能从单一热源单一热源单一热源单一热源取热，并使之完全变为取热，并使之完全变为取热，并使之完全变为取热，并使之完全变为有用功有用功有用功有用功而不引起其他影响。而不引起其他影响。而不引起其他影响。而不引起其他影响。l 热机不可能将从热机不可能将从热源热源吸收的热量全部转变为吸收的热量全部转变为有用功有用功，而必须
21、将某一，而必须将某一 部分传给部分传给冷源冷源。1.2.2克劳修斯表述克劳修斯表述l l 不可能将不可能将不可能将不可能将热热热热从从从从低温物体低温物体低温物体低温物体传至传至传至传至高温物体高温物体高温物体高温物体而不引起其它变化。而不引起其它变化。而不引起其它变化。而不引起其它变化。l 热量热量热量热量不可能自发地、不付代价不可能自发地、不付代价不可能自发地、不付代价不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。地从低温物体传至高温物体。地从低温物体传至高温物体。地从低温物体传至高温物体。空调，制冷空调，制冷空调，制冷空调，制冷代价：耗功代价：耗功代价：耗功代价：耗功（一）（一）（一）
22、（一）热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律利利用用制制冷冷机机实实现现由由低低温温物物体体向向高高温温物物体体传传递递热热量量时时，还还必必须须消消耗耗一一定定的的机机械械功功，并并把把这这些些机机械械功功转转变变为为热热量量放放出出，以此作为由以此作为由低温物体向高温物体传递热量的补偿低温物体向高温物体传递热量的补偿。热一律否定第一类永动机热一律否定第一类永动机热机的热效率最大能达到多少？热机的热效率最大能达到多少？又与哪些因素有关？又与哪些因素有关？热力学第一定律与热力学第二定律热力学第一定律与热力学第二定律 t 100不可能不可能热二律否定第二类永动机热二律否定第二类
23、永动机 t=100不可能不可能（二）卡诺循环与卡诺定理（二）卡诺循环与卡诺定理（二）卡诺循环与卡诺定理（二）卡诺循环与卡诺定理法国工程师卡诺法国工程师卡诺(S.Carnot)，1824年提出年提出卡诺循环卡诺循环既然既然 t=100不可能不可能热机能达到的最高效率有多少？热机能达到的最高效率有多少？热二律奠基人热二律奠基人（二）卡诺循环与卡诺定理（二）卡诺循环与卡诺定理（二）卡诺循环与卡诺定理（二）卡诺循环与卡诺定理效率最高效率最高2.1 2.1 卡诺循环卡诺循环卡诺循环卡诺循环（二）卡诺循环与卡诺定理（二）卡诺循环与卡诺定理（二）卡诺循环与卡诺定理（二）卡诺循环与卡诺定理卡诺循环是1824年
24、法国青年工程师卡诺提出的一种理想的、有重要理论意义的可逆热机的可逆循环。它由四个可可可可逆过程逆过程逆过程逆过程组成，是一个可逆热机在二个恒温热源恒温热源恒温热源恒温热源间工作。卡诺循环示意图卡诺循环示意图4-1 4-1 绝热压缩绝热压缩绝热压缩绝热压缩过程，过程，对内作功对内作功1-2 1-2 等温等温等温等温吸热吸热吸热吸热过程，过程，q q1 1=T T1 1(s s2 2-s s1 1)2-3 2-3 绝热膨胀绝热膨胀绝热膨胀绝热膨胀过程，过程，对外作功对外作功3-4 3-4 等温等温等温等温放热放热放热放热过程，过程，q q2 2=T T2 2(s s2 2-s s1 1)卡诺循环卡
25、诺循环卡诺循环卡诺循环理想可逆热机循环理想可逆热机循环理想可逆热机循环理想可逆热机循环（二）卡诺循环与卡诺定理（二）卡诺循环与卡诺定理（二）卡诺循环与卡诺定理（二）卡诺循环与卡诺定理l l 正向卡诺循环的组成正向卡诺循环的组成1212 等温吸热过程；等温吸热过程；2323 绝热膨胀（定熵）过程；绝热膨胀（定熵）过程；3434 等温放热过程；等温放热过程；4141 绝热压缩（定熵）过程。绝热压缩（定熵）过程。（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理2.1.12.1.1正向正向正向正向卡诺循环计算卡诺循环计算卡诺循环计算卡诺循环计算卡诺循环热
26、效率卡诺循环热效率卡诺循环热效率卡诺循环热效率（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理(1)1)(2)(2)(3)(3)当当T T1 1=T T2 2 时，时，结论结论结论结论:(4)(4)提高循环热效率的途径是提高循环热效率的途径是:l l 降低降低 放热的放热的。l l 提高吸热温度提高吸热温度,与工质的性质无关与工质的性质无关;单热源热机不可能单热源热机不可能单热源热机不可能单热源热机不可能单热源热机不可能单热源热机不可能热二律热二律热二律热二律热二律热二律温差越大温差越大温差越大温差越大温差越大温差越大,t,ct,ct,c越高越高
27、越高越高越高越高循环净功小于吸热量，必有放热循环净功小于吸热量，必有放热q2。卡诺循环热效率卡诺循环热效率卡诺循环热效率卡诺循环热效率（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理结论结论结论结论:实际循环不可能实现卡诺循环实际循环不可能实现卡诺循环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。卡诺循环指明了一切热机提高热效率的方向卡诺循环指明了一切热机提高热效率的方向右右图图所所示示为为一一逆逆向向卡卡诺诺循循环环。此此循循环环消消耗耗了了外外界界提提供供的的机机械械功功即即循
28、循环环净净功功，而而将将从从低低低低温温温温热热热热源源源源吸吸取取的的热热量量连连同同循循循循环环环环净净净净功功功功一一起起排排放放给给高高温热源温热源。以以制制冷冷为为目目的的的的逆逆向向卡卡诺诺循循环环称称为为制制制制冷冷冷冷循循循循环环环环,以以供热为目的供热为目的的逆向卡诺循环称为的逆向卡诺循环称为供热循环供热循环供热循环供热循环。2.1.22.1.2逆向逆向逆向逆向卡诺循环计算卡诺循环计算卡诺循环计算卡诺循环计算1243（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理制冷循环中制冷量制冷循环中制冷量2.1.3.12.1.3.1制冷循
29、环制冷循环制冷循环制冷循环高温热源高温热源T T1 1低温热源低温热源T T2 2制冷机制冷机制冷系数：制冷系数：制冷系数：制冷系数：（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理T1T2制冷制冷Tss2s1T1 T2 以制冷为目的的逆向卡诺循环称为以制冷为目的的逆向卡诺循环称为以制冷为目的的逆向卡诺循环称为以制冷为目的的逆向卡诺循环称为以制冷为目的的逆向卡诺循环称为以制冷为目的的逆向卡诺循环称为制冷循环制冷循环制冷循环制冷循环制冷循环制冷循环供热循环中供热量供热循环中供热量2.1.3.22.1.3.2供热循环供热循环供热循环供热循环高温热源高
30、温热源T T1 1低温热源低温热源T T2 2供暖机供暖机供热系数：供热系数：供热系数：供热系数：（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理T1 T2 以供热为目的的逆向卡诺循环称为以供热为目的的逆向卡诺循环称为以供热为目的的逆向卡诺循环称为以供热为目的的逆向卡诺循环称为以供热为目的的逆向卡诺循环称为以供热为目的的逆向卡诺循环称为供热循环供热循环供热循环供热循环供热循环供热循环T2T1制热制热Tss2s12.2 2.2 卡诺定理卡诺定理卡诺定理卡诺定理定理：定理：在两个在两个不同温度不同温度的的恒温热源恒温热源间工作的所有热机，以间工作的所
31、有热机，以可逆热机的可逆热机的 热效率为最高热效率为最高。卡诺循环效率最高卡诺循环效率最高即在恒温即在恒温T1、T2下下 在给定的温度界限间在给定的温度界限间工作的工作的一切热机一切热机 tC最高最高热机极限热机极限（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理卡诺定理举例卡诺定理举例卡诺定理举例卡诺定理举例 A 热机是否能实现热机是否能实现可能可能 如果：如果：W=1500 kJ不可能不可能1000 K300 KA2000kJ800 kJ1200 kJ1500 kJ500 kJ（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡
32、诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理例例例例 某项专利申请书上提出一种热机，从某项专利申请书上提出一种热机，从167的热源接受热量，向的热源接受热量，向7冷源排热，热机每接受冷源排热，热机每接受1000kJ热量，能发出热量，能发出0.12kWh的电力。请判定的电力。请判定专利局是否应受理其申请，为什么？专利局是否应受理其申请，为什么？解：解：故不违反第一定律故不违反第一定律根根据据卡卡诺诺定定理理，在在同同温温限限的的两两个个恒恒温温热热源源之之间间工工作作的的热热机机，以以可可逆机效率最高逆机效率最高从从申请申请是否违反自然界普遍规律着手是否违反自然界普遍规律着手（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺
33、循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理例例例例 某项专利申请书上提出一种热机，从某项专利申请书上提出一种热机，从167的热源接受热量，向的热源接受热量，向7冷源排热，热机每接受冷源排热，热机每接受1000kJ热量，能发出热量，能发出0.12kWh的电力。请判定的电力。请判定专利局是否应受理其申请，为什么？专利局是否应受理其申请，为什么？解：解：违反卡诺定理，所以不可能。违反卡诺定理，所以不可能。或或违反卡诺定理，所以不可能。违反卡诺定理，所以不可能。（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理（二）卡诺循环和卡诺定理1000 K300 KA2
34、000 kJ800 kJ1200 kJ1500 kJ500 kJ（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程 A 热机是否能实现？热机是否能实现？可能可能 如果：如果：W=1500 kJ不可能不可能注意：注意：热量的正和负是站在循环的立场上热量的正和负是站在循环的立场上l热二律表达式热二律表达式（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程可逆“=”不可逆“”1)违反左边任何一个表达式，就违反热力学第二定律；2）热力学第二定律的数
35、学表达式，给出了热力过程进行方向的判据。孤立系统的熵变不可能减小孤立系统的熵变不可能减小孤立系统的熵变不可能减小孤立系统的熵变不可能减小。不可逆过程中孤立系统的熵总是不断增大，可逆过程中孤立系统的熵保持不变，任何使孤立系统熵减少的过程是不可能发生的。上述原理称为孤立系统熵增原理。3.3.6 6.2.2 孤立系统的熵方程孤立系统的熵方程孤立系统的熵方程孤立系统的熵方程熵增原理熵增原理熵增原理熵增原理（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程把系统和有关周围物质一起作为一个孤立系统孤立系统孤立系统孤立系统，则孤立
36、系统孤立系统孤立系统孤立系统的熵变为：dSiso0孤立系统孤立系统无质量交换无质量交换结论：结论：孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小减小，这一规律称为这一规律称为孤立系统熵增原理孤立系统熵增原理。无热量交换无热量交换无功量交换无功量交换=：可逆过程：可逆过程：不可逆过程：不可逆过程热二律表达式之一热二律表达式之一3.3.6 6.2.2 孤立系统的熵方程孤立系统的熵方程孤立系统的熵方程孤立系统的熵方程熵增原理熵增原理熵增原理熵增原理（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（三）克劳修斯不等式和熵
37、及熵方程例例例例 若热机工作在若热机工作在若热机工作在若热机工作在 T T T T1 1 1 1=2000K,T=2000K,T=2000K,T=2000K,T2 2 2 2=300K=300K=300K=300K两热源间。两热源间。两热源间。两热源间。判断下列判断下列判断下列判断下列1.2.31.2.31.2.31.2.3各条件下各条件下各条件下各条件下，各热机的工作是可逆各热机的工作是可逆各热机的工作是可逆各热机的工作是可逆、不不不不可逆或不可能可逆或不可能可逆或不可能可逆或不可能结结 论论 Q1=1000JW=900JQ1=2000JQ2=300JQ2=500JW=1500J 1 2 3
38、1 2 3克克克克劳劳劳劳修修修修斯斯斯斯不不不不等等等等式式式式 不可能不可能 可逆可逆 不可逆不可逆方方 法法熵熵熵熵增增增增原原原原理理理理计计 算算结结 果果结结 论论卡卡卡卡 诺诺诺诺 定定定定 理理理理计计 算算结结 论论 不可能不可能 可逆可逆 不可逆不可逆计计 算算结结 果果结结 果果不可能不可能 可逆可逆 不可逆不可逆 已已 知知 条条 件件（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（三）克劳修斯不等式和熵及熵方程（一）理想气体性质（二）理想气体比热容及参数计算 气体的热力性质理想气体模型理想气体模型1.1.分子之间没有作
39、用力分子之间没有作用力 2.2.分子本身不占容积分子本身不占容积但是,当实际气体p很小，V很大，T不太低时,即处于远离液态的稀薄状态时，可视为理想气体。现实中没有理想气体现实中没有理想气体（一）（一）（一）（一）理想气体性质理想气体性质理想气体性质理想气体性质1.1 1.1 理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体在任一平衡状态时p、v、T之之间间关关系系的的方方程程式式即理想气体状态方程式，或称克拉贝龙(Clapeyron)方程。Rg与与R的区别的区别R通用通用气体常数气体常数Rg气体常数气体常数M-摩尔质量摩尔质量例如例如与气体种类无关与气体种类无关与气体种
40、类有关与气体种类有关（一）（一）（一）（一）理想气体性质理想气体性质理想气体性质理想气体性质例例已知氧气瓶的容积，瓶内氧气温度为20，安装在瓶上的压力表指示的压力为15MPa，试求瓶内氧气的质量是多少？设大气压力为Pa。解：解：氧气：氧气：（一）（一）（一）（一）理想气体性质理想气体性质理想气体性质理想气体性质计算时注意事项计算时注意事项1、绝对压力绝对压力2、温度温度单位单位K3、统一单位（最好均用统一单位（最好均用国际单位国际单位）（一）（一）（一）（一）理想气体性质理想气体性质理想气体性质理想气体性质理想气体：理想气体：迈耶公式迈耶公式（一）（一）（一）（一）理想气体性质理想气体性质理想
41、气体性质理想气体性质（一）（一）（一）（一）理想气体性质理想气体性质理想气体性质理想气体性质理想气体理想气体理想气体理想气体内能和焓的一般关系式内能和焓的一般关系式内能和焓的一般关系式内能和焓的一般关系式o1理想气体热力学能（焓）都是温度的单值函数o2适用于理想气体的任意过程o3适用于实际气体的定容（定压）过程o4实际气体内能（焓）不是温度的单值函数（二）（二）（二）（二）理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算2.1 2.1 比热容的单位及换算比热容的单位及换算比热容的单位及换算比热容的单位及换算定义定义:比热容比热容根据不同的物量，存
42、在三种比热容根据不同的物量，存在三种比热容:质量热容质量热容:1kg物质的热容,符号为c，单位为J/（kgK）；摩尔热容摩尔热容:lmol物质的热容,符号为Cm，单位为J/(molK)；体积热容体积热容:标准状态下1m3物质的热容，符号为C，单位为J/（m3K）。三种比热容的关系三种比热容的关系:Cm Mc 22.414C 注意注意!体积热容的容积是体积热容的容积是标准状态标准状态下的容积。下的容积。（二）（二）（二）（二）理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容与温度的关系理想气体比热容与温度的关系理想气体比热容与温度的关
43、系理想气体比热容与温度的关系注意：上式内能和焓的计算式对于任意过程都适用。式中只涉及气体在过程初、终态下的温度，不涉及它们的压力和比体积。（二）（二）（二）（二）理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算l 真实比热容真实比热容热热热热 量量量量cc1c212TABcf(T)t1t20l 平均比热容平均比热容2.3 2.3 平均比热容平均比热容平均比热容平均比热容c=f(T)c12TABt1t20DEF（二）（二）（二）（二）理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算l 平均比热容平均比
44、热容2.3 2.3 平均比热容平均比热容平均比热容平均比热容（二）（二）（二）（二）理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算定容过程热量定容过程热量及比内能比内能的变化为:定压过程热量定压过程热量及比焓比焓的变化为：热热热热 量量量量例例 在燃气轮机装置中，用从燃气轮机中排出的乏气对空气进行加热(加热在空气回热器中进行)，然后将空气送入燃烧室。若空气在回热器中，从127定压加热到327。试计算对每公斤空气所加入的热量。解答解答 （1 1）按定值比热容计算）按定值比热容计算查表，双原子的空气的定压摩尔热容为（二）（二）（二）（二）理想气体比
45、热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算 解答解答（2 2）按真实比热容计算）按真实比热容计算查附表2有（二）（二）（二）（二）理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算例例 在燃气轮机装置中，用从燃气轮机中排出的乏气对空气进行加热(加热在空气回热器中进行)，然后将空气送入燃烧室。若空气在回热器中，从127定压加热到327。试计算对每公斤空气所加入的热量。解答解答（3 3）按平均比定压热容计算）按平均比定压热容计算根据附表5查得空气的平均比定压热容为 用线性内插法，得（二）（二）（二）（二）理想
46、气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算理想气体比热容及参数计算例例 在燃气轮机装置中，用从燃气轮机中排出的乏气对空气进行加热(加热在空气回热器中进行)，然后将空气送入燃烧室。若空气在回热器中，从127定压加热到327。试计算对每公斤空气所加入的热量。（一）蒸气的相图与相转变（二）蒸气的定压发生过程（三）蒸气热力性质表（四）蒸气热力性质图 蒸气的热力性质1.2 1.2 基本概念基本概念基本概念基本概念l 汽化汽化物质由液态变为汽态的过程称为汽化。物质由液态变为汽态的过程称为汽化。汽汽化化 蒸蒸发发：特指发生在液体表面的汽化过程，可在任何温度下发生。沸沸腾腾：汽化在液
47、体内部和表面发生的强烈的气化过程，并产生大量气泡产生。沸腾过程只在沸腾过程只在沸点沸点下才会发生下才会发生。（一）（一）（一）（一）蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变1.2 1.2 基本概念基本概念基本概念基本概念l 饱和饱和一定条件下，当液化液化和气化气化过程达到动态的平衡动态的平衡，物质气液两相的质量各自保持不变时，称这时的系统为饱和状态。液体分子脱离其液体分子脱离其表面的汽化速度表面的汽化速度气体分子回到液气体分子回到液体中的凝结速度体中的凝结速度这时液体与蒸汽处于动态这时液体与蒸汽处于动态平衡状态，称为平衡状态，称为饱和状态饱和状态饱和液体饱和液体
48、饱和蒸气饱和蒸气（一）（一）（一）（一）蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变处于饱和状态的气、液温度相同，称为饱和温度ts，蒸汽的压力称为饱和压力ps。一定的饱和温度对应于一定的饱和压力，反之也成立，即两者间存在单值关系。1.2 1.2 基本概念基本概念基本概念基本概念l 饱和饱和一定条件下，当液化液化和气化气化过程达到动态的平衡动态的平衡，物质汽液两相的质量各自保持不变时，称这时的系统为饱和状态。饱和蒸汽饱和蒸汽饱和水饱和水（一）（一）（一）（一）蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变（一）（一）（一）（一）蒸气的相图与相
49、转变蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变p-T 相图相图 o工质在通常的参数范围内可呈现为气、液、固三相。op-T图图表示工质处于不同相的区域。l l p-T p-T相图相图相图相图锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器因固相不流动，更关心汽液两相。（一）（一）（一）（一）蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变o除临界点以外，饱和液和饱和气有不同的比体积、比熵。可用p-v图，p-T图加以分析。l l p-v p-v及及及及T-sT-s相图相图相图相图（一）（一）（一）（一）蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变蒸气
50、的相图与相转变蒸气的相图与相转变o除临界点以外，饱和液和饱和气有不同的比体积、比熵。可用p-v图，p-T图加以分析。l l p-v p-v及及及及T-sT-s相图相图相图相图（一）（一）（一）（一）蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变l l p-v p-v及及及及T-sT-s相图相图相图相图（一）（一）（一）（一）蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变蒸气的相图与相转变o除临界点以外，饱和液和饱和气有不同的比体积、比熵。可用p-v图，T-s图加以分析。一点一点两线两线三区三区五态五态一点一点物质的临界点物质的临界点两线两线饱和蒸气状态连线（上