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1、会计学1热工基础期末热工基础期末(q m)复习复习第一页，共42页。21 1、热力系统、热力系统(xtng)(xtng)、工质；闭口系统、工质；闭口系统(xtng)(xtng)、开、开口系统口系统(xtng)(xtng)；孤立系统；孤立系统(xtng)(xtng)，绝热系统，绝热系统(xtng)(xtng)；广延量，强度量；广延量，强度量;热力平衡状态；准平衡过热力平衡状态；准平衡过程；可逆过程与不可逆过程；热力循环程；可逆过程与不可逆过程；热力循环2 2、基本状态参数：温度、压力、比体积、基本状态参数：温度、压力、比体积3 3、表压力、真空、表压力、真空(度度)、绝对压力、绝对压力第一第一(
2、dy)(dy)章章 热力学第一热力学第一(dy)(dy)定律定律基本概念基本概念(理解理解(lji)(lji)第1页/共42页第二页，共42页。3 闭口系（控制(kngzh)质量CM）没有质量越过边界 开口系（控制体积开口系（控制体积CV）通过边界与外界通过边界与外界(wiji)有质量交换有质量交换2.按系统与外界质量按系统与外界质量(zhling)交换交换绝热系绝热系 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。3.按能量交换按能量交换 1）闭口系与系统内质量不变的区别；）闭口系与系统内质量不变的区别；2）开口系与绝热系的关系；）开
3、口系与绝热系的关系；3）孤立系与绝热系的关系。）孤立系与绝热系的关系。注意：注意：一一、热力系分类、热力系分类1.按组元和相按组元和相 按组元数：按组元数：单元系、多元系单元系、多元系按相数：单相系、复相系按相数：单相系、复相系第2页/共42页第三页，共42页。4热力热力(rl)系示例系示例刚性刚性(n xn)绝热气缸绝热气缸-活塞系统，活塞系统，B侧设有电热丝侧设有电热丝 红线红线(hn xin)内内闭口绝热系闭口绝热系黄线内黄线内不包含电热丝不包含电热丝闭口系闭口系黄线内黄线内包含电热丝包含电热丝闭口绝热系闭口绝热系蓝线内蓝线内孤立系孤立系第3页/共42页第四页，共42页。5二、二、状态参
4、数坐标状态参数坐标(zubio)图图 简单可压缩系只有两个独立参数，故可用平面坐标上一点(y din)确定其状态，反之任一状态可在平面坐标上找到对应点：pv图 Ts图三、准平衡三、准平衡(pnghng)过程过程进行条件进行条件：破坏平衡的势破坏平衡的势 过程进行无限缓慢过程进行无限缓慢工质有恢复平衡的能力工质有恢复平衡的能力准平衡过程可在状态参数图上用准平衡过程可在状态参数图上用连续实线连续实线表示表示无穷小无穷小 定义：定义：偏离平衡态无穷小，随时恢复平衡的状态变化过程偏离平衡态无穷小，随时恢复平衡的状态变化过程。第4页/共42页第五页，共42页。6非准静态非准静态(jngti)过程，过程，
5、不可逆不可逆准静态准静态(jngti)过程，过程，不可逆不可逆准静态准静态(jngti)过程，可过程，可逆逆作功过程作功过程pFfpb 1.可逆可逆=准静态准静态+没有耗散效应没有耗散效应 2.一切实际过程不可逆一切实际过程不可逆 3.可逆过程可用状态参数图上实线表示可逆过程可用状态参数图上实线表示 讨论：讨论：6第5页/共42页第六页，共42页。7四、焓与熵四、焓与熵四、焓与熵四、焓与熵1 1、定义：、定义：、定义：、定义：H=U+pV h=u+pvH=U+pV h=u+pv 单位单位单位单位(dnwi)(dnwi)：J J（kJkJ）J/kg J/kg（kJ/kgkJ/kg）2 2、焓是状
6、态参数。、焓是状态参数。、焓是状态参数。、焓是状态参数。物理意义：引进或排出工质而输入或排出系统的总能量。物理意义：引进或排出工质而输入或排出系统的总能量。物理意义：引进或排出工质而输入或排出系统的总能量。物理意义：引进或排出工质而输入或排出系统的总能量。熵熵1.定义定义(dngy)2.熵是状态参数熵是状态参数焓焓第6页/共42页第七页，共42页。8可用的公式可用的公式(gngsh)：第7页/共42页第八页，共42页。9五、热力学第一定律五、热力学第一定律五、热力学第一定律五、热力学第一定律(dngl)(dngl)(dngl)(dngl)及其解析式及其解析式及其解析式及其解析式实质：能量守恒与
7、转换定律在热现象中的应用实质：能量守恒与转换定律在热现象中的应用(yngyng)(yngyng)。表述：热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他表述：热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。们之间的比值是一定的。热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必定产热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应量的热。生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应量的热。应用应用(yngyng)(yngyng)范围：系统、工质、过程范围：系统、工质、过程第一定律第一定律(dngl)第一解第一解析式析
8、式功的基本表达式功的基本表达式热热第8页/共42页第九页，共42页。10流入系统流入系统(xtng)(xtng)的能量的能量流出系统流出系统(xtng)(xtng)的能量的能量系统系统(xtng)(xtng)内部储能增量内部储能增量:ECV:ECV=考虑到稳流特征：考虑到稳流特征：E ECVCV=0 =0 m m1 1=m m2 2=m m;及及h=u+pvh=u+pv 六、六、稳定流动能量方程式稳定流动能量方程式稳定流动能量方程式稳定流动能量方程式1）改写式（）改写式（B）为式（）为式（C）热能转变热能转变成功部分成功部分输出轴功输出轴功流动功流动功机械能增量机械能增量（C）可逆过程可逆过程
9、第9页/共42页第十页，共42页。113)第一第一(dy)定律第二解析式定律第二解析式可逆可逆第10页/共42页第十一页，共42页。12第二章第二章 气体气体(qt)(qt)的性质的性质一、理想气体一、理想气体(l xin q t)的状态的状态方程方程二、比热容定义二、比热容定义(dngy)1、定义：、定义：c与过程有关与过程有关c是温度的函数是温度的函数2、定压比热容、定压比热容cp和定容比热容和定容比热容cV温度的函数温度的函数3、cp-cV迈耶公式迈耶公式第11页/共42页第十二页，共42页。13三、三、理想气体热力学能和焓理想气体热力学能和焓 仅是温度仅是温度(wnd)的的函数函数2、
10、1、因理想气体因理想气体(l xin q t)分子间无作用力分子间无作用力3、利用气体热力性质、利用气体热力性质(xngzh)表计算热量表计算热量第12页/共42页第十三页，共42页。14定比热定比热(br)四、理想气体四、理想气体(l xin q t)的熵是状态的熵是状态参数参数五、五、几个名词几个名词 饱和液：处于饱和液：处于(chy)饱和状态的液体饱和状态的液体 t=ts 干饱和蒸汽：处于干饱和蒸汽：处于(chy)饱和状态的蒸汽饱和状态的蒸汽 t=ts 未饱和液：温度低于所处压力下饱和温度的液体未饱和液：温度低于所处压力下饱和温度的液体 t ts,tts=d 称过热度称过热度 湿饱和蒸汽
11、：饱和液和干饱和蒸汽的混合物湿饱和蒸汽：饱和液和干饱和蒸汽的混合物 t=ts使未饱和液达饱和状态的途径：使未饱和液达饱和状态的途径：干度干度：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用w 或或 x 表示。表示。比湿度比湿度：1kg1kg干空气中所含水蒸气的质量干空气中所含水蒸气的质量,又称含湿量又称含湿量第13页/共42页第十四页，共42页。15预热预热(y r)汽化汽化(qhu)过热过热(u r)t ts六、水定压加热汽化过程六、水定压加热汽化过程1、水定压加热汽化过程、水定压加热汽化过程第14页/共42页第十五页，共42页。16第三章第三章 理想气体理想气体(l x
12、in q t)(l xin q t)混合物和湿空气混合物和湿空气一、混合气体的分压力一、混合气体的分压力(yl)定律和分容积定律定律和分容积定律二、混合气体的比热容、热力学能、焓二、混合气体的比热容、热力学能、焓体积体积(tj)分数分数摩尔分数摩尔分数质量分数质量分数各种分数之间的换算各种分数之间的换算 1.比热容比热容2.热力学能热力学能3.焓焓第15页/共42页第十六页，共42页。17三三、cp-cV迈耶公式迈耶公式(gngsh)四、分析四、分析(fnx)1)cp与与cV均为温度函数均为温度函数(hnsh),但但cpcV恒为常数：恒为常数：Rg2)(理想气体理想气体)cp恒大于恒大于cV其
13、它呢？第16页/共42页第十七页，共42页。18一、基本一、基本(jbn)热力过程热力过程常数常数(chngsh)=常数常数(chngsh)多变过程多变过程第四章第四章 气体的热力过程气体的热力过程第17页/共42页第十八页，共42页。19三、理想气体三、理想气体(l xin q t)的多变过程的热力学能差、焓差和熵差的多变过程的热力学能差、焓差和熵差 定比热容定比热容二、理想气体二、理想气体(l xin q t)多变过程方程式多变过程方程式 适用适用(shyng)于：理想气体；于：理想气体；定比热；可逆绝热过程。定比热；可逆绝热过程。第18页/共42页第十九页，共42页。20 1）自发过程有
14、方向性；）自发过程有方向性；2）自发过程的反方向过程并非不可进行，而是要有附加条件；）自发过程的反方向过程并非不可进行，而是要有附加条件；3）并非所有不违反）并非所有不违反(wifn)第一定律的过程均可进行。第一定律的过程均可进行。能量转换能量转换(zhunhun)方向性的实质是能质有差异方向性的实质是能质有差异无限可转换无限可转换(zhunhun)能能机械能，电能机械能，电能部分可转换能部分可转换能热能热能不可转换能不可转换能环境介质的热力学能环境介质的热力学能第五章第五章 热力学第二定律热力学第二定律一、自发过程的方向性一、自发过程的方向性 能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件能质降低
15、的过程可自发进行，反之需一定条件补偿过程，其总效果是补偿过程，其总效果是总体能质降低。总体能质降低。代价代价代价代价等温线与等熵线的交点等温线与等熵线的交点 第19页/共42页第二十页，共42页。21二、第二定律二、第二定律(dngl)的两种典型表述的两种典型表述1.克劳修斯叙述克劳修斯叙述热量不可能自发地不花代价地从低温物体传向高温物热量不可能自发地不花代价地从低温物体传向高温物体。体。2.开尔文开尔文-普朗克叙述普朗克叙述不可能制造循环热机不可能制造循环热机(rj)，只从一，只从一 个热源吸热，个热源吸热，将之全部转化为功，而不在外界留下任何影响。将之全部转化为功，而不在外界留下任何影响。
16、3.第二定律各种表述是等效的第二定律各种表述是等效的三、卡诺循环及其热效率三、卡诺循环及其热效率卡诺循环热效率卡诺循环热效率第20页/共42页第二十一页，共42页。22注意事项：注意事项：2）3）第二类永动机不可能第二类永动机不可能(knng)制成。制成。4）实际循环不可能实现卡诺循环，原因：a）一切(yqi)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。5）卡诺循环指明了一切热机提高）卡诺循环指明了一切热机提高(t go)热效率的方向。热效率的方向。1）即即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。第21页/共42
17、页第二十二页，共42页。23四、逆向四、逆向(n xin)卡卡诺循环诺循环 制冷制冷(zhlng)系系数：数：供暖供暖(n nun)系数：系数：第22页/共42页第二十三页，共42页。24五、卡诺定理五、卡诺定理 定理定理1：在相同温度的高温热源和相同的低温热源之间工：在相同温度的高温热源和相同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，与采用关，与采用(ciyng)哪种工质也无关。哪种工质也无关。定理定理2：在同为温度：在同为温度T1的热源和同为温度的热源和同为温度T2的冷源间工的冷源间工作的一切不可逆循环，其热
18、效率必小于可逆循环热效率。作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环热效率。理论意义：理论意义：1）提高热机效率的途径：可逆、提高）提高热机效率的途径：可逆、提高T1，降低，降低T2；2）提高热机效率的极限。）提高热机效率的极限。六、循环六、循环(xnhun)热效率归纳：热效率归纳：适用于一切适用于一切(yqi)工质，任意循环工质，任意循环适用于卡诺循环，任意工质适用于卡诺循环，任意工质第23页/共42页第二十四页，共42页。25七、孤立七、孤立(gl)系统熵增系统熵增原理原理 由熵方程由熵方程因为因为(yn wi)是孤立系是孤立系可逆取可逆取“=”不可逆取不可逆取“”【孤立系统熵增原理】【孤
19、立系统熵增原理】孤立系内一切过程孤立系内一切过程(guchng)均使孤立系统熵增加，（其极限）一切过程均使孤立系统熵增加，（其极限）一切过程(guchng)均可逆均可逆时系统熵保持不变。时系统熵保持不变。孤立系熵增意味机械能损失孤立系熵增意味机械能损失3）一切实际过程都不可逆，所以可）一切实际过程都不可逆，所以可根据熵增原理判别过程进行的方向根据熵增原理判别过程进行的方向；1）孤立系统熵增原理孤立系统熵增原理Siso=Sg 0，可作为，可作为第二定律的第二定律的又一数学表达式，而且是又一数学表达式，而且是更基本更基本的一种表达式的一种表达式；2）孤立系统的熵增原理可推广到闭口绝热系；）孤立系统
20、的熵增原理可推广到闭口绝热系；4）孤立系统中一切过程孤立系统中一切过程均不改变其总内部储能，即任意过程中均不改变其总内部储能，即任意过程中能量守恒能量守恒。但各。但各种不可逆过程均可造成机械能损失，而种不可逆过程均可造成机械能损失，而任何不可逆过程均是任何不可逆过程均是Siso0，所以，所以熵可反映某种熵可反映某种物质的共同属性物质的共同属性。第24页/共42页第二十五页，共42页。26第六章第六章 气体气体(qt)(qt)和蒸汽的流动和蒸汽的流动一、稳定一、稳定(wndng)(wndng)流动的基本方程式流动的基本方程式1.连续性方程连续性方程(fngchng)（质量守恒方程（质量守恒方程(
21、fngchng)）p1T1qm1cf1p2T2qm2cf22.过程方程过程方程注意注意!对水蒸气，对水蒸气，第25页/共42页第二十六页，共42页。273.稳定流动稳定流动(lidng)能量方程能量方程忽略忽略(hl)绝热滞止绝热滞止(zh zh)理想气体理想气体：定比热容定比热容第26页/共42页第二十七页，共42页。284.声速声速(shn s)方程方程？马赫数马赫数当地声速当地声速c 所研究所研究(ynji)的喷管某一截面的声速的喷管某一截面的声速第27页/共42页第二十八页，共42页。29二、二、喷管内流速变化喷管内流速变化(binhu)(binhu)的条件的条件 1、力学、力学(l
22、xu)条件条件讨论讨论(toln)：喷管喷管扩压管扩压管2）是压降，是技术功转换成机械能。是压降，是技术功转换成机械能。1）异号异号的能量来源的能量来源第28页/共42页第二十九页，共42页。302、几何、几何(j h)条件条件1）cf与与A的关系的关系(gun x)还与还与Ma有关，对于喷管有关，对于喷管渐缩喷管渐缩喷管(pn un)渐扩喷管渐扩喷管第29页/共42页第三十页，共42页。31 截面上截面上Ma=1、cf=c，称临界，称临界(ln ji)截面截面 也称喉部截面也称喉部截面，临界，临界(ln ji)截面上速度截面上速度达当地音速达当地音速称临界压力、临界温度称临界压力、临界温度(
23、ln ji wn d)及临界比体积。及临界比体积。a）收缩喷管出口(ch ku)截面上流速cf2,max=c2（出口(ch ku)截面上音速）；b）以低于当地音速流入渐扩喷管不可能使气流可逆加速。c）使气流从亚音速加速到超音速，必须采用渐缩渐扩喷管拉伐尔喷管。2）当促使流速改变的压力条件得到满足的前提下）当促使流速改变的压力条件得到满足的前提下：第30页/共42页第三十一页，共42页。32三、喷管流速计算三、喷管流速计算(j sun)及及分析分析1.计算计算(j sun)式式注意：注意：a）公式适用范围：绝热、不作功、任意工质；）公式适用范围：绝热、不作功、任意工质；b）式中）式中h，J/kg
24、，cf，m/s，但一般资料，但一般资料(zlio)提供提供 h，kJ/kg。2.初态参数对流速的影响初态参数对流速的影响：为分析方便，取理想气体、定比热，但结论也定性适用于实际气体。为分析方便，取理想气体、定比热，但结论也定性适用于实际气体。第31页/共42页第三十二页，共42页。33分析分析(fnx)：普适普适理想气体理想气体(l xin q t)、定、定比热容比热容Cf,max不可能达到(d do)极值从从1下降到下降到0的过程中某点的过程中某点第32页/共42页第三十三页，共42页。34临界点，此点上压力临界点，此点上压力(yl)pcr与与p0之比称为临界压力之比称为临界压力(yl)比，
25、比，cr结论结论(jiln)：1）理想气体理想气体(l xin q t)水蒸气水蒸气随工质而变随工质而变双原子理想气体双原子理想气体 定比热定比热过热水蒸气过热水蒸气饱和蒸汽饱和蒸汽2）第33页/共42页第三十四页，共42页。353）几何）几何(j h)条件条件约束约束(yush)(yush)，临界截面只可能，临界截面只可能发生在发生在dA=0处，考虑处，考虑(kol)到工程实际到工程实际收缩喷管收缩喷管出口截面出口截面缩放喷管缩放喷管喉部截面喉部截面4）第34页/共42页第三十五页，共42页。36四、背压四、背压pb对流速对流速(li s)的影响的影响 a.收缩(shu su)喷管 b.缩放
26、喷管(pn un)不属本课程范围不属本课程范围第35页/共42页第三十六页，共42页。37第八章第八章 导导 热热热力学：系统从一个热力学：系统从一个(y)平衡态到另一个平衡态到另一个(y)平衡态的过程中传递热量的多少。平衡态的过程中传递热量的多少。传热学：关心的是热量传热学：关心的是热量(rling)传递的过程，即热量传递的过程，即热量(rling)传递的速率。传递的速率。一一、热热量量(rling)传传递递的基本方式的基本方式热传导（导热）、热对流、热辐射热传导（导热）、热对流、热辐射特点：特点：a a 必须有温差；必须有温差；b b 物体直接接触；物体直接接触；c c 依靠分子、原子及自
27、由电子等微观粒子热运动而传递热量；依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；d 可以在固体、液体、气体中发生。可以在固体、液体、气体中发生。热传导（导热）热传导（导热）第36页/共42页第三十七页，共42页。38二、导热二、导热二、导热二、导热(dor)(dor)(dor)(dor)大大平平(d(d pn)pn)壁壁的的一一维维稳稳态态导导热热热流热流(rli)密密度：度：单位时间通过单位面积的热流量单位时间通过单位面积的热流量单位时间通过单位面积的热流量单位时间通过单位面积的热流量平壁的导热热阻平壁的导热热阻平壁的导热热阻平壁的导热热阻表示物体对导热的阻力，表示物体对导热的阻力，表
28、示物体对导热的阻力，表示物体对导热的阻力，K/WK/W平壁的面积导热热阻平壁的面积导热热阻平壁的面积导热热阻平壁的面积导热热阻K/K/（WWmm2 2)第37页/共42页第三十八页，共42页。39三、三、三、三、热对流热对流热对流热对流对流对流(duli)换热换热:流体与相互接触流体与相互接触流体与相互接触流体与相互接触(jich)(jich)(jich)(jich)的固体表面之间的热量传递现的固体表面之间的热量传递现的固体表面之间的热量传递现的固体表面之间的热量传递现象，是导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果。象，是导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果。象，是导热和热对流两种基本
29、传热方式共同作用的结果。象，是导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果。牛顿冷却牛顿冷却牛顿冷却牛顿冷却(lngqu)(lngqu)公式公式公式公式:表面传热系数表面传热系数表面传热系数表面传热系数W/(mW/(m2 2 K)K)。对流换热热阻对流换热热阻对流换热热阻对流换热热阻W/KW/K第38页/共42页第三十九页，共42页。40黑体黑体(hit)辐射辐射黑体黑体(hit)的热力学温度，的热力学温度，K；黑体辐射黑体辐射(fsh)常数常数 黑体辐射系数黑体辐射系数 辐射表面积，辐射表面积，m2 发射率发射率发射率发射率四、热辐射四、热辐射辐射换热：辐射换热：辐射换热：辐射换热：以热辐射的
30、方式进行的热量交换。以热辐射的方式进行的热量交换。以热辐射的方式进行的热量交换。以热辐射的方式进行的热量交换。辐射换热的主要影响因素辐射换热的主要影响因素：（1 1 1 1）物体本身的温度、表面辐射特性；）物体本身的温度、表面辐射特性；）物体本身的温度、表面辐射特性；）物体本身的温度、表面辐射特性；（2 2 2 2）物体的大小、几何形状及相对位置。）物体的大小、几何形状及相对位置。）物体的大小、几何形状及相对位置。）物体的大小、几何形状及相对位置。如表面积为如表面积为A1、表面温度为、表面温度为 、发射率为、发射率为 的物体被包容在一个很大的表面温度的物体被包容在一个很大的表面温度为为 的空腔
31、内，此时该物体与空腔表面间的辐射换热量的空腔内，此时该物体与空腔表面间的辐射换热量第39页/共42页第四十页，共42页。41五、传热五、传热(chun r)过程和传热过程和传热(chun r)系数系数1 1 传热过程的定义传热过程的定义(dngy)(dngy)：两流体间通过固体壁面进行的换热。：两流体间通过固体壁面进行的换热。2 2 传热过程包含传热过程包含(bohn)(bohn)的传热方式：的传热方式：导热、对流、热辐射导热、对流、热辐射3 3 一维稳态传热过程中的热量传递一维稳态传热过程中的热量传递忽略热辐射换热，则忽略热辐射换热，则左侧对流换热热阻左侧对流换热热阻固体的导热热阻固体的导热热阻右侧对流换热热阻右侧对流换热热阻过程中传递的热量过程中传递的热量第40页/共42页第四十一页，共42页。42传热系数传热系数单位单位(dnwi)热阻，或面积热阻热阻，或面积热阻(m2K)/W 传热传热(chun r)(chun r)系数系数W/(m2W/(m2K)K)表征传热表征传热(chun r)(chun r)过程强烈程过程强烈程度的标尺；度的标尺；不是物性参数，与过程有关。不是物性参数，与过程有关。壁面温度壁面温度(wnd)第41页/共42页第四十二页，共42页。