工程热力学第四版课件

工程热力学EngineeringThermodynamics大连海事大学轮机学院DalianMaritimeUniversityMarineEngineeringCollege教师介绍办公地址：轮机学院203电话号码：84724167（O）15542686050电子邮件:[e-mail]教材：《工程热力学》第4版童钧耕主编高等教育出版社出版参考书：《工程热力学学习辅导与习题解答》童钧耕主编高等教育出版社出版教学要求1、弄清基本概念，注意每章后的思考题2、独立完成作业，每章按时交3、发挥主观能动性，积极配合教师4、有问题及时解决，不要拖至考试clearunderstandingandfirmgraspofthebasicprinciples考试成绩1、平时作业30%2、期末考试70%绪论1.能量能量与能源能量是物质运动的度量。世界是由物质构成的，一切物质都处于运动状态，所以一切物质都具有能量。能量是人类社会进步的动力。工程热力学与节能工程热力学是一门研究热能有效利用及热能和其它形式能量转换规律的科学建立节能的理论基础工程热力学的研究内容1、能量转换的基本定律2、工质的基本性质与热力过程3、热功转换设备、工作原理4、化学热力学基础1、宏观方法：连续体(continuum)，用宏观物理量描述其状态，其基本规律是无数经验的总结特点：可靠，普遍，不能任意推广经典（宏观,平衡）热力学classical(macroscopic,equilibrium)工程热力学研究方法√2、微观方法：从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象及规律特点：揭示本质，模型近似微观（统计）热力学microscopic(statistical)thermodynamics工程热力学研究方法工程热力学传热学HeatTransfer流体力学Hydrodynamics燃烧学Combustion热物性学Thermophysicalproperty工程热力学所属学科工程热物理Engineeringthermophysics第一章基本概念BasicConcepts1.热能动力装置(Thermalpowerplant)定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力的整套设备。分类：共同本质：由媒介物通过吸热—膨胀作功—排热气体动力装置(combustiongaspowerplant)内燃机(internalcombustiongasengine)燃气轮机动力装置(gasturbinepowerplant)喷气动力装置(jetpowerplant)……蒸汽动力装置(steampowerplant)图\喷气发动机.ppt图\燃气轮机装置.ppt图\设备图\内燃机.doc图\设备图\电厂鸟览图.doc§1-1热能转变成机械能的过程2.工质(workingsubstance;workingmedium)定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质对工质的要求:物质三态中气态最适宜。1）膨胀性;2）流动性3）热容量4）稳定性，安全性5）对环境友善6）价廉，易大量获取3.热源(heatsource;heatreservoir)定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。•高温热源（热源--heatsource）低温热源（冷源—heatsink）•恒温热源(constantheatreservoir)变温热源§1-2热力系统热力系统(热力系、系统)：人为地研究对象1、系统的定义ThermodynamicsystemsystemAquantityofmatteroraregioninspacechosenforstudy§1-1热力系统外界：系统以外的所有物质2、系统、外界与边界边界(界面)：系统与外界的分界面系统与外界的作用都通过边界surroundingsboundary边界特性真实、虚构固定、活动fixed、movablereal、imaginary热力系统分类以系统与外界关系划分：有无是否传质开口系闭口系是否传热非绝热系绝热系是否传功非绝功系绝功系是否传热、功、质非孤立系孤立系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非均匀系工质种类多元系单元系相态多相单相简单可压缩系统最重要的系统简单可压缩系统只交换热量和一种准静态的容积变化功容积变化功压缩功膨胀功Simplecompressiblesystem§1-3状态和状态参数状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况状态参数：描述热力系状态的物理量状态参数的特征：1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然2、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3、状态参数的微分特征：全微分Stateandstateproperties状态参数的微分特征设z=z(x,y)dz是全微分yxzzdzdxdyxy充要条件：22zzxyyx可判断是否是状态参数Totaldifferentials强度参数与广延参数强度参数：与物质的量无关的参数如压力p、温度T广延参数：与物质的量有关的参数可加性如质量m、容积V、内能U、焓H、熵S比参数：比容VvmUum比内能Hhm比焓Ssm比熵单位：/kg/kmol具有强度参数的性质IntensivepropertiesExtensiveproperties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）（广）（广）（广）（广）VelocityKineticEnergyHeightPotentialEnergyTemperatureInternalEnergyStressMol§1-3基本状态参数温度T、压力p、比体积v（容易测量）一、温度T(Temperature)Basicstateproperties温度T的一般定义传统：冷热程度的度量。感觉，导热，热容量微观：衡量分子平均动能的量度T0.5mw21)同T,0.5mw2不同，如碳固体和碳蒸气2)0.5mw2总0,T0,绝对零度不可能达到3)T=00.5mw2=0分子一切运动停止，零点能温度的热力学定义热力学第零定律（R.W.Fowlerin1931）如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。温度测量的理论基础B温度计TheZerothLawofThermodynamics如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。Iftwobodiesareinthermalequilibriumwithathirdbody,theyarealsointhermalequilibriumwitheachother.Temperaturemeasurement温度计物质（水银，铂电阻）特性（体积膨胀，阻值）基准点刻度Scale温标TemperaturescaleReferencestate温标Temperaturescale热力学温标（绝对温标）Kelvinscale（Britisher,L.Kelvin,1824-1907）摄氏温标Celsiusscale(Swedish,A.Celsius,1701-1744）华氏温标Fahrenheitscale(German,G.Fahrenheit,1686-1736)朗肯温标Rankinescale(W.Rankine,1820-1872)常用温标之间的关系绝对K摄氏℃华氏F朗肯R100373.150.01273.160273.15-17.80-273.15212671.6737.8100032-459.670459.67491.67冰熔点水三相点盐水熔点发烧水沸点559.67温标的换算O[][]273.15TKtCO5[]([]32)9tCtF[][]459.67tFtRTemperatureMeasurementDevices日常：水银温度计，酒精温度计，thermometer工业：热电偶Thermocouple热电阻Resistancetemperaturedetector辐射温度计Radiationthermometer计量：铂电阻温度计Platinum§1-3基本状态参数温度T、压力p、比体积v（容易测量）二、压力p(pressure)物理中压强，单位:Pa(Pascal),N/m2常用单位Units：1kPa=103Pa1bar=105Pa1MPa=106Pa1atm=760mmHg=1.013105Pa1mmHg=133.3Pa1at=1kgf/cm2=9.80665104PaBasicstateproperties压力p测量示意图绝对压力与环境压力的相对值——相对压力注意：只有绝对压力p才是状态参数U-tubemanometerBourdonTube绝对压力与相对压力示意图当ppb表压力peebppp当ppb真空度pvbvppppbpeppvprelativepressureabsolutepressureGagepressureVacuumpressure环境压力与大气压力指压力表所处环境注意：环境压力一般为大气压，但不一定。见习题1－9环境压力Environmentalpressure大气压力Atmosphericpressurebarometrichbarometer大气压力Atmosphericpressure大气压随时间、地点变化物理大气压1atm=760mmHg当h变化不大，ρ常数1mmHg=ρgh=133.322Pa当h变化大，ρρ(h)()phgdhOtherPressureMeasurementDevices高精度测量：活塞压力计pistonmanometer工业或一般科研测量：压力传感器PressuretransducersPiezoelectriceffect§1-3基本状态参数温度T、压力p、比体积v（容易测量）Basicstateproperties[m3/kg]Vvm工质聚集的疏密程度物理上常用密度density[kg/m3]1v三、比体积v及密度§1-4平衡状态、状态方程式、坐标图1、定义：在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态。Asysteminequilibriumexperiencesnochangeswhenitisisolatedfromitsurroundings.一、平衡状态EquilibriumstateManytypesofEquilibrium1、热平衡Thermalequilibrium:ifthetemperatureisthesamethroughouttheentire温差Temperaturedifferential热不平衡势UnbalancedpotentialsManytypesofEquilibrium2、力平衡Mechanicalequilibrium:ifthereisnochangeinpressureatanypointofthesystemwithtimeThevariationofpressureasaresultofgravityinmostthermodynamicsystemisrelativelysmallandusuallydisregarded压差Pressuredifferential力不平衡势UnbalancedpotentialsManytypesofEquilibrium3、相平衡Phaseequilibrium:whenthemassofeachphasereachesanequilibriumlevelandstaysthere4、化学平衡Chemicalequilibrium:ifitschemicalcompositiondoesnotchangewithtime.Thatis,nochemicalreactionsoccur.温差—热不平衡势压差—力不平衡势相变—相不平衡势化学反应—化学不平衡势平衡的本质：不