第四版工程热力学总结第1-3章讲解

,工程热力学,张晓亮,装备制造学院, 主教楼A01-529，QQ 1798447352 13731011003，xlzhanghebei,研究内容和对象,1. 热力学基本定律，包括基本概念及定义、热力学第一定律、熵与热力学第二定律等。 2. 工质的热力性质，包括一般热力学关系，理想气体、水蒸汽、理想气体混合物、湿空气的热力性质的计算及图表的应用。 3. 热力过程及热力循环，包括典型热力过程的分析以及气体与蒸汽的流动、气体压缩、蒸汽动力循环、气体动力循环和制冷循环的分析计算。 4. 化学热力学基础。,考试方式,平时成绩：20 出勤，课堂参与，作业 期末闭卷考试：80% 暂定考试时间：第17周周一，12.23 上午：10:00-12:00,第一章 基本概念及定义,1-1 热能和机械能相互转换的过程,1-2 热力系统,1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数,1-4 平衡状态、状态方程式、坐标图,1-5 工质的状态变化过程,1-6 过程功和热量,1-7 热力循环,1 开口系,非孤立系相关外界 孤立系,1+2 闭口系,1+2+3 绝热闭口系,1+2+3+4 孤立系,例,热力系示例,1刚性绝热气缸-活塞系统，B侧设有电热丝,红线内 闭口绝热系,黄线内不包含电热丝 闭口系,黄线内包含电热丝 闭口绝热系,兰线内 孤立系,判断题,1、系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系。,2、孤立系一定是绝热闭口系。,3、绝热闭口系一定是孤立系。,X,X,思考判断题,1、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。,2、作为工质状态参数的应是绝对压力，还是表压力（或真空度）？,X,3、炉膛处于“负压”或“正压”，说明炉膛中的绝对压力大于或小于零。,X,做功和传热的异同：,1.通过边界传递的能量；,1.功传递由压力差推动，比体积变化是作功标志； 热量传递由温差推动，比熵变化是传热的标志；,2.功是物系间通过宏观运动发生相互作用传递的能量；热是物系间通过杂乱的微粒运动发生相互作用而传递的能量。,2.过程量；,3.传热仅是热能的传递过程，而做功过程一般伴随能量形态的转化。,4.功转化为热是无条件的，而热转化为功是有条件、有限度的。,思考题,1、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？,3、温度、压力、体积、膨胀功、热量中，哪些是状态量，哪些是过程量？,X,2、热量是指储存于物体内部的热能量。,X,状态量：温度、压力、体积； 过程量：膨胀功和热量。,判断对错,1、某过程可在p-v图中用实线表示，则必为准静态过程 2、某过程可在p-v图中用实线表示，则必为可逆过程。 3、某过程如图所示，则曲线 下面积表示膨胀功。 4、工质经历一不可逆过程后不能回到原状态。 5、可逆过程肯定是准静态过程。 6、如右图所示，有,p,v,1,2,.,.,a,b,X,X,X,X,选择题：并简述选择理由,1、系统处于平衡状态时， 。 A.表压力不变 B.绝对压力不变 C.表压力和绝对压力都不变 D.表压力和绝对压力都改变,B,2、不计恒力场作用，平衡态单相系统内各点的状态参数，如密度 。 A.在不断变化 B.必定是接近相等 C.必定是均匀一致的 D.不一定是均匀一致,C,选择题：并简述选择理由,1、经过一个不可逆循环，工质不能恢复原来状态， 。 A.这种说法是错的 B.这种说法是正确的 C.这种说法在一定条件下是正确的 D.无法判断,A,2、有下列说法，正确的是 。 A.孤立系统内工质的状态不能发生变化 B.系统在相同的初、终态之间的可逆过程中做功相同C.经过一个不可逆过程后，工质可以恢复到原来的状态 D.质量相同的物体A和B，因TA大于TB，所以物体A具有的热量较物体B的多,C,第一章 要领小结,热能-机械能：通过工质吸热膨胀作功排热 热力系统：闭口系、开口系、绝热系、孤立系 状态参数变化只与初终态相关，与路径无关 平衡状态：平衡必稳定，稳定未必平衡，平衡未必均匀 无任何耗散效应的准平衡过程是可逆过程 功和热量是过程量，只有在能量传递或转换过程中才有功和热量 热力系经过一系列变化回到初态，这一系列变化过程称为热力循环：可逆循环、正向循环、逆向循环,第二章 热力学第一定律,21 热力学第一定律的实质,2-2 热力学能和总能,25 热力学第一定律的基本能量方程式,24 焓,26 开口系统能量方程式,2-3 能量的传递和转化,27 能量方程式的应用,思考题： 热力学能是热量吗？,否，热力学能是状态参数，热量是过程量,1、热力学第一定律用于 。 A.开口系统、理想气体、稳定流体 B.闭口系统、实际气体、任意流体 C.任意系统、任意工质、任意过程 D.任意系统、任意工质、可逆过程,C,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。,功和热量都不是状态参数，他们传递进入系统后就变成系统的能量，与他们的“前身”是什么无关，所以推动功进入系统后就是系统具有的能量的一部分。,1、功不是状态参数，热力学能与推动功之和 。 A.不是状态参数 B.不是广延量 C.是状态参数 D.没有意义,C,例：设有一定量气体在气缸内由体积0.9 m3可逆地膨胀到1.4 m3 ，过程中气体压力不变P=0.2MPa，过程中U增加了12000J，求（1）过程中气体吸入或放出多少热量？（2）活塞质量20kg, 初始时静止，终态的速度，环境压力P0=0.1MPa。,p,p0,A,解：,Q = U +W = U +p(V2-V1) =12 000 J + 0.2×106 Pa× (1.4-0.9) m3 =112 kJ,例：设有一定量气体在气缸内由体积0.9 m3可逆地膨胀到1.4 m3 ，过程中气体压力不变P=0.2MPa，过程中U增加了12000J，求（1）过程中气体吸入或放出的多少热量？（2）活塞质量20kg, 初始时静止，终态的速度，环境压力P0=0.1MPa。,p,p0,A,解:(2),Wr = p0V = p0(V2-V1) Wu =W - Wr = p(V2-V1) - p0(V2-V1) Wu =Ek = ½ mc2 c = 70.71 m/s,如图，气缸内充以空气，活塞及负载195kg，缸壁充分导热，取走100kg负载，待平衡后，求：,（1）活塞上升的高度,（2）气体在过程中作的功，已知,解：取缸内气体为热力系闭口系。,首先计算状态1及2的参数：,分析：突然取走100kg负载， 气体失去平衡，振荡后最终建 立新的平衡。虽不计摩擦，但 由于非准静态，故过程不可逆， 但仍可应用第一定律解析式。,过程中质量m不变,如图，气缸内充以空气，活塞及负载195kg，缸壁充分导热，取走100kg负载，待平衡后，求：,（1）活塞上升的高度,（2）气体在过程中作的功，已知,解:(2),由于m2=m1,且 T2=T1,据,？,不可逆,外力,注意：活塞及其上重物位能增加,向上移动了5cm，因此体系对外力作功,第二章,热力学第一定律的表述：热可以转变为功。 热力学能：内动能和内位能； E=U+½mcf2+mgz 做功和传热的2个相同点，4个不同点。推动功Pv, 流动功P2v2 - P1v1 焓：随着工质的移动而转移的能量不等于热力学能而等于焓（热力学能U与推动功pv之和）。 热力学第一定律解析式：,可逆过程：Q = U +,热一原则：进入系统的能量总和 离开系统的能量总和 = 热力系总储存能的增量,第三章 气体和蒸气的性质,3-1 理想气体的概念,3-2 理想气体的比热容,3-3 理想气体的热力学能、焓和熵,3-4 水蒸气的饱和状态和相图,3-5 水的汽化过程和临界点,3-6 水和水蒸气的状态参数,3-7 水蒸气表和图,例1 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0.1×106Pa。,解：,氧气,注意：1、单位换算 2、表压力与绝对压力的关系。,例2 刚性容器中原先有压力为p1、温度为T1的一定质量的某种气体，已知其气体常数为Rg。后来加入了3kg的同种气体，压力变为p2、温度仍为T1。试确定容器的体积和原先的气体质量m1。,解：,例： 试求空气在自由膨胀中比熵的变化量，已知初态空气的温度为 ，体积为 ，膨胀终了的容积 。,解：取整个容器内的空气为孤立系统（系统与外界无功、热及物质交换）,即：,理想气体两点基本假设：（1）分子为不占体积的弹性质点，（2）除碰撞外分子间无作用力。 克拉贝龙方程： 2. 比热容：Cm=Mc=0.0224141 C´,第三章 气体和蒸汽的性质,2. 定容比热容及定压比热容：,第三章 气体和蒸汽的性质,3. 理想气体的热力学能、焓和熵,第三章 气体和蒸汽的性质,4. 水蒸气的p-v图和T-s图,第三章 气体和蒸汽的性质,1. 一点：一个临界点。 2. 二线：饱和水线、饱和蒸汽线。 3. 三区：过冷水区、湿蒸汽区、过热蒸汽区。 4. 五态：未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽。,