工程热力学（共计513页，共计2部分）_部分1.pptx

绪 论,工程热力学是研究热能与其它形式能量相互转换规律的学科 研究内容：能量转换的客观规律；工质的基本热力性质；热工设备的工作过程； 研究方法：宏观研究方法,热力学发展简史,1、十七、十八世纪“热质说”占统绐地位；1698年英T.Savery发明蒸汽排水装置 2、温标的出现：促进了量热技术的发展 1714年 华氏温标：定义 水的冰点：32°F，汽点212 °F1742年 摄氏温标：定义 水的冰点：0°C，汽点100 °C,3、蒸汽机发明1766 俄罗斯 波尔宗诺夫1784 英国 瓦特 4、19世纪上半叶，基于改进蒸汽机的实践 要求-“热力学”出现1840~1851： 迈耶、焦耳等人建立热力学 第一定律1850~1851：克劳修斯、汤姆逊等提出热 力学第二定律 5、20世纪上半叶：热力学发展了物理热力学、化学热力学、生物热力学和统计热力学等,萨迪·卡诺(N．L．Sadi Carnot，1796－1832年)法国科学家，其主要贡献是创立理想热机理论1796年6月1日生于巴黎1812年，考入巴黎理工学院，在那里受教于泊松、盖－吕萨克、安培(Ampére)等一批卓有成就的老师。

他主要攻读了分析数学、分析力学、画法几何和化学1824年6月12日发表《关于火的动力》一书，在这部著作中提出了“卡诺热机“和“卡诺循环“的概念及“卡诺原理“（现在称为“卡诺定理“）1831年，卡诺开始研究气体和蒸汽的物理性质1832年8月24日染上霍乱而病逝迈耶(J. R. Mayer，1814－1878年)德国物理学家1814年11月25日生于符腾堡的海尔布隆曾就学于蒂宾根大学医学系，1838年获医学博士学位，毕业后在巴黎行医1841年从行医开始转而研究物理学，于1842年发表了《论无机性质的力》的论文，他从“无不生有，有不变无“和“原因等于结果“的观念出发，表述了物理、化学过程中各种力(能)的转化和守恒的思想迈耶是历史上第一个提出能量守恒定律并计算出热功当量的人1845年迈耶出版了《论有机体的运动与物质代谢关系》的论文，进一步地发展了他的学说1848年迈耶出版了《通俗天体力学》一书，将他的热功理论运用到宇宙1851年迈耶出版了《论热的机械当量》一书，详细地总结了他的工作1878年3月20日迈尔因右臂结核感染在海尔布逝世迈耶于偏重于从一般哲学方面即自然力的相互联系方面提出能量守恒的概念，焦耳从实验方面1843年测定了热功当量值，而亥姆霍兹则是从物理理论方面论证了能量转换的规律性。

所以，提出能量守恒定律的荣誉通常归之于亥姆霍兹、迈尔和焦耳三人亥姆霍兹 德国物理学家、生理学家1821年10月31日生于柏林波茨坦的一个中学教师家庭以公费进入柏林皇家军事医学院学习，并柏林大学旁听，自学了伯努利、康德、拉普拉斯、毕奥等人的著作，1842年获医学博士学位通过对动物体的大量实验，总结出“一种自然力如果由另一种自然力产生时，其中当量不变这最终导致他明确地提出能量守恒定律1847年他在新成立的德国物理学会发表了著名的“关于力的守恒“讲演，第一次用数学方式详细地提出今天大家所理解的能量守恒定律这次讲演内容后来写成专著《力之守恒》，于1853年发表1882年发表论文《化学过程的热力学》，把化学反应中的“束缚能“和“自由能“区别开来亥姆霍兹在流体力学和电磁理论方面也有突出的贡献亥姆霍兹的一生，除物理学外，在生理光学和声学、数学、哲学诸方面都作出了重大贡献亥姆霍兹曾荣任柏林大学校长(1877年)和国家物理工程研究所所长(1888年)1894年9月8日，在柏林逝世开尔文,英国物理学家、发明家1824年6月26日生于爱尔兰的贝尔法斯特1845年毕业于剑桥大学毕业后他赴巴黎跟随物理学家和化学家V. 勒尼奥从事实验工作一年，1846年受聘为格拉斯哥大学自然哲学（物理学当时的别名）教授，任职达53年之久。

由于装设第一条大西洋海底电缆有功，英政府于1866年封他为爵士，并于1892年晋升为开尔文勋爵，开尔文这个名字就是从此开始的1890～1895年任英国皇家学会会长1904年任格拉斯哥大学校长，直到1907年12月17日在苏格兰的内瑟霍尔逝世为止开尔文是热力学的主要奠基人之一，他根据盖-吕萨克、卡诺和克拉珀龙的理论于1848年创立了热力学温标1851年他提出热力学第二定律：“不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其他影响1852年他与焦耳合作发现了焦耳－汤姆孙效应开尔文研究范围广泛，在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学、工程应用等方面都做出了贡献他一生发表论文多达600余篇，取得70种发明专利，他在当时科学界享有极高的名望为了纪念他在科学上的功绩，国际计量大会把热力学温标(即绝对温标)称为开尔文(开氏)温标，热力学温度以开尔文为单位，是现在国际单位制中七个基本单位之一克劳修斯(R. J. E. Clausius，1822～1888年)，德国物理学家1822年1月2日生于普鲁士的克斯林(今波兰科沙林)曾就学于柏林大学1847年在哈雷大学主修数学和物理学的哲学博士学位从1850年起，曾先后任柏林炮兵工程学院、苏黎世工业大学、维尔茨堡大学、波恩大学物理学教授。

他是气体动理论和热力学的主要奠基人之一，是历史上第一个精确表示热力学定律的科学家1850年发表《论热的动力以及由此推出的关于热学本身的诸定律》的论文论文首先从焦耳确立的热功当量出发，将热力学过程遵守的能量守恒定律归结为热力学第一定律，并第一次引人热力学的一个新函数U；论文的第二部分在卡诺定理的基础上提出了热力学第二定律的最著名的表述形式：热不能自发地从较冷的物体传到较热的物体1854年发表《力学的热理论的第二定律的另一种形式》、1865年他发表《力学的热理论的主要方程之便于应用的形式》的论文，引入了一个新的热力学函数并定名为熵，同时提出克劳修斯不等式和“熵增原理“，1857年发表《论热运动形式》的论文，第一次推导出著名的理想气体压强公式1858年发表《关于气体分子的平均自由程》论文，开辟了研究气体的输运过程的道路1851年从热力学理论论证了克拉珀龙方程1888年8月24日克劳修斯在波恩逝世朗肯(W.J.M. Rankine，1820~1872年)，英国科学家1820年6月5日出生于苏格兰的爱丁堡1855年被委任为格拉斯哥大学机械工程教授 1858年出版《应用力学手册》一书，是工程师和建筑师必备的指南。

1859年出版《蒸汽机和其它动力机手册》，是第一本系统阐述蒸汽机理论的经典著作朗肯计算出一个热力学循环(后称为朗肯循环)的热效率，被作为是蒸汽动力发电厂性能的对比标准1872年12月24日于格拉斯哥逝世奥托(N. A. Otto，1832-1891年)，德国技术家，1832年生于纳骚的霍尔兹豪真早年是个商人，1861年在报纸上读到E. 雷诺煤气发动机的报导后，自己也开始试制1864年与E. 兰根共同创立了奥托公司1877年研制成功四冲程发动机，这个称作“奥托“发动机的煤气机是最早获得成功的内燃机在长期的研究过程中，奥托提出了内燃机的四冲程理论，为内燃机的发明奠定了理论基础1862年B. A. 德罗沙研究成功称作“奥托循环“的四冲程发动机1891年1月26日奥托逝世布雷顿(G.B. Brayton，1830~ 1892年)，美国科学家1830年生于美国妈萨诸塞的波士顿1872年，申请获得新型气体动力汽车专利1876年制造了使用Brayton 循环的内燃机吉布斯(J.W. Gibbs，1839~1903年)，美国物理化学家1839年2月11日生于康涅狄格州的纽黑文1854-1858年在耶鲁学院学习。

1863年获耶鲁学院哲学博士学位并留校任助教1866-1868年在法、德两国听了不少著名学者的演讲1869年回国后继续任教1870年后任耶鲁学院的数学物理教授1903年4月28日在纽黑文逝世吉布斯在1873-1878年发表的三篇论文中，以严密的数学形式和严谨的逻辑推理，导出了数百个公式，特别是引进热力学势处理热力学问题，在此基础上建立了关于物相变化的相律，为化学热力学的发展做出了卓越的贡献1902年，他把玻尔兹曼和麦克斯韦所创立的统计理论推广和发展成为系统理论，从而创立了近代物理学的统计理论及其研究方法狄塞尔(R.C.K. Diesel，1858~1913年)，德国技术家1858年3月18日生于法国的巴黎1876年进入慕尼黑工业大学学习，受林德讲座的影响，开始设想研制与蒸汽机不同的新型发动机1893年出版《取代蒸汽机及以往内燃机的热机理论和结构》1894年，新发动机运转成功1896年作为商用发动机开始在个工厂使用由于柴油机的广泛应用，1900年狄塞尔已经名扬世界1913年9月29日狄塞尔在去英国的德列斯顿号船上失踪范得瓦尔斯(J．D．van der Waals，1837~1923年)荷兰科学家，其主要贡献是提出了一个能够反映气液连续性的实际气体状态。

1837年6月1日，生于莱顿当他在中学任教时参加了莱顿大学的物理学讲座1873年，他获得莱顿大学的博士学位，在论文中他证明了分子体积以及分子间作用力的存在，用van der Waals方程描述了气体和液体的连续性1893年，他发表了关于两元混合物和毛细管现象热力学理论的论文伦敦大学另一位科学家卡莫林·昂纳斯在获得诺贝尔物理学奖发表演说时说：我很高兴把液体氦送给我最尊敬的朋友范得瓦尔斯，是他的理论一直指导了这个气体的液化卡莫林·昂尼斯(Kamerlingh Onnes，1853~1926年)，荷兰物理学家1853年9月21日生于荷兰的格罗宁根1882年，29岁的昂尼斯被任命为莱顿大学物理学教授和物理实验室负责人，决定把研究低温物理作为主攻方向于1892～1894年建成了大型的液化氧、氮和空气的工厂，并于1906年大量生产液氢在次基础上，在1908年7月10日成功地液化了氦为在液氦温度下研究物质的性质创造了条件．1911年，昂尼斯在连续三篇论文中详细地报道了他的超导实验结果1926年2月21日在荷兰的莱顿逝世,第一章 基本概念,本章基本要求：,掌握工程热力学中一些基本术语和概念：热力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。

掌握状态参数的特征，基本状态参数p、v、T 的定义和单位等掌握热量和功量这些过程量的特征，并会用系统的状态参数对可逆过程的热量、功量进行计算 了解工程热力学分析问题的特点、方法和步骤§1－1 热能在热机中转变成机械能的过程,热能动力装置：从燃料燃烧中得到热能，并利用热能得到动力的设备热能动力装置分为两大类：燃气动力装置（内燃机、燃气轮机）蒸汽动力装置（蒸汽轮机）,热能,机械能,,化学能,,内燃机（汽油机）,工作物质： 燃气,燃气 热能,机械能,,燃料 化学能,,,排入大气,燃烧、膨胀 排气,吸气 压缩,工作过程：,能量转换：,蒸汽动力装置,1－炉子 2－炉墙 3－沸水管 4－汽锅 5－过热器 6－汽轮机 7－喷嘴 8－叶片 9－叶轮 10－轴 11－发电机 12－冷凝器 13、14、16－泵 15－蓄水池,燃料在锅炉中燃烧，加热沸水管内的水，使之变为蒸汽，并在过热器内过热，成为过热蒸汽，完成从化学能转变到热能的过程； 高温高压（相对于环境）蒸汽膨胀推动汽轮机作功（机械能）； 作功后的乏汽从汽轮机进入冷凝器，被冷却水冷凝成水，并由泵加压送入锅炉加热蒸汽动力装置工作过程：,不同点：构造和工作特性不同。

相同点： 存在某一种媒介物质以获得能量；（如内燃机中混合气，蒸汽机中的水） 存在能提供热能的能量源； 余下的热能排向环境介质结论：各种形式的热机都存在以下几个相同的热力过程：吸热、膨胀作功和排热比较上述两种热机,名词定义：,工质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质热源（高温热源） ：工质从中吸取热能的物系冷源（低温热源） ：接受工质排出热能的物系。