工程热力学何雅玲课件.pptxVIP

工程热力学何雅玲课件

有限公司

汇报人：XX

目录

热力学基础概念

01

热力学第二定律

03

热力学循环

05

热力学第一定律

02

热力学性质

04

传递过程

06

热力学基础概念

01

热力学定义

热力学系统是指由一定数量的物质组成的，与外界有能量和物质交换的区域。

热力学系统

热力学过程描述了系统从一个平衡态经过一系列变化到达另一个平衡态的过程，包括等温、绝热等过程。

热力学过程

热力学平衡态是指系统内部各部分的宏观性质不再随时间变化的状态，是热力学研究的基础。

热力学平衡态

01

02

03

热力学定律

热力学第一定律表明能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。

01

第一定律：能量守恒

热力学第二定律指出，封闭系统的总熵总是趋向于增加，意味着能量转换有方向性。

02

第二定律：熵增原理

热力学第三定律说明，随着温度趋近于绝对零度，系统的熵趋近于一个常数，但绝对零度无法达到。

03

第三定律：绝对零度不可达

热力学系统

定义热力学系统时，需明确其与外界环境的界限，如封闭容器内的气体。

系统与环境的界限

通过温度、压力、体积等宏观物理量描述热力学系统的状态，如理想气体状态方程。

系统状态的描述

根据与环境的相互作用，热力学系统分为孤立系统、封闭系统和开放系统。

系统分类

热力学第一定律

02

能量守恒原理

能量守恒原理表明，系统内能的变化等于系统与外界交换的热量与功的代数和。

热力学第一定律的数学表达

01

在工程实践中，能量守恒原理体现在各种形式能量之间的转换和传递，如电能转为热能。

能量转换与传递

02

例如，热电厂通过燃烧燃料产生蒸汽，推动涡轮发电，体现了能量守恒原理在工程设计中的应用。

能量守恒在工程设计中的应用

03

热力学过程

在等压过程中，系统压力保持恒定，如家用煤气灶燃烧时，火焰对锅底的加热。

等压过程

01

02

03

04

等体过程中，系统的体积保持不变，例如在封闭容器中燃烧燃料，体积不发生改变。

等体过程

绝热过程中，系统与外界没有热量交换，如气缸中活塞压缩气体时，外界对气体做功。

绝热过程

等温过程中，系统的温度保持恒定，例如在恒温水浴中进行的化学反应。

等温过程

内能与功

内能是系统内部微观粒子运动和相互作用的总和，是热力学系统的一种状态函数。

内能的定义

根据热力学第一定律，系统内能的变化等于外界对系统做的功与系统吸收的热量之和。

内能与功的关系

在热力学中，功是通过系统边界与外界的相互作用传递的，如体积变化时的机械功。

功的传递方式

热力学第二定律

03

熵的概念

熵的定义

熵是衡量系统无序程度的物理量，表征了能量分布的随机性。

熵增原理

在自然过程中，孤立系统的总熵不会减少，即系统趋向于熵增状态。

熵与信息论

信息论中，熵代表信息的不确定性或信息量的大小，与热力学熵有相似之处。

可逆与不可逆过程

可逆过程是理想化的概念，指系统与环境间能量转换完全可逆；不可逆过程则存在能量损失。

定义与区别

摩擦导致的热传递是典型的不可逆过程，能量以热的形式散失，无法完全回收。

实例：摩擦生热

卡诺循环是理想化的可逆热机循环，展示了热机效率的理论上限。

实例：卡诺循环

克劳修斯不等式

在热力学循环中，克劳修斯不等式用于证明卡诺定理，从而推导出热机的最大理论效率。

热力学循环的效率

通过克劳修斯不等式，可以区分热力学过程的可逆性，可逆过程满足等号，不可逆过程满足不等号。

可逆与不可逆过程

克劳修斯不等式是熵增原理的数学表达，它表明在可逆过程中系统的熵不变，在不可逆过程中熵增加。

熵增原理的数学表达

热力学性质

04

热力学状态函数

内能是系统状态的函数，与系统的温度、压力和体积有关，是热力学第一定律的核心概念。

内能

熵代表系统的无序程度，是热力学第二定律中的关键状态函数，与能量转换和传递过程紧密相关。

熵

焓是系统热力学能的另一种表达形式，常用于描述在恒压过程中系统能量的变化。

焓

热力学图表

蒸汽表与压焓图结合使用，可精确计算蒸汽在不同状态下的热力学性质。

蒸汽表与图表的结合

03

温度-熵图用于判断热力学过程的可逆性，指导实际工程中热能的有效利用。

温度-熵图的解读

02

压焓图帮助工程师分析和设计热力循环，如蒸汽动力循环中的朗肯循环。

压焓图的应用

01

热力学关系式

01

麦克斯韦关系式是热力学中连接不同偏导数的方程，用于描述热力学系统的状态变化。

02

吉布斯-杜亥姆方程描述了热力学势与化学势之间的关系，是研究多组分系统的关键方程。

03

克劳修斯-克拉佩龙方程用于描述相变过程中温度与压力的关系，是相变研究中的重要工具。

麦克斯韦关系式

吉布斯-杜亥姆方程

克劳修斯-克拉佩龙方程

热力学循环

05

循环的分类

卡诺循环

卡诺循环是理想热机循环的模型，它展示了在两个热源之间工作的热机