工程热力学第二版课件.pptx

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目录壹工程热力学基础陆热力学应用实例贰热力学系统与过程叁能量转换与传递肆工质性质与状态方程伍热力学循环与效率

工程热力学基础壹

热力学基本概念热力学系统是指在热力学研究中,被隔离出来进行分析的物体或物体集合,如气体、液体或固体。热力学系统01热力学平衡是指系统内部各部分之间没有宏观物质和能量交换的状态,是热力学分析的基础。热力学平衡02

热力学基本概念热力学第一定律即能量守恒定律,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热力学第一定律热力学第二定律阐述了热能转换的方向性,指出能量转换过程中熵总是增加,即系统趋向于无序状态。02热力学第二定律

热力学第一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。能量守恒与转换焦耳实验验证了热和功的等效性,即一定量的热能可以转换为等量的机械能,反之亦然。热功等效原理内能是系统内部微观粒子运动和相互作用的总和,是热力学第一定律中的核心概念。内能的概念010203

热力学第二定律01热力学第二定律表明,孤立系统的总熵不会减少,即自然过程中系统熵总是趋向于增加。02卡诺循环是热力学第二定律的一个重要概念,它描述了一个理想化的热机工作过程,强调了效率的理论上限。03热力学第二定律区分了可逆过程和不可逆过程,指出实际过程总是不可逆的,并伴随着熵的增加。熵增原理卡诺循环可逆与不可逆过程

热力学系统与过程贰

系统分类封闭系统与开放系统封闭系统不允许物质交换,而开放系统可以与外界进行物质和能量的交换。稳定系统与不稳定系统稳定系统在受到小扰动后能恢复原状态,不稳定系统则无法自行恢复。可逆系统与不可逆系统可逆系统在经历一个过程后可以完全恢复到初始状态,而不可逆系统则不能。

热力学过程可逆过程是理想化的热力学过程,而不可逆过程则涉及实际的能量损失,如摩擦和湍流。可逆过程与不可逆过程等温过程中系统的温度保持不变,如理想气体在恒温容器中的膨胀或压缩。等温过程绝热过程是指系统与外界没有热量交换的过程,常见于热泵和制冷机的工作原理中。绝热过程

循环分析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所能达到的最大效率。卡诺循环01布雷顿循环是燃气轮机和喷气发动机的基础,它描述了理想气体在恒定压力和恒定体积下的热力循环过程。布雷顿循环02奥托循环代表了内燃机的工作原理,它涉及燃料在恒容条件下的燃烧和膨胀过程,是汽车发动机设计的关键。奥托循环03

能量转换与传递叁

热能与功的转换朗肯循环卡诺循环0103朗肯循环是蒸汽动力循环的典型代表,通过水的蒸发和凝结过程,将热能转换为功。卡诺循环是理想热机的模型,通过高温热源和低温热源实现热能向机械功的高效转换。02斯特林发动机是一种外部燃烧的热机,通过气体在不同温度下的体积变化,实现热能与机械功的转换。斯特林发动机

热传递方式辐射是通过电磁波传递热能,如太阳光照射到地球表面,将热量传递给地面和物体。辐射对流是流体(液体或气体)中热量的传递方式,例如热水瓶中的热水通过自然对流保持温度。对流导热是通过物质内部微观粒子的碰撞和能量交换实现热量传递,如金属棒一端加热后另一端逐渐变热。导热

能量守恒分析热力学第一定律表明能量守恒,即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01能量守恒方程是分析系统能量变化的基础,它将系统内能变化与热传递和功的交换联系起来。能量守恒方程02能量转换效率描述了系统在能量转换过程中,有效利用能量的比例,是衡量能量利用效率的重要指标。能量转换效率03

工质性质与状态方程肆

理想气体状态方程方程的定义理想气体状态方程是PV=nRT,其中P表示压强,V是体积,n是物质的量,R是理想气体常数,T是绝对温度。0102适用条件理想气体状态方程适用于低压强和高温条件下的气体,此时气体分子间作用力可忽略不计。03方程的推导通过实验数据和理论分析,可以推导出理想气体状态方程,它基于气体分子运动论和热力学定律。04实际应用案例在工程热力学中,理想气体状态方程常用于计算发动机内燃烧气体的压力和体积变化。

实际气体性质实际气体在高压或低温条件下会偏离理想气体状态方程,表现出复杂的物理行为。偏离理想气体行为当气体达到临界温度、压力和体积时,气液两相不再区分,进入超临界状态,表现出独特性质。临界点与超临界状态范德瓦尔斯方程考虑了分子间的吸引力和体积效应,是描述实际气体性质的重要方程。范德瓦尔斯方程

状态方程应用状态方程用于预测实际气体在不同温度和压力下的行为,如范德瓦尔斯方程。实际气体行为预测工程师利用状态方程进行热力系统设计,优化设备性能,如制冷循环中的R134a。工程设计与分析状态方程在模拟热力学过程如压缩、膨胀和相变中起到关键作用,确保计算准确性

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