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西工大工程热力学课件

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目录

壹

工程热力学基础

贰

热力学系统与过程

叁

能量转换与传递

肆

工质的热力性质

伍

热力学应用实例

陆

工程热力学实验

工程热力学基础

第一章

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

01

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

02

分析系统在不同热力学过程中的能量变化，如等压、等体、等温及绝热过程，是应用热力学第一定律的关键。

热力学过程中的能量分析

03

热力学第二定律

热力学第二定律表明，孤立系统的熵总是趋向于增加，即系统无序度增加。

熵增原理

卡诺循环是热力学第二定律的一个重要概念，它描述了理想热机的工作过程和效率上限。

卡诺循环

克劳修斯表述强调热量不能自发地从低温物体流向高温物体，这是热力学第二定律的另一种表述方式。

克劳修斯表述

热力学性质

状态方程描述了物质的状态变化，如理想气体状态方程PV=nRT，是工程热力学中的基础。

状态方程

热力学第一定律表明能量守恒，系统内能的变化等于外界对系统做的功与传给系统的热量之和。

热力学第一定律

比热容是物质单位质量的温度升高1K所需的热量，分为定压比热容和定容比热容。

比热容

熵是衡量系统无序程度的物理量，热力学第二定律指出孤立系统的熵总是趋向于增加。

熵的概念

01

02

03

04

热力学系统与过程

第二章

系统分类

封闭系统不与外界交换物质，但能与外界交换能量，如热和功。

封闭系统

孤立系统既不与外界交换能量也不交换物质，是热力学研究的理想模型。

孤立系统

开放系统既与外界交换能量也交换物质，例如燃烧室内的燃烧过程。

开放系统

热力学过程

在热力学中，可逆过程是理想化的概念，而实际过程多为不可逆，如摩擦和湍流。

可逆过程与不可逆过程

绝热过程是指系统与外界没有热量交换的过程，例如气缸中的气体膨胀。

绝热过程

等温过程中，系统的温度保持恒定，如理想气体在恒温容器中的压缩或膨胀。

等温过程

等压过程中，系统压力保持不变，例如水在标准大气压下的沸腾过程。

等压过程

循环分析

奥托循环

卡诺循环

03

奥托循环描述了内燃机中燃料燃烧和膨胀的过程，是四冲程汽油发动机的理论模型。

布雷顿循环

01

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。

02

布雷顿循环是燃气轮机和喷气发动机的基础，涉及等熵压缩、等压加热、等熵膨胀和等压冷却四个过程。

狄塞尔循环

04

狄塞尔循环代表了柴油发动机的工作原理，它通过高压压缩空气，然后注入燃料进行燃烧。

能量转换与传递

第三章

能量守恒原理

热力学第一定律

能量守恒原理，即热力学第一定律，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

02

封闭系统能量守恒

在封闭系统中，能量的总和保持不变，任何能量的增加必然伴随着等量的能量减少。

03

能量转换效率

能量转换效率描述了系统在能量转换过程中，有效能量与总输入能量的比例关系。

热量传递方式

导热是热量通过固体材料内部传递的方式，如金属导热棒将热从一端传递到另一端。

01

导热

对流是流体（液体或气体）中热量传递的一种方式，例如热水在容器中上升，冷水下沉形成循环。

02

对流

辐射是热量通过电磁波形式传递，如太阳光照射到地球表面，传递太阳的热能。

03

辐射

功的传递

在工程热力学中，机械功通常通过活塞和连杆系统传递，如内燃机中的能量转换。

机械功的传递

电功传递涉及电能转化为机械能，例如电动机驱动的压缩机或风扇。

电功的传递

热能通过热机如蒸汽轮机转换为机械功，是能量转换与传递的重要方式。

热功转换

工质的热力性质

第四章

理想气体模型

01

理想气体状态方程PV=nRT描述了理想气体的压力、体积、摩尔数、温度和理想气体常数之间的关系。

02

包括等温、等压、等容和绝热过程，这些过程在工程热力学中是分析理想气体行为的基础。

03

理想气体的内能只与温度有关，而焓则是内能与压力和体积的函数，这些概念对于理解热力学性质至关重要。

理想气体状态方程

理想气体的热力学过程

理想气体的内能和焓

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，表现出复杂的热力性质。

偏离理想气体的行为

范德瓦尔斯方程是描述实际气体偏离理想状态的模型，考虑了分子体积和分子间作用力的影响。

范德瓦尔斯方程

在临界温度和临界压力以上，气体和液体的区分消失，形成超临界流体，具有独特的热力性质。

临界点和超临界流体

水和蒸汽性质

水的比热容较大，意味着它在吸收或释放热量时温度变化较小，这在工程热力学中非常重要。

水的比热容

01

蒸汽在凝结或蒸发过程中会吸收或释放潜热，这一性质在制冷