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西安交大工程热力学课件

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目录

壹

工程热力学基础

贰

热力学系统分析

叁

热力学循环

肆

传热学基础

伍

热力学应用实例

陆

课件学习资源

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

分析不同热力学过程（如等压、等体、绝热过程）中能量的转换和传递，是应用热力学第一定律的关键。

热力学过程中的能量分析

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

01

02

03

热力学第二定律

熵增原理

热力学第二定律中的熵增原理指出，封闭系统的总熵不会减少，即孤立系统自发过程总是朝着熵增的方向发展。

卡诺循环

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循环，揭示了热机效率的理论上限。

克劳修斯表述

克劳修斯表述是热力学第二定律的另一种形式，它强调热量不能自发地从低温物体流向高温物体。

热力学性质

介绍理想气体状态方程PV=nRT，以及实际气体状态方程如范德瓦尔斯方程。

状态方程

解释定压热容Cp和定容热容Cv的概念及其在工程热力学中的应用。

热容

阐述熵作为系统无序度的度量，以及在热力学第二定律中的重要性。

熵的概念

描述物质在不同相态间转换时吸收或释放的潜热，如水的蒸发和凝结过程。

相变与潜热

热力学系统分析

第二章

封闭系统分析

01

能量守恒定律

封闭系统中能量不能创造或消失，只能从一种形式转换为另一种形式，如热能转换为机械能。

02

熵增原理

封闭系统中自然过程总是朝着熵增的方向进行，即系统无序度增加，如气体从高压区域向低压区域扩散。

03

状态方程应用

通过状态方程描述封闭系统内物质的状态变化，例如理想气体状态方程PV=nRT在工程热力学中的应用。

开放系统分析

在开放系统中，质量与能量可以流入或流出，需应用守恒定律来分析系统状态变化。

质量守恒与能量守恒

01

开放系统中，熵的增加反映了系统不可逆过程的热力学特性，是分析系统变化的重要依据。

熵增原理

02

考虑流体在开放系统中的流动特性，如速度、压力和温度等参数的变化，对系统性能有直接影响。

流体流动分析

03

稳态与非稳态过程

稳态过程指的是系统在时间上不发生变化，例如，一个持续运行的锅炉在稳定工况下的热交换。

01

非稳态过程涉及系统状态随时间变化，如汽车发动机启动时燃烧室内的温度和压力变化。

02

在工程实践中，稳态过程常用于设计和分析连续运行的热力设备，如核电站的反应堆。

03

非稳态过程分析对于瞬态现象的预测和控制至关重要，例如，火箭发射时的燃烧过程。

04

稳态过程的定义

非稳态过程的特点

稳态过程的工程应用

非稳态过程的工程应用

热力学循环

第三章

基本热机循环

狄塞尔循环是另一种内燃机循环，以高压压缩空气，然后在恒压下燃烧燃料，最后进行绝热膨胀。

狄塞尔循环

奥托循环代表了内燃机的工作原理，它包括了等容加热、绝热压缩、等容冷却和绝热膨胀四个过程。

奥托循环

卡诺循环是理想热机循环的模型，它描述了在两个恒温热源之间工作的可逆热机的理论极限。

卡诺循环

实际热机循环

内燃机循环

斯特林循环

燃气轮机循环

蒸汽机循环

内燃机通过燃料燃烧产生高温高压气体，推动活塞做功，实现热能向机械能的转换。

蒸汽机利用水蒸气的膨胀力推动活塞，通过冷凝和再加热过程完成一个循环，产生动力。

燃气轮机通过燃烧气体燃料产生高温气体，驱动涡轮旋转，将热能转换为机械能。

斯特林发动机是一种外部燃烧的热机，通过气体在恒温热源和冷源之间循环，实现能量转换。

循环效率分析

卡诺循环效率

卡诺循环是理想热机模型，其效率仅取决于热源和冷源的温度，是热力学循环效率的理论上限。

01

02

实际循环与理想循环的效率差异

实际热力学循环由于存在不可逆因素，其效率总是低于理想卡诺循环的效率，如摩擦和热损失。

03

布雷顿循环效率

布雷顿循环是燃气轮机和喷气发动机的基础，其效率分析涉及压缩比和热效率之间的关系。

04

斯特林循环效率

斯特林循环是一种外部燃烧循环，适用于斯特林发动机，其效率分析关注工作气体的循环过程和热交换效率。

传热学基础

第四章

导热基本原理

傅里叶定律是导热的基础，它表明热流与温度梯度成正比，与材料的导热系数相关。

傅里叶定律

导热系数受材料种类、温度、压力等因素影响，不同材料的导热性能差异显著。

导热系数的影响因素

稳态导热指的是系统内部温度不随时间变化，而非稳态导热则涉及到温度随时间的变化。

稳态与非稳态导热

对流换热分析

自然对流是由于流体密度差异引起的流动，而强制对流是通过外部力量（如风扇或泵）驱动的。

自然对流与强制对流

对流换热系数是表征流体与固体表面间热交换能力的重要参数，影响换热效率。

对流换