发动机原理课件-第一章 工程热力学基础

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1、第一章工程热力学基础热力学是研究能量（热能）性质和转换规律的科学。工程热力学是其最早发展的一个分支。本章主要内容：1、热力状态、热力过程、参数2、热力学的基本定理：热力学第一定理和第二定理。3、典型热力过程和热力循环。4、发动机的理想循环。第一节气体的状态及状态方程重点掌握：1、基本概念：热力系统、工质、热力状态、理想气体等；2、热力系统分类；3、P-V图。一、热力系统1、定义：在热力学中，把某一宏观尺寸范围内的工质体为研究的具体对象，称为热力系统；热力系外界界面2、工质：在热力设备中用来实现热能与其它形式的能量交换的物质。※热

2、机的工质一般都是气体工质。※通过工质状态的变化实现与外界的能量交换。研究对象以外的一切物质，称为外界；热力系统和外界的分界面，称为界面。二、热力状态与状态参数1、热力状态：热力系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。热力平衡状态：当外界条件不变系统内状态长时间不变。（具有均匀一致的P、T）2、状态参数：用来描述气体热力状态的物理量基本状态参数：可直接测量的状态参数，包括：压力(P)、比容(ν)、温度(T)。主要状态参数：压力P、比容ν、温度T、内能Ｕ、熵Ｓ、焓Ｈ。三、基本状态参数1、比容：用ν表示，单位是m3/kg。定义：单位质量的

3、物质所占的容积。即：ν=V/MV--物质的容积,[m3];M--物质的质量，[kg]。比容的倒数是？2、压力：用P表示，单位是Pa，Mpa、kPa。定义：系统单位面积上受到的垂直作用力。即：P=F/A压力的测量3、温度：用T表示，单位是K。定义：表征物体的冷热程度（Ｔ↑气体分子的平均动能越大）四、理想气体的状态方程1、理想气体：气体分子本身不占有体积，分子之间无相互作用力的气体。2、理想气体的状态方程：Pν=RTPV=mRTV=mν对空气，R=0.287kJ/kg·K3、压容图气体的状态也可用P-V图上的一个点表示，比较直观。第

4、二节热力过程及过程量重点掌握：1、基本概念：热力过程、功、热量、熵；2、热力状态参数与热力过程参数的区分与联系；3、功、热量的计算，正负的规定；4、T-S图。功的计算：δW=Fdx=APdx=PdVW12=∫12PdV对单位质量的工质：w12=W/m=∫12PdV/m=∫12Pdν※故P-V图上,W12为过程线与横轴围成的面积。一、热力过程热力系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的变化历程。P-V图上,一个点表示气体的一个热力状态;一条曲线表示一个热力过程。二、功Ｗ（Ｊ）气体在热力过程中由于体积发生变化所做的功（又称为容积功）由δ

5、W=PdV得：dV>0，膨胀,δW>0，系统对外界做功；dV<0，压缩,δW<0，外界对系统做功；dV=0，δW=0，系统与外界之间无功量传递。膨胀,W>0压缩,W<0※可逆过程是无摩擦、无温差传热的平衡过程，是实际过程的理想极限。无特殊说明，都可认为是可逆过程。规定：系统对外界做功为正，外界对系统做功为负三、热量定义：一个质量不变的热力系统，不做功而通过边界传递的能量形式。是系统与外界之间依靠温差来传递的能量形式，用Q表示q=Q/mJ/kg规定：传入热力系统的热量为正值，即吸热为正；传出热力系统的热量为负值，即放热为负。※热量

6、与功一样，是系统在热力过程中与外界传递的能量形式。※它们都是过程量，不是系统本身所具有的能量。四.熵和温熵图熵S的增量等于系统在可逆过程（温差无穷小）中交换热量除以传热时绝对温度的商：ds=δq/T1Kg工质的熵的单位J/kgKmKg工质熵的单位Ｊ/K※比容ν的变化量标志着有无做功，熵s的变化量标志着有无传热。熵s（导出量）是一个状态参数ds>0,Q>0,吸热;ds<0,Q<0,放热;ds=0,无热量交换.吸热,Q>0放热Q<0第三节热力学第一定律重点掌握：1、热力学第一定律的表述；2、内能与温度的关系；3、闭口系统能量方程；4

7、、理想气体内能的计算。一、热力学第一定律定义：当热能与其它形式的能量相互转换时，能的总量保持不变。＊可表述为：不花费任何能量就产生功的第一类永动机是不存在的。＊可表述为：对于任何一个热力系统：进入系统的能量-离开系统的能量=系统内部储存能量的变化量※热力学第一定律是能量转换与守恒定律在热力学上的具体应用。它表达工质在受热作功过程中，热量、作功和内能三者之间的平衡关系。二、内能（U）-工质内部所具有的各种能量总称宏观能量包括：微观能量即系统的内能U，包括：动能位能：机械能E宏观能量微观能量内动能内位能内位能与分子间的距离、吸引力有

8、关,是比容的函数；内动能包括移动动能、转动动能和振动动能，是温度的单值函数。※内能也称热力学能或热能，仅考虑内位能和内动能。※对于理想气体，不考虑分子间的位能，故内能只是分子的内动能，仅与温度有关，是温度的单值函数，用符号U表示，单位J。系统本身所具有的能量包括