汽车发动机原理第一章工程热力学基础知识

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1、第1章工程热力学基础知识热力学是研究能量（特别是热能）性质及其转换规律的科学。它的主要内容包括三部分：（1）工质的性质。（2）热力学基本定律。（3）热力过程和热力循环。状态参数:描述气体热力状态的物理量。第一节热工转换的基础知识一、工质及其状态参数基本状态参数：压力；温度；比体积。工质：热、功转换的“媒介”。常用的状态参数：压力；温度；比体积；内能；焓；熵。（一）压力p2．单位：Pa，3．压力的表示压力绝对压力相对压力状态参数：绝对压力1．单位面积上所作用的垂直力称为压力p。工程上常用kPa与Mpa。1Pa=1N/

2、m2，1.1热工转换的基础知识（二）温度T2．单位：开尔文（K）热力学温度与摄氏温度：T=t+To状态参数：热力学温度（绝对温度）。式中：To=273.15K（水的冰点的热力学温度)。1．温度表示气体冷热的程度。气体分子运动速度愈高，平均动能愈大，温度愈高。1.1热工转换的基础知识（三）比体积v单位：m3/kg单位质量的物质所占有的体积。式中：——比体积；——mkg的工质占有的体积；——工质的质量。1.1热工转换的基础知识二、理想气体状态方程式1．理想气体假设：（1）分子不占有体积；　　　（2）分子间无吸引力。

3、发动机所用工质都近似地看作理想气体。２.理想气体状态方程1kg理想气体：pv=RTmkg理想气体：pV=mRT式中：R—气体常数〔J/(kg·K)〕。3.p—v图（示功图）pvp1v1v2p21.1热工转换的基础知识三、热力过程及其功量（一）热力系统和热力过程热力系统：某宏观尺寸范围内的工质作为研究对象，称为热力系统。热力过程：工质由某一状态变化到另一个状态所经历的全部过程的总和。（二）热力过程的功量（示功图）工质由上止点膨胀到下止点，此过程的功量。pv1.1热工转换的基础知识设：A—活塞截面面积；dx—活塞移动距

4、离。工质对活塞作的功为：v增大,w为“+”,工质对活塞作功。v减小,w为“-”,活塞对工质作功。工质膨胀过程：dw=pAdx=pdv1.1热工转换的基础知识四、工质的比热容C（一）定义单位量的物质作单位温度变化时所吸收或放出的热量。式中：dq—工质在某一状态下温度变化dT时所吸收或放出的热量。1.1热工转换的基础知识1．比定容热容Cv：比定容热容:加热时气体容积不变。2．比定压热容Cp：比定压热容:加热时气体压力不变。（二）比定容热容和比定压热容1.1热工转换的基础知识定容加热工质的比热：加入的热量:Q1=mCv(

5、T2–T1)定压加热工质的比热：加入的热量:Q2=mCp(T2–T1)分析加热过程温度升高相同1.1热工转换的基础知识同样使温度升高1℃（或1K），而定压加热过程需要加入的热量要比定容加热过程大，即Cp＞Cv。绝热指数:K=Cp/Cv1.1热工转换的基础知识（三）真实比热容和平均比热容比热容与压力无关，是温度的函数。式中：a、b、c是常数。相应于每一温度下的比热容称为真实比热容。1.1热工转换的基础知识Cm称为平均比热容。（四）定比热容：温度变化不大，把比热容看成常数。1.1热工转换的基础知识第二节热力学第一定律一

6、、功、热量和内能（一）工质的功量W（二）热量Q（三）工质的内能外界给系统加热Q为“+”，系统放热Q为“－”。1．工质内部所具有的总能量。pv1.2热力学第一定律分子热运动的动能，分子间的吸引作用的位能,内能理想气体分子间无吸引力，无位能。是T的函数。是v的函数。内能是温度的单值函数。1.2热力学第一定律内能为状态参数。只与工质的初、终状态有关，与工质由状态1变化到状态2所经历的过程无关。mkgQT1—T2定容加热mkgQ2T1—T2G定压加热pv121.2热力学第一定律2．内能的计算1.2热力学第一定律（一）热力学

7、第一定律（二）封闭系统能量方程式二、热力学第一定律式中：q—外界加给1kg工质的热量（J/kg）；w—1kg工质对外界作的功（J/kg）；△u—1kg工质内能的增量（J/kg）。能量守恒定律1.2热力学第一定律三、熵及温熵图熵是一个导出的状态参数，它的定义式是：式中：dq——系统与外界交换的微元热量；T——热力过程时的温度。熵的定义：熵的增量等于系统在热力过程中交换的热量除以传热时的热力学温度所得的商。熵是状态参数。1.2热力学第一定律1.2热力学第一定律温熵图1.2热力学第一定律第三节气体的热力过程（二）气体状态

8、参数的变化v1=v2或绝对压力与绝对温度成正比式中λ为压力升高比。一、定容过程（一）定容过程方程式为：v=常数pv=RT1.3气体的热力过程定容过程的膨胀功（三）能量变化因dv=0，所以W=0。2．内能1．功量1.3气体的热力过程3．热量：根据比热容的定义1.3气体的热力过程4.熵熵的定义：熵变△S为1.3气体的热力过程二、定压过程（一）过程方程式p=常数（