工程热力学(1)1绪论

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1、工程热力学同济大学机械工程学院绪论一、能源、热能利用及生产力的发展二、热工学的研究对象及主要内容三、热力学的研究方法四、本书采用的单位一、能源、热能利用及生产力的发展能源定义：用来产生各种所需能量的自然资源能源作用：人类赖以生存和发展所必需的燃料和动力来源，是发展生产和提高人类生活水平的重要物质基础能源种类：风能、水力能、化学能、太阳能、地热能、原子能，机械能、热能、电能等等；能源消费水平正比于社会生产力的发展水平利用燃料燃烧释放化学能，并转换为燃烧产物的热能，为人类所利用。化学能热能力，机械能利用

2、燃料热能的方式直接利用：如工业生产中的冶炼、加热、蒸煮、干燥及分馏等，热水供应及采暖等；间接利用：通过各种类型的发动机（热机）及发电机，使热能转变为机械能或电能；能源直接利用设备：各种工业炉窑、工业锅炉、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等——换热效率问题热能间接利用设备：蒸汽动力装置、燃气动力装置、火箭发动机、内燃机；——热能利用的重要方式，人类文明及生产发展的物质基础能源转换效率问题和环境保护问题：二、热工学的研究对象热力学：研究物质的热力性质，能量和能量之间相互转换的一门基础理论学科；工程热力学：

3、从工程的观点出发，研究物质的热力性质、能量相互转换规律以及合理利用能量的科学。传热学：研究在温度差作用下热量传递规律的科学，以强化传热过程和合理利用热能。各种动力装置（蒸汽动力装置、内燃机及燃气轮机等）、耗功装置（制冷机、热泵空调机组、压气机）及各种热交换器的工作原理及性能指标。主要内容热力学第一定律热力学第二定律—熵、火用、火无工质的性质热量传递的方式及规律（计算温度分布和传热速率)热力装置的工作过程—换热器、气体和蒸汽循环、制冷循环、热泵循环、喷管及扩压管工程热力学传热学热工设备三、热力学研究方

4、法宏观方法——经典热力学方法微观方法——统计热力学方法宏观方法连续的整体直接观察和实验归纳、演绎推论可靠、具有普遍意义缺点：无法解释热现象本质，微观物质结构中个别分子的个别行为微观方法从物质内部微观结构出发，借助物质的原子模型及描述物质微观行为的量子力学，利用统计方法去研究大量随机运动的粒子，从而得到物质的统计平均性质，并得出热现象的基本规律。可解释比热理论、熵的物理意义、熵增原理四、本书采用的单位国际单位制基本单位(长度,质量,时间,电流,热力学温度,物质的量和发光强度)导出单位(力,压力,功,功

5、率,导热系数,表面传热系数,热流密度)第一章基本概念内容提要：热力系统工质的热力状态及其基本状态参数平衡状态、状态公理及其状态方程准静态过程与可逆过程热力循环第一节热力系统明确研究对象研究对象所包含的范围和内容热力系统与周围事物的相互关系建立定性和定量的关系一、系统、边界与外界系统：人为分隔出来的研究对象人为作用、同一问题可存在不同系统边界：分割系统与外界的分界面可实际存在、也可以虚拟存在可以固定不动、也可以运动或变形外界或环境：边界以外与系统相互作用的物体图1-1、图1-2图1-1和图1-2系统与

6、外界相互作用形式功、热和物质的交换外界存在能够分别接受或给予系统功量、热量和质量的功源、热力源和质量源系统外界是大气环境，则可看作是热容量为无限大的热源（或冷源）和质量为无限大的质源二、系统的种类闭口系统开口系统绝热系统孤立系统刚体系统单元系统单相系统定参数系统闭口系统与开口系统没有物质穿过边界的系统——闭口系统（控制质量系统）质量保持恒定，应把所研究的物质都包括在边界内有物质穿过边界的系统——开口系统（控制体积系统）只需把所要研究的空间范围用边界与外界分隔开来，可以有一股或多股工质流过可通过边界与

7、外界发生能量（功和热）的传递绝热系统与孤立系统系统与外界之间没有热量传递的系统——绝热系统系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换的系统——孤立系统一切热力系统连同与之相互作用的外界都可以抽象为孤立系统绝对这样的系统实际上不存在，具有抽象性——研究科学问题的方法之一三、系统的内部状况相：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的部分相与相之间有明显的界限如：固相、液相、气相单相系：由单一物相组成的系统复相系：由两个相以上组成的系统单元系：由一种化学成分组成的系统纯物质，无论单相或复相如：纯水、纯氮多元

8、系：由两种以上不同化学成分组成的系统空气是特例（化学性质稳定的混合物，不发生相变时，可作为纯物质）如：单元多相：水-水蒸气多元单相：湿空气多元多相：石油及其蒸汽均匀系：成分和相在整个系统空间成均匀分布微小水滴均匀分布在充满水蒸气的整个容器中非均匀系：成分和相在整个系统空间成非均匀分布水在容器底部而水蒸气在其上部四、系统的性质无限可分变边界、边界可为虚与其所处的相及成分的数目和系统是否均匀等因素有关五、系统选取原则最简单最明显使分析过程简化第二节工质的热力状态及其基本状