工程热力学基础及理论循环.doc

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1、第一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。工程热力学是热力学最早发展起来的一个分支。它的主要内容包括三部分：　　（1）介绍构成工程热力学理论基础的两个基本定律—热力学第一定律和热力学第二定律。　　（2）介绍常用工质的热力学性质。　　（3）根据热力学基本定律，结合工质的热力性质，分析计算实现热能和机械能相互转换的各种热力过程和热力循环，阐明提高转换效率的正确途径。　　本章仅就工程热力学基础知识作一简要阐述，为学习汽车发动机原理提供必要的理论基础和分析计算方法。1.1气体的热力性质　一、气体的热力状态及其基本参数　　热

2、机的运转是靠气态工质及在特定的条件下不断地改变它的热力状态（简称状态），执行某一具体的热功转换过程来实现的。常用的气态工质基本上可分为两类：气体和蒸气。气体是指远离液态，不易液化的气态，而蒸气则是指液态过渡过来或者比较容易液化的气态。内燃机的工质是气体（包括空气、燃气和烟气），所以我们仅讨论气体的性质。　　标志气体热力状态的各个物理量叫做气体的状态参数。常用的状态参数主要有6个，即压力p、温度T、比体积v、内能U、焓H、熵S。其中p、T、v可以直接用仪表测量。且其物理意义易被理解，所以称为描述工质状态最常用的基本状态参数。　　（一）压力p　　气体对单

3、位面积容器壁所施加的垂直作用力称为压力p，按照分子运动论，气体的压力是大量分子向容器壁面撞击的统计量。压力的单位为Pa，或记作N/m2，工程上亦常用kPa与MPa。　　容器内气体压力的大小有两种不同的表示方法。一种是指明气体施加于器壁上的实际数值，叫绝对压力，记作p；另一种是测量时压力计的读数压力，叫表压力，记作pg。由图1-1可知，表压力是绝对压力高出于当时当地的大气压力po的数值。　　其关系式为:　　                     p=po+pg                   (1-1)　　如果容器内气体的绝对压力低于外界大气压力

4、时，表压力为负数，仅取其数值，称之为真空度，记作pv。即　　                     p=po-pv                   (1-2)　　真空度的数值愈大，说明愈接近绝对真空。　　表压力、真空度都只是相对于当时当地的大气压力而言的。显然，只有绝对压力才是真正说明气体状态的状态参数。　　（二）温度T　　温度表示气体冷热的程度。按照分子运动论，气体的温度是气体内部分子不规则热运动激烈程度的量度，是与气体分子平均速度有关的一个统计量。气体的温度愈高，表明气体分子的平均动能愈大。　　热力学温度（习惯上称为绝对温度）T是国际单位制

5、SI制中的基本温度，单位为K。选取水的三相点温度为基本定点温度，规定其温度为273.16K。1K等于水的三相点热力学温度的1/273.16，SI容许使用摄氏温度t，并定义　　                     t=T-To                   (1-3)　　式中：To=237.15K，即水的冰点的热力学温度。在一般工程计算中，把To取作273K已足够精确，摄氏温度每一度间隔与热力学温度每一度间隔相等，但摄氏温度的零点比热容力学温度的零点高273.15K。热力学温度不可能有负值。　　必须指出，只有热力学温度才是状态参数。　　（三）

6、比体积v　　比体积是单位质量的物质所占有的容积：　　　　   　　式中：v——比体积；　　      V——容积；　　      m——质量。　　比体积的倒数称为密度ρ。密度是指单位容积的物质所具有的质量；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1-5)　　比体积的单位为m3/kg；密度的单位为kg/m3。二、热力系统、工质及其平衡态和热力过程　　（一）热力系统　　在热力学中，把某一宏观尺寸范围内的工质作为研究的具体对象，称为热力系统，简称系统。与该系统有相互作用的其他系统称为外界。包围系统的封闭表面就是系统与外界的分界面，称为边界（或界面）。

7、边界可以是真实的，也可以是假想的。根据边界上物质和能量交换情况，热力系统分为下述几类：（１）开口系统，指与外界有物质交换的系统；（２）封闭系统，指与外界无物质交换的系统；（３）绝热系统，指与外界无热交换的系统；（４）孤立系统，指与外界即无热交换，也无能量交换的系统。　　　（二）工质及其平衡态　　工程热力学中，把实现热能与机械能相互交换的工作物质称为“工质”。内燃机的工质是空气和燃气。因为气体具有最好的流动性和膨胀性，便于迅速引进热机，作功以后又能迅速排出热机，在相同的压差或温差下，其膨胀比最大，因而能够更有效地作功。同时气体的热力性质简单，可以简化为

8、理想气体。　　为了对系统中能量转换情况进行分析计算，系统中气体各部分的温度和压力必须均匀一致（即处于热平衡和