1、【工程热力学讲义大全】绪论问题：本课程是什么？干什么？有什么特点？一、 能源和动力工程1、 能源：人类赖以生存和发展的物质资源称为能源。人们的衣、食、住、行，时时处处都离不开能源。从某个角度来讲，人类的发展史就是开发和利用能源的历史。而开发和利用能源的先进程度是社会进步的标志。2、 能源的利用：能源的利用方式可分为两种，一是直接利用，即将自然界的能源不经过形态转换而利用。如晒太阳、风车、水车等。自然界现有形态的能源称为一次能源。二是间接利用，将一次能源经过形态转换再利用。如火力发电、发动机等。这样的能源称为二次能源。在能源利用的发展史中，先是一次利用，后来发展二次利用，电能的优点是众所周知的。
2、从节能和环保的观点出发，能源一次利用方式并非落后和将被淘汰，应当发展。3、 动力工程：由热能转换为机械能的装置称为热机，所有热机（蒸汽机、内燃机、蒸汽动力装置等）称为动力工程。二、 工程热力学1、 主要内容：基本概念；基本理论；基本工质；热力过程；热力循环。工程热力学是研究热功转换及其规律的科学。早期是随着热机而诞生的，如今应用已很广，包括热机、制冷、空调、化工等众多领域。2、 研究方法：宏观方法（宏观定义、宏观定律、宏观参数）与合理抽象、简化手段相结合。3、 特点：用少量的宏观基本定律演绎出丰富的内容，具有应用的广泛性和结论的准确性。三、 几个问题：1、 能量和能源一样吗？2、 能量守恒吗？
3、什么是节能？如何节能？节能的标准是什么？第一章 基本概念工程热力学的概念较多，要注意理解。本章先介绍一些基本概念。1 1 工质和热力系一、 工质1、定义：实现热功转换的媒介物质。 2、举例：*工质的物理特性：流体（气体和液体） 、大热容、变比容。*工质可分为两大类，气体和蒸汽。气体工质一般作为理想气体处理。二、 热力系1、定义：热力学分析和研究的对象或范围。例：媒介热 功工质水蒸汽 燃气 制冷剂（氟里昂）2、系统、边界、外界：系统是人为的，和外界是相对的。边界是可以移动的，可以是假想的。3、意义：热力学问题的分析首先从建立热力系开始。抛开研究对象的外观、结构等，抽象为具有一定特征的热力系统。只
4、关心系统内工质的变化。4、分类：（1） 封闭系：Q W (m) 例：.（2） 开口系: Q W m 例: .（3） 绝热系: (Q) W m 例: . 抽象概念 .（4） 孤立系: (Q) (W) (m) 例: . 抽象概念12 状态和状态参数一、 状态：工质在某一时刻的宏观物理状况。例：.二、 状态参数：描述状态的宏观物理量。如 p v t u h s e a 等。* 状态参数的物理特征：在某状态下一定存在并且是唯一的。其数值与如何到达这一状态、经过什么路径到达这一状态无关。三、 状态和状态参数的关系：二者首先是同一事物的两种描述方法。1、固定关系：状态确定之后，所有的状态参数都确定（状态
5、状态参数） 。z 1（状态） p1 t1 v1u1 h1 s1 。状态参数一定，状态也一定。P1 t1 v1 u1 h1 s1 z1。但需要全部状态参数才能决定状态吗？不需要。最少需要几个参数来决定状态呢？状态公理：需要 n+1 个参数。n 是热力系中作功形式的个数。在我们的简单可压缩物系内，只有一种形式的功容积变化功，n =1。所以我们需要两个独立参数来决定状态。可表示为 z=f(xy)。Z 可以代表状态，也可以代表状态参数。3、 变化关系：状态变了，状态参数要变化，但不一定全都变化。状态参数变了，只要一个参数变了，状态就一定变化。四、 平衡状态1、定义：不随时间变化的状态。 （所有状态参数
6、都不变）2、条件：系统内外势差为零。内力平衡 p 内 =0内热平衡 T 内 =0 内、外热平衡 T 内 =T 外内、外力平衡 p 内 =p 外3、特点： 只有平衡状态是可以描述的（有确定的状态参数） 。平衡状态不会自行打破。p 外 T 外 势差 = 0 p 内 T 内非平衡状态会自动趋于平衡。五、 状态参数的数学特征1、点函数。如前所术，z=f(xy) 。由状态参数的物理意义可推出其数学特征为点函数。点函数的所有数学性质就是状态参数的性质。2、微分性质：全微分。令: 则:)(xyfzdyzxzdxy)()(Mxzy)(Nyzx)(格林公式) 且 (二次偏导与次序无关)NMd yxN)(4、积分
7、性质：与路径无关。211zd0d六、 基本状态参数定义：具有明显的物理意义并且可以直接或间接测量的参数。它们是：p v t 。其余参数如：u h s 等称为导出参数。1、比容定义：单位物量（公斤）物质（工质）具有的体积。 mVv单位：m 3/kg 立方米/公斤密度： kg/m3 比容和密度是两个相关参数，相互不独vVm1立，相当于一个参数。2、压力定义：单位面积上的垂直作用力。物理中的压强。 AFp国际单位：力 F牛顿 N，面积 A平方米 m2，压力 p帕（斯卡） pa 。1Mpa=106pa 1kpa=103pa 1bar=105pa工程单位：物理大气压 atm，工程大气压 at , 毫米汞
8、柱 mmHg，米水柱 mH2O， 1bar 1at。 “压力”与“压力单位”要区别开。绝对压力和相对压力：绝对压力工质的真实压力。p相对压力相对于大气压力的值。p g pv p=pb+pg p=pb-pv3、温度 宏观：物体的冷热程度。定义： 微观：物质微粒热运动的程度。热力学：热平衡的标志。宏观定义中“冷、热”似乎依赖于人体的感觉，而人体感觉相同温度的不同物质（如铁和木头）时是不一样的。微观定义中的“运动”是不能等于零和负值的，所以温度也不能是负值，但是近代科学已经证实负温度的存在。前两个定义不严密，热力学定义是严密的。热平衡：两个物体接触而没有热传导时称之。 Q当两个物体达到热平衡时，一定
9、存在某一点共性，某个状态参数存在且数值相等。就把这一参数定义为温度。工具：温度计测量： 原理：热平衡原理（热力学第零定律）：如果 AB 热平衡，BC热平衡，AC 一定也热平衡。被测物体 温度计 温标温标：温度的数值表示标准。A BA B C摄氏温标 标准物质：水t 定点温度：物理大气压下的冰点为 0，沸点为 100。分度方法：冰点和沸点之间 100 等份。华氏温标 标准物质：水定点温度：物理大气压下冰点为 32，沸点为 212。分度方法：冰点与沸点之间 180经验温标与测温物质有关的温标。摄氏温标和华氏温标都是经验温标。其缺点是除了定点温度之外其他温度值都不准。这是由于等分温度而把温度与体积的
10、曲线关系当作直线关系处理的结果。误差如图所示误差标准物质：水热力学温标 定点温度：三相点（固、液、汽三态共存）定为Vt冰点 沸点100050273.16K分度方法: 从绝对 0K 至三相点分为 273.16 份热力学绝对温标是绝对准确的理论温标。与测温物质无关。该温标的理论依据是热力学第二定律和卡诺热机。 （后面再详述）由于卡诺热机无法实现，热力学温标没有直接测量的手段。热力学摄氏温标：t=T273.15* 1 热力学绝对温度=1 热力学摄氏温度=1 经验温标摄氏度* 以上是三相点取值 273.16 的原因。13 工质状态（参数）的表示方法状态要用状态参数来描述，状态的表示方法实际就是状态参数的表示方法。或者说确定方法。一、 解析法：z=f(xy) p=f1(Tv) u=f2(pT) h=f3(Tv) .已知三个参数的解析关系，可由两个已知参数求另一未知参数。特点：如果已知解析关系式，则利用关系式计算方便、准确。但大多数实际气体没有简单的关系式可用，因此该方法一般只能用于理想气体。例如理想气体有状态方程 pv=RT。
