1、课程性质课程性质：基础技术课或专业基础课基础技术课或专业基础课学习本课程意义学习本课程意义2121世纪的要求世纪的要求人类面临问题：粮食环境和平能源学科交叉考研课程考研课程1、能源与能源问题: 能源、与能源的开发利用 相关的问题、 2、工程热力学的研究； 对象、方法、主要内容。. 3、工程热力学的发展史本节课的任务：构成客观世界的三大基础是物质、能量和信息。宇宙间一切运动着的物体都有能量的存在和转化。物理学把能量定义为做功的本领机械能、热能、电能、核能、辐射能、化学能能量的六种形式1-1 能量与能源一、能量机械能包括固体和流体的动能、势能、弹性能及表面张力能等。动能和势能统称为宏观机械能人类认
2、识最早的能量。热能、电能、水能、风能、化学能机械能三峡龙滩构成物体的微观分子运动的动能表现为热能。它的宏观表现是温度的高低，反映了分子运动的强度。地球上最大的热能资源应为地热能。羊八井地热电站羊八井地热电站热能电能它和电子流动与积累有关，通常由电池中的化学能转化而来，或通过发电机由机械能转换得到。反之，电能也可以通过电动机转化为机械能电做功。在自然界中，还有雷电等电能。即物体以电磁波形式发射的能量。如太阳能，太阳是最大的辐射源。辐射能按化学热力学定义，物质或物系在化学反应过程中以热能形式释放的内能，称为化学能。利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢。化学能它是物质结构能的一种，即原子核外进行化学变化时
3、放出的能量。它是蕴藏在原子核内部的物质结构能。核能：核裂变反应核聚变反应秦山核电站两种反应大亚湾核电站所谓能源，是指能够直接或经过 转换而获取某种能量的自然资源。二、能源自然资源：煤、石油、天然气、 太阳能、风能、水能、地热能、 核能等。按地球上的能量来源分按被利用的程度分按获得的方法分按能否再生分按能源本身的性质分按对环境的污染情况分按被利用的程度分如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等；如太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等，另外还有核能。能源的分类方法三、能量的转换广义地说，能量转换应包含三项内容：能量的转换，即通常所谓的能量 转换；能量的转换，即能量的传输；能量的转换，即能量的储存。热力
4、发电厂锅炉锅炉 产生蒸汽（将燃料的化学转换为热能并传递给工产生蒸汽（将燃料的化学转换为热能并传递给工质）汽轮机质）汽轮机 将蒸汽的热能转换为机械能。冷凝器将蒸汽的热能转换为机械能。冷凝器 将乏汽冷凝成水。水泵将乏汽冷凝成水。水泵 使得工作介质循环（保证系统使得工作介质循环（保证系统内部的高压）。内部的高压）。 工质（水、蒸汽）周而复始地循环，进工质（水、蒸汽）周而复始地循环，进而实现将热能转换为机械而实现将热能转换为机械 能的任务能的任务进气过程 ：进气阀开，排气阀关，活塞下行，将空气吸入气 缸。压缩过程 ：进、排气门关，活塞上行压缩空气，使其温度和 压力得以升高。燃烧过程 ：喷油嘴喷油，燃料
5、燃烧，气体压力和温度急剧升高（燃料的化学能转换为热能）。膨胀过程 ：高温高压气体推动活塞下行，曲轴向外输出机械功。排气过程 ：活塞接近下死点时，排气门开，在压差的作用下废气 流出气缸。随后，活塞上行，将残余气体推出气缸。重复上述过程，将热能转换为机械能压气机 从大气环境吸气，并将其压缩，使得其压力和温度得以提高。燃烧室 空气和燃料在其中混合并燃烧（将燃料的化学能转 换为热能），得到高温高压的燃气。涡轮机 高温高压的燃气推导涡轮机叶轮旋转对外输出机械功燃气轮机装置制冷 ：以消耗机械功或其它形式的能量为代价，使物体获得低于 环境的温度并维持该低温。压气机 吸入来自蒸发器的低压蒸汽，将其压缩 ( 耗
6、功 ) 产生高 温高压的蒸汽。冷凝器 使气体冷凝，得到常温高压的液体。节流阀 使液体降压，产生低压低温的液体（含少量气体）。蒸发器 工质吸收冷藏库内的热量，汽化为低压气体，使冷 库降温或保持低温 。工质（气态或液态制冷剂）在压气机的作用下周而复始地循环，进而实现了制冷的任务。 （参见相关动画）蒸汽压缩制冷装置 地源热泵地源热泵能源的危机石油的危机能源消费的费用迅速增加能源 资源的勘探、开采越来越难，投入 资金多、建设周期长、科技含量高能源资源短缺能源对环境的污染五我国能源工业面临的问题我国能源工业面临的问题人均能源拥有量低、储备量低；人均能耗水平低；能源利用效率低；能源生产和消费结构依然以煤为
7、主； 环境污染严重；能源资源分布不均匀；农村商品能源短缺；能源价格未能反映其经济成本和能源资源的稀缺性；能源建设周期长，耗能多；能源工业装备落后。五、中国能源可持续发展的对策中国能源可持续发展的对策加强政府的宏观决策和行政管理运用市场机制的调节作用利用经济增长的机遇三个手段：应采取的措施应采取的措施：1、努力改善能源结构；建立合理的农村能源结构，扭转其严重缺能局面；改善城市民用能源结构，提高居民生活质量。2、提高能源利用率；加速实施洁净煤技术；合理利用石油和天然气；加快电力发展速度；3、积极开发利用新能源；4、重视能源的环境保护。1-2热能热能转换成转换成机械能机械能的规律和方法的规律和方法
8、提高转化效率的途径提高转化效率的途径一、研究对象直接从反映物质状态的物理量出发，考虑其能量的变化与传递。它以归纳无数事实所得到的热力学第一、第二和第三定律作为推理的基础，通过物质的压力 、温度、比容等宏观参数和受热、冷却、膨胀、收缩等整体行为，对宏观现象和热力过程进行研究。 1-3热究竟是什么？热究竟是什么？ 1818世纪，布莱克对热的本质进行过探讨。他认为世纪，布莱克对热的本质进行过探讨。他认为“热热”和物体燃烧时的和物体燃烧时的“燃素燃素”一样，是一种由特殊一样，是一种由特殊的的“热粒子热粒子”组成的组成的“热流体热流体”。这种。这种“热粒子热粒子”后后来被称为来被称为“热素热素”或或“热
9、质热质”。这就是关于热的。这就是关于热的本质的本质的“热质说热质说”。热质说是。热质说是 18 18 世纪占统治地位的世纪占统治地位的观点。它认为热本身是一种没有质量、没有体积、具观点。它认为热本身是一种没有质量、没有体积、具有广泛渗透性的物质。热从一种物体渗透到另一种物有广泛渗透性的物质。热从一种物体渗透到另一种物体中去，在热交换之前和之后，热质量是守恒的。在体中去，在热交换之前和之后，热质量是守恒的。在1818世纪占统治地位。世纪占统治地位。 热质说与热动说热质说与热动说 关于热的本质的另一种解释，认为热是一种运动，即热关于热的本质的另一种解释，认为热是一种运动，即热是看不见的物质分子的运
10、动或是其他粒子的运动。是看不见的物质分子的运动或是其他粒子的运动。 18 18 世世纪前的培根和笛卡尔都持这种观点，纪前的培根和笛卡尔都持这种观点，18 18 世纪世纪40 40 年代，俄年代，俄国的罗蒙诺索夫也认为热是分子的转动引起的。国的罗蒙诺索夫也认为热是分子的转动引起的。问题？问题？ 1798 1798 年，他在一家兵工厂做了著名的年，他在一家兵工厂做了著名的“朗福尔德热学朗福尔德热学实验实验”。用锐钻头和钝钻头同时钻造炮膛，并测量它们产。用锐钻头和钝钻头同时钻造炮膛，并测量它们产生的热量。在相同时间内锐钻头钻得深，但锐钻头比钝钻生的热量。在相同时间内锐钻头钻得深，但锐钻头比钝钻头产生
11、的热量少。根据热质说，钝钻头产生的热量多，释头产生的热量少。根据热质说，钝钻头产生的热量多，释放了更多的热质，应该钻进的深度更深。但事实正好相反。放了更多的热质，应该钻进的深度更深。但事实正好相反。 另外，他还发现从钻炮膛发出巨量的热，但周围环境却另外，他还发现从钻炮膛发出巨量的热，但周围环境却没有变冷。这些都是热质说解释不通的，朗福尔德经没有变冷。这些都是热质说解释不通的，朗福尔德经过分析，认为能够连续不断产生出来的热不可能是物质，过分析，认为能够连续不断产生出来的热不可能是物质，热是机械运动的一种形式，它的本质在于机械运动，运动热是机械运动的一种形式，它的本质在于机械运动，运动产生热。他还
12、进一步认识到，运动所产生的热的量与所做产生热。他还进一步认识到，运动所产生的热的量与所做的功成正比。这样，他就提出了的功成正比。这样，他就提出了“热之唯动说热之唯动说”。 1799 1799 年，另一位研究热与运动关系的人是英国化学家年，另一位研究热与运动关系的人是英国化学家戴维。他进行了摩擦冰块的实验。在杜绝热源的装置中，戴维。他进行了摩擦冰块的实验。在杜绝热源的装置中，使两块冰相互摩擦，结果冰融化了。使两块冰相互摩擦，结果冰融化了。 实验证明，两块冰在摩擦运动中产生了热，将冰融化了。实验证明，两块冰在摩擦运动中产生了热，将冰融化了。 朗福尔德和戴维的实验是令人信服的，为以后热质说的朗福尔德
13、和戴维的实验是令人信服的，为以后热质说的崩溃和热动说的确立提供了最早的实验证据。崩溃和热动说的确立提供了最早的实验证据。 但这个问题一直到但这个问题一直到 19 19 世纪热力学第一定律问世时，才世纪热力学第一定律问世时，才真正得到解决。真正得到解决。问题？问题？ Carnot(1796 - 1832) Joule (1818 - 1889) Clausius (1822 - 1888) 二十世纪初以来，对超高压、超高温水蒸汽等物性，和极低温度的研究不断获得新成果。随着对能源问题的重视，人们对与节能有关的复合循环、新型的复合工质的研究发生了很大兴趣。 工程热力学是一门经典学科，建立至今已有一百
14、五十多年，随着能源、化工、动力、冶金及环境保护业的发展，又对它提出了许多新的课题，使之不断向前发展，所以是一门古老又尚在蓬勃发展的学科。 如何学好工程热力学：如何学好工程热力学：上课认真听讲听讲并思索思索自己自己完成作业看一、二本参考书参考书参考书目：参考书目：工程热力学题型分析朱明善等编，清华出版社Thermodynamics J.P.HolmanThermodynamics Wark Richardshttp:/202.120.11.13/content/ppts.htmhttp:/202.120.11.13/content/ppts.htm工程热力学教学内容抽象概念多，理论性强，逻辑严密
15、，系统性强，建议：（1）结合实践，反复加深对概念理解；（2）学习过程中主动思考，多问“为什么”，“如果”；（3）独立完成作业；（4）看几本参考书（其中包括至少一本外文书）。 在在 1593 1593 伽利略年发明了温度计，主要靠空气膨胀来度量温伽利略年发明了温度计，主要靠空气膨胀来度量温度的变化，不太准确。自此之后，人们对热有了较为明确的量度度的变化，不太准确。自此之后，人们对热有了较为明确的量度概念。概念。 1642 1642 年，意大利的西门图学院制出了酒精温度计，能比较方便年，意大利的西门图学院制出了酒精温度计，能比较方便地度量热。地度量热。 1714 1714 年，德国物理学家华伦海特
16、发明了水银温度计。他把水的年，德国物理学家华伦海特发明了水银温度计。他把水的沸点定为沸点定为212212，冰、纯水和食盐的混合温度为，冰、纯水和食盐的混合温度为6060。后来他发现。后来他发现液体的沸点，随着气压的升高而升高，随着气压的降低而降低。液体的沸点，随着气压的升高而升高，随着气压的降低而降低。伦海特的温度计，就是人们通常所称的伦海特的温度计，就是人们通常所称的“华氏温标华氏温标”。 1742 1742 年，瑞典物理学家摄尔希斯把水的沸点作为年，瑞典物理学家摄尔希斯把水的沸点作为00，冰点作为冰点作为100100，制成了百分温标，后来这种划分被颠倒过来，成，制成了百分温标，后来这种划分
17、被颠倒过来，成为通用的为通用的“摄氏温标摄氏温标”。dUpdVdST1、热力学能U2、外部储存能（EK，Ep）221mcEkmgzEp)2(2gzcumEEUEpkgzcue221外界对系统通过边界进外界对系统通过边界进行物质、能量的交换，行物质、能量的交换，改变系统状态，从而改改变系统状态，从而改变整个系统的总能量变整个系统的总能量 QE)(WE)(ME)(MWQEEEE)()()()(稳定状态工作稳定状态工作绝热，忽略动能、位能的变化绝热，忽略动能、位能的变化输出轴功输出轴功通过截面变通过截面变化使气流加化使气流加速速绝热，忽略位能的变化绝热，忽略位能的变化气体流经管道中的阀门或缩孔时发生
18、的一种特殊流动过程。气体流经管道中的阀门或缩孔时发生的一种特殊流动过程。由于存在涡流和摩擦，这是一个典型的非平衡过程。由于存在涡流和摩擦，这是一个典型的非平衡过程。 在充、放气过程中，尽管容器内气体在充、放气过程中，尽管容器内气体的状态随时间在不断变化，但在每一的状态随时间在不断变化，但在每一瞬时可以认为整个容器内气体各处的瞬时可以认为整个容器内气体各处的参数是一致的。另一方面，在充气过参数是一致的。另一方面，在充气过程中，虽然流动情况随时间变化，但程中，虽然流动情况随时间变化，但可认为通过容器边界进入容器的气体可认为通过容器边界进入容器的气体进口状态是不随时间变化的。满足上进口状态是不随时间
19、变化的。满足上述条件的充气过程称为述条件的充气过程称为均匀状态定态均匀状态定态流动过程流动过程。能量守恒与转换定律能量守恒与转换定律能量之间能量之间数量数量的关系的关系所有满足能量守恒与转换定律的过所有满足能量守恒与转换定律的过程是否都能程是否都能自发自发进行进行功量功量摩擦生热热量热量100%热量热量发电厂功量功量40%能不能找出能不能找出共同共同的规律性的规律性?能不能找到一个能不能找到一个判据判据? 自然界过程的进行表现在不同的方面自然界过程的进行表现在不同的方面热力学第二定律热力学第二定律 1851年年 开尔文普朗克表述开尔文普朗克表述 热功转换的角度热功转换的角度 1850年年 克劳
20、修斯表述克劳修斯表述 热量传递的角度热量传递的角度但违反了热但违反了热力学第二定律力学第二定律第二类永动机：设想的从第二类永动机：设想的从单一热源单一热源取热并取热并使之完全变为功的热机。使之完全变为功的热机。这类永动机这类永动机并不违反热力并不违反热力 学第一定律学第一定律第二类永动机是不可能制造成功的第二类永动机是不可能制造成功的环境是个大热源环境是个大热源 如果三峡水电站用降温法发电，使水如果三峡水电站用降温法发电，使水温降低温降低5 C，发电能力可提高发电能力可提高11.7倍。倍。设水位差为设水位差为180米米重力势能转化为电能：重力势能转化为电能：1800mJmkg水降低水降低5 C
21、放热放热：21000mJ空调空调,制冷制冷代价：耗功代价：耗功 热量不可能自发地、不付代价地从低热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。温物体传至高温物体。开尔文普朗克开尔文普朗克表述表述 完全等效!克劳修斯表述克劳修斯表述：违反一种表述,必违反另一种表述!等效性证明等效性证明 T1 T1RQ1Q2W=Q1-Q2Q2开尔文说法开尔文说法成立，证明成立，证明克劳修斯说克劳修斯说法也成立法也成立法国工程师法国工程师卡诺卡诺 (S. Carnot)，1824年提出年提出卡诺循环卡诺循环既然既然t =100不可能热机能达到的热机能达到的最高效率最高效率有多少？有多少？热二律奠基人热二律奠基
22、人效率最高效率最高T1T2IRRQ1Q1Q2Q2WIRW T1T2R1R2Q1Q1Q2Q2WR1WR2结论一：一切可逆热机效率相等结论一：一切可逆热机效率相等卡诺循环卡诺循环T1T2Rcq1q2wT1T0Rcq1q2w卡诺循环示意图4-1绝热压缩绝热压缩过程，对内作功过程，对内作功1-2定温吸热定温吸热过程，过程， q1 = T1(s2-s1)2-3绝热膨胀绝热膨胀过程，对外作功过程，对外作功3-4定温放热定温放热过程，过程， q2 = T2(s2-s1)循环效率 t,c =1-T2/T1 T1 t,c , T2 c ，温差越大，温差越大， t,c越高越高 当当T1=T2， t,c = 0,
23、单热源热机不可能单热源热机不可能 T1 = K, T2 = 0 K, t,c 不可逆不可逆熵增原理孤立系统孤立系统无质量交换无质量交换无热量交换无热量交换无功量交换无功量交换0gisoSTQdSfQdST熵流：熵流：熵流、熵产和熵变熵流、熵产和熵变任意不可逆过程任意不可逆过程gfdSdSdSfgSSS 0S f0Sg0S可逆过程可逆过程f0SS g0S不可逆绝热过程不可逆绝热过程0Sf0Sg0S可逆绝热过程可逆绝热过程0Sf0Sg0S不易求不易求闭口系闭口系21fgSSS 开口系开口系out(2)in(1)ScvQWcvfgi,ini,ini,outi,out11nniidSdSdSmsms稳
24、定流动稳定流动cv0dSinoutmmmfginout0()dSdSssm21fgdSdSdS21fgSSS 熵的性质和计算熵的性质和计算 不可逆过程的熵变可以在给定的初、终不可逆过程的熵变可以在给定的初、终 态之间任选一可逆过程进行计算。态之间任选一可逆过程进行计算。l 熵是状态参数，状态一定，熵有确定的值；熵是状态参数，状态一定，熵有确定的值； 熵的变化只与初、终态有关，与过程的路熵的变化只与初、终态有关，与过程的路 径无关径无关 熵是广延量熵是广延量结论：结论：熵产是过程不可逆性大小的度量熵产是过程不可逆性大小的度量。熵产：纯粹由不可逆因素引起熵产：纯粹由不可逆因素引起Sg-熵产Sg=0
25、熵增原理=可逆不可逆)/(1868.4),/(13.02KkgkJcKkgkJcOHPb1.偏导数基础 dz为状态参数（全微分）的充要条件是： 即：混合偏导数与求导次序无关 yxxyxNyMNdyMdxdyyzdxxzdz自由能f=u-Ts自由焓g=h-TsvdpsdTdgpdvsdTdfTshsupv)()(Pvfvus)()(vpgPhTs)()(表示可以用表示可以用不同热力学不同热力学参数表达基参数表达基本热力学关本热力学关系系sTgTfpv)()(二元函数的二阶混合微商与求导顺序无关二元函数的二阶混合微商与求导顺序无关麦克斯韦麦克斯韦关系式关系式vTTpvspTTvpspdvsdTdf
26、vdpsdTdgvVdTqc)(vVTuc)(pPdThc)(pPpdTqcdhq)(dvpTpTdTcduTpvspvsTvupdvduTdsdvvudTTuduvTuvVvTTTTv)()()()()()()(),(dpvTvTdTcdhpsTvvTvTphvdpTdsdhdpphdTThdhpThppTppTTp)()()()()()()(),(dPPsdTTsdvvsdTTsdsTPTv)()()()(pTvTTvPsTPvsTcshThTsTcsuTuTsppppvvvv/dpTvdTTcdsdvTpdTTcdsppvv)()(vpvpvPpvvvTpTvTccTPTvTcTsTcT
27、sT)()()()()()(结论：结论：Cp-Cv0Cp-Cv0（见书见书113113）；对于固体和液体差值很小）；对于固体和液体差值很小vpcc比热比TVVpTvcc/2PVTvv)(1TTpvv)(1vTpp1sspvv1hJPTdvvTTcdppTTcdsvpsvTTcvspTTcpsppvVpppvVv),(TRpVmm :kmol 1TnRpVnm : kmol 1 kg : pvRTmRTpVm : kg V VM M：摩尔容积摩尔容积m m3 3/kmol/kmol； R RM M ：通用气体常数，通用气体常数，8.3148.314J/kmolKJ/kmolK；V V：nKmol
28、nKmol气体容积气体容积m m3 3；P P：绝对压力绝对压力Pa Pa ；v v：比容比容m m3 3/kg/kg； T T：热力学温度热力学温度K K V V：质量为质量为mkgmkg气体所占的容积；气体所占的容积；PVTvv)(1TTpvv)(1vTpp1体膨胀系数体膨胀系数等温压缩率等温压缩率压力的温度系数压力的温度系数TV1pT1T102222vgvTVvTRTTTPTvc02222pgpTPpTRTTTvTPc第四章第四章9 9，1010页页结论：理想气体比热容是温度的单值函数结论：理想气体比热容是温度的单值函数RgTpvTvccTVVp/2迈耶公式迈耶公式dvpTpTdTcdu
29、vV)(dTcdupvRgTpTpTvuVvT0结果表明：理想气体热力学能只是温度的单值函数结果表明：理想气体热力学能只是温度的单值函数dpvTvTdTcdhpp)(dTcdhvpRgTvTvTphppT0结果表明：理想气体焓只是温度的单值函数结果表明：理想气体焓只是温度的单值函数dvvTTcdppTTcdsdpTvdTTcdsdvTpdTTcdsppvVppvv)()(由得到vdvcpdpcdspdpRgTdTcdsvdvRgTdTcdspVpV计算内能计算内能, , 焓焓, , 热量都要用到比热量都要用到比热热单位物量的物质升高单位物量的物质升高1 1K K或或1 1o oC C所需的热量
30、所需的热量c c : : 质量比热容质量比热容 CmCm: :摩尔比热容摩尔比热容 C C: 容积比热容容积比热容 C=Mc=22.414CC=Mc=22.414CokJkgCokJkmolC3okJNmCRCCmVmp,RccTaTaacmpmVmp,2210,dTchhhdTcuuuTTpTTV21211221122112122112122112122121212121lnlnlnlnlnlnvvcppcsppRgTTcsvvRgTTcsTchTcupVpVpV1221121221121221212121ttuttdtcctthttdtccttqcttvttvttpttp附表3，41210
31、2012102012211221tttctcctttctcctvtvttvtptpttpP1=200kpaT1=500KP2=300kpaT2=800KbVRTpm分子体积的作用分子体积的作用2mVa分子间作用力引起压力的减少分子间作用力引起压力的减少2mmVabVRTp或者RTbVVapmm20022CTmCTmVpVpC C为临界点为临界点气液气液气相变液气.)1 (32mmmmVDVCVBRTpV维里系数由实验数据拟合确定维里系数由实验数据拟合确定crcrTTTpppRTpVzVVvvvmcmmCr,RTpVzm),(rrTpfz 附录P414，P415饱和状态：不同相平衡共存的状态饱和
32、状态：不同相平衡共存的状态汽化或凝结汽化或凝结 ；熔解或凝固；熔解或凝固升华或凝华升华或凝华 饱和温度饱和温度 饱和压力饱和压力 三相点三相点 临界点，在临界压力以上液、气两个临界点，在临界压力以上液、气两个相区不存在明显的、确定的界线。相区不存在明显的、确定的界线。 )(ssTfp )(ssThhrs 2PCII I 表示系统中独立强度参数的数目表示系统中独立强度参数的数目( (或称为或称为自由度自由度) )；C C为系统包含的组元数；为系统包含的组元数；P P为系统为系统包含的相数。包含的相数。 sssTvvrdTdpmmmmmx 干度湿度xy1coc3c22.129MPa647.30K
33、(374.15 C)m0.00326kgpTv水的临界点水的临界点)1 ()1 ()1 (sxxssvxxvvhxxhh)1 (yxxyyyyxyy已知已知p p或或T T( (h h,v v,s s,h h,v v,s s)+)+干度干度x xh h , ,v v , ,s s()QUWUpdVUp VUpVH )()()()1 (ssxssxrhhhxhhvvxvvxvxvxxx （上界线）、（上界线）、饱和液线（下饱和液线（下qTdsdhvdpp0hTsVVVTTTTvTvpsphsh114 4、等温线群、等温线群两相区：两相区：T T、p p一一对应，一一对应，T T 线即线即 p p
34、 线线气相区：离饱和态越远，越接近于理气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体想气体vVvTpcvTsh1iiiiimmmmwIiiiiVVVViiiiinnnnxo质量分数定义式：质量分数定义式：o容积分数定义式：容积分数定义式：o摩尔分数定义式：摩尔分数定义式：某组元气体的质量混合气体总质量某组元气体的容积混合气体总容积组元气体的摩尔数混合气体总摩尔数iiiiiiiiMxnMnnmnmM混合物的摩尔质量混合物的摩尔质量igiiiiiiiRwmMRmmRnmnRMRRg,气体常数气体常数混合物T，Vn，P组元1T，Vn1，p1组元2T，Vn2，p2组元3T，Vn3，p3混合气体的分压力混合气体
35、的分压力iiiiiippxnnppRTnVpnRTpV分压力的定义分压力的定义混合物P，Tn=n1+n2+n3,V组元1P，Tn1,V1组元2P，Tn2,V2组元2P，Tn2,V2iiVV)()(,1)()(,1,TUxTUmolTuwTukgimiimiii热力学能热力学能)()()()()()(,THxTHThwTRTuwTRwTuwThRgTupvuhimiimiiiigiiiigiiiii焓焓)()()()(,TcwdTTduwdTTduTciViiiiiV同理同理)()(,TCxTCimViimV)()()()(,TcwdTTdhwdTTdhTcipiiiiip)()(,TCxTCi
36、mpiimp),(),(iiiipTswpTs1.1.理解绝对湿度理解绝对湿度、相对湿度、含湿量、相对湿度、含湿量、饱和度、饱和度、湿空气密度湿空气密度3.3.熟练使用湿空气的焓湿图。熟练使用湿空气的焓湿图。 4.4.掌握湿空气的基本热力过程的计算和分析。掌握湿空气的基本热力过程的计算和分析。 2. 2. 干球温度、湿球温度、露点温度干球温度、湿球温度、露点温度等概念的等概念的定义式及物理意义定义式及物理意义。 湿空气与一般理想混合气体的湿空气与一般理想混合气体的最大区别最大区别 水蒸气的含量是变量水蒸气的含量是变量!vappp湿空气中所含水蒸气的量湿空气中所含水蒸气的量vvvp VmR Tv
37、vvvv1mpVR Tv1 1、绝对湿度绝对湿度每每1 1m m3 3湿空气中所含的水蒸气的质量湿空气中所含的水蒸气的质量kgkg水蒸气水蒸气/ /m m3 3湿空气湿空气绝对湿度绝对湿度T T , , p pv v下水蒸气的密度下水蒸气的密度不常用不常用 1 1 饱和湿空气饱和湿空气 vs0( )pp T在相同的温度下：在相同的温度下：vspp相对湿度相对湿度 0 0 干空气干空气 0 0 1 1 未饱和未饱和湿空气湿空气 表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离程度表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离程度 反映所含水蒸气的饱和程度反映所含水蒸气的饱和程度 越干燥，吸水能力强越干燥，吸水能力强 越湿
38、润，吸水能力低越湿润，吸水能力低 vvvvvvvsvs287 461.90.6220.622aaaaaap VmR Tp Rpdp Vmp RpR Tpppppp湿空气中干空气的量总不变，以此为计算基准湿空气中干空气的量总不变，以此为计算基准 v amdm含湿量含湿量kgkg水蒸气水蒸气/ /kgkg干空气干空气d？饱和蒸汽饱和蒸汽 1 1、未饱和湿空气未饱和湿空气过热蒸汽过热蒸汽水蒸气水蒸气干空气干空气过热过热水蒸气水蒸气p pv v p ps s(T)(T) T Ts sp pv vp ps s加入水蒸气加入水蒸气，p pv v2 2、饱和湿空气饱和湿空气干空气干空气饱和饱和水蒸气水蒸气p
39、 pv v p ps s(T)(T) T Ts sp ps s温度一定，不能温度一定，不能再加入水蒸气再加入水蒸气T Ts s1 1、 T T 加水蒸气加水蒸气p pv vb b3 3、 p pv v 不变，不变，T Ta a b ba da dd dw w2 2、 p pv v ，T Ta a w w结露结露T Td d 露点温度露点温度p pv vp ps sa aTw Tw 绝热饱和绝热饱和温度温度 T Td d = = T Ts s( (p pv v) )湿润的夏天水管上常出现水珠湿润的夏天水管上常出现水珠? ? 冷水管冷水管t t=20=20o oC CT Ts sd dp pv v
40、=0.04bar=0.04bar大气温度大气温度t t=30=30o oC Ct td d=28.98=28.98o oC C干燥的冬天干燥的冬天p pv v小，小， t td d0.0 tt tw w t td dt tw wd d=0 =0 干空气干空气d d2 2、 h h 线线1 1、d d 线线 h h 与与 t t 很接近很接近 人为将人为将 h h 旋转旋转135135度度 h h135135度度根据湿球温度根据湿球温度测量原理测量原理P188P188d dh h2501 1.8630thdtConst3 3、t t 线线 正斜率的直线正斜率的直线 h h等干球温度线等干球温度线
41、t th h是一组向上凸是一组向上凸的线的线 等相对湿度线等相对湿度线4 4、 线线饱和线饱和线 100%上部未饱和线上部未饱和线 下部无意义下部无意义 干空气干空气d d=0=0 0d dh ht t100% 一、单纯加热或冷却过程一、单纯加热或冷却过程d d不变不变1 12 2q qd dh h1212加热加热1 1 2 221kJ/kgqhh干空气放热放热1 1 22h hh h1 12 22221kJ/kgqhh干空气12121 12 23 34 4d d1 1h h1 1d d4 4h h4 4d d1 1-d-d4 4h h水水1414hhddhq水1414qhhddh水q qd
42、dh hd dh h2 2d d1 1h h1 1d d2 2h h2 2d d2 2-d-d1 1h h水水1212hddhh水t t1 1t t2 2向空气中喷水，汽化潜热向空气中喷水，汽化潜热来自空气本身，来自空气本身，t t蒸发冷却过程蒸发冷却过程12hhd dt t1 12 2123aaammm1 12233aaam hm hm h空调工程常用方法空调工程常用方法d d1 1d d2 2m ma a2 2m ma a1 1m ma a3 3d d3 31 1223 3aaam dm dm d1 1122322aaaaam dmmddmm132213aamddmdd132213aamh
43、hmhh3213dddd32133213hhhhdddd2) 2) 可逆过程可逆过程 ( (不可逆再修正不可逆再修正) )pvsTn基本过程基本过程1)1) 抽象分类抽象分类 方法方法2) 2) 理想气体理想气体p pvv( ) ( )cpvRTccRkcuf Thf T3)3)可逆过程可逆过程t wpdvwvdp qTds 1) 1) 第一定第一定律律tqduwdhwswzgchq221稳流稳流1) 1) 确定确定过程方程过程方程-该过程中参数变化该过程中参数变化关系关系( ) , ( ) , ( )pf vTf pTf v5) 5) 计算计算w w , , w wt t , , q q4)
44、 4) 求求shu , , 3) 3) 用用T T - - s s 与与 p p - - v v 图表示图表示2) 2) 根据以知参数及根据以知参数及过程方程过程方程求求未知未知参数参数过程方程过程方程constpvnn n是常量，是常量，每一过程有一每一过程有一 n n 值值初终态关系初终态关系nvvpp)(211212112)(nvvTTnnppTT11212)(n n 内能变化内能变化vuc dT 焓变化焓变化phc dT 熵变化熵变化 状态参数的变化与过程无关状态参数的变化与过程无关22v112222ppv1111lnlndTvscRTvdTpdvdpcRccTpvp 12()1Rwp
45、dvTTntwnwv2121()()1Rquwc TTTTn 多变过程比热容多变过程比热容constpvnvnCnnC1)(11121212TTCTTCnnTTnRCnvv(1)(1) 当当 n n = = 0 0 Cpconstpv0nvpckcc(2)(2) 当当 n n = 1= 1CTconstpv1nc (3)(3) 当当 n n = = k k n0c (4)(4) 当当 n n = = 1np vconstvCnvcc基本过程是多变过程的特例p pT Ts sv vconstpvnT Ts sv vpvRTn np pvnCnnC1constpv Cs vnCnnC111CvTC
46、pv CpT初终态关系初终态关系1122vTvT1122vpvp1122pTpT过程方程过程方程p ppvRTs sp ps sT Tv vT Tv v2112vvppcpv 内能变化内能变化vuc dT 焓变化焓变化phc dT 熵变化熵变化 状态参数的变化与过程无关状态参数的变化与过程无关22v112222ppv1111lnlndTvscRTvdTpdvdpcRccTpvp p pT Ts s v vvppdvw21lnRTvwpdvdvRTqT svv0wpdv112121()111kkRRTpwpdvTTkkpp pT Tv vquw s st0wvdp twwqtwvdpv p p
47、ps sv vtquwhw T TwwtpqhcT tqwwvqucT 0q p pT Ts sv vtquwhw c cp p 的定义的定义c cv v 的定义的定义0n p()?dTdsT斜率斜率上凸上凸? ?下凹？下凹？pTdsc dTvdps sT Tv vp p0n p pp pp p0n v()?dTdsT斜率斜率上凸上凸? ?下凹？下凹？vTdsc dTpdvs sT Tv vp p0n p pv vpvccn n v vv vp pT()?dpdvp斜率斜率上凸上凸? ?下凹？下凹？pvCs sT Tv vp pp p0n p p0pdvvdpn n v vv vT TT T1
48、n 0n 1n T T0n s sT Tv vp p0n p pn n v v1n T T1n T()dppdvv v vT Ts sp ps ss snnvpdvdps0n s sT Tp pp p0n p pn n 1n T T1n v vT Ts sv vs sv vnn0n s sT Tv vp p0n n n 1n 1n u u = = uu0 0pvRT uu0 0vuc dT T Tnn0n s sT Tv vp p0n n n 1n 1n uu0 0 uu0 0wpdv hh0 0 hh0 0w w 0 0w w 0 0nn12112vvTT0n s sT Tv vp p0n
49、n n 1n 1n uu0 0 uu0 0qTds hh0 0 hh0 0w w 0 0w w 0 0w wt t 0 0q q 0 0T Tqwq q 0 0w wt t 0 0nn0n s sT Tv vp p0n n n 1n 1n uu0 0 uu0 0 hh0 0 hh0 0w w 0 0w w 0 0w wt t 0 0q q 0 0q q 0 0w wt t 0 0u,h u,h ( (T T ) ) w w ( (v v ) ) w wt t ( (p p ) ) q q ( (s s ) )nn一 概念稳态稳流(稳定流动)状态不随时间变化恒定的流量二 几个基本方程连续性方程稳
50、定流动能量方程熵方程状态方程由稳态稳流特点vcAvcAvcAqqfffmm222111210)()(vAcdcAddqffm0vdvcdcAdAff截面面积气流速度气体比容适用于任何工质可逆和不可逆过程(2) 稳定流动能量方程 sffwzzgcchhq)(2)(12212212vdpdhqwdhqwhhqtt)(12Tqsdsdsgf（4）状态方程0),(Tvpfsffwzzgcchhq)(2)(12212212vdpdhcdf22)(2212122hhccff注：增速以降低本身储能为代价 适用于任何工质可逆和不可逆过程0Tqdsdcf0dp0导致dcf 0导致喷管中的流动特性扩压管中的流动特
