1、授课60学时实验4学时0-1 0-1 自然界的能源及其利用自然界的能源及其利用 一、能源及其分类一、能源及其分类 定义定义:能源是指可向人类提供各种能源是指可向人类提供各种能量能量和和动力动力的物质的物质资源。资源。能源概论（绪论）能源概论（绪论）工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics 能源可以根据来源、形态、使用程度和技术、能源可以根据来源、形态、使用程度和技术、污染程度以及性质等进行分类污染程度以及性质等进行分类:(一一)按来源分按来源分:1.1.来自太阳的辐射能来自太阳的辐射能:如如 煤炭、石油煤炭、石油 、天然气、天然气、风能等；风能等；2.2.
2、来自地球本身来自地球本身:如如 地热能、铀、钍等；地热能、铀、钍等；3.3.来自月球和其他天体的引力来自月球和其他天体的引力:如如 潮汐能等；潮汐能等；(二二)按形态分按形态分:1.1.一次能源一次能源:如如 煤炭、石油煤炭、石油 、铀等；、铀等；2.2.二次能源二次能源:如如 电力、蒸汽电力、蒸汽等等；工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics(三三)按使用程度和技术分按使用程度和技术分:1.1.常规能源常规能源:如如 煤炭、石油煤炭、石油 、天然气、风能等；、天然气、风能等；2.2.新能源新能源:如如 地热能、太阳能、核能等。地热能、太阳能、核能等。(四
3、四)按污染程度分按污染程度分:分清洁能源和非清洁能源；分清洁能源和非清洁能源；(五五)按性质分按性质分:1.1.含能体能源：如煤炭、石油含能体能源：如煤炭、石油 ；2.2.过程性能源过程性能源:如如 水力能，风能等。水力能，风能等。工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics 对于能源工作者，更多的是采用一次能源和对于能源工作者，更多的是采用一次能源和二次能源，常规能源和新能源的概念二次能源，常规能源和新能源的概念。表表1 11 1 能源分类能源分类二、能源的利用与历史发展、国民经济二、能源的利用与历史发展、国民经济 （一）能源利用的三个历史时期：薪柴时期，煤
4、炭（一）能源利用的三个历史时期：薪柴时期，煤炭时期和石油时期。时期和石油时期。（二）能源消费弹性系数：（二）能源消费弹性系数：能能源源消消费费的的年增年增长长率率=国国民民经经济济生生产产总总值值的的年增年增长长率率工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics序号国家1990年GDP/亿美元2006年GDP/亿美元1990-2006年GDP年增长率（%）1990年能源消耗/万吨2006年能源消耗/万吨1990-2006年能源消耗年增长率（%）1990-2006年能源消费弹性指数2006年人口/万人2006年人均能源消费/kg 1 美国548961316395.
5、6192763.82014060.30.052989967492德国15014289694.235622.129267-1.2-0.298241.135533法国1195422481422727.617460-1.6-0.46103.828594英国9755237705.721217.6219000.20.046036.136155加拿大5680127165.220908.9240340.90.173255.673616俄罗斯608199063.1878274487-17-5.4814237639327日本29320436842.544591.643460-0.2-0.081275734458
6、韩国253688828.19265155903.30.414841.832289中国35462657913.487992.31514413.50.26131180115310巴西4792106785.113353.1153990.90.1818869824全世界2102344824495.3861676.69569310.70.136517761469世界主要国家能源消费状况世界主要国家能源消费状况 工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics三、能源的利用与环境、社会发展三、能源的利用与环境、社会发展 （一）主要污染：温室效应与热污染；酸雨、臭氧层的（一）主
7、要污染：温室效应与热污染；酸雨、臭氧层的破坏、放射性污染、烟尘等破坏、放射性污染、烟尘等;（二）可持续发展与节能（二）可持续发展与节能 节约能源是解决可持续发节约能源是解决可持续发展的战略措施之一，也是本学科研究的一个重要方面。展的战略措施之一，也是本学科研究的一个重要方面。四、我国的能源事业四、我国的能源事业（一）储量丰富，种类齐全；（一）储量丰富，种类齐全；（二）多种能源结构；（二）多种能源结构；工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics（三）面临如下一些问题：（三）面临如下一些问题：1 1、人均能源占有量低、人均能源占有量低 ：中国、美国与世界能源储备
8、的比较（中国、美国与世界能源储备的比较（2006）原煤/t原油/t天然气/m3水电/(kW.h)铀/t中国1.14510112.201092.4510126.0830101238.0103美国2.46610113.71095.9310124.4850101234.2103世界合计9.09110111.645010111.8110142.8696010132938.3103中国人均871.71.8691034.640103-美国人均82512.419.8310315.0103-世界人均13925.127.610343.78103-工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermody
9、namics2 2、能源利用率低下、能源利用率低下 ：各国能源利用效率各国能源利用效率（）（）3 3、污染严重、污染严重 国家能源利用率中国36.81美国50.00日本52.51德国50.22印度40.06俄罗斯54.08澳大利亚46.21巴西62.26世界平均50.32工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics0-2 0-2 热能的利用热能的利用 一、热能的利用热能的利用 人类利用的主要能源有：水力能、风能、地热能、太人类利用的主要能源有：水力能、风能、地热能、太阳能、燃料的化学能和原子核能。阳能、燃料的化学能和原子核能。世界一次能源消费结构（世界一次能源
10、消费结构（%）从某种意义上讲，能源的开发和利用就是热能的开发从某种意义上讲，能源的开发和利用就是热能的开发和利用。和利用。年 份煤 炭石 油天 然 气水电及其他195061.127.49.81.7196052.032.014.020197035.242.719.92.2198030.844.221.53.5199029.036.019.515.5201022.438.523.915.2202024.3018.043.016.0工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics二、热能利用的形式和热科学发展简史热能利用的形式和热科学发展简史 1 1、热能利用的形式、热
11、能利用的形式 直接利用：直接利用：是指直接用热能加热物体，热能的形式不发生变化。是指直接用热能加热物体，热能的形式不发生变化。间接利用：间接利用：是指把热能转换为机械能，以满足人类生产生活对是指把热能转换为机械能，以满足人类生产生活对动力的需要。动力的需要。如如何何实实现现热热能能向向机机械械能能的的转转换换？转转换换的的基基本本规规律律是是什什么么？动动力力如如何何提提高高热热能能向向机机械械能能转转换换的的能能量量利利用用率率（经经济济性性）？如如何何实实现现机机械械能能向向热热能能的的转转换换？转转换换的的基基本本规规律律是是什什么么？制制冷冷或或热热泵泵如如何何提提高高机机械械能能向向
12、热热能能转转换换的的能能量量利利用用率率（经经济济性性）？工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics2 2、热科学发展简史、热科学发展简史 17631784年间瓦特改进了年间瓦特改进了蒸汽机蒸汽机使之用于生产，大大提高了生产力；使之用于生产，大大提高了生产力；1842年、年、18431848年迈尔和焦耳各自独立发现年迈尔和焦耳各自独立发现热力学第一定律热力学第一定律；1824年卡诺提出了卡诺循环和卡诺定理，奠定了热力学第二定律基础；年卡诺提出了卡诺循环和卡诺定理，奠定了热力学第二定律基础；18501851年克劳修斯和开尔文先后独立提出了年克劳修斯和开尔文先后
13、独立提出了热力学第二定律热力学第二定律；19061912年能斯特提出了年能斯特提出了热力学第三定律热力学第三定律。0-3 0-3 工程热力学的研究对象、内容和方法工程热力学的研究对象、内容和方法 一、研究对象一、研究对象 热力学是研究热能和机械能相互转换规律，以提高能量利热力学是研究热能和机械能相互转换规律，以提高能量利用经济性（节能）为主要目的的一门学科。用经济性（节能）为主要目的的一门学科。二、主要内容二、主要内容 （一）、热力学基本定律：热力学第一定律、热力学第二定律。（一）、热力学基本定律：热力学第一定律、热力学第二定律。（二）、工质的热力性质和热力过程：理想气体、实际气体、（二）、工
14、质的热力性质和热力过程：理想气体、实际气体、蒸气和湿空气等蒸气和湿空气等 。（三）、工程热力学的应用：工程热力过程、热力循环、装置（三）、工程热力学的应用：工程热力过程、热力循环、装置的分析研究。的分析研究。工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics三、研究方法三、研究方法 经典热力学：宏观和唯象的方法，简单、可靠。经典热力学：宏观和唯象的方法，简单、可靠。统计热力学：微观和统计的方法。统计热力学：微观和统计的方法。四、教与学四、教与学 1.教材：教材：傅秦生傅秦生.工程热力学工程热力学 第第2版版.机械工业出版社，机械工业出版社，20202.参考书：参考书
15、：沈维道、童钧耕编沈维道、童钧耕编.工程热力学工程热力学.高教出版社高教出版社Termodynamics3.考核：考核：考试考试80%，平时，平时20%（作业（作业15%，实验，实验5%）工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics第一章第一章 基本概念基本概念 第一节第一节 热力系、状态与状态参数热力系、状态与状态参数 一、热力系统与工质一、热力系统与工质1 1、定义、定义 人为划定人为划定的的一定范围内一定范围内的的研究对象研究对象称为热力系统，称为热力系统，简称热力系或系统。简称热力系或系统。热力系统热力系统固定边界固定边界边界边界系统系统系统系统112
16、2工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics移动边界移动边界2 2、分类、分类闭口系：闭口系：与外界无物质交换的系统与外界无物质交换的系统 CM 开口系：开口系：与外界有物质交换的系统与外界有物质交换的系统 CV 按物质按物质交换交换简单可压缩系：简单可压缩系：热力系与外界只有热量和可逆热力系与外界只有热量和可逆 体积变化功的交换。体积变化功的交换。孤立系：孤立系：与外界无任何能量和物质交换的热力系。与外界无任何能量和物质交换的热力系。绝热系：绝热系：与外界无热量交换的系统。与外界无热量交换的系统。热热 源：源：与外界仅有热量的交换，且有限热量的与外界仅有热
17、量的交换，且有限热量的 交换不引起系统温度变化的热力系统。交换不引起系统温度变化的热力系统。按能量按能量交换交换工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics（二）、工质：（二）、工质：用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。理想气体理想气体 实际气体实际气体 蒸蒸 气气 工工质质工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics（一）热力状态：热力系在某一瞬间所呈现的宏观热力系在某一瞬间所呈现的宏观 物理状况。物理状况。(简称状态简称状态)二、平衡状态二、平衡状态1 1、定义定义：一个热力系统，
18、如果在一个热力系统，如果在不受外界影响不受外界影响的条件下，的条件下，系统的状态能够始终保持不变系统的状态能够始终保持不变，则系统的这种状态称为平衡，则系统的这种状态称为平衡状态。状态。2 2、实现条件实现条件：p=0 T=0 (=0)。（二）平衡状态 工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics三、热力状态参数、基本状态参数三、热力状态参数、基本状态参数 定义：定义：描述系统状态的宏观物理量描述系统状态的宏观物理量 (一)、状态参数分类：分类：广延量参数：广延量参数：有关，如有关，如 H、U、S 等，广延量等，广延量 参数具有可加性参数具有可加性 强度量参数
19、：强度量参数：无关，如无关，如 p、T、v，u，h 等等 按与所按与所含工质含工质的量有的量有关否关否工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics按是否按是否直接或直接或易测易测基本状态参数：基本状态参数：可以直接或易测的状态参数。如可以直接或易测的状态参数。如p、v 和和T。非基本状态参数：非基本状态参数：不能直接或易测的状态参数。不能直接或易测的状态参数。如如H，S，U 等等 d0 或或2211d数学特征：数学特征：(,)x y，工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics(二)、基本状态参数 1 1、比体积、比体积 ：比
20、体积就是单位质量的工质所占的体积比体积就是单位质量的工质所占的体积。3m/kgVvm2 2、压力、压力 ：压力即物理学中的压强，单位是压力即物理学中的压强，单位是Pa（N/m2）。）。绝对压力绝对压力：p 大气压力大气压力：pb b表压力表压力：pg gbgpppbpp 真空度真空度：vpvbpppbpp 工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics3 3、温度：、温度：B科学定义：科学定义：温度是决定系统间是否存在热平衡的宏观物理量。温度是决定系统间是否存在热平衡的宏观物理量。热平衡热平衡ABA热力学第零定律热力学第零定律 :如果两物体和第三个物体处于热平衡
21、，则这两个物体之如果两物体和第三个物体处于热平衡，则这两个物体之间必然处于热平衡。间必然处于热平衡。CAB俗称是物体冷热程度的标志俗称是物体冷热程度的标志。工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamicsC温标温标：温度的数值表示温度的数值表示 经验温标建立的三要素经验温标建立的三要素：基基 准准 点点测测 温温 物物 质质 的的 性性 质质分分 度度 方方 法法 热力学温标：热力学温标：理论温标，符号理论温标，符号T 单位单位 K 根据热力学第二定律建立。根据热力学第二定律建立。基准点：水的三相点（基准点：水的三相点（273.16 K）新摄氏温标：新摄氏温标：符
22、号符号 t 单位单位。t（）=T（K）-273.15 工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics国际实用温标指包括水的三相点在内的若干固定点的温国际实用温标指包括水的三相点在内的若干固定点的温度，如下表所示度，如下表所示 国际实用温标的固定点国际实用温标的固定点 国际实用温标指定值 国际实用温标指定值 平衡状态 T，K t，平衡状态 T，K t，平衡氢三相点 13.81-259.34 水三相点 273.16 0.01 平衡氢沸点 20.28-252.87 水沸点 373.15 100.0 氖沸点 20.102-246.048 锌凝固点 692.73 419.
23、58 氧三相点 54.361-218.789 银凝固点 1235.08 961.93 氧冷凝点 90.183-182.962 金凝固点 1337.58 1064.43 国际实用温标：（国际实用温标：（ITS90）工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics 同时，又把平衡氢三相点以上的温度分了三个区间，并同时，又把平衡氢三相点以上的温度分了三个区间，并给出了相应的温度计算公式：给出了相应的温度计算公式：-259.34630.74用铂电阻温度计测量，电阻丝是用铂电阻温度计测量，电阻丝是无应力的和退火的。公式（略）。无应力的和退火的。公式（略）。630.74106
24、4.43用铂铑（用铂铑（10）铂热电偶测量）铂热电偶测量，电动势与温度关系为：，电动势与温度关系为：式中：式中：由由630.740.2的银凝固点与金凝固点温度确的银凝固点与金凝固点温度确定。定。1064.43以上以上由普朗克辐射定律定义，用由普朗克辐射定律定义，用1064.43作作参考温度。参考温度。2)(ctbtatEcba,工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics3 3、状态方程：状态方程：描述平衡态基本状态参数间关系表达式描述平衡态基本状态参数间关系表达式 称为称为“状态方程式状态方程式”。0),(TvpF2 2、状态参数坐标图状态参数坐标图状态参数
25、坐标图状态参数坐标图),(111vp1p1vvpO),(111sT1T1ssTO1 1、独立的状态参数独立的状态参数 ：简单可压缩系统简单可压缩系统 2。四、状态参数坐标图和状态方程式 工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics第二节第二节 热力过程、功量及热量热力过程、功量及热量一、热力过程一、热力过程 定义定义：热力系从一个状态向另一个状态变化时所经热力系从一个状态向另一个状态变化时所经 历的全部状态的总和。历的全部状态的总和。二、准平衡二、准平衡(准静态准静态)过程过程 准平衡过程的实现准平衡过程的实现工程热力学工程热力学 Thermodynamics
26、Thermodynamics二、准平衡二、准平衡(准静态准静态)过程过程 定义定义：由一系列平衡态组成的热力过程由一系列平衡态组成的热力过程实现条件实现条件：破坏平衡态存在的不平衡势差破坏平衡态存在的不平衡势差(温差、温差、力差、化学势差力差、化学势差)应为无限小。应为无限小。即即p0 T0 (0)工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics三、可逆过程三、可逆过程 当系统完成某一热力过程后，如果有可能使系统再当系统完成某一热力过程后，如果有可能使系统再沿相同的路径逆行而恢复到原来状态，并使相互中所涉沿相同的路径逆行而恢复到原来状态，并使相互中所涉及到的外界亦
27、恢复到原来状态，而不留下任何变化，则及到的外界亦恢复到原来状态，而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。这一过程称为可逆过程。实现条件：实现条件：准平衡过程准平衡过程加加无耗散效应无耗散效应的热力过程的热力过程 才是可逆过程。才是可逆过程。力学例子：力学例子：定义：定义：工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics1 1、功、功 dWF x 21dxFW 或或 21dVpW21dvpw符号规定符号规定 系统对外作功：系统对外作功：+外界对系统作功：外界对系统作功：-四、可逆过程的体积变化功和热量四、可逆过程的体积变化功和热量 dWFxdp Axd()dpA
28、xp V工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics2 2、热量、热量 21dSTQ21dsTq或或符号规定符号规定 吸热：吸热：+放热：放热：-TQSred熵熵 比熵比熵 dreqsT工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics第三节第三节 热力循环热力循环 一、定义：工质从某一初态出发经历一工质从某一初态出发经历一系列热力状态变化后又回到原来初态的系列热力状态变化后又回到原来初态的热力过程即封闭的热力过程，简称循热力过程即封闭的热力过程，简称循环。环。二、分类 按性质按性质 可逆循环可逆循环:全部由可逆过程构成。全部由可逆
29、过程构成。不可逆循环不可逆循环:只要存在不可逆过程。只要存在不可逆过程。按目的按目的 正循环正循环(即动力循环即动力循环)：对外输出动力。：对外输出动力。逆循环逆循环(即制冷循环或热泵循环）：制冷或制即制冷循环或热泵循环）：制冷或制热。热。工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamicsLL00QqWw制冷循环：制冷循环：HH00QqWw 制热（热泵）：制热（热泵）：三、能量利用经济性三、能量利用经济性 能量利用经济性能量利用经济性 代价收益动力循环：动力循环：00tH0WwQq热效率热效率 制冷系数制冷系数 制热系数制热系数 工程热力学工程热力学 Thermod
30、ynamicsThermodynamics工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics本章小结本章小结 一、基本要求：1、掌握工程热力学的基本概念和一些专门术语；2、掌握状态参数及基本状态参数的测算，可逆过程及其功量、热量的计算。工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics二、基本知识点：1、热力系统与工质（1）热力系统（2）工质2、热力状态（1）定义（2）平衡状态3、状态参数（1）定义与分类（2）基本状态参数定义分类定义实现条件；vbgb=+=pppppp 15.273+=CKotT工程热力学工程热力学 Thermodyna
31、micsThermodynamics（3）状态参数坐标图与状态方程4、热力过程（1）准平衡过程（2）可逆过程（3）可逆过程的功量和热量 可逆过程的体积变化功 可逆过程的热量与熵定义实现条件定义实现条件2211d;dWp Vwp v 2re1d;dQSQT ST 5、热力循环（1）定义（2）分类（3）能量利用率（经济性）工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics00tH0WwQq热效率热效率 LL00QqWw制冷系数制冷系数 HH00QqWw 制热系数制热系数 三、主要公式：；vbgb=+=pppppp 15.273+=CKotT21dWp V 21dQT S
32、 00tH0WwQq热效率热效率 LL00QqWw制冷系数制冷系数 HH00QqWw 制热系数制热系数 redQST 工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律 第一节第一节 热力学第一定律及其实质热力学第一定律及其实质 热力学第一定律：热力学第一定律：热能可以转变为机械能，机械能可以转变为热能可以转变为机械能，机械能可以转变为热能热能 ,在它们的传递和相互转换过程中，总量保持不变。在它们的传递和相互转换过程中，总量保持不变。热力学第一定律的实质：热力学第一定律的实质：“量量”守恒守恒 工程热力学工程热力学 Ther
33、modynamicsThermodynamics热力学第一定律是能量转换与守恒在热力学中的应用。热力学第一定律是能量转换与守恒在热力学中的应用。焦耳的实验和瓦特的蒸汽机等焦耳的实验和瓦特的蒸汽机等已证实了热力学第一定律。已证实了热力学第一定律。热力学能热力学能U 是状态参数是状态参数；比热力学能比热力学能 u=U/m 热力学能热力学能分子动能分子动能Uk（T）化学能化学能核能核能 分子位能分子位能Up（T、v）工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics第二节第二节 热力学能和总能热力学能和总能 一、热力学能：一、热力学能：工质微观粒子所具有的能量。工质微观粒
34、子所具有的能量。二、外部储存能二、外部储存能 或 2k12Emc2k12ecmgzEpgzep或212EUmcmgz三、储存能三、储存能 比储存能比储存能 212eucgz工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics第三节第三节 热力学第一定律的一般表达式热力学第一定律的一般表达式 一、一般的关系式为：一、一般的关系式为：进入进入系统的能量系统的能量流出流出系统的能量系统能量的系统的能量系统能量的增量增量入入出增量出增量 二、一般表达式：二、一般表达式：syE11me22meQtotWsy(d)EE tot1122sy)(dWmemeEQtot1122sy)(
35、WmemeEQtot22,Wme出：出：或或 sysysyEEEEd)d(sy增量：增量：11,meQ入入：工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamicssyE一、能量方程：一、能量方程：QQ UEsy2211()0eme m二、分析二、分析 ：WUQ外热能外热能 内热能内热能或或WUQwuq机械能机械能 体积变化功体积变化功totWWtot1122sy)(WmemeEQ热能热能第四节第四节 闭口系的能量方程闭口系的能量方程 热力学第一定律基本表达式热力学第一定律基本表达式 工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics第五节第五
36、节 稳定流动系统的能量方程稳定流动系统的能量方程 一一 稳定流动系统稳定流动系统 定义：定义：稳定流动系统是指热力系统内各点状态参数不稳定流动系统是指热力系统内各点状态参数不 随时间变化的流动系统随时间变化的流动系统。实现条件：实现条件：1 1 进出系统的工质进出系统的工质流量流量相等且不随时间而变；相等且不随时间而变；2 2 系统进出口工质的系统进出口工质的状态状态不随时间而变；不随时间而变；3 3 系统与外界交换的系统与外界交换的功和热量功和热量等所有能量不随时间等所有能量不随时间 而变。而变。工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics二二 流动功流动功
37、 fW定义：定义：开口系统中工质流入和流出系统所作的推动功开口系统中工质流入和流出系统所作的推动功 的代数和。的代数和。push11 1WpV 推动功推动功：22push2VpW同理：同理：或或 1122fVpVpW1122fvpvpw流动功流动功：工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics三三 稳定流动系统的能量方程稳定流动系统的能量方程 221121()eme mEE)(shfshtotpVWWWWQQfsh12tot1122sy)()(WWEEWmemeEQ22222111sh11()()()22UmcmgzUmcmgzWpV222 211 1sh1(
38、)()2UpVUpVm cmg z W 0syEtot1122sy)(WmemeEQ工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamicspVUH引入焓引入焓H：2sh12qhcg zw 2sh12QHm cmg zW 或或 2sh1ddd2QHm cmg zW2sh1ddd2qhcg zw 或或 对于微元过程：对于微元过程：222 211 1sh1()()2QUpVUpVm cmg z W 工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics四四 技术功及稳流能量方程的其他形式技术功及稳流能量方程的其他形式2tsh12Wm cmg zW 从而
39、有从而有 tWHQtwhq或或 tt)()(WpVUQWpVUQtft)(WWWpVW可逆过程：可逆过程：)(dd)(d212121ftpVVppVVpWWW)dd(d212121pVVpVp21tdpVW2sh12QHm cmg zW 或或21tdpvw工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics21tdpVW21tdpvw21dpVHQ21dpvhq或或tdWHQtdwhq 或或 对于微元过程：对于微元过程：pVHQdd pvhqdd 或或 工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics五、五、焓焓 定义式定义式pVUH比焓
40、比焓 pvumHh物理意义：物理意义：焓是开口系统中流入（或流出）系统工质所携带焓是开口系统中流入（或流出）系统工质所携带的取决于热力学状态的总能量。的取决于热力学状态的总能量。工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics第六节第六节 能量方程的应用能量方程的应用 一一 叶轮式机械叶轮式机械1 1、动力机（汽轮机，燃气轮机）、动力机（汽轮机，燃气轮机）能量方程能量方程 2sh12qhcg z w 化化 简简：2000qcg z 021shhhhw确立系统：稳定流动系统（确立系统：稳定流动系统（sssf）设备示意简图设备示意简图叶轮式动力机叶轮式动力机工程热力学
41、工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics同理可得同理可得 0)(12shhhhw2 2、耗功机械（叶轮式压缩机，水泵）、耗功机械（叶轮式压缩机，水泵）叶轮式耗功机械叶轮式耗功机械 工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics 二二 热交换器热交换器*工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics 二二 热交换器热交换器*确立系统：确立系统：sssfsssf能量方程能量方程 2sh12QHm cmg z W 化化 简：简：2sh000cg zW 21QHHH 工程热力学工程热力学 Thermodynam
42、icsThermodynamics热流体冷流体2sh0000qczW 或或 0h21hh 三三 节流节流 n能量方程能量方程 2sh12qhcg z w 工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics例例1 进入汽轮机新蒸汽的参数为进入汽轮机新蒸汽的参数为 ，出口参数为：，出口参数为：，,，蒸汽的质量流量，蒸汽的质量流量 .试试求求(1)汽轮机的功率；汽轮机的功率；(2)忽略蒸汽进、出口动能变化引起的计算误差；忽略蒸汽进、出口动能变化引起的计算误差；(3)若蒸汽进出口高度差为若蒸汽进出口高度差为12m,求忽略蒸汽进、出口势能变化引起求忽略蒸汽进、出口势能变化引起
43、的计算误差。的计算误差。MPa0.91pC500o1tkJ/kg0.33851h150m/sc MPa004.02pkJ/kg0.23202h2120m/sc t/h220mq工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics222sh1221221()22(3385.0 2320.0)(12050)2whchhcc 依题意：依题意：q0，gz0，故有故有解（解（1 1）取汽轮机进、出口所围空间为控制容积系统，如图所示，取汽轮机进、出口所围空间为控制容积系统，如图所示，则系统为稳定流动系统。从而有则系统为稳定流动系统。从而有 2sh2qhcg zw 3384shms
44、h220 10 1.059 102.330 10kJ/h 6.472 10 kWPq w功率功率331.059 101kJ/g0k工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics2223sh11(12050)105.95kJ/kg22wc（2 2）忽略工质进出口动能变化，单位质量工质对外输出功的增加忽略工质进出口动能变化，单位质量工质对外输出功的增加量量(或减少量或减少量)%56.010059.195.53shshkww 忽略工质进出口动能变化引起的相对误差忽略工质进出口动能变化引起的相对误差（3 3）忽略工质进出口势能变化，单位质量工质对外输出功的增加忽略工质进
45、出口势能变化，单位质量工质对外输出功的增加量量(或减少量或减少量)3shp3shsh9.81 12 100.012%1.059 10wg zww工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics例例2 2 空气在一活塞式压气机中被压缩。压缩前空气的参空气在一活塞式压气机中被压缩。压缩前空气的参数是：数是：，压缩后空气的参数是：，压缩后空气的参数是：，。设在压缩过程中每千克空气的。设在压缩过程中每千克空气的热力学能增加热力学能增加 ，同时向外放出热量，同时向外放出热量 ，试求，试求（1 1）压缩过程中对每千克空气所做的功；（压缩过程中对每千克空气所做的功；（2 2）每
46、生产）每生产 压缩压缩空气所做的功；（空气所做的功；（3 3）若该压气机每分钟生产）若该压气机每分钟生产 压缩空压缩空气，带动此压气机要用多大功率的电动机？气，带动此压气机要用多大功率的电动机？MPa1.01pkgm 86.031vMPa8.02pkJ 150kg1kg15kgm 18.032vkJ 50 50 150w qu wuq系统为系统为闭口系闭口系，能量方程为：，能量方程为：解解（1 1）200 kJ kg则则工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics（2 2）系统）系统2sh12qhcg zw 由：由：20,0cg z 得：得：)()()(shp
47、vuqpvuqhqw由（由（1 1）知：）知：kgkJ 200wuq63258 k10J kg10（3 3）带动此压气机的电动机功率带动此压气机的电动机功率kW 64.52586015shwqPm可视为稳定流动系统（如图所示）则能量方程为：可视为稳定流动系统（如图所示）则能量方程为：sh()200(0.8 0.18 0.1 0.86)wwpv 工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics本章小结本章小结 .基本要求：一、深入理解热力学第一定律的实质；一、深入理解热力学第一定律的实质；
48、二、正确、熟练地掌握热力学第一定律的各种表达式，二、正确、熟练地掌握热力学第一定律的各种表达式，以解决工程实际中的有关问题；以解决工程实际中的有关问题；三、掌握技术功和状态参数焓的概念与计算。三、掌握技术功和状态参数焓的概念与计算。工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics.基本知识点：一、热力学第一定律及其实质；一、热力学第一定律及其实质；二、热力学能和总能；二、热力学能和总能；三、闭口系的能量方程三、闭口系的能量方程热力学第一定律基本表达式热力学第一定律基本表达式212EUmcmgz212eucgzWUQwuq 微元：微元：或或WUQdwuqd可逆：可逆
49、：或或ddQUp Vvpuqdd 或或21dVpUQ21dvpuq可逆：可逆：工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics四、稳定流动系统的能量方程四、稳定流动系统的能量方程2sh12qhcg zw 2sh12QHm cmg zW 或或 tWHQtwhq或或 2tsh12Wm cmg zW 21dpVHQ21dpvhq或或21tdpVWtdWHQtdwhq 或或 对于微元过程：对于微元过程：pVHQdd pvhqdd 或或 五、焓五、焓 物理意义物理意义pVUHhupv工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics六、稳定流动系
50、统能量方程的应用六、稳定流动系统能量方程的应用 叶轮式机械叶轮式机械 热交换器热交换器 节流节流 设备示意简图设备示意简图 确立系统确立系统 能量方程能量方程 化简化简2sh12qhcg zw 工程热力学工程热力学 ThermodynamicsThermodynamics.主要公式：WUQwuq或或21dVpUQ21dvpuq可逆：可逆：2sh12QHm cmg zW tWHQ21dpVHQ2sh12qhcg zw twhq21dpvhqpVUHhupv21tdpVW2t1dwv p 第三章第三章 热力学第二定律热力学第二定律第一节第一节 热力过程的方向性热力过程的方向性ABAQBQ温差传热过
