工程热力学.ppt

1、工工 程程 热热 力力 学学毕明树毕明树 主编主编 目目 录录 绪论绪论1基本概念基本概念2热力学基本定律热力学基本定律3气体与蒸气的热力性质气体与蒸气的热力性质4气体与蒸气的热力过程气体与蒸气的热力过程5（Exergy）分析基础）分析基础6热力循环基础热力循环基础7 典型装备热力过程介绍典型装备热力过程介绍1 基本概念基本概念1.1 热力系统热力系统1.2 热力状态热力状态1.2.1 热力状态及状态参数热力状态及状态参数1.2.2 状态参数的特性状态参数的特性1.2.3 平衡状态平衡状态1.3 热力过程热力过程1.3.1 准静态过程准静态过程1.3.2 可逆过程可逆过程2 热力学基本定律热力

2、学基本定律2.1 热力学第一定律热力学第一定律2.2 能量的传递形式能量的传递形式2.3 封闭系统的能量方程封闭系统的能量方程2.4 开放系统的能量方程开放系统的能量方程2.5 稳流系统的能量方程稳流系统的能量方程2.6 热力学第二定律热力学第二定律2.7 熵与克劳修斯不等式熵与克劳修斯不等式2.8 熵产熵产2.9 熵平衡方程熵平衡方程2.10 孤立系统的熵增原理孤立系统的熵增原理2.11 热寂热寂3 气体与蒸气的热力性质气体与蒸气的热力性质3.1 理想气体及其状态方程理想气体及其状态方程3.2 热容、内能和焓热容、内能和焓3.3 理想气体的内能、焓和比热容理想气体的内能、焓和比热容3.4 理

3、想气体的熵理想气体的熵3.5 理想气体的混合物理想气体的混合物3.6 实际气体和理想气体的偏离实际气体和理想气体的偏离3.7 对比态定律与普遍化因子对比态定律与普遍化因子3.8 实际气体的状态方程实际气体的状态方程3.9 湿空气的性质湿空气的性质3.10 水蒸气的热力性质水蒸气的热力性质3.11 水蒸气的状态方程水蒸气的状态方程4 气体与蒸气的热力过程气体与蒸气的热力过程4.1 理想气体的热力过程理想气体的热力过程4.2 蒸气的热力过程蒸气的热力过程4.3 湿空气的热力过程湿空气的热力过程4.4 气体与蒸气的绝热节流过程气体与蒸气的绝热节流过程4.5 压缩机中的热力过程压缩机中的热力过程5ex

4、ergy分析基础分析基础5.1 exergy的概念的概念5.2 环境介质环境介质5.3 exergy 的分类的分类5.4 exergy 的特点的特点5.5 exergy 的概念及其名称演变的概念及其名称演变5.6 exergy 值的计算值的计算5.7 exergy 损损5.8 exergy 效率效率5.9 exergy 与节能与节能5.7 热经济学热经济学6热力循环热力循环6.1 蒸汽卡诺循环蒸汽卡诺循环6.2 朗肯循环朗肯循环6.3 朗肯循环的改进朗肯循环的改进6.4 热电联产热力循环热电联产热力循环7 典型装备热力过程介绍典型装备热力过程介绍7.1 工业锅炉简介工业锅炉简介7.2 工业锅炉

5、的几个问题工业锅炉的几个问题7.3 工业汽轮机简介工业汽轮机简介7.4 热管技术简介热管技术简介7.5 热泵技术简介热泵技术简介 绪论绪论0.1 0.1 能源、能量、能源的利用、热力学、热机、工质能源、能量、能源的利用、热力学、热机、工质能源、能量、能源的利用、热力学、热机、工质能源、能量、能源的利用、热力学、热机、工质能源：可以释放出能量的物质资源。能源：可以释放出能量的物质资源。能源：可以释放出能量的物质资源。能源：可以释放出能量的物质资源。如化学燃料、风能、太阳能、核能、水能等。目如化学燃料、风能、太阳能、核能、水能等。目如化学燃料、风能、太阳能、核能、水能等。目如化学燃料、风能、太阳能

6、、核能、水能等。目前利用得最多的是化学燃料。前利用得最多的是化学燃料。前利用得最多的是化学燃料。前利用得最多的是化学燃料。能量能量：表征物质运动（存在）状态的一个物理：表征物质运动（存在）状态的一个物理 量。（动能，位能，热量量。（动能，位能，热量）能源的利用能源的利用 除了风能、水能可以直接转化为机械能外，除了风能、水能可以直接转化为机械能外，其它能源品种往往需要转变为热能，其它能源品种往往需要转变为热能，除了少部分除了少部分直接利用外，大部分通过热机转换为机械能或电直接利用外，大部分通过热机转换为机械能或电能。能。举例？举例？天然气天然气 石油石油 燃烧炉燃烧炉 煤煤 工业热装置工业热装置

7、 电热装置电热装置核能核能 核反应堆核反应堆 太阳能太阳能 热机热机 机械能机械能 发电机发电机地热能地热能 用户用户 用户用户 用户用户热热能能电电能能热力学热力学：研究能量（特别是热能）的性质及其转：研究能量（特别是热能）的性质及其转换规律的科学。换规律的科学。热机热机：把热能转变为机械能（功）的由装置和工：把热能转变为机械能（功）的由装置和工质组成的装备。质组成的装备。如蒸汽机、内燃机，蒸汽轮机，燃气轮机等。如蒸汽机、内燃机，蒸汽轮机，燃气轮机等。工质工质：热机工作中的载能物质，如空气、蒸汽、：热机工作中的载能物质，如空气、蒸汽、氟利昂、氨等。氟利昂、氨等。媒体！媒体！载体！载体！工质必

8、须有良好的膨胀性，以便于对外做功；工质必须有良好的膨胀性，以便于对外做功；工质必须有良好的流动性。工质必须有良好的流动性。所以：工质一般是气体或容易汽化的液体。所以：工质一般是气体或容易汽化的液体。热力学的单位热力学的单位：国际单位：国际单位0.2 本课程介绍本课程介绍本专业核心课程之一；本专业核心课程之一；属于技术基础课；属于技术基础课；工艺与装备之间的桥梁；工艺与装备之间的桥梁；过程工程、能源工程、环境工程、生命科学等科过程工程、能源工程、环境工程、生命科学等科学的共同基础与纽带；学的共同基础与纽带；促成科学的世界观和自然观的有力工具；促成科学的世界观和自然观的有力工具；0.3 主要研究内

9、容：主要研究内容：热能的表现形式及其特点；热能的表现形式及其特点；热能与其它能量形式之间的转换规律；热能与其它能量形式之间的转换规律；能源的合理开发与利用；能源的合理开发与利用；能量传递与转换的规律；能量传递与转换的规律；指导企业的节能降耗、降低产品成本、减小对指导企业的节能降耗、降低产品成本、减小对 环境的影响等工作；环境的影响等工作；说明：在人类利用的能量形式中，说明：在人类利用的能量形式中，8080以上是热量。以上是热量。0.4 热力学研究方法的主要特点热力学研究方法的主要特点 宏观研究方法宏观研究方法用表征系统总体性质的物理量用表征系统总体性质的物理量 描述系统的热力学特点；描述系统的

10、热力学特点；微观研究方法微观研究方法以构成系统的微观粒子的统计以构成系统的微观粒子的统计 学结果描述系统的热力学特点；学结果描述系统的热力学特点；系统的观点；系统的观点；抽象、概括、简化、理想化的处理方法；抽象、概括、简化、理想化的处理方法；演变的观点；演变的观点；特别提醒：特别注意把握各种热力学概念的准确物理特别提醒：特别注意把握各种热力学概念的准确物理 意义。意义。1 基本概念基本概念1.1 热力系统热力系统 系统系统系统系统环境环境边界边界信息交换信息交换系统的确定：视研究的需要！系统的确定：视研究的需要！压缩机压缩机换热器换热器喷管喷管气轮机气轮机例例1：包含：包含4个子系统的系统！个

11、子系统的系统！例例2：教室、东二院、东二院水系统、东二院电路：教室、东二院、东二院水系统、东二院电路 系统、昆明理工大学等等。系统、昆明理工大学等等。封闭系统封闭系统系统系统环境环境能量能量没有物质交换！没有物质交换！开放系统开放系统系统系统环境环境能量能量物质物质与封闭系统的区别：与封闭系统的区别：有无有无质量交换！质量交换！过程工业生产系统一般是什么系统？过程工业生产系统一般是什么系统？绝热系统绝热系统系统系统环境环境可以有其它形式的能量交可以有其它形式的能量交换，但无热量交换！换，但无热量交换！孤立系统孤立系统系统系统环境环境无能量、质量交换！无能量、质量交换！孤立系统一定是封闭系统！孤

12、立系统一定是封闭系统！系统及其子系统系统及其子系统 系统可以视需要进一步划分为子系统。系统可以视需要进一步划分为子系统。蛋蛋黄黄蛋白蛋白鸡蛋鸡蛋子系统子系统1子系统子系统2边界边界1边界边界2环境环境系统系统热热源源T气缸气缸活塞活塞连杆连杆飞轮飞轮系统系统t压缩机压缩机换热器换热器喷管喷管气轮机气轮机4个子系统！个子系统！大系统大系统大系统大系统 巨系统巨系统巨系统巨系统如互联网系统、股票交易系统如互联网系统、股票交易系统如互联网系统、股票交易系统如互联网系统、股票交易系统 简单系统简单系统简单系统简单系统如工序、车间如工序、车间如工序、车间如工序、车间 复杂系统复杂系统复杂系统复杂系统如人

13、体系统、生态系统如人体系统、生态系统如人体系统、生态系统如人体系统、生态系统 简单大系统简单大系统简单大系统简单大系统如化工厂如化工厂如化工厂如化工厂 复杂大系统复杂大系统复杂大系统复杂大系统如人体系统如人体系统如人体系统如人体系统 简单巨系统简单巨系统简单巨系统简单巨系统如一定量气体如一定量气体如一定量气体如一定量气体 复杂巨系统复杂巨系统复杂巨系统复杂巨系统如互联网系统、股票交易系统如互联网系统、股票交易系统如互联网系统、股票交易系统如互联网系统、股票交易系统简单系统简单系统还原论还原论总体等于局部之和总体等于局部之和复杂系统复杂系统总体大于局部之和总体大于局部之和整体论整体论1.2 热力

14、状态热力状态1.2.1 热力状态及状态参数热力状态及状态参数 热力状态：系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状态。热力状态：系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状态。如教室内气体在某一瞬间的存在情况。状如教室内气体在某一瞬间的存在情况。状 态随时间的变化历程称为热力过程，即热态随时间的变化历程称为热力过程，即热 力过程是由热力状态构成的。力过程是由热力状态构成的。AB由状态由状态A到状态到状态B是一个是一个热力过程，其间的每一热力过程，其间的每一个点都对应一个热力状个点都对应一个热力状态态热力状态参数：描述系统的热力状态的宏观物理热力状态参数：描述系统的热力状态的宏观物理 量。如量。如:压力、温度、内能、

15、压力、温度、内能、熵、焓、熵、焓、等。等。压力压力：气体分子对单位面积的容器内壁上的撞击：气体分子对单位面积的容器内壁上的撞击 作用力的宏观统计结果。与分子密度、分作用力的宏观统计结果。与分子密度、分 子运动平均速度等因素有关。子运动平均速度等因素有关。注意事项：注意事项：压力的三要素；压力的三要素；压力的单位；压力的单位；绝对压力、相对压力、当地大气压；绝对压力、相对压力、当地大气压；压力测定方式：压力表、压力测定方式：压力表、U U型压差计、压力传感型压差计、压力传感 器、其它间接方法等；器、其它间接方法等；属强度参数，不具有加和性，不同于体积、质量属强度参数，不具有加和性，不同于体积、质

16、量 等物理量。等物理量。温度温度：表征分子（或原子）运动剧烈程度的宏观：表征分子（或原子）运动剧烈程度的宏观 物理量，或称为描述物质冷热程度的物理物理量，或称为描述物质冷热程度的物理 量。量。注意事项：注意事项：热力学第零定律：热力学第零定律：A A、B B两个系统分别与系统两个系统分别与系统C C处处 于热平衡，则于热平衡，则A A、B B也处于热也处于热 平衡。（仅是热平衡）平衡。（仅是热平衡）温度为强度参数；温度为强度参数；温度为标量；温度为标量；多种单位及单位换算（见多种单位及单位换算（见1 14 4式）；式）；涉及温度变化时，每摄氏度与每开氏度是一样的。涉及温度变化时，每摄氏度与每开氏度是一样的。比体积比体积（比容）：单位物质所占的体积。密度（比容）：单位物质所占的体积。密度 的倒数。的倒数。内能内能：组成热力系统的大量微观粒子本身所具：组成热力系统的大量微观粒子本身所具 有的有的能量能量。主要包括：主要包括：动能，位能动能，位能 ；比内能比内能焓焓：HUpV ；单位：；单位：J，KJ；比焓比焓熵：熵：；比熵；比熵1.2.2 状态参数的特性状态参数的特性 数学特性：只与状态有