工程热力学
绪论
一、能源及热能利用
用来产生各种所需能量的自然资源称为能源。 一次能源：风、水力、太阳、地热 二次能源：热能、机械、电
能源的利用过程实质上是能源的传递和转换过程。 热能的利用：热利用、热能的动力利用。
热能的利用
热能的利用
二、工程热力学的研究对象和主要内容
工程热力学属于应用科学的范畴，从工程的 观点出发，研究物质的热力性质、能量转换 以及热能的直接利用等问题。
第二节 工质的热力状态及其基本状态参 数
一、状态与状态参数 描述工质状态特征的各种物理量称为工质的状态 参数。
常见状态参数：温度（T）、压力（p）、比容
（v ）、密度（）、内能（u）、焓（h）、熵
（s）、火用（ex）、自由能（f）、自由焓（g） 等
二、基本参数
1、温度 物体冷热程度的标志 理想气体热力学温度与分子平移动能的关系式：
p 2 n m2 2 nBT
32 3
压力的宏观定义：p=F/f
压力的单位
国际单位制: SI规定压力单位为帕斯卡（Pa）， 1Pa = 1N/m2
工程单位：巴（bar）、标准大气压（atm）、 工程大气压（at）、毫米水柱（mmH2O）、 毫米汞柱（mmHg）
相对压力和绝对压力 压力间的关系： 当p＞B时， p B pg 当p＜B时， p B H 其中
准静态过程
非准静态过程
二、可逆过程
当系统进行正、反两个过程后，系统与外界 均能完全回复到初始状态，这样的过程称为 可逆过程。
实施条件：1、是准平衡过程 2、过程没有势差 3、过程没有耗散效应
可逆过程要求系统与外界随时保持力平衡和 热平衡，没有耗散效应和任何能量的不可逆 损失
准静态过程仅要求系统内部的力平衡和热平 衡，系统与外界之间可有不平衡势差和耗散 现象
换的系统
孤立系统表示图
在一个图中表示各系统
四、系统的内部状况
1、热源系统：提供热能的物质或能量 2、功源系统：提供机械功的物质或能量 3、质源系统：提供质量的物质或能量 4、单相系：物质、化学性质都均匀一致（固、液、
气） 5、单元或多元系统
单元：一种化学成分组成的系统 多元：两种以上的不同化学成分组成 6、均匀或非均匀系统 系统中化学、物理性质处处均匀一致的系统
可逆过程必然是准静态过程，而准静态过程 未必是可逆过程
三、可逆过程的膨胀功（容积功）
热转换为机械功必须依靠工质的膨胀。 由于系统容积变化而通过截面向外界传递的
机械功称为膨胀功，也称容积功。 系统容积增大，则系统对外界做膨胀功，视
为正功；系统容积减小，则外界对系统做压 缩功，视为负功。
功=力×距离，若f是活塞的 截面积，则F=pf。于是单位 质量工质在微元热力过程中克 服外力所做的功为：
一、正循环
循环热效率
循环中转换为功的热量 工质从热源吸收的总热量
tw0 q1q源自 q2 q11 q2 q1
循环热效率总是小于1
二、逆循环
主要应用于制冷装置和热泵。
制冷系数： 1
q2 w0
q2 q1 q2
供热系数： 2
q1 w0
q1 q1 q2
关系1 ： 1 21 1 21 1 2
致冷系数可能大于、小于或等于 1，供热系数总是大于1
m2 BT
2
热力学温度规定，纯水三相点温度为基本定点， 并指定为273.16K 摄氏温标与热力学温标：t=T-273.15
2、压力
气体分子不规则的热运动-分子之间不断相互碰撞同时也使气体分子不断地和容器壁（即边界面）碰 撞-大量分子碰撞器壁的总结果-气体对器壁的压力
作用与单位面积上的压力与分子浓度及分子平移运 动平均动能之间的关系式：
主要内容包括：基本理论以及基本理论的应 用 基本理论：第零定律、第一定律、第二定律 基本理论的应用：动力循环、制冷循环、湿 空气、压缩机、喷管等
三、热力学的研究方法
宏观法 微观法
第一章 基本概念
第一节 热力系统 一、系统、边界与外界 1、系统：用边界将讨论的对象区分出来的部
分 2、外界：分割系统与外界的分界面 3、边界：固定、运动、虚设
热力系统
边界可变形系统
二、闭口系统与开口系统
1、闭口系统 没有物质交换而只能能量交换（没有物质穿 过边界）
特性：传热与功
2、开口系统 不仅有能量交换而且有物质交换（有物质流 穿过边界）
特性：传热与功+ 流进、出时各部分能量
三、绝热系统和孤立系统
1、绝热系统：与外界无热量传递的系统 2、孤立系统：与外界既无能量又无物质交
三、状态方程 建立 温度、压力、比容这三个基本状态参 数之间的函数关系。而用p-v图来确定工质 状态。
p f1(T , v)
T f2 ( p,v)
v f3( p,T )
F ( p, v,T ) 0
第四节 准静态过程与可逆过程
一、准静态过程 整个过程可以看作由一系列非常接近平衡态 的状态所组成（势差足够小，变化足够慢）
w FdS pfdS pdV
可逆过程1-2的膨胀功为：
W V2 pdV V1
四、可逆过程的热量
热量计算公式：
q TdS
在右图中1-2传递的热量：
2
q 1 TdS
系统吸热：q＞0 系统放热：q＜0 系统绝热：q=0
第五节 热力循环
工质从某一初始态开始，经历一系列状态变化，最后又回复到初 始状态的全部过程称为热力循环。
B——当地大气压力 pg ——高于当地大气压时的相对压力，称表压力 H——低于当地大气压力时的相对压力，称为真空值
比容和密度
比容： v V m
(m3 / kg)
密度： m (kg / m3)
V
两者关系： v 1
三、强度性参数和广延性参数
1、强度性参数：T、p等与质量多少无关，没 有可加性的参数值。
2、广延性参数：V、U、H、S等参数，与质量 有关，具有可加性。
第三节 平衡状态、状态公理及状态方程
一、平衡状态 如果不受外界影响的条件下，系统的状态能 够始终保持不变，则系统的这种状态称为平 衡状态。
二、状态公理 确定纯物质系统平衡状态的独立参数=n+1 其中n表示传递可逆功的形式，加1表示能 量传递中的热量传递