汽车发动机原理第一章工程热力学基础知识.ppt

1、第1章 工程热力学基础知识,热力学是研究能量（特别是热能）性质及其转换规律的科学。它的主要内容包括三部分：,（1）工质的性质。,（2）热力学基本定律。,（3）热力过程和热力循环。,状态参数:描述气体热力状态的物理量。,第一节 热工转换的基础知识,一、工质及其状态参数,基本状态参数 ：压力 ；温度 ；比体积 。,工质：热、功转换的“媒介”。,常用的状态参数：压力 ；温度 ；比体积 ；内能 ；焓 ；熵 。,（一） 压力p,2 单位：Pa，,3压力的表示,状态参数：绝对压力,1 单位面积上所作用的垂直力称为压力p。,工程上常用kPa与Mpa。,1 Pa=1N/m2 ，,1.1 热工转换的基础知识,（

2、二） 温度T,2 单位：开尔文（K ）,热力学温度与摄氏温度： T = t+To,状态参数：热力学温度（绝对温度）。,式中：To=273.15K（水的冰点的热力学 温度)。,1温度表示气体冷热的程度。气体分子运动速度愈高，平均动能愈大，温度愈高。,1.1 热工转换的基础知识,（三） 比体积v,单位：m3/kg,单位质量的物质所占有的体积。,式中： 比体积； mkg的工质占有的体积； 工质的质量。,1.1 热工转换的基础知识,二、 理想气体状态方程式,1理想气体,假设：（1）分子不占有体积；（2）分子间无吸引力。,发动机所用工质都近似地看作理想气体。,.理想气体状态方程,1kg理想气体：pv=R

3、T,mkg理想气体： pV=mRT 式中： R气体常数J/(kgK)。,3. pv图（示功图）,1.1 热工转换的基础知识,三、热力过程及其功量,（一）热力系统和热力过程热力系统：某宏观尺寸范围内的工质作为研究对象，称为热力系统。 热力过程：工质由某一状态变化到另一个状态所经历的全部过程的总和。,（二）热力过程的功量（示功图）,工质由上止点膨胀到下止点，此过程的功量。,1.1 热工转换的基础知识,设：A活塞截面面积； dx活塞移动距离。,工质对活塞作的功为：,v增大,w为“+” ,工质对活塞作功。 v减小,w为“-” ,活塞对工质作功。,工质膨胀过程：,dw=pAdx=pdv,1.1 热工转换

4、的基础知识,四、工质的比热容C,（一）定义单位量的物质作单位温度变化时所吸收或放出的热量。,式中：dq工质在某一状态下温度变化dT 时所吸收或放出的热量。,1.1 热工转换的基础知识,1比定容热容Cv：,比定容热容:加热时气体容积不变。,2比定压热容Cp：,比定压热容:加热时气体压力不变。,（二）比定容热容和比定压热容,1.1 热工转换的基础知识,定容加热工质的比热：,加入的热量: Q1=mCv (T2 T1),定压加热工质的比热：,加入的热量: Q2=mCp (T2 T1),温度升高相同,1.1 热工转换的基础知识,同样使温度升高1（或1K），而定压加热过程需要加入的热量要比定容加热过程大，

5、即CpCv。 绝热指数: K= Cp/ Cv,1.1 热工转换的基础知识,（三）真实比热容和平均比热容,比热容与压力无关，是温度的函数。,式中：a、b、c是常数。 相应于每一温度下的比热容称为真实比热容。,1.1 热工转换的基础知识,Cm称为平均比热容。,（四）定比热容： 温度变化不大，把比热容看成常数。,1.1 热工转换的基础知识,第二节 热力学第一定律,一、功、热量和内能,（一）工质的功量W,（二）热量Q,（三）工质的内能,外界给系统加热Q为“+”，系统放热Q为“”。,1工质内部所具有的总能量。,1.2 热力学第一定律,分子热运动的动能，,分子间的吸引作用的位能,理想气体分子间无吸引力，无

6、位能。,是T的函数。,是v的函数。,1.2 热力学第一定律,内能为状态参数。只与工质的初、终状态有关，与工质由状态1变化到状态2所经历的过程无关。,1.2 热力学第一定律,2内能的计算,1.2 热力学第一定律,（一）热力学第一定律,（二）封闭系统能量方程式,二、热力学第一定律,式中：q外界加给1kg工质的热量（J/kg）； w1kg工质对外界作的功（J/kg）； u1kg工质内能的增量（J/kg）。,能量守恒定律,1.2 热力学第一定律,三、熵及温熵图,熵是一个导出的状态参数，它的定义式是：,式中：dq 系统与外界交换的微元热量； T热力过程时的温度。 熵的定义：熵的增量等于系统在热力过程中交

7、换的热量除以传热时的热力学温度所得的商。,熵是状态参数。,1.2 热力学第一定律,1.2 热力学第一定律,温熵图,1.2 热力学第一定律,第三节 气体的热力过程,（二）气体状态参数的变化,绝对压力与绝对温度成正比,式中为压力升高比。,一、定容过程,（一）定容过程方程式为： v=常数,1.3 气体的热力过程,定容过程的膨胀功,（三）能量变化,因dv=0，所以W=0。,2 内能,1功量,1.3 气体的热力过程,3 热量：根据比热容的定义,1.3 气体的热力过程,4.熵,熵的定义：,熵变S为,1.3 气体的热力过程,二、定压过程,（一）过程方程式 p=常数,（二）气体状态参数的变化,比体积与绝对温度

8、成正比。,预膨胀比,1.3 气体的热力过程,（三）能量变化 1功量：定压过程中气体所作的膨胀功为：,2内能：,1.3 气体的热力过程,1.3 气体的热力过程,4.熵,熵的定义：,熵变S为,1.3 气体的热力过程,三、定温过程,（一）过程方程式 T=常数，即 pv=常数,1.3 气体的热力过程,四、绝热（等熵）过程,系统与外界无热交换,K绝热指数,1.3 气体的热力过程,公式推导,1.3 气体的热力过程,常数,常数,常数,1.3 气体的热力过程,（二）气体状态参数的变化,绝热压缩终了温度：,同理，绝热膨胀终了温度：,1.3 气体的热力过程,（三）能量变化,1.功量：,2内能：,3热量：,4.熵：,1.3 气体的热力过程,五、多变过程,1.3 气体的热力过程,第四节