热力学基础知识

1、2022-4-212022-4-211 1/52/52基基 础础 知知 识识2022-4-212022-4-212 2/52/52一、热力学知识2022-4-212022-4-213 3/52/52制制 冷冷指在某一特定环境内制造出比周围环境指在某一特定环境内制造出比周围环境温度低的温度低的“冷冷”环境。环境。所谓所谓“冷冷”环境，是要求环境，是要求“特定环境特定环境”中空气的温度低于中空气的温度低于“周围环境周围环境”的温度，的温度，比如要求室内温度（比如要求室内温度（2626）低于室外温）低于室外温度（度（3838）等。）等。热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-214 4/

2、52/52在物理学中，把垂直作用于物体表面的力叫做在物理学中，把垂直作用于物体表面的力叫做压力；把单位面积上所受的压力称为压强。压压力；把单位面积上所受的压力称为压强。压强是物理学中定量表示压力产生作用效果大小强是物理学中定量表示压力产生作用效果大小的物理量。的物理量。压强单位为帕斯卡压强单位为帕斯卡, ,简称帕简称帕(Pa)(Pa)。1 1帕表示垂直帕表示垂直作用于每平方米作用于每平方米(m(m2 2) )上的力为上的力为 1 1牛顿牛顿(N)(N)。1Pa1Pa = = 1N/m1N/m2 2，1mmHg1mmHg = = 133Pa133Pa。在实际工程应用中，人们通常习惯于把压强称工程

3、应用中，人们通常习惯于把压强称为压力。为压力。压压 力力热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-215 5/52/52指环绕地球的空气层在地球单位表面指环绕地球的空气层在地球单位表面积上形成的压力。积上形成的压力。大气压力不仅与海拔高度有关，还随大气压力不仅与海拔高度有关，还随季节、气候的变化稍有差别。季节、气候的变化稍有差别。大大 气气 压压 力力热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-216 6/52/52指纬度指纬度4545的海平面上大气的常年平均压的海平面上大气的常年平均压力，其值为力，其值为760mmHg760mmHg。地球上绝大多数空调使用地区的大气压力地球

4、上绝大多数空调使用地区的大气压力均接近标准大气压，故分析空调系统（包均接近标准大气压，故分析空调系统（包括主机）时，一般假设外部环境压力为标括主机）时，一般假设外部环境压力为标准大气压。准大气压。标标 准准 大大 气气 压压 力力热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-217 7/52/52在工程中用压力仪表检测出来的密闭容器内在工程中用压力仪表检测出来的密闭容器内的压力。压力表读数为密闭容器内压力与外的压力。压力表读数为密闭容器内压力与外部大气压力的差值。部大气压力的差值。当内部压力小于外部大气压时，压力表的读当内部压力小于外部大气压时，压力表的读数为负值，此时称密闭容器内部处于

5、负压状数为负值，此时称密闭容器内部处于负压状态或真空状态。当内部压力大于外部大气压态或真空状态。当内部压力大于外部大气压力时，压力表的读数为正值，此时称密闭容力时，压力表的读数为正值，此时称密闭容器内部处于正压状态。器内部处于正压状态。表表 压压 力力热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-218 8/52/52密闭容器内部的真实压力。密闭容器内部的真实压力。它等于表压力与外部环境大气压力之和。它等于表压力与外部环境大气压力之和。绝绝 对对 压压 力力热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-219 9/52/52密闭容器内部的绝对压力小于外部密闭容器内部的绝对压力小于外

6、部环境压力时的状态。环境压力时的状态。真真 空空热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-211010/52/52大气压力、绝对压力、表压力的关系大气压力、绝对压力、表压力的关系大气大气压力压力绝对绝对压力压力表压力表压力表压力表压力真空状态真空状态绝对绝对压力压力大气大气压力压力正压状态正压状态0 Pa0 Pa热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-211111/52/52度量物体冷热程度的物理量。度量物体冷热程度的物理量。温度是物体分子运动的结果，温度的高低用温标温度是物体分子运动的结果，温度的高低用温标表示。表示。常用的温标有摄氏温标常用的温标有摄氏温标()()和华

7、氏温标和华氏温标()()。在标准大气压下，以水的结冰温度作为在标准大气压下，以水的结冰温度作为 00，沸，沸腾温度作为腾温度作为100100，中间分成，中间分成100100等分，每一等分等分，每一等分为一摄氏度。为一摄氏度。在标准大气压下，以水的结冰温度为在标准大气压下，以水的结冰温度为3232，沸腾，沸腾温度作为温度作为212212，中间分为，中间分为180180等分，每一等分为等分，每一等分为一华氏度。一华氏度。温温 度度热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-211212/52/52n热力学温标Tn又称开尔文温标或绝对温标，单位是K。n它规定将纯净水在一个标准大气压下的冰点定

8、为273.16K，沸点为373.16K，其间分n100等份，每一等份为1K。n当物体内部分子的运动终止，其热力学温度T=0K2022-4-212022-4-211313/52/52n热量热量 n热是物质热能的表达形式，可以表示物质吸热或放热的多少，用Q表示，单位为焦耳n用J表示n常用千焦,符号为KJ.2022-4-212022-4-211414/52/52比热容一千克的物质温度升高或降低一摄氏度时所吸收或放出的热,用C表示.2022-4-212022-4-211515/52/52n内能Un内能是制冷系统内部能量的总称.n在热力学中,内能是分子热运动动能和分子势能的总和.2022-4-21202

9、2-4-211616/52/52热热 量量 与与 冷冷 量量热量是指由于物质间温度差别而引起转移的热量是指由于物质间温度差别而引起转移的能量。能量。冷量的物理含义和热量相同，只是物体温度冷量的物理含义和热量相同，只是物体温度高于周围介质温度的习惯上称为高于周围介质温度的习惯上称为“热热”，其，其向周围介质放出的能量称为向周围介质放出的能量称为“热量热量”，而物，而物体温度低于周围介质温度的称为体温度低于周围介质温度的称为“冷冷”，其，其向周围介质吸收的能量即为向周围介质吸收的能量即为“冷量冷量”。 常用单位有卡（常用单位有卡（calcal）或大卡（）或大卡（kcalkcal）。）。热力学知识热

10、力学知识2022-4-212022-4-211717/52/52n热力学第一定律n是能量守恒定律，即一定量的热消失时必然产生一定量的功；消耗一定量的功必然出现与之相对应的一定量的热。2022-4-212022-4-211818/52/52热热 力力 学学 第第 二二 定定 律律热量能自动从高温物体向低温物体转热量能自动从高温物体向低温物体转移，但热量不能自发地从低温物体向移，但热量不能自发地从低温物体向高温物体转移。高温物体转移。 热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-211919/52/52显显 热热物质被加热或冷却时引起物质温度上升物质被加热或冷却时引起物质温度上升或下降所吸

11、收或放出的热量。或下降所吸收或放出的热量。这里物质的物态并未发生变化。这里物质的物态并未发生变化。常用单位：卡常用单位：卡(cal)(cal)或大卡或大卡(kcal)(kcal)热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-212020/52/52比比 热热单位质量的物质温度升高或降低单位质量的物质温度升高或降低 11时时所吸收或放出的热量。所吸收或放出的热量。2525时水的比热为时水的比热为1kcal/kg1kcal/kg 。比热是计算显热的一个重要参数。比热是计算显热的一个重要参数。显热计算显热计算：Q Q = = c cm mT T热力学知识热力学知识2022-4-212022-4

12、-212121/52/52单位时间内，空调主机产生的冷量（即：单单位时间内，空调主机产生的冷量（即：单位时间内，空调主机转移出的热量位时间内，空调主机转移出的热量 ）。）。制冷量制冷量 冷水流量冷水流量冷水入出口温差冷水入出口温差1010制制 冷冷 量量热力学知识热力学知识10104 4kcal kcal m m3 3/h /h 2022-4-212022-4-212222/52/52也叫空调负荷。指在单位时间内，为满足也叫空调负荷。指在单位时间内，为满足房间空调需求，需向房间供应的冷量或者房间空调需求，需向房间供应的冷量或者热量。热量。热力学知识热力学知识负负 荷荷2022-4-212022

13、-4-212323/52/52潜潜 热热物质发生物态变化而温度不变时吸收或物质发生物态变化而温度不变时吸收或放出的热量。放出的热量。制冷技术中的蒸发过程和冷凝过程，就制冷技术中的蒸发过程和冷凝过程，就是吸收和放出潜热的过程。是吸收和放出潜热的过程。常用单位：卡常用单位：卡(cal)(cal)或大卡或大卡(kcal)(kcal)热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-212424/52/52汽化：物质从液态转变成气态的过程。汽化：物质从液态转变成气态的过程。汽化有两种方式：蒸发和沸腾。汽化有两种方式：蒸发和沸腾。汽化热：在一定的温度下，单位质量液体汽化热：在一定的温度下，单位质量液体

14、 完全变成同温度的气体所需要的完全变成同温度的气体所需要的热量。热量。例如，水的汽化热例如，水的汽化热100100时为时为539kcal/kg539kcal/kg汽化、汽化热汽化、汽化热热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-212525/52/52蒸蒸 发发指液体表面分子汽化变成蒸汽分子的过程。指液体表面分子汽化变成蒸汽分子的过程。液体均具有蒸发能力，且在任何温度下进行。液体均具有蒸发能力，且在任何温度下进行。蒸发过程的快慢与蒸发条件关系很大：蒸发过程的快慢与蒸发条件关系很大：a.a.蒸发面积越大，蒸发过程越快；蒸发面积越大，蒸发过程越快；b.b.液体温度越高，蒸发过程越快；液体

15、温度越高，蒸发过程越快；c.c.液体表面空气流速越大，液体表面液体表面空气流速越大，液体表面压力越压力越 小小, ,蒸发过程越快蒸发过程越快。热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-212626/52/52沸腾：一定压力下沸腾：一定压力下, ,液体被加热到某一温度时液体被加热到某一温度时, ,其内部汽泡上升到液体表面且冲出液其内部汽泡上升到液体表面且冲出液面而产生大量蒸汽，液体表面产生强面而产生大量蒸汽，液体表面产生强烈的汽化现象。烈的汽化现象。沸腾是蒸发现象的剧烈表现。沸腾是蒸发现象的剧烈表现。沸腾、沸点沸腾、沸点沸点：一定压力下，液体沸腾时的温度。沸点：一定压力下，液体沸腾时的

16、温度。液体沸点与压力密切相关。液体沸点与压力密切相关。例如：例如：1 1个大气压条件下，水的沸点为个大气压条件下，水的沸点为100100，而而6.5mmHg6.5mmHg压力时，仅为压力时，仅为55。热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-212727/52/52冷凝：当蒸汽受压或受冷时放出热量，使冷凝：当蒸汽受压或受冷时放出热量，使蒸汽冷却、凝结成液体的过程。蒸汽冷却、凝结成液体的过程。所以冷凝过程实际上是液化过程。所以冷凝过程实际上是液化过程。凝结热：一定的温度下，单位质量的蒸汽凝结热：一定的温度下，单位质量的蒸汽 完全变成同温度的液体所放出的完全变成同温度的液体所放出的 热量

17、。热量。冷凝、凝结热冷凝、凝结热热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-212828/52/52n饱和温度:n液体沸腾时所维持不变的温度称为沸点,又称为在某一压力下的饱和温度.n饱和压力:n与饱和温度相对应的某一压力称为该温度下的饱和压力2022-4-212022-4-212929/52/52热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-213030/52/52汽 化液 化熔 化结晶、结冰升 华凝 华热力学知识热力学知识2022-4-212022-4-213131/52/52n比焓比焓n焓是一个复合状态参数。n对于对于1 kg工质所具有的焓称为工质所具有的焓称为比焓比焓，一般

18、用符号，一般用符号h表示，单位为表示，单位为J/ kg（焦耳（焦耳/千克）或千克）或kJ/kg（千（千焦焦/千克）千克）. 关于焓的绝对值是无法测量和计算出来的。通常都选择某一个状态作为焓的起点，其他状态点的焓值均是与该点焓的差值。在制冷工程中，一般取0时饱和液体的比焓为200.00 kJ/ kg。关于比焓的绝对值是无法求出的，实用中也没有必要求出，因为只要知道同一种物质由一种状态变化到另一种状态时，比焓的变化量就可以了。 2022-4-212022-4-213232/52/52n比熵比熵n 熵是一个表征工质状态变化时与外界热量交换程度的物质状态参数。n 对于对于1 kg工质的熵而言，称为工质的熵而言，称为比熵比熵，一般用符号，一般用符号s表示，单位为表示，单位为J/ (kgK) 焦耳焦耳/（千克（千克开）开）或或kJ/（kgK） 千焦千焦/（千克（千克开）开）。n 熵增加的过程表示工质从外界吸收热量。熵减少的过程表示工质对外界放出热量。n 与焓一样，熵的绝对值无法测定，在实际应用中也只需了解熵在热力过程中的改变量。n当s2s1时，为熵增加的过程，表示工质从外界吸收热量。n当s2 s1时，为熵减少的过程，表示工质对外界放出热量。2022-4-212022-4-213333/52/52热的传导：热的传导： 传导热是指物体各部分之间无相对位移、传导热是指物体各部分之间无相对位移、或