《工程热力学》（第四版）配套教学课件

EngineeringThermodynamics工程热力学含实验课>4学时）教材：沈维道、蒋智敏、童钧耕合编

《工程热力学》（第四版）参考书：《工程热力学》曾丹苓等

《工程热力学》朱明善等以及童钧耕、何雅玲等学习辅导书（能源与动力学院）

工程热力学，是传热学、流体力学、燃烧学、发动机原理、泵与风机、锅炉原理、热交换器、热工测量、动力装置噪声、能源综合利用、制冷原理与技术、采暖通风等一系列专业课及专业基础课的共同基础，是本科生从基础课学习进入专业学习的先导必修课程。工程热力学是热动的灵魂课程，在此基础上深入与提高，才能成为合格的能源与动力专业及相关科技领域的技术与管理人才。◆《工程热力学》的专业重要性？绪论1、掌握每个章节的知识点及其理论线路2、着重把握每个知识点的物理意义与工程作用3、掌握工程热力学的分析方法与工具4、思考、领会、练习、实践、巩固5、开拓视野、广泛深入地学习相关知识6、文献检索、汲取最新知识7、在后继学习中对工程热力学的实践与应用◆如何学好《工程热力学》？绪论◆如何学好《工程热力学》？绪论温故而知新绪论绪论0－1热能及其利用1、能源能源——是产生各种能量的物质资源。它是人类生存和发展不可缺少的物质基础，它的开发和利用状况是衡量一个国家、一个时代经济发展和科学技术水平的重要标志，直接关系到人们物质文明程度的高低。能源——较集中、易转化的含能物质宏观运动所转化的能量能源对社会发展的影响能源结构经历了三次转变第一次～18世纪，煤炭成为人类社会的重要能源能源结构发生了由畜力，自然力和薪柴到煤炭的第一次转变，使社会生产力大为提高;第二次～20世纪20年代开始，世界能源结构发生了以煤炭为主向以石油，天然气为主的第二次转变,进入电气时代；第三次～当今，世界能源结构又开始经历第三次转变，即从由石油，天然气为主的能源系统向以再生能源为基础的可持续发展的能源系统。绪论能源的来源

宇宙的能量（太阳辐射），煤炭、石油、天然气，以及生物质能、水能、海洋热能和风能等都间接来自太阳

地球自身蕴藏的能量

地球与天体相互作用产生的能量能源的分类一次能源～自然界中未经加工或转换的能源二次能源～经人工加工转换的能源产品按是否可“再生”分类按是否可“燃烧”分类按是否有“核污染”分类按“新旧年代”分类其它等等。。。绪论绪论能源利用的两种主要形式

热利用——直接利用热能，如冶金、化工、食品等等工业与生活应用。

热能的动力利用——将热能转换为机械能或电能，提供动力，如发电、发动机等等。能源开发与利用的主要发展

太阳能

潮汐与海洋热能

地热能

生物质能

风能

等等。。。

核能绪论绪论我国主要用能状况

煤的蕴藏量世界第一，开采量世界第一，但是按目前消耗速度（30亿吨/年）只能延续200年。煤炭石油

石油、天然气资源紧缺，已探储量占世界人均的1/10，75％依赖进口。

我国经济对石油的需求越来越大，石油消耗量仅次于美国。2003年进口的原油较2002年增长了31%。交通消耗了我国50%的石油用量。天然气

西气东输工程，连接沿线用户特别是长江三角洲地区，全长4000公里。

我国单位GDP能耗为世界的4.7倍。

我国能源转换利用率为29％，比全球平均水平低10%。

我国SO2、NOx、CO2排放量大。能耗

热力学，是一门研究物质的能量、能量传递和转换以及能量与物质性质之间普遍关系的科学。工程热力学，是热力学的工程分支，是在阐述热力学普遍原理的基础上，研究这些原理的技术应用的学科，它着重研究热能与其它形式能量(主要是机械能)之间的转换规律及其工程应用。◆工程热力学是一门关于什么的课程？绪论绪论绪论0－2热力学发展简史0、热力学的萌芽

人类很早就对热有所认识，并加以应用。例如在相当早的年代，就知道加热岩石，再泼冷水让它爆裂，从而制造出石头工具。将热力学当成一门科学且定量地研究，则由十七世纪末开始，即在温度计制造技术成熟，并知道如何精密地测量温度以后，才真正开启了热力学的研究。绪论1、第一个阶段：十七世纪末到十九世纪中叶

实质上是热学的早期发展史，开始于十七世纪末到十九世纪中叶，这个时期累积了大量的实验和观察，并制造出蒸汽机，对热的本质展开了研究和争论，为热力学理论的建立做了准备。在十九世纪上半叶，出现的卡诺理论、热机理论（第二定律的前身）和热功相当互换的原理（第一定律的基础），已经包含了热力学的基本思想，但是这一阶段的热力学停留在对热力学现象的定性描述。热机的发展

十八世纪的欧洲，资本运作迅速扩张，生产大革命的到来导致对动力机械的需要，蒸气机由此发明。1695年，法国人巴本第一个发明了有气缸有活塞的蒸气机，英国工程师瓦特对蒸气机进行改造，增添了冷凝器，飞轮与离心节速器，发明了活塞阀，使机器由断续动作改为连续作用，第一部现代蒸气机问世。

蒸气机的发明，促进了对热学理论的研究，如热机的效率问题，热量与功的关系的研究，首先发展的是热学的一些基本概念。温度计的发展

热学中的核心概念是温度，冷热是人的基本感觉。生活中物体的温度发生变化时，物体的性质(力学、电学、化学性质)会发生变化，物体的状态(固态、液态、气态)也可以在一定条件下发生转变(即相变)，即热现象。

1593年：意大利伽利略制造了第一支温度计，以空气为测温物质，由玻璃泡内空气的热胀冷缩来指示冷暖。绪论伽利略温度计人类早就对大自然中的温度不同有所感受了：夏季的酷热，冬季的寒冷；火的烫手，冰的刺骨……不过那时人们对温度高低的辨别并没有一个标准，人们越来越需要一把测量温度的“尺子”。绪论伽利略开始构思这种测温仪器。根据古希腊人的发明，在U形的玻璃管里装一半水，将弯管的一端用铅球密封，另一端用玻璃球密封住管内的空气，在铅球下加热，U形管中的水就会向回退缩；移开铅球下的火源，铅球冷却，水会升回原位。1593年，伽利略发明制作了第一支空气温度计。这种气体温度计是用一根细长的玻璃管制成的。它的一端制成空心圆球形；另一端开口，事先在管内装进一些带颜色的水，并将这一端倒插入盛有水的容器中。在玻璃管上等距离地标上刻度。这样，当外界温度升高时，玻璃球内气体膨胀，使玻璃管中水位降低；反之，温度较低时，玻璃球内气体收缩，玻璃管中的水位就会上升。

第一支空气温度计虽能测定温度，但人们发现它的测定结果并不精确。因为气体温度计下端是与大气相通的，玻璃管中的水位高度不仅受到空心球中空气温度的影响，而且还受到大气压强的影响。也就是说，即使温度不变，玻璃管内的水的高度也会有所差异。绪论

伽利略的学生斐迪南在老师的指导下，决定用液体代替空气温度计中的空气。1654年，斐迪南经过对各种液体的试验之后，研制出了世界上第一支酒精温度计。它是往玻璃球里注适量酒精，再加热玻璃球，用酒精蒸气赶跑玻璃管中的空气，然后迅速把玻璃管口封死。这样，它就可以避免大气压强的影响。

可是，经过一段时间的使用，人们发现，酒精温度计也存在不足之处，即当用它测开水的温度时，温度计内一绪论片模糊。原来，水的沸点是100℃，酒精的沸点是78℃，因此将酒精温度计置于开水之中时，酒精早已变成气体了。显然，只有用高沸点的液体代替酒精，才能解决这一问题。1659年，法国天文学家布里奥（Boulliau），利用水银沸点较高的特性，制成水银温度计。这种温度计可测得357℃的高温，也可测得-39℃的低温。这又是一个飞跃。Boulliau绪论1702年：阿蒙顿（GuillaumelAmontons）仿伽利略的方法制出一个装有水银的Ｕ型且与大气压力无关的气体温度计，与现今标准气体温度计相近。

1714年：荷兰气象学家华伦海特（GabrielDannielFahrenheit）用水银或酒精制作出刻度可靠的温度计，选定了三个温度固定点，同时还证明了沸点会随大气压力变化。现代人把标准气压下水的冰点和沸点之间标以180刻度，就是华氏温标。

1742年：瑞典天文学家摄尔修斯（AndersCelsius）引进百分刻度法，他把水的沸点定为零度，水的冰点定为100度，此即所谓摄氏温标；其同事斯特莫（Stromer）把这两温度值倒过来，即成为近代所用的摄氏温标，到此为止，温度计基本定型。绪论热量概念的演化

长期以来，人们对温度和热量的概念混淆不清，很多人以为物体冷热的程度代表物体所含热的多少。

德国斯塔尔（GeorgErnstStahl）提出热是一种燃素，之后荷兰波哈维（HermannBoerhaave）提出热是一种物质。波哈维把华氏40度的冷水与同质量华氏80度的热水相混而得华氏60度的水，恰巧验证了热量守恒的定律；但是对于不同质量或不同物质的冷热物体的混合现象仍难以解释。

另一些人如虎克等，认为热是物质内部各部分激烈的运动，牛顿也认为热是粒子的运动。1740年左右，俄国圣彼得堡科学院院士克拉夫特（BaronRichardvonKrafft-Ebing）提出冷水、热水混合的公式。1750年由德国来到圣彼得堡的理奇曼（Richmann）院士也做了一系列热量测的研究，他将不同温度的水混合，研究热量的损失，指出混合前后，热量要相等的概念。1755年，兰勃特（JohannHeinrichLambert）院士才将热量与温度的概念加以区别和澄清。

对热量测量工作作出巨大贡献的是英国布雷克（JosephBlack），成功地澄清了温度和热量这两个概念，同时提出相变潜热的概念，阐明不同物质具有不同的“热容量”，其学生伊万（W.Irvine）正确地提出热容量概念。

1777年拉瓦锡（AntoineLaurentLavoisier）和拉普拉斯（PierreSimonMarquisdeLaplace）设计了一个“拉普拉斯冰量热器”，可以正确测出热容量和潜热。1784年麦哲伦（FerdinandMagellan）引进比热的术语；同一时期威尔克（Wilcke）提出若把水的比热定为1，则可以定出其它物质的比热。但是在这段期间人们依然认为热质说是正确的。1799年英国首任皇家研究院院长戴维（SirHumphryDavy）在维持冰点的真空容器中进行了摩擦实验，发现即使是两块冰相互摩擦也有些冰熔化成水，所以他认为摩擦引起物体微粒的振动，而这种振动就是热。1789年出生于美国，后到德国的伦福伯爵（CountRumford，BenjaminThompson），在慕尼黑兵工厂监督大炮钻孔，发现热是因摩擦而产生，由此断言：热不是物质而是来自运动。

德国梅耶（JuliusBobertMayer）和英国焦耳改变了人们的观念，促进了热一、二律的诞生。绪论2、第二个阶段：十九世纪中到七十年代末

这个时期发展了热力学和分子运动论，其诞生与热功当量原理有关。热功当量原理奠定了热力学第一定律的基础，而第一定律和卡诺理论结合，又导致热力学第二定律的形成；热功当量原理与微粒说结合，导致了分子运动论的建立。另一方面，以牛顿力学为基础的气体动力论也开始发展，然而，这段时期内人们并不了解热力学与气体动力论之间的关系，热力学和分子运动论彼此仍然相互隔绝。能量守恒与功能互换──著名的卡诺循环

卡诺（NicolasLeonardSadiCarnot，1796.6.1-1832.8.24）是法国拿破仑时代末期人，享年36岁。

卡诺自小矢志科学，进理工科学校工兵科，1819年退伍，钻研科学及艺术，1832年他先罹患猩红热，又得了脑膜炎，最后逝于霍乱，生前研究数据资料几乎全被烧毁。

卡诺在1842年出版的《关于火的动力考察》里研究了促进蒸汽机发展所需要的理论，其基础是“热素的保存”和“永动机械不可能”这两个原理，指出热从高温物体移到低温物体时才会产生动力，并认为最理想的机械应该具备：由带着活塞的汽缸里面的气体所产生的等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩等四种循环过程（现称“卡诺循环”）。用永动机不可能实现的原理证明了“在理想的机械，由于同量热素的移动会产生同量的工作，而其量只由温度决定”这个“卡诺定律”。在这些研究的备忘录中，卡诺放弃热素说，转为热的运动说，已接近“能量守恒定律”。1834年，卡诺的研究由克莱培伦（BenoitPierreEmileClapeyron）介绍面世。十年后，英国的开尔文勋爵（WilliamThompsonBaronKelvin）用他的研究提出绝对温度的观念；接着由克劳修斯完成了热力学的基础。卡诺之弟在1878年将其部分手稿交给法国科学院，这些数据显示卡诺确已计算了热功当量的数值。

卡诺明确地指出：热不是一种物质而是一种能量的形式。虽然他是最早建立热力学能量守恒概念的人，但由于晚了近五十年，其间又有梅耶（JuliusRobertMayer,1814-1878）和焦耳提出功能互换的原理，所以一般都不将卡诺视为能量守恒定律的创始人，因为在1878年第一定律和第二定律皆已建立完成。

梅耶(1814-1878)是德国的医生，是一个独立的物理学研究者。1840年左右，他的第一篇论文寄给德国物理年鉴，提出能量守恒和转换的概念，认为运动、热、电等都可以归结为一种力的现象，有一定的转换规律。但此文被退稿。1842年又投稿到化学和药学年鉴上，除了重述能量守恒的概念外，还提出热可以作功，功也可以产生热的能量等价观念，并根据比热实验推出热功当量数值。此文也未受重视。在1845年他自费印发了第三篇论文，明确指出：热功当量即是气体在等压膨胀过程中所作的功，其值等于定压下所吸收的热量与定容下所吸收的热量之差，后被称为“梅耶公式”。

当时除少数人外，梅耶的贡献长期未得到科学界的承认，能量守恒思想未获得理解。19世纪60年代以后科学界才给予梅耶公正评价。焦耳奠定热力学基础——热功当量实用

英国物理学家焦耳奠定了“能量守恒定律”，为热力学的发展确立基础；同时，其理论促进了制冷系统的发展。焦耳花了将近四十年的时间来证明：功转换成热时，功和所产生热的比是一个恒定的值，即“热功当量”。他是第一位研究热能、机械能与电能相互关系的人，也是第一位发现气体自由膨胀时温度会随之下降的人。

焦耳在1818年出生于英国，因体弱没有上过学，在家自学化学及物理学，十六岁上剑桥大学与著名的英国化学家道尔顿（JohnDalton）学习。在完成教育后，回家建立实验室进行独立研究。在1840年发表的论文中，率先阐明热能与其它能量的联系，指出：电流所生的热与电阻和电流平方的乘积成正比，即“焦耳定律”。

1852年，焦耳发现气体迅速自由膨胀时，温度会下降，此效应被后人广泛用以建立冷冻系统，促成日后冷气机与电冰箱的发明。焦耳最大的成就是：能量的测定与各种能量间相互转换关系的研究。他最初研究电学，制造不同形式的发电机并改善发电机效率，继而开始研究电能、热能与机械能间的转换关系。1848年，实验证明：当物体所含的力学能转换为热能时，整体能量会保持不变，能的形式可以互相转变，但是总能量永远不变。在此基础上发展出“能量守恒定律”，也是物理学的基本定律之一。1843年发表了一系列论文说明热功当量的测量方法，其1878年实验的当量值距今标准值的误差仅在1％之内。焦耳测热功当量用了三十多年，实验了400多次。与焦耳同时代的德国著名数学和物理学家赫姆霍滋（Helmholtz）也对能量守恒和转换定律作出重要贡献。

第一定律的形成

功与能相互转换及能量守恒的概念在1845年左右已形成，热力学第一定律由克劳修斯（RudolfJuliusEmmanuelClausius）用数学形式表达，接着又提出热力学第二定律。1854年首次引入“熵”的概念，1865年发现“熵增原理”，1851年第一次运用统计概念导出气体的压力公式，1858年引进自由程概念，导出了平均自由程公式，1879年获英国皇家学会的科普利奖。

科学界公认，能量守恒定律的奠基人是迈耶(1842)、焦耳(1843)和亥姆霍兹(1847)。卡诺的热机理论与第二定律的发现

热力学第二定律的发现与提高热机效率的研究有密切的关系。1765和1782年瓦特（JamesWatt,1736-1819）两次改进十八世纪即已发明的蒸汽机设计，但效率不高。

1824年，24岁的卡诺发表著名的卡诺定理，对于第二定律的热机理论产生重要影响。此文提出可逆的理想热机，即“卡诺循环”，提出理想热机效率取决于热质在转移时与两个温度的差有关，同时推论出永动机械是不可能实现的，并证明卡诺循环是具有最大效率的循环。

1850年克劳修斯在揭示第一定律的论文中，也以能量守恒和转换的观点重新验证了卡诺定理，并于1854年提出了第二定律：“如果没有外界作功，热永远不能由冷的物体传向热的物体”。3、第三个阶段：十九世纪后期到二十世纪初

这个时期内，波尔兹曼（LudwigEdwardBoltzmann）结合热力学与分子动力学的理论，建立了统计热力学，同时他也提出非平衡态的理论基础。至二十世纪初，吉布斯（J.WillardGibbs）提出系统理论，建立了统计力学。热力学元勋──威廉‧汤姆逊（开尔文勋爵）

威廉‧汤姆逊（WilliamThomson；授勋时改名为开尔文BaronKelvin）一家在威廉八岁时迁往苏格兰的格拉斯哥，汤姆逊10岁进入格拉斯哥大学，14学习大学程度的课程，15岁时凭论文“地球形状”获大学奖章，后到剑桥大学升学，毕业后到巴黎在勒尼奥指导下研究。1846年，汤姆逊回到格拉斯哥大学担任自然哲学（物理学）教授直到退休。他在学校建立起全英国大学中第一个物理研究实验室。他认为物质和电动力学的理论结果必须用实验来证明，他带领学生进行各种实验来检定和发展新的物理理论。此外，他还利用实验室的精密测量结果协助拟定大西洋海底电缆的铺设工程，使英国与美洲之间的通讯得到突破性的发展。19世纪物理学界普遍相信热是一种不生不灭的物质，汤姆逊本来也坚信这种说法，但研究过焦耳多篇关于电流生热的论文后，改变了想法，并和焦耳合作研究，为热力学第一定律（即能量守恒定律）提供有力的实验支持。汤姆逊对热力学第二定律的贡献更大，几乎与克劳修斯同时间，开尔文研究卡诺循环也提出第二定律，同时更由此确定绝对温标，又称开氏温标K。

他利用卡诺循环建立绝对温标，他重新设定水的冰点为273.7度；沸点为373.7度。为了纪念他的贡献，绝对温度的单位以开尔文（K）来命名。在1851年“热动力理论”论文中，阐明热力学第二定律：“我们不可能从单一热源取热，使它完全变为有用的功而不产生其它影响”。这是从当时古典物理理论至今正确而普遍适用的宏观物理定律。

开尔文，热力学第二定律由其提出，液态氮由其压缩制出，环球信息第一条电缆是他领导铺设，电子检流器由其发明，同位素放射理论由其建立的。1900年初，开尔文在英国皇家学会的新年致辞“笼罩在热和光的动力理论上的十九世纪之云”演讲中说：他认为物理世界晴空万里，动力理论可以解释一切物理问题；唯有两个小问题：即“以太理论”和“黑体辐射理论”尚待解决。正是这两朵小乌云所引起的讨论和探索，发展出二十世纪物理学两个最重要的范畴：相对论和量子力学。

第一节热能在热机中转变成机械能的过程

绪论基本概念

热能动力装置从燃料燃烧中得到热能，并利用热能得到动力的设备。

化学能热能机械能绪论基本概念热能动力装置分为两大类：燃气动力装置（内燃机、燃气轮机）

蒸汽动力装置（蒸汽轮机）绪论基本概念

工作过程：

吸气、压缩、燃烧膨胀、排气

工作物质：

燃气

能量转换：

化学能→热能→机械能内燃机（汽油机）绪论基本概念内燃机（汽油机）绪论基本概念内燃机（汽油机）绪论基本概念如何转换成数学物理描述？

1－炉子2－炉墙3－沸水管4－汽锅5－过热器6－汽轮机7－喷嘴8－叶片9－叶轮10－轴11－发电机12－冷凝器13、14、16－泵15－蓄水池绪论基本概念如何转换成数学物理描述？

定义：

工质实现热能和机械能相互转化的媒介。

热源工质从中吸取热量的物质，又称高温热源。

冷源接受工质排出热量的物质，又称低温热源。*变温热源因热容量有限，过程中温度变化。

绪论基本概念二、工质(workingsubstance;workingmedium)定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。对工质的要求:物质三态中气态最适宜。

1）膨胀性

2）流动性

3）热容量

4）稳定性，安全性

5）对环境友善

6）价廉，易大量获取

比较上述提及的两种热机

不同点：结构不同、工作特性不同、工质不同。

相同点：都存在相同的热力过程，压缩、吸热、膨胀作功和排热。

绪论基本概念

第二节热力系统

绪论基本概念

定义：

热力系统（热力系，thermodynamicsystem）热力学分析的有限物质系统。外界（环境，surrounding）热力系统以外的物体。边界（boundary）系统与外界之间的分界面。

绪论基本概念二、系统及边界示例•汽缸-活塞装置（闭口系例）

（a）边界固定，（b）无物质交换，有物质交换；边界不固定。绪论基本概念

热力系的分类

根据热力系有无质量、能量交换情况

闭口系统

开口系统

绝热系统

孤立系统绪论基本概念

其他热力系统可压缩系统、不可压缩系统；简单系统、复杂系统；均匀系统、非均匀系统；单元、多元系统；单相、多相系统。。。最常见的系统简单可压缩系统—系统与外界只有热量和容积功的交换。绪论基本概念例

1）闭口系与系统内质量不变的区别；

2）开口系与绝热系的关系；

3）孤立系与绝热系的关系。注意：4.简单可压缩系（simplecompressiblesystem）

—由可压缩物质组成，无化学反应、与外界有交换容积变化功的有限物质系统（本课程重点）。绝热系（adiabaticsystem）—

与外界无热量交换;

孤立系（isolatedsystem）—

与外界无任何形式的质能交换。3.按能量交换闭口系（动）2．例子——刚性绝热喷管取红线为系统—取喷管为系统—开口系绝热系（静）

第三节工质的热力学状态及其基本状态参数绪论基本概念

定义：热力学状态（stateofthermodynamicsystem）工质在热力变化过程中某一瞬间呈现出来的宏观物理状况，简称状态。状态参数（stateproperties）描述工质所处状态的宏观物理量。如温度、压力等。绪论基本概念

状态参数的特性1）工程热力学只从总体上研究工质所处的状态及其变化，不从微观角度研究个别粒子的行为和特性，因而所采用的物理量都是宏观的物理量。绪论基本概念2）状态参数的全部或一部分发生变化，即表明物质的状态发生变化。物质的状态变化也必然可由参数的变化标志出来。状态参数一旦确定，工质的状态也完全确定。因而状态参数是热力系统的单值函数，其值只取决于初终态，与过程无关。绪论基本概念即，满足：△Z＝＝Z2－Z1

3）状态参数是点函数，其微分是全微分。设

Z＝f(x,y),则：

反之，如能证明某物理量具有上述数学特征，则该物理量一定是状态参数。绪论基本概念

4）常用的状态参数有:

压力p、温度T、体积V、热力学能U、焓H和熵S，其中，压力、温度和体积可直接用仪器测量，这三个称为基本状态参数。其余的状态参数都可根据基本状态参数间接推得。绪论基本概念

5）状态参数有强度量与广延量之分强度量：与系统质量无关，如p、T。强度量不具有可加性。广延量：与系统质量成正比，如V、U、H、S。广延量具有可加性；但是，广延量的比参数（单位质量工质的体积、热力学能等）却具有强度量的特性，因为它们也不具有可加性。绪论基本概念

基本状态参数绪论基本概念

一、温度既然两个（或多个）独立的系统各自处于一定状态时是热平衡的，那么，这两个（或多个）系统具有一个共同的宏观性质——可以用一个物理量－温度来描述。绪论基本概念热平衡定律（热力学第零定律）分别与第三个系统处于热平衡（相互之间没有热量传递）的两个系统，它们彼此也必定处于热平衡。（这是由实验、经验中得到的而非由其它定律推出的公理）

绪论基本概念温度的物理意义：1）宏观上，温度是物体冷热程度的标志。2）微观上，温度是物质分子热运动剧烈程度的标志。温度是描述热力学平衡系统的一个状态参数，是强度量。绪论基本概念

测量温度的仪器称做温度计，选作温度计的感应元件的物质，应具备特定的物理性质，即——随物体的冷热程度不同有显著的变化。绪论基本概念定义：温标是指示温度的数值表示法。温标的三要素：测温物质及其测温属性基准点分度方法绪论基本概念

任选一种物质的某一测温属性，采用以上温标的规定所得到的温标称为经验温标，经验温标依赖于测温物质的物理性质。热力学理论指出：可以建立一种不依赖于测温物质的性质的温标,即热力学绝对温标。绪论基本概念热力学绝对温标（绝对温度）开尔文在热力学第二定律的基础上，从理论上引入的与测温物质性质无关的温标。它可作为标准温标，一切经验温标均可以用此温标来校正。符号为T，单位为K(称“开尔文”)。

规定水的三相点为基准点，并规定此点的温度为273.16K绪论基本概念

摄氏温标将一个大气压下纯水的冰点取为0度，沸点取为100度，中间100等分作为温标。符号t、单位℃。1960年国际计量会议给摄氏温标以新的基准，即由热力学绝对温标来规定摄氏温标，称热力学摄氏温标，把水的三相点定为273.16K，即0.01℃。有重要关系式：

0℃＝273.15K，t(℃)=T(K)-273.15绪论基本概念

华氏温标

1724年，由德国人华氏（GabridlDFahrenheit）提出。他把水、冰和氯化铵的混合物作为制冷剂，将当时能获得的最低温度作为0度，而把人体的温度作为96度；此后，改为冰水混合物为32°(即冰点),而以水沸点的温度为212°，中间分为180等份，每一等份代表1华氏度，这就是华氏温标。符号tF

，单位°F。绪论基本概念华氏温标与摄氏温标的换算关系为：

t(℃)=0℃=32oF100℃=212oF绪论基本概念

二、压力定义：单位面积上所受的垂直作用力称为压力。（即物理学中的压强，以后要注意此术语)

分子运动学说认为压力是大量气体分子撞击器壁的平均结果。绪论基本概念压力计测量工质压力的仪器。常见的压力计有压力表和U型管。由于压力计的测压元件处于某种环境压力的作用下，因此压力计所测得的压力是工质的真实压力p（或称绝对压力p(absolutepressure）与环境压力pb之差，叫做表压力pe（gaugepressure;manometerpressure）或真空度pv（vacuum;vacuumpressure）。绪论基本概念绝对压力、大气压力、表压力及真空度之间的关系绪论基本概念压力的单位国际标准单位：帕斯卡(简称帕)

符号：Pa

1Pa=1N/m2

标准大气压（atm,也称物理大气压）巴（bar）工程大气压（at）毫米汞柱（mmHg)

毫米水柱（mmH2O)绪论基本概念常用压力单位：各压力单位之间的换算关系PabaratmatmmHgmmH2OPa11×10-5

0.98692×10-5

0.10197×10-4

7.5006×10-2

0.1019712bar1×10510.986921.01972750.06210197.2atm1013251.0132511.0332376010332.3at98066.50.980660.967841735.55910000mmHg133.322133.322×10-5

1.31579×10-3

1.35951×10-3

113.5951mmH2O9.806659.80665×10-5

9.07841×10-5

1×10-4735.559×10-4

1绪论基本概念

三、比体积(specificvolume)及密度(density)定义：单位质量物质占有的体积称为比体积。单位体积物质的质量称为密度。m3/kgv与ρ互成倒数，即：vρ＝1kg/m3绪论基本概念其他的参数怎么得到呢？

第四节平衡状态、状态方程式、坐标图绪论基本概念

一、平衡状态

一个热力系统，如果在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。绪论基本概念实现平衡状态的充要条件系统内部及系统与外界之间的一切不平衡势差（力差、温差、化学势差）消失，是系统实现热力平衡状态的充要条件。

绪论基本概念热力平衡状态必须同时满足：热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的传递。力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位移。

绪论基本概念此外，还有化学平衡、相平衡等。

自然界的物质实际上都处于非平衡状态，平衡只是一种极限的理想状态。

(工程热力学通常只研究平衡状态)绪论基本概念思考：平衡状态与均匀状态是什么关系？平衡状态与稳定状态是什么关系？平衡状态是相对时间而言的，均匀状态是相对空间而言的。对于处于热力平衡态下的单相流体（气、液），若不计重力的影响，则系统内部各处的性质是均匀一致的，各处的温度、压力、比体积等状态参数相同。(如果考虑重力影响，则系统中的压力和密度将沿高度而有所差别)。对于气液两相并存的热力平衡系统，气相和液相的密度不同，因而系统不是均匀的。本书在未加特别说明之处，一律把平衡状态下的单相物系当作是均匀的，各处的状态参数相同。绪论基本概念平衡状态与均匀状态之间的关系例子？就平衡而言，不存在势差是其本质，而状态参数不随时间变化只是其现象。平衡必稳定，稳定不一定平衡。

绪论基本概念平衡状态与稳定状态之间的关系例子？

二、状态公理与状态方程

热力系的平衡状态可以用状态参数来描述，每一个状态参数都是从某一个角度来描述系统的某一方面宏观的性质，但是这些状态参数并不都是独立的，而是相互影响的。绪论基本概念系统处于平衡状态时，描述这个状态需要几个独立变量？

状态公理对于组成一定的物质系统，该系统平衡态的独立状态参数有n+1个

绪论基本概念联系——自由度n——表示系统与外界进行准静功交换的数目1——表示系统与外界的热交换

对于简单可压缩系统，不存在电功、磁功等其它形式的功，系统与外界能量的交换方式除热之外只有容积变化功（膨胀功或压缩功）1

种形式的功交换。因此，描述纯物质的简单可压缩系统平衡状态的独立状态参数只有2个。绪论基本概念

状态方程简单可压缩系统平衡态的独立参数只有2个，因此一个状态参数均可以用其它任意两个不同的状态参数表示：以下基本状态参数之间有：或：则将上列表达式称之为状态方程。绪论基本概念

状态方程式反映的是平衡状态下基本状态参数p、v、T之间的关系。状态方程式的具体形式还取决于工质的性质。对于理想气体的状态方程式，状态方程为：绪论基本概念三、状态参数坐标图

对于简单可压系统，由于独立参数只有两个，因此，可用两个独立状态参数组成二维平面坐标系，坐标图中任意一点代表系统某一确定的平衡状态，反之，任意一平衡状态则对应图上一个点。将这种图称状态参数坐标图。绪论基本概念

注意：只有平衡态才能在状态坐标图上用点表示，不平衡态没有确定的热力学状态参数，无法在图上表示。绪论基本概念第五节工质的状态变化过程（热力过程）绪论基本概念“平衡”意味着宏观是静止的；“过程”意味着变化，即平衡被破坏。

绪论基本概念那么，“平衡”和“过程”这两个矛盾的概念怎样统一协调呢？这就需要引入概念—准平衡过程(准静态)。一、准平衡过程（准静态过程）定义：由一系列连续的平衡态组成的过程称为准平衡过程，也称准静态过程。特点：准平衡过程是实际过程进行得足够缓慢的极限情况。

绪论基本概念

这里，“缓慢”是指热力学意义上的缓慢，即由不平衡到平衡的驰豫时间远小于过程进行所用的时间。例实现准平衡过程的条件：推动过程进行的势差无限小。（以保证系统在任意时刻都无限接近于平衡态）绪论基本概念建立了准平衡过程概念，则可以：有确定的状态参数变化描述过程；在参数坐标图上用一条连续曲线表示过程。绪论基本概念

二、可逆过程与不可逆过程

定义：

如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向运行时，能使系统和外界都返回到原来的状态，而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程，否则为不可逆过程。绪论基本概念实现可逆过程的条件：首先应是准平衡过程过程中不存在任何能量耗散绪论基本概念通过摩擦、电阻、磁阻等使功变成热的效应。

准平衡过程只要求系统内部平衡，而有无外部机械摩擦对系统内部平衡无影响，所以准平衡过程可以有耗散效应。可逆过程不仅要求系统内部平衡，而且要求系统与外界的作用可以无条件逆复，过程时行时不能存在任何能量上的耗散。

绪论基本概念准平衡过程与可逆过程的区别：

可逆过程必是准平衡过程，准平衡过程是可逆过程的必要条件。可逆过程必是无耗散的准平衡过程。绪论基本概念第六节过程功和热量

绪论基本概念

一、功1、功的力学定义：功是力和力方向上位移的乘积。2、功的热力学定义：

功是热力系统通过边界而传递的能量，且其全部效果可表现为举起重物。绪论基本概念3、功的正负

热力学中约定：系统对外界作功取为正，外界对系统作功取为负。4、功的单位

焦耳（J）5、比功和功率比功：单位质量物质所作的功，单位：J/kg功率：单位时间内完成的功，单位：W（瓦）绪论基本概念

二、可逆过程的功

1、可逆过程的功的计算设有质量为m的气体在气缸中进行可逆膨胀，如图过程线1－2。过程中所作的膨胀功为：绪论基本概念如果工质为1kg，所作的功为：有关功的说明：功的数值不仅决定于工质的初、终态，而且还和过程的路径有关，因此功不是状态参数，是过程量。绪论基本概念

微元过程作出过程量用表示，如微功量用w（状态参数的微增量用d表示，如dp、

dv、

dT）

膨胀功、压缩功均是通过工质体积变化与外界交换的功，统称为“体积变化功”。体积变化功只与气体的压力及体积的变化量有关，与形状无关。绪论基本概念

有用功

系统在膨胀过程中所作出的功，可能一部分被摩擦耗散，一部用以排斥大气、反抗大气压力作用，余下的才是可被利用的功，这部分功被称为有用功：（有用功＝膨胀功－排斥大气功－耗散功）绪论基本概念其中，排斥大气的功为：对于可逆过程，有用功为：绪论基本概念

三、热量1、热量的定义

热力系统与外界之间仅仅由于温度不同而通过边界传递的能量，用Q表示（比热量为q）。2、热量的正负——热力学中约定：系统吸热为正，放热为负。3、热量的单位——国际单位：J（焦耳），工程单位：kJ（千焦）绪论基本概念

4、可逆过程热量的计算绪论基本概念

不同之处：功是系统与外界在力差的推动下，通过宏观的有序运动来传递能量，作功与物体的宏观位移有关；热量是系统与外界在温差的推动下，通过微观粒子的无序运动来传递能量，传热量无需物体的宏观移动。绪论基本概念

思考：功与热量有什么相同与不同之处？

相同之处：功与热都是系统与外界通过边界交换的能量；功与热均为过程量。第七节热力循环

绪论基本概念

一、热力循环

1、热力循环的定义：

工质由某一初态出，经历一系列热力状态变化后，又回到原来初态的封闭热力过程称为热力循环，简称循环。绪论基本概念

一、热力循环

1、热力循环的定义：

工质由某一初态出，经历一系列热力状态变化后，又回到原来初态的封闭热力过程称为热力循环，简称循环。绪论基本概念循环的目的是为了实现预期连续的能量转换，而不是为了获得工质状态的变化!

2、可逆循环与不可逆循环

全部由可逆过程组成的循环为可逆循环；循环中若有一部分过程不可逆，即为不可逆循环。可逆循环在状态参数坐标图上为一封闭的曲线。

3、循环的经济性绪论基本概念

二、正向循环

把热能转化为机械能的循环叫正向循环，也叫动力循环，它使外界得到功。热源热机冷源Q1Q2绪论基本概念

正向循环分析正向循环的经济性－热效率：绪论基本概念

三、逆向循环把热量从低温热源传给高温热源的循环叫逆向循环，也叫制冷循环或热泵循环，它消耗外界的功。热源热机冷源Q1Q2绪论基本概念

逆向循环分析制冷循环的经济性－制冷系数：热泵循环的经济性－热泵系数：绪论基本概念1、知道热力系的概念，明确热力学分析中采用热力系的目的-要求掌握用热力系、控制质晕、控制体积的特点。会根据实际情况划定热力系，关于这一点可以在以后各章的习题中加以练习。其他类型的热力系，对于不准备更深入学习热力学的同学可只作一般了解。

2状态参数

(1)了解状态参数的特性。状态参数的特性在热力学分析中起到很重要的作用。在此了解即可，后面的学习中还会深入讨论。

(2)掌握压力的绝对压力、表压力、真空度的概念；能熟练地进行不同工作状态下的绝对压力的确定，能进行不同压力单位间的换算。第一章学习要求绪论基本概念3、平衡状态掌握平衡状态和势差的概念，了解常见势差形式。4、热力过程掌握准平衡过程，可逆过程的概念，了解工程热力学分析过程常用的思路和准平衡工程、可逆过程在热力学研究中的意义。5、功与热量了解功与热量是过程量，能熟练进行体积功的常规计算，了解p-v图的示功方法、T-s图的示热方法。6、循环了解循环及其经济性指标的定义与意义，掌握正向循环与逆向循环的概念。绪论基本概念

热力系由研究对象、边界和外界组成选取热力系是为了讨沦研究对象通过边界与外界进行能量交换和质量交换的情况，通常是通过研究热力系的状态及状态变化来实现的。热力系通过边界与外弹的相互作用有能量交换和质量交换，能量交换则有热量和功量两种形式。

例1为研究汽轮机内蒸汽变化规律，选取热力系通常可取作控制体积，也可以取作开口系，还可以取作绝热系，这些分法是否矛盾？把研究对象限制在一定空间范围；关注边界上与外界的相互作用；汽轮机转速高，蒸汽停留时间短，忽略散热。绪论基本概念

例2热力系内工质质量保持恒定．则热力系一定是：

A、开口系B、闭口系C、孤立系D、控制质量例3如图刚性容器被分割为两部分，容器壁上分别装有3个压力表，表B读数为80kPa，表C读数为100kPa，当地大气压为770mmHg。问：压力表A的读数是多少？例4如果上题中表C为真空表(负压计)，读数为20kPa，表B为压力表，读数为30kPa，问：表A是压力计还是真空表？其读数是多少？如果先判断是压力表还是真空计，就要用绝对值带入；如果不先判断是什么里类型的压力表，可以用代数值带入，用正负号判断。绪论基本概念例5刚性容器中盛有水与水蒸气的混合物，若容器是绝热的，水与水蒸气的状态参数压力、温度分别相等，且不随时间变化，若取容器内的工质为热力系。问：水汽混合物是否处于平衡状态？热力系是否处于均匀状态？例6采用一个热源对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发，这个过程是:A、可逆的B、不可逆的C、准平衡的D、不能确定准平衡或可逆与否取决于加热时热源与工质温度差是否趋于无限小，此题没给出这个条件，故不能确定结果。例7可逆过程是：A、既可正向又可逆向进行的过程B、工质能按原路线回到原状态的过程C、没有能量耗散的准平街过程D、绝热的过程绪论基本概念例8绪论基本概念

例9解答第一章结束请大家及时复习、消化序号

大写

小写

英文注音

国际音标注音

中文注音

1

Α

α

alpha

a:lf

阿尔法

2

Β

β

beta

bet

贝塔

3

Γ

γ

gamma

ga:m

伽马

4

Δ

δ

delta

delt

德尔塔

5

Ε

ε

epsilon

ep`silon

伊普西龙

6

Ζ

ζ

zeta

zat

截塔

7

Η

η

eta

eit

艾塔

8

Θ

θ

thet

θit

西塔

9

Ι

ι

iot

aiot

约塔

10

Κ

κ

kappa

kap

卡帕

11

∧

λ

lambda

lambd

兰布达

12

Μ

μ

mu

mju

缪

13

Ν

ν

nu

nju

纽

14

Ξ

ξ

xi

ksi

克西

15

Ο

ο

omicron

omik`ron

奥密克戎

16

∏

π

pi

pai

派

17

Ρ

ρ

rho

rou

肉

18

∑

σ

sigma

`sigma

西格马

19

Τ

τ

tau

tau

套

20

Υ

υ

upsilon

jup`silon

宇普西龙

21

Φ

φ

phi

fai

佛爱

22

Χ

χ

chi

phai

西

23

Ψ

ψ

psi

psai

普西

24

Ω

ω

omega

o`miga

欧米伽第二章热力学第一定律

第二章热力学第一定律本章基本要求应深入理解热力学第一定律的实质，熟练掌握热力学第一定律及其表达式。能够正确、灵活地应用来分析计算工程实际中的有关问题。掌握能量、储存能、热力学能、迁移能的概念。第二章热力学第一定律

掌握体积变化功、推进功、轴功和技术功的概念及计算。注意焓的引出及其定义式。第二章热力学第一定律第一节热力学第一定律的实质

第二章热力学第一定律能量守恒：

“自然界中的一切物质都具有能量；能量既不可能创造，也不能消灭，它只能在一定的条件下从一种形式转变为另一种形式；而在转换中，能量的总量恒定不变”。——焦耳第二章热力学第一定律

热力学第一定律的实质：能量守恒与转换定律在热现象中的应用。它确定了热力过程中热力系与外界进行能量交换时，各种形态能量在数量上的守恒关系。第二章热力学第一定律

在工程热力学的范围内，主要考虑热能与机械能之间的相互转换与守恒。热力学第一定律可表述为：

热可以变为功，功也可以变为热，在相互转变时能的总量保持不变。第二章热力学第一定律热力学第一定律表明——第一类永动机是不可能实现的。第二章热力学第一定律第二节热力学能和总能

第二章热力学第一定律

能量是物质运动的度量，运动有各种不同的形态，相应的就有各种不同的能量。系统储存的能量称为储存能，它有内部储存能与外部储存能之分。第二章热力学第一定律一、内部储存能量－热力学能

热力学能是储存在系统内部的能量，它与系统内工质的内部粒子的微观运动和粒子的空间位置有关，是下列各种能量的总和。第二章热力学第一定律1、分子热运动形成的内动能。它是温度的函数。2、分子间相互作用形成的内位能。它是比体积和温度的函数。3、维持一定分子结构的化学能、原子核内部的原子能及电磁场作用下的电磁能等。

第二章热力学第一定律热力学能：符号：U法定计量单位：焦耳（J）比热力学能：（1kg物质的热力学能）符号：u单位：J/kg第二章热力学第一定律热力学能是状态参数，是热力状态的单值函数：第二章热力学第一定律二、外部储存能需要用在系统外的参考坐标系测量的参数来表示的能量，称为外部储存能，它包括系统的宏观动能和重力势能：宏观动能：重力势能：第二章热力学第一定律三、系统的总储存能（简称总能）系统的总储存能为系统的内部储存能与外部储存能之和，用E表示：单位质量工质（1kg）的总能为比总能：

第二章热力学第一定律第三节能量的传递和转化第二章热力学第一定律一、作功与传热作功和传热是能量传递的两种方式，因此功量与热量都是系统与外界所传递的能量，而不是系统本身的能量，其值并不由系统的状态确定，而是与传递时所经历的具体过程有关。所以，功量和热量不是系统的状态参数，而是与过程特征（路径）有关的过程量，又称为迁移能。第二章热力学第一定律作功：借作功来传递能量总是和物体的宏观位移有关。作功过程中往往伴随着能量形态的变化。传热：借传热来传递能量，不需要物体的宏观移动。传热是相互接触的物体间存在温差时发生的能量传递过程。第二章热力学第一定律二、推动功和流动功工质在开口系统中流动所传递的功，叫推动功。特点：移动过程中工质的状态参数不变（特殊性～类似状态量特征，可作“状态”来“处理”）。第二章热力学第一定律本质仍是过程量—“pΔV”

工质在流动时，总是从后方获得推动功，而对前方作出推动功，进出质量的推动功之差称为流动功。第二章热力学第一定律第四节焓第二章热力学第一定律

一、焓的定义

焓的单位：J，比焓的单位：J/kg第二章热力学第一定律

二、焓是状态参数绪论第二章热力学第一定律①②ab

三、焓的物理意义

焓是物质进出开口系统时带入或带出的热力学能与推动功之和，是随物质一起转移的微观＋宏观能量。

焓是状态参数，不仅在开口系统中出现，而且在分析闭口系统时，它同样存在。第二章热力学第一定律第五节热力学第一定律的基本能量方程式

第二章热力学第一定律

热力学第一定律的原则应用于系统中能量变化时，可写成如下形式：

第二章热力学第一定律进入系统的能量离开系统的能量系统增量（增或减）一、闭口系统的能量方程设闭系中工质从外界吸热Q后，从状态1变化到状态2，同时对外作功W，则：此式即闭口系的能量方程式（热力学第一定律）。第二章热力学第一定律

若闭口系经过一个微元过程，则能量方程为微分形式为：

对于1kg工质，能量方程式为：第二章热力学第一定律

对于循环（热机转换能量而不积蓄能量）：

以上各能量方程式适用于闭系、各种过程（可逆或不可逆）及各种工质（理想气体、实际气体或液体）。第二章热力学第一定律教材例2－1如图2－3所示，一定量气体在气缸内体积由0.9m3可逆地膨胀到1.4m3，过程中气体压力保持定值，且p=0.2MPa。若在此过程中气体热力学能增加12000J，试求：（1）此过程中气体吸入或放出的热量；（2）若活塞质量为20kg，且初始时活塞静止，求终态时活塞的速度。已知环境压力p0=0.1MPa。第二章热力学第一定律要点：1-划定研究体系-热力系；

2-由ΔU和W，用热一律确定Q；

3-求出有用功—这部分能量推动活塞加速。第六节开口系统能量方程式第二章热力学第一定律

实际热力设备中能量转换过程是工质循环流经各热力设备，完成不同的热力过程，实现能量转换。因此分析这类热力设备时，常采用开口系即控制容积的分析方法。第二章热力学第一定律一、开口系能量方程考察一开口系统如图：

第二章热力学第一定律

因此有：第二章热力学第一定律则有开口系能量方程的一般表达式如下：第二章热力学第一定律若进、出系统的工质有若干股，则方程为：第二章热力学第一定律以流率表示的开口系能量方程为：第二章热力学第一定律二、稳定流动能量方程所谓稳定流动，即流动过程中开口系内部及其边界上各点工质的热力参数及运动参数都不随时间而变。第二章热力学第一定律第二章热力学第一定律能量方程则可写成：其微分形式为：

若流过开口系有m质量(kg)流体，其稳定流动的能量方程为：第二章热力学第一定律其微分形式：三、稳定流动能量方程式的分析此三项为技术上可资利用的功，称为技术功wt第二章热力学第一定律技术功的定义：三、稳定流动能量方程式的分析第二章热力学第一定律技术功、膨胀功、流动功之间关系：三、稳定流动能量方程式的分析第二章热力学第一定律技术功、膨胀功、流动功之间关系：q=Δu+w

微分形式：对于可逆过程：第二章热力学第一定律焓的定义热一律

一般形式过程可逆第二章热力学第一定律思考题开口系实施稳定流动过程，是否同时满足下列三式？第二章热力学第一定律第七节能量方程式的应用

第二章热力学第一定律

工质在设备内流动时，在同一截面上参数近似地看作是均匀的，并认为同一截面上各点流速一致。第二章热力学第一定律(为什么需此假设？)一、开口系稳定流能量方程在几种常见热力设备中的应用动力机(涡轮）——第二章热力学第一定律一、开口系稳定流能量方程在几种常见热力设备中的应用动力机(涡轮）——第二章热力学第一定律压气机——第二章热力学第一定律压气机——第二章热力学第一定律换热器——第二章热力学第一定律换热器——第二章热力学第一定律

管道——

第二章热力学第一定律

管道——

第二章热力学第一定律

节流——第二章热力学第一定律

节流——第二章热力学第一定律例2－2已知新蒸汽流入汽轮机时的焓h1=3232kJ/kg，流速cf1=50m/s；乏汽流出汽轮机时的焓h2=2302kJ/kg，流速cf2=120m/s。散热损失和位能差可略去不计。（1）试求每千克蒸汽流经汽轮机时对外界所作的功。若蒸汽流量是10t/h。（2）求汽轮机的功率。第二章热力学第一定律要点：1-划定研究体系-热力系-开口系第二章热力学第一定律要点：1-划定研究体系-热力系-开口系；

2-由开口系能量方程2-1求出内部功wi例2－2已知新蒸汽流入汽轮机时的焓h1=3232kJ/kg，流速cf1=50m/s；乏汽流出汽轮机时的焓h2=2302kJ/kg，流速cf2=120m/s。散热损失和位能差可略去不计。（1）试求每千克蒸汽流经汽轮机时对外界所作的功。若蒸汽流量是10t/h。（2）求汽轮机的功率。第二章热力学第一定律要点：1-划定研究体系-热力系-开口系；

2-由开口系能量方程2-1求出内部功wi；

3-求功率。例2－2已知新蒸汽流入汽轮机时的焓h1=3232kJ/kg，流速cf1=50m/s；乏汽流出汽轮机时的焓h2=2302kJ/kg，流速cf2=120m/s。散热损失和位能差可略去不计。（1）试求每千克蒸汽流经汽轮机时对外界所作的功。若蒸汽流量是10t/h。（2）求汽轮机的功率。二、开口系的能量方程应用的典型例子充气问题——非常重要在充、放气过程中，容器内气体的状态随时间在不断变化，但可以认为在每一个瞬间整个容器内各处的参数都是一致的；另外，在充气过程中，虽然流动情况随时间变化，但可以认为通过容器边界进入容器的气体进口状态不随时间变化，这种充气过程称为均匀状态稳态流动过程。第二章热力学第一定律

考察图中对容器的充气过程，假定主管中气体参数不变，容器壁绝热。取容器为系统：绝热充气过程的条件可表示为：第二章热力学第一定律（2-18）

充气过程中，系统本身的动能及位能变化忽略不计，系统的总能即为系统的热力学能：第二章热力学第一定律

将上述条件代入（2-18），忽略进入容器时气体的动能及位能变化，用脚标in代替1表示进入容器的参数，则方程变为：积分：

在输气管道中，气体参数不变，hin为常数，上式可简化为：若充气前容器为真空，则m1=0，充气后质量为m2，它等于充入容器的质量min：第二章热力学第一定律即：详例计算过程见p50-51。例2-3某输气管内气体的参数为p1=4MPa,t1=30℃,h1=303kJ/kg。设该气体是理想气体，它的热力学能与温度之间的关系为u=0.72TkJ/kg,气体常数Rg=287J/(kgk)。现将1m3的真空容器与输气管连接，打开阀门对容器充气，直至容器内压力达4MPa为止。充气时输气管中气体参数保持不变，问充入容器的气体量为多少千克（设气体满足状态方程pV=mRgT）第二章热力学第一定律例2-4：一可自由伸缩，不计张力的容器内有压力p=0.8MPa，温度t=27℃的空气74.33kg。由于发生泄漏，容器内压力降低到0.75MPa，温度不变，称重后发现少了10kg。不计热阻，求过程中通过容器的换热量。（大气压力p0=0.1MPa，温度t0=27℃，空气的焓与热力学能的计算式为：）第八节小结第二章热力学第一定律第一章与第二章中重要概念热力系统准平衡过程与可逆过程状态量与过程量热量与功（容积功W、推动功PV、流动功Wf、内部功Wi、轴功Ws、技术功Wt）基本状态参数、热力学能、焓第二章热力学第一定律

第二章热力学第一定律

第二章热力学第一定律例一活塞气缸设备内装有5kg的水蒸汽，由初态的比热力学能u1=2709.0kJ/kg，膨胀到u2=2659.6kJ/kg，过程中加给水蒸气的热量第二章热力学第一定律为80kJ

，通过搅拌器输入的轴功为18.5kJ。试求：通过活塞所作的功。步骤：1、确定研究对象；2、写出所研究热力系的对应的能量方程；3、分析系统与外界的相互作用，作出某些假设和简化；4、求解方程，解出未知数。第二章热力学第一定律