北京理工工程热力学电子教案

《热工基础》电子教案

绪论热能及其利用

能源——为人类提供能量和动力的物质资源。

常见能源有：化石能、水力能、太阳能、风能、地热能、海洋能、核能等绝大多数能源都是以热能的形式为人类服务，但我们需要的却主要是动力。人类利用热能目前主要有两种形式：(1)热能的直接利用——能的形式不发生变化；如：取暖、烘烤、冶炼、蒸煮等。(2)热能的间接利用——能的形式发生变化，转变为机械能、电能等；如：热力发电厂、内燃机等，主要用于交通运输、机械制造等。热能利用的历史就是一部人类的发展史：

远古时代钻木取火（烤食、取暖）原始社会时期古代冶炼、制造金属工具（直接利用）封建社会时期近代（1784年）发明蒸汽机（间接利用）工业革命资本社会时期现代建立完善的热工理论（间接利用）（产生了飞机、火车、汽车、制冷）信息社会

当今

热传递问题（传热学）

如何提高效率

间接利用（工程热力学）2.热工基础与车辆工程的关系

空调——制冷、制冷工质、循环；汽车的动力——热能与动力的转化（包括：效率、原理）；散热器、管道传热——空调管道、热水管道；车内的舒适性——空气温度、湿度、降温与去湿、结露及湿空气过程3．热工基础的基本计量单位简介

主要采用SI国际单位制：长度——米；m.

质量——千克；kg.

时间——秒；s.

电流——安培；A.

热力学温度——开尔文；K.

物质量——摩尔；Mol.4.热工基础的常见物理量及单位第一章：热能转变的基本概念1.热力系、状态和状态参数1.1.热力系与工质⑴热力系——人为地选取一定范围的物质作为研究对象，这个对象称为热力系统（system）。⑵外界——热力系以外的物质（也称为环境）。⑶边界——热力系与外界的交界面（界面）。边界可以是假设的，也可以是真实的；可以是固定的，也可以是运动的。真实的固定的移动的12移动的12假设的固定的假设的假定的变化的⑷闭口系——与外界没有物质交换的热力系（但可以有能量交换，如加热）。⑸开口系——与外界有物质或能量交换的热力系⑹绝热系——热力系与外界无热量交换（但有其它能量交换，如功）⑺孤立系——热力系与外界无任何能量和物质交换。⑻简单可压缩系——由可压缩的流体构成，与外界只有容积变化功交换.⑼热源（冷源）——能为热力系提供无限热能（冷量），而自身温度不会发生变化.（高温热源、低温热源）其热容量无限大。(10)工质——用来实现能量相互转换的媒介物质为工质。

1.2热力系的状态及状态参数

热力系的状态——热力系在某一瞬间呈现的宏观物理状况。平衡状态——在没有外界影响条件下，系统各部分长时间内不发生任何变化的状态。状态参数——用于描述系统平衡状态的物理量。状态参数可分为两类：尺度量（广延量）——与系统所包含的物质量有关的量称为尺度量。强度量——与所含物质量无关，热力系中任一点都具有相同的数。1.3.基本状态参数

常用的状态参数：压力p，比容v

，温度Ｔ，热力学能(内能)U，焓Ｈ，熵Ｓ。基本的热力学参数:比容v

，压力p，温度Ｔ.（１）比容

比容是单位质量的物质所占有的容积。若m(kg)物质占有的容积为Ｖ(m3)，则比容为：密度是单位容积内所含物质的量。

（２）压力p（Ｐa）

压力是指单位面积上所承受的垂直作用力。

p=F/A(N/m2)常用单位有：kPa;Mpa;mmHg;atm;托气体的压力——是组成气体的大量分子对容器壁碰撞的统计平均的效果。通常用压力表或真空表测量流体压力.

绝对压力（p）——物质的真实压力。大气压力（pb）——大气环境的真实压力。表压力（pg）——压力表上读到的压力。真空度（pv）——真空计上的读数。表压力与真空度均是环境压力与绝对压力的差，所以当p＞pb时，p＝pg＋pb

当p＜pb时，p＝pb－pv常用的压力计有:弹簧压力计及Ｕ形管压力计（测压差）

比如右图的Ｕ形管压力计，对ＡＡ线上有：p＝pb+ρgHＨ为高度差（单位m）；p为被测压力；pb为环境压力；ρ为液柱中液体的密度；g为重力加速度。pbA

AHp（３）温度温度是物体冷热程度的标志温度概念的建立以热力学第零定律为依据。第零定律：Ａ与Ｂ处于热平衡；Ｂ与Ｃ处于热平衡，则Ａ与Ｃ必然处于热平衡。

ＡＢＣ温度是决定系统间是否处于热平衡的物理量。

衡量温度的标尺叫温标：国际单位所确定的温标叫热力学温度，T（K）

常用温标是摄氏温标，t

(℃)

热力学温标取水的三相点为基点，定为273.16K

摄氏温标取纯水在一个标准大气压下的冰点为0℃，与水的三相点差0.01度。所以

T=273.15+t(K)

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