工程热力学气体的热力性质课件

工程热力学气体的热力性质课件工程热力学基础气体的热力性质热力学第一定律与第二定律气体的压缩与膨胀气体的流动与传热工程热力学应用案例contents目录01工程热力学基础工程热力学是研究热力学原理及其在工程实践中的应用的一门学科，主要涉及能源转换、制冷、动力、化工等领域。工程热力学的发展源于19世纪初期，随着工业革命的推进，人们开始深入研究热力学原理，并应用于蒸汽机、内燃机、制冷机等领域。工程热力学的研究对象主要是物质和能量之间的相互关系，以及在特定条件下物质的热力性质。定义与背景工程热力学在能源转换领域的研究涉及各种能源形式之间的转换，如内燃机、燃气轮机、蒸汽轮机等。能源转换制冷技术是工程热力学的一个重要应用领域，如冰箱、空调等制冷设备的研发和优化。制冷工程热力学在动力领域的应用包括汽车发动机、火箭发动机等，主要涉及燃烧和推进原理。动力化工领域中涉及许多热力学问题，如反应热、传递过程等，工程热力学为化工过程的优化和控制提供了理论基础。化工工程热力学的应用领域通过建立数学模型，对热力学过程进行详细分析，预测系统性能。理论分析实验研究数值模拟通过实验测定物质的热力性质，以及系统和设备的性能，为理论分析提供数据支持。借助计算机模拟技术，对系统和过程进行模拟和分析，预测性能并优化设计。030201热力学的研究方法02气体的热力性质在微观上，理想气体分子之间无相互作用力，无分子势能；在宏观上，理想气体的分子体积与间隙相比可忽略不计。理想气体实际气体在温度、压力下所处的状态与理想气体不同，需要考虑分子间的相互作用力和分子本身的体积。实际气体理想气体与实际气体$PV=nRT$，其中P是压力，V是体积，n是摩尔数，R是气体常数，T是温度（以开尔文为单位）。需要根据实验数据确定，通常不是简单的函数关系。气体的状态方程实际气体的状态方程理想气体的状态方程理想气体的热力性质表包含理想气体的比热容、内能、焓等热力学性质随温度和压力的变化关系。实际气体的热力性质表包含实际气体的热力学性质随温度和压力的变化关系，通常需要根据实验数据测定。气体的热力性质表03热力学第一定律与第二定律热力学第一定律即能量守恒定律，它表明能量不能从一种形式直接转化为另一种形式，而是需要借助其他形式的能量进行转化。在封闭系统中，能量总是保持恒定，不会凭空消失或产生。热力学第一定律的定义热量Q、工作W和冷凝物Qr之间的数学关系可以用以下公式表示：Q=W+Qr。热力学第一定律的数学表达式热力学第一定律热力学第二定律的定义热力学第二定律指出，热量总是从高温物体传导到低温物体，而不允许从低温物体传导到高温物体。这意味着自然界的能量转化是有方向性的，是不可逆的。热力学第二定律的表述热力学第二定律可以表述为“熵增加原理”，即封闭系统中的熵（混乱度或失序度）总是不断增加，即系统总是朝着更加混乱的方向演化。热力学第二定律熵与熵增原理熵的定义熵是用来表示系统混乱度或失序度的物理量，它代表了系统内部能量的分布情况。对于封闭系统而言，熵总是不断增加，表示系统内部能量的分布越来越均匀。熵增原理熵增原理是指在封闭系统中，熵总是朝着增加的方向演化，即系统总是朝着更加混乱的方向演化。这意味着自然界中的能量转化是有方向性的，是不可逆的。04气体的压缩与膨胀压缩气体时，气体的体积减小，压力增加根据波义耳定律，一定质量的气体，在温度不变时，气体的压力与体积的乘积保持不变压缩过程中，气体的温度会升高，这是由于气体分子之间的碰撞增加气体压缩过程根据查理定律，一定质量的气体，在体积不变时，气体的压力与温度的乘积保持不变膨胀过程中，气体的温度会降低，这是由于气体分子之间的碰撞减少膨胀气体时，气体的体积增大，压力减小气体膨胀过程0102压缩与膨胀过程中的能量转换在膨胀过程中，气体内能转化为功，使气体对外界做功在压缩过程中，外界对气体做功，将能量转换为气体内能的形式储存起来05气体的流动与传热

气体流动的基本方程连续性方程基于质量守恒定律，表示单位时间内流入流出控制体的质量流量之差与控制体内质量的变化率之和等于零。动量方程基于牛顿第二定律，表示单位时间内流入流出控制体的动量流量之差与控制体内动量的变化率之和等于作用在控制面上的外力之和。能量方程基于能量守恒定律，表示单位时间内流入流出控制体的能量流量之差与控制体内能量的变化率之和等于作用在控制面上的外力之功。摩擦阻力对气流的影响摩擦阻力是气体流动过程中的一种阻力，它与流速的平方成正比，会影响气体的流动状态。局部阻力对气流的影响局部阻力是指气体流经管道中的弯头、阀门等局部区域时产生的阻力，它与流速的平方成正比，会影响气体的流动状态。管道截面变化对气流的影响当管道截面变化时，会影响气流的流速和压力，进而影响气体的流动状态。气体在管道中的流动热传导是指热量在物体内部由高温区域向低温区域传递的过程，主要取决于物体的导热系数和温差。热传导热对流是指热量在流体之间由高温区域向低温区域传递的过程，主要取决于流体的对流系数和温差。热对流热辐射是指热量通过电磁波的形式由高温区域向低温区域传递的过程，主要取决于物体的辐射系数和温差。热辐射传热过程的基本概念06工程热力学应用案例蒸汽轮机是利用蒸汽来产生动力的机械设备，计算其效率对于优化其设计和操作具有重要意义。总结词蒸汽轮机效率的计算涉及到热力学第一定律和第二定律的应用。根据蒸汽的进出口参数（温度、压力、蒸汽量）以及蒸汽轮机的机械效率等参数，可以计算出蒸汽轮机的热效率。同时，还可以进一步分析影响效率的因素，并提出改进措施。详细描述蒸汽轮机效率的计算总结词内燃机是一种常见的动力机械，其工作过程涉及复杂的热力学过程。通过模拟可以深入了解内燃机的工作特性并优化其设计。详细描述内燃机工作过程的模拟涉及到燃烧学、传热学、流体力学等多个学科的知识。通过建立数学模型，可以模拟内燃机的进气、压缩、燃烧和排气等过程，进而预测其性能指标。此外，模拟还可以用于优化内燃机的设计，提高其动力和经济性能。内燃机工作过程的模拟VS制冷循环是利用制冷剂在循环过程中状态变化来实现热量转移的装置。对制冷循环的性能进行分析对于提高制冷效果、节约能源具有重要意义。详细描述制冷循环的性能分析涉及到热力学第一定律和第二定律的应用。通过分析制冷剂在循环过程中的状态变化以及能量传递过程，可以计算出制冷循环的热效率和制冷量等性能指标。此外，还可以进一步分析影响性能的因素，如制冷剂类型、操作条件等，并提出优化措施。总结词制冷循环的性能分析总结词热泵是一种利用少量电能将热量从低位热源输送到高位热源的装置。热泵在供暖、制冷、能源回收等领域具有广泛应用前景。要点一要点二详细描述热泵的工作原理基于逆卡诺循环，通过制冷剂在循环过程中