工程热力学 课件 第0章 绪 论

工程热力学绪论本课件将介绍工程热力学的基本概念、原理和应用。热力学介绍研究能量及其转换形式探讨热量和功的相互关系分析各种热力学过程热力学的应用领域发电厂热力学原理用于设计和优化发电厂，提高能源效率。航空航天热力学用于飞机发动机，火箭推进系统等的设计。制冷和空调热力学原理用于设计和优化制冷系统，空调系统等。热量和功的概念热量热量是能量的一种形式,通过温度差而传递。功功是能量的一种形式,通过力在位移方向上的作用而传递。热力学定律第1定律1能量守恒能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。2热量和功热力学第一定律描述了能量在热量和功之间的转换关系。3热力学系统热力学第一定律适用于封闭系统和开放系统。热力学定律第2定律1能量守恒能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式2能量流动在自然过程中，能量总是从高温物体流向低温物体3不可逆过程能量转化过程中，总是有一部分能量不可逆地转化为热能熵和无序度熵的概念熵是系统无序度的量度。熵越高，系统越无序。熵是一个状态函数，只与系统的状态有关，与系统经历的过程无关。无序度无序度是指系统的混乱程度。无序度越高，系统越混乱。熵是无序度的量化指标。工程应用实例工程热力学在许多工程领域都有广泛的应用，包括：发电厂设计和优化内燃机和燃气轮机设计制冷和空调系统设计化工过程设计和优化航空航天工程课程目标和重点内容1理解热力学基本概念掌握热力学的基本定律和概念，包括能量守恒、熵增原理等。2应用热力学分析工程问题能够运用热力学原理分析和解决各种工程问题，例如热机、制冷机、热交换器等。3掌握热力学计算方法掌握热力学计算方法，包括能量平衡、熵平衡、热力学循环等。热量和功的转换1热量热量是能量的一种形式，它可以从一个物体传递到另一个物体，或从一个系统传递到另一个系统。热量通常与温度变化相关联。2功功是能量的一种形式，它可以被用来移动物体或改变物体的状态。功通常与力或位移相关联。3转换热量和功是可以相互转换的。例如，热量可以用来做功，功也可以用来产生热量。热机原理热量输入热机从高温热源吸收热量，例如燃烧燃料或利用太阳能。做功热机将部分吸收的热量转换为机械功，例如推动活塞或转动涡轮。热量输出热机将剩余的热量排放到低温热源，例如大气或冷却水。制冷机原理热量吸收制冷剂在低温蒸发器中吸收被冷却空间的热量，使被冷却空间温度降低。压缩升温压缩机将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的制冷剂。热量释放高温高压的制冷剂在冷凝器中释放热量给环境，制冷剂温度降低。膨胀降温制冷剂通过节流阀膨胀，降低温度和压力，形成低温低压的制冷剂，再次进入蒸发器循环。热传导温度梯度热量从高温物体传递到低温物体，温度梯度是热量传递的驱动力。分子振动热量通过物质内部的分子热运动传递，高温区域的分子振动更剧烈，将能量传递给低温区域的分子。材料性质材料的热传导率决定了其传热效率，例如金属的热传导率很高，而空气则很低。热对流流体运动热量通过流体（液体或气体）的运动传递。温度梯度热量从高温区域流向低温区域，导致流体运动。自然对流由于密度差异引起的流体运动，例如沸腾水。强制对流通过外力（如风扇）驱动的流体运动，例如空调系统。热辐射热辐射的概念热辐射是指物体因温度而发射电磁波的现象，任何温度高于绝对零度的物体都会发射热辐射。热辐射的能量大小与物体温度的四次方成正比，即温度越高，发射的热辐射能量越大。热辐射的特性热辐射不需要介质传播，可以在真空中传播，而且具有方向性，热辐射可以沿着直线传播，也可以被反射、吸收和透射。热交换装置热交换器是利用热量传递原理，将热量从一种流体传递到另一种流体的装置。热交换器在许多工业应用中扮演着至关重要的角色，例如发电厂、化工厂、空调系统等。热量测量热量计热量计是一种用于测量热量的仪器，通过热量计，我们可以测量各种物质的热容量和比热容。热电偶热电偶是一种温度传感器，它利用两种不同金属之间的温差来测量温度。热流传感器热流传感器用于测量热量流动的速率。工程热力学价值提高效率热力学原理可以应用于优化能源转换过程，提高效率，减少能源浪费。推动可持续发展热力学为可再生能源的利用和发展提供了理论基础，促进节能减排，实现可持续发展。改善生活质量工程热力学在制冷、空调等领域应用广泛，改善人们的生活环境，提高生活质量。热力学基本概念1温度温度是指物体的冷热程度，是热力学中重要的基本概念。2热量热量是指物体之间由于温度差而传递的能量，是能量的一种形式。3功功是指力作用在物体上，使物体在力的方向上移动的能量传递形式。4内能内能是指物体内部所有微观粒子运动的能量总和，是一个状态量。理想气体状态方程1状态参数压力(P)、体积(V)、温度(T)和物质的量(n)2理想气体分子间无相互作用力的气体模型3方程PV=nRT单相纯物质状态参数压力物质的压力是指其单位面积上所受的力。温度温度是衡量物质内部热能的指标。比容比容是指单位质量物质所占的体积。焓焓是体系的内能和压力与体积之积的总和。均相相平衡化学势在同一相中，各组分化学势相等，系统处于平衡状态。吉布斯自由能系统的吉布斯自由能最小，对应着平衡状态。热力学关系式利用热力学基本关系式推导出平衡条件。化学平衡与反应化学平衡可逆反应中正逆反应速率相等，反应物和生成物浓度保持不变的状态。反应速率反应进行的快慢程度，受温度、浓度、催化剂等因素影响。平衡常数描述化学反应达到平衡时反应物和生成物浓度比值，反映反应进行的程度。非均相系统平衡相变平衡液体和蒸汽之间的平衡是相变平衡的典型示例。溶液平衡固体溶解在液体中，直到达到饱和状态，形成溶液平衡。界面平衡不同相之间的界面处，物质的交换和能量传递达到平衡。化学反应平衡可逆反应化学反应可以是单向的，也可以是双向的。双向反应称为可逆反应。平衡状态可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再变化。平衡常数平衡常数是衡量反应平衡程度的指标，它与温度有关。离散系统分析方法1控制容积系统边界2质量守恒质量进出3能量守恒能量进出4焓能量衡算连续系统分析方法1质量守恒连续系统中，质量输入等于质量输出。2能量守恒能量输入等于能量输出，考虑热量和功的转换。3熵增原理系统熵值会增加，体现不可逆过程。热力学第一定律应用热力学第一定律能量守恒定律，在封闭系统中，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体。应用场景热力学第一定律广泛应用于工程领域，如热机、制冷机、热交换器、燃烧过程等。能量分析利用第一定律，可以分析能量转化和传递过程，并对能量损失进行评估和优化。热力学第二定律应用1热机效率热力学第二定律限制了热机将热能转换为功的效率，确定了最大理论效率。2制冷机性能制冷机从低温环境吸热并将其转移到