1热力学基础.ppt

1、工程热力学基础,江森自控约克空调,热是什么？,热是能量的一种形式。,冷冻是什么？,冷冻是从一种物质除去热并且转移它到另一种物质的过程。,工程热力学是研究物质的热力性质,能量和能量之间的相互转换的一门基础论学科。,它是设计计算和分析各种动力装置、制冷机、热泵空调机组、锅炉及各种热交换的理论基础。,热能的利用,直接利用：如工业生产中的冶炼、加热、蒸煮、干燥等，又如生活中的热水供应及采暖等。,间接利用：将燃料热能通过各种类型的发动机（热机）及发电机，使热能转变为机械能或电能。,热力学常涉及两个物理知识,蒸 发：吸 热,冷 凝：放 热,蒸发是指在液体自由表面进行气化的过程 ； 冷凝和蒸发过程相反。,工

2、程热力学的两个定律,热力学第一定律,热力学第二定律,热力学第一定律：能量既不能创生也不能消亡，只能从一种形式转变为另一种形式，或从一个物体传递给另一个物体，在转变和传递的过程中，能量的总量不变。 制冷过程中电能转化为压缩机机械能，机械能转化为制冷剂热能（能量的转变）。 制冷剂在蒸发器中蒸发吸收的热量来自于冷冻水（能量的传递）。,热力学第一定律,热不能被破坏,热传输的方法,热力学第二定律：热量只能自发地从高温物体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温物体。,热力学第二定律,在夏季，我们靠空调维持室内低温，此时热量从室内（低温）移向室外（高温），违反了热力学第二定律？,热从热流向冷,热力学系

3、统,在热力学过程中,系统与外界之间通过边界可以有能量的传递(例如功或热量),也可以有物质的流入或流出。,为了便于研究与分析问题而确定的对象称为系统,状态与状态参数,系统与外界之间能够进行能量交换（传热或作功）的根本原因：,两者之间存在着热力状态的差异,例如：温度差、压力差,热力学中常见的状态参数：,温度 压力 密度或比容 内能 焓 熵 ,其中温度、压力、密度或比容可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本的状态参数,温 度,温度就是表示热力系统冷热状态的物理量，温度的高低的程度可用温度计来度量,摄氏温标 在标准大气压下，把水的冰点作为0度，沸点作为100度，在0度与100度之间均衡的刻成100格

4、，每格为l度，以符号表示。,开氏温标(又称绝对温标) 它以摄氏温标为基础、把水的冰点定为273.16度，水的沸点定为37316度，理论上把物质中分子全部停止运动之点作为0度，以符号K表示 ，T= t + 273.16,温度差是热传递的推动力！ 热平衡状态系统就不再有热传递，因此它们具有相同的温度 。,压 力,气体由分子组成，亿万分子在无规则的运动中，频繁撞击容器内壁，在内壁单位表面积上垂直产生的力称为压力 ，在工程中测量气体压力的常用单位是：千克厘米2、或为mmHg(毫米汞柱)，我国的法定单位是 Pa(帕斯卡)。,包围地球的空气层对单位地球表面积形成的压力称为大气压力。通常用 B表示。单位用帕

5、 Pa或千帕 kPa表示。 大气压力随各地海拔高度不同而存差异。还因季节、气候的变化稍有高低。由于大气压力不同，空气的物理性质和反映空气物理性质的状态参数均要发生变化。所以，在空气调节的设计和运行中，要考虑当地气压的大小，否则会造成一定的误差。,大气压力 标准大气压：海平面处 的大气压： 101325 Pa 760 mm Hg,表压=绝对压力 - 大气压力,相对压力： 表压（称工作压力，即表压力），用仪表测定的压力,只有绝对压力才是湿空气的状态参数。,比容和密度,单位容积的工质所具有的质量称为密度。 单位质量的工质所占有的容积称为比容。 两者互为倒数，因此，只能视为一个状态参数。 二者知其一，

6、则另一个也就确定了。,热量,物体温度的高低表示了物体的物质分子热运动剧烈的程度，温度的高低也表示物体所具有能量的高低，这种能量称为热能。 当温度不同的两个物体相接触时，两者温度逐步趋于一致，发生了热能从温度较高的物体向温度较低的物体转移，此时物体所放出或吸收的能量称为热量。,热量：物质含有热能的量度。,常用的热量单位有：,卡 在标准大气压力下，将 l克的水加热或冷却，其温度升高或降低l 时，所加进或除去的热量称为l卡，以符号 cal表示。因卡的单位太小，工程上往往采用其1000倍的千卡或大卡来表示。具符号为kcal。,焦耳 在国际单位制中，取热量单位与功的单位一致，以焦耳表示。焦耳相当于用1N

7、(牛顿)的力，共作用点在力的方向上移动l m(米)所做的功。因此，在国际单位制中，焦耳是功和能的单位，采用这种单位使计算简化，焦耳的符号为J,焦耳与卡之间的换算为： l kcal(千卡)4.19kJ(千焦耳),热量传递的两种形式： 显热传热 潜热传热,显 热,显热：物质不发生相变，仅由于温度改变而吸收/放出的热量。 比热：单位质量物质升高单位温度所需的热量（kj / kg）。 水的比热： 1卡/ 克 4.2 kj / kg1Btu/lb. F 举例：1kg水从60加热到70吸收的显热量为多少？,显热,对固态、液态或气态的物质加热，只要它的形态不变，则热量加进去后，物质的温度就升高，加进热量的多

8、少在温度上能显示出来，即不改变物质的形态而引起其温度变化的热量称为显热。 如对液态的水加热，只要它还保持液态，它的温度就升高；因此，显热只影响温度的变化面不引起物质的形态的变化。例如机房中、其计算机或程控交换机的发热量很大，它属于显热。,潜热,潜热：由于物质发生相变，而传递的热量。 气化潜热量：单位质量液体蒸发成气体时所 吸收的热量。 冷凝潜热量：单位质量气体冷凝成液体时所 释放的热量。 举例： 在24小时内，将1吨0的冰融化成0的水，所吸收的热量为1冷吨（3.516 kw）。,潜热,对液态的水加热，水的温度升高，当达到沸点时，虽然热量不断的加入，但水的温度不升高，一直停留在沸点，加进的热量仅

9、使水变成水蒸气，即由液态变为气态。这种不改变物质的温度而引起物态变化(又称相变)的热量称为潜热。 如计算机房中、工作人员人体发热以及换气带进来的空气含湿量，这些热量称为潜热。,0oC,100oC,100oC,显热,潜热,水,水,水,蒸气,100oC,全热量,加热至状态没有变化,水,大气压,水变成水蒸汽 温度没有变化 状态发生变化,全热量 = 显热 + 潜热,热量单位换算 1 USR.T. 美国冷吨 3516 W 瓦特 3024 Kcal/h 大卡/小时 1 KW 千瓦 860 Kcal/h 大卡/小时,液态气态相变过程中，物质的三种状态：,过冷态（纯液态） 显热传热 饱和态（气液混合态） 潜热

10、传热 过热态（纯气态） 显热传热,饱和态（气液混合态）：某种物质当其处于气液状态共存时，称这种物质处于饱和态。 当物质处于饱和态时，若压力维持不变，则温度也恒定不变，温度和压力之间存在一一对应的关系，我们称该温度（压力）为该压力（温度）对应的饱和温度（压力）。,水在标准 大气压下 对应的饱和 温度：100,标准大气压,标准大气压,饱和态（气液混合态）,举例: 在一个标准大气压下，水的饱和温度（沸点）为100 。,100,升高饱和温度的方法升高系统压力,水沸腾,举例：高压锅通过加热密封锅体使锅内压力升高。此时与该压力对应的饱和温度也升高。 水的饱和温度（沸点）升高意味着水在100仍为过冷液体态。

11、,水沸腾,举例：真空泵将空气抽出容器。使容器内压力下降。此时与该压力对应的饱和温度低于100，这意味水不到100就能烧开。,真空泵,降低饱和温度的方法降低系统压力,比热,单位物量的热容量叫比热，定义为：单位物量的物体，温度升高或降低1K所吸收或放出的热量，称为该物体的比热。,如 l kg水温度升高l 需4.19kJ，则比热值为4.19kJ(kg),不同材料有各自的比热值 。,几种材料比热值 单位： kJ(kgK) 水 4.19 冰 2.095 玻璃 0.754 空气（干）1.006 铜 0.390 钢 0.461,知道材料比热值，就能计算出对它降温所需要除去的热量。 例如要将5kg 70的水冷却到15，则需除去的热量为： QmcD t = 54.19(70-15)l152.25 kJ 式中：m: 水的质量，kg； c：水的比热kJ(kgK)；D t