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工程热力学教学课件

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工程热力学教学课件

本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。本书主要讲述热力学基本概念、基本定律、气体和蒸气的热力性质以及各种热力过程和热力循环，对化学热力学和新能源也作了扼要的介绍。书中附有例题、思考题和习题以及必要的热工图表。下面是小编为你带来的工程热力学教学课件，欢迎阅读。

第一章、基本概念

1、边界

边界有一个特点（可变性）：可以是固定的、假想的、移动的、变形的。

2、六种系统（重要！）

六种系统分别是：开（闭）口系统、绝热（非绝热）系统、孤立（非孤立）系统。

a.系统与外界通过边界：功交换、热交换和物质交换.

b.闭口系统不一定绝热，但开口系统可以绝热。

c.系统的取法不同只影响解决问题的难易，不影响结果。

3、三参数方程

a.P=B+Pg

b.P=B-H

这两个方程的使用，首先要判断表盘的压力读数是正压还是负压，即你所测物体内部的绝对压力与大气压的差是正是负。正用1，负用2。

ps.《工程热力学（第六版）》书8页的系统，边界，外界有详细定义。

第二章、气体热力性质

1、各种热力学物理量

P：压强[单位Pa]

v：比容（单位m^3/kg）

R：气体常数（单位J/(kg*K)）书25页

T：温度（单位K）

m：质量（单位kg）

V：体积（单位m^3）

M：物质的摩尔质量（单位mol）

R：8.314kJ/(kmol*K)，气体普实常数

2、理想气体方程：

Pv=RT

PV=m*R。*T/M

Qv=Cv*dT

Qp=Cp*dT

Cp-Cv=R

另外求比热可以用直线差值法！

第三章、热力学第一定律

1、闭口系统：

Q=W+△U

微元：δq=δw+du （注：这个δ是过程量的微元符号）

2、闭口绝热

δw+du=0

3、闭口可逆

δq=Pdv+du

4、闭口等温

δq=δw

5、闭口可逆定容

δq=du

6、理想气体的热力学能公式

dU=Cv*dT

一切过程都适用。为什么呢？因为U是个状态量，只与始末状态有关、与过程无关。U是与T相关的单值函数，实际气体只有定容才可以用

6、开口系统

ps.公式在书46页（3-12）

7、推动功

Wf=P2V2-P1V1（算是一个分子流动所需要的微观的能量）

a、推动功不是一个过程量，而是一个仅取决于进出口状态的状态量。

b、推动功不能够被我们所利用，其存在的`唯一价值是使气体流动成为开系。

8、焓（重要！）

微观h=u+PV U分子静止具有的内能 PV分子流动具有的能量

a、焓是一个状态量，对理想气体仍然为温度T的单值函数。

b、焓在闭口系统中无物理意义，仅作为一个复合函数。

9、技术功

从技术角度，可以被我们利用的功

Wt=0.5△c^2+g△Z+Ws(轴功)

q=△h+Wt当忽略动位能时，Wt=Ws

q=△h+Ws=△PV+△u+w（膨胀功）

10、可逆定容的方程

Ws=-∫VdP 表示对外输出的轴功。

与dU相同，dh=CpdT对一切理想气体成立

第四章

理想气体的热力过程及气体压缩

1、P—V图

初始点①，终止点②

步骤1：在①画出4条线：等压、等容、等温、绝热

步骤2：②在等压线上方（下方）为升压(降压)

②在等容线右侧（左侧）膨胀(压缩）功W>0（<0）

②在等温线上方（下方）升温(降温） △T>0（<0）

②在绝热线上方（下方）吸热(放热） △Q>0（<0）

步骤3：写出多变过程n的范围

2、多变过程的求解步骤：

a、先求出所有过程的初终点P、V、T

b、确认各过程的多变指数n=

c、各过程△u=Cv*△T，△h=Cp*△T

d、求出Q、W、Wt

e、画出P—V图（验算）

ps.书67、68页表4-1包含了所有我们所学的基本情况（此表十分重要！！！）

第五章、热力学第二定律

1、热效率η=1-Q2/Q1 （Q2取正值）

2、卡诺循环：

其意义在于指明了热变功的极限

η(max)=1-T2/T1

3、熵变的公式推导：

δq=Tds=Pdv+CvdT

ds=P/v*dv+Cv/T*dT

△s=Rln(v2/v1)+Cvln(T2/T1)

δq=Tds=△h+Wt=-vdP+CpdT

ds=Cp/T*dT-R/P*dP

△s=Cpln(T2/T1)-Rln(P2/P1)

4、可逆公式小结：

δq=Tds

δw=Pdv

δwt=-vdP

第七章、水蒸气

1、工业中水蒸气是实际气体，无法使用理想气体的方程。

2、水蒸气的发生过程

①定压预热

②饱和水定压汽化（T不变）

③干饱和蒸汽定压过热

3、水蒸气的p-v图

一点：临界点（气液不分的点）；

两线：饱和液体线（临界点右下方曲线）

饱和蒸汽线（临界点左下方曲线）

三区：未饱和液体区（饱和液体线左侧，临界等温线以下）、湿饱和蒸汽区（饱和液体线以及饱和蒸汽线包围区域）、过热蒸汽区（饱和蒸汽线右侧，临界等温线以下）。

五种状态：未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态、过热蒸汽状态。

4、干度：x=mv/（mv+mw）

ps.概念以及公式在课本124、125页（7-2）

第八章、湿空气

1、湿空气=干空气+水蒸气

2、分压定律、分容积定律、质量成分、容积成分、摩尔成分、折合分子量（湿空气）、混合气体参数的计算、绝对湿度，相对湿度、含湿量、湿空气的焓、干球温度、露点温度、绝热饱和与湿球温度的概念和对应相关的公式都要熟悉。

3、这里讲解如何在焓湿图中找含湿量、干球温度、湿球温度和露点温度。

首先你得知道其中两个量。

例子：已知一个房间内的干球温度为25℃，含湿量为5（g/kg（a）），求湿球温度和露点温度？

首先露点温度是干球温度干球温度为25℃，含湿量为5（g/kg（a））对应点垂直下来到等相对湿度为100%的线所对应的温度。

其次湿球温度是干球温度干球温度为25℃，含湿量为5（g/kg（a））对应点做左下方45°等焓线至等相对湿度为100%的线所对应的温度。

其他的都是以此类推！！！

第九章、气体和蒸汽的流动

1、稳态稳流的含义

稳态：状态不随时间变化

稳流：流量恒定

2、连续性方程（前提：稳态稳流）

ps：书164页公式（9-1、9-2）

3、绝热稳定流动能量方程（增速：必须以本身储能的减少为代价，适用于任何工质、可逆和不可逆方程）

ps：书164页公式（9-3、9-4、9-5、9-6）

4、音速：a=√（kRT）

理想气体：只随着绝对温度而变化

5、马赫数：M=c/a （a：音速； c：气体流速）

①M>1 超音速

②M=1 临界音速

③M<1 亚音速

因书上的公式概念都很清晰，就不做过多介绍。

ps：书166、167页（9-7、9-8、9-9、9-10、9-12）

6、在此介绍一下题型：

一、流体流过一喷管（喷管的设计计算）

已知Po、To（如P1、T1、c1求出滞点）、Pb（背压或者说环境压力）、k=1.4，求最大c。

设计的触发点为P2=Pb才能达到最大速度cm

解：①Pb/Po>0.528=Pc/Po 则Pb>Pc

故c2<c临故设计为渐缩型喷管

②Pb/Po<0.528=Pc/Po 则Pb<Pc

故c2>c临故c2>a

分类讨论:若co<c临则为渐缩渐扩型喷管

若co>c临则为渐扩型喷管

二、流体流过一渐缩型喷管（喷管的校核计算）

已知Po、To、h2、Pb。求最大c。

解：①Pb/Po>0.528=Pc/Po 则Pb>Pc

故P(min)=Pb c<a 亚音速

②Pb/Po<0.528=Pc/Po 则Pb<Pc

故P(min)=P临 c=a 临界音速

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