湖南大学工程热力学-第一章范例.pptx

工程热力学 陈敬炜 助理教授 第一章 基本概念 Basic Concepts and Definition 1-1 热能和机械能相互转换过程 1-2 热力系统 1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数 1-4 平衡状态 1-5 工质的状态变化过程 1-6 功和热量 1-7 热力循环 本章基本要求： 掌握工程热力学中一些基本术语和概念：热力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。 掌握状态参数的特征，基本状态参数p、v、T 的定义和单位等。掌握热量和功量这些过程量的特征，并会用系统的状态参数对可逆过程的热量、功量进行计算。 一、热能动力装置(Thermal power plant) 定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力的整套设备。 分类 燃气动力装置(combustion gas power plant) 内燃机(internal combustion gas engine) 燃气轮机装置(gas turbine power plant) 喷气发动机(jet power plant) …… 蒸气动力装置 (steam power plant) 1-1 热能和机械能相互转换的过程 热能 机械能 化学能 内燃机装置 燃气轮机装置 燃气轮机装置 小型燃气轮机装置 喷气发动机 蒸汽轮机装置 核电厂汽轮机 电厂俯瞰图 内燃机（汽油机） 工作物质：燃气 燃气 热能 机械能 燃料 化学能 排入大气 燃烧、膨胀 排气 吸气 压缩 工作过程： 能量转换： 内燃机工作原理动画 9 1－锅炉　2－沸水管　3－汽锅　4－过热器 5－汽轮机　6－发电机　7－冷凝器　8－泵　9－蓄水池 热机工作过程示意图 为使热能源源不断地转化为机械能必须： 凭借工质作为媒介物质； 工质源源不断地从高温热源吸收热量； 工质热力学状态发生循环往复的连续变化； 向温度较低的热源排出一部分热量。 工质：实现热能与机械能相互转化的媒介物质 热源：工质从中吸取热能的物系，或称高温热源 冷源：接受工质排出热能的物系，或称低温热源 三个基本概念 热能 吸热 膨胀 作功 排气 机械能 热动力装置的工作过程：工质自高温热源吸热，将其中一部分转化为机械能而做功，并把余下部分传给低温热源 热源 二、工质(working substance) 定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。 对工质的要求: 物质三态中 气态最适宜。 1）膨胀性 2）流动性 3）热容量 4）稳定性，安全性 5）对环境友善 6）价廉，易大量获取 工质是实现能量转换必不可少的内部条件 三、热源(heat source; heat reservoir) 定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。 ? 高温热源—热源 （ heat source ） 低温热源—冷源（heat sink） ? 恒温热源(constant heat reservoir) 变温热源 热动力装置工作可以概括为： 工质从高温热源吸取热能，将其中一部分转化为机械能，把另一部分热能传给低温热源。 1-2 热力系统（热力系、系统、体系） 外界和边界 人为分割出来，作为热力学 研究对象的有限物质系统。 ? 外界(surrounding )： 与体系发生质、能交换的物系。 ? 边界(boundary)： 系统与外界的分界面（线）。 一、定义 　边界可以是实在的，也可以是假想的；可以是固定的，也可以是移动的 ? 系统(thermodynamic system, system) 二、系统及边界示例 ? 汽车发动机 ? 汽缸-活塞装置（闭口系例） ? 移动和虚构边界 边界特性 真实、虚构 固定、活动 热力系统选取的人为性 锅 炉 汽轮机 发电机 给水泵 凝汽器 过热器 只交换功 只交换热 既交换功 也交换热 1.系统与外界的作用都通过边界，不画边界进行热力学研究无意义。 注意： 2.热力系统的选取，取决于所提出的研究任务，但不能小到只包含少量的分子，以至不能遵守统计平均规律。 3.边界可以是： a）刚性的或可变形的或有弹性的 b）固定的或可移动的 c）实际的或虚拟的 三、热力系分类 按组元数 单元系(one component system;pure substance system) 多元系(multicomponent system) 按相数 单相系(homogeneous system) 复相