汽车发动机原理 第1章 热力学第一定律.ppt

第1章 热力学第一定律 1.1 工程热力学基本概念 工质 实现热能转换为机械能的媒介物质，通常为气体。 热机 将热能转换为机械能的机械装置。 热力系统 热力学所研究的对象。 外界 与热力系统有作用关系的周围物体。 边界 系统与外界的分界面。 闭口系统 热力系统与外界没有物质交换的系统。 开口系统 热力系统与外界有物质交换的系统。 1）系统与外界是人为规定的； 2）外界与环境介质是不同的，前者是抽象概念，后者是物质世界； 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 1.1.2 状态及状态参数 热力系统在某一瞬间呈现的全部宏观性质称为状态 描述这种宏观状态的物理量称为状态参数。 热力系统在没有外界作用情况下宏观性质不随时间变化的状态称为平衡状态。 状态参数是宏观量，是大量粒子的平均效应，只有平衡态才有状态参数，系统有多个状态参数。 1.1.2 状态及状态参数 平衡状态的充要条件是： （1）热平衡（2）力平衡（3）相平衡（4）化学平衡 1.1.2 状态及状态参数 气体压力是组成气体的大量分子在紊乱的热运动中对容器壁碰撞的结果，是单位表面积上的垂直作用力 。 1.1.2 状态及状态参数 系统温度表示物体的冷热程度，描述分子热运动强弱的参数。 单位质量物质所占有的体积称为比体积 强度量 广延量 1.1.2 状态及状态参数 1.1.3 状态参数的坐标图 1.1.3 状态参数的坐标图 1.1.5 功和热量 1.1.5 功和热量 1.1.5 功和热量 热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的应用，可以描述为：热能和机械能可以相互转换，且在相互转换过程中，能量的总量保持守恒。 （加入热力系统的能量的总和）-（离开热力系统能量的总和）=（热力系统总能量的增量） 1.2.2 闭口系统的能量方程 1.2.3 开口系统稳定流动能量方程 1.2.3 开口系统稳定流动能量方程 1.2.3 开口系统稳定流动能量方程 例1 大型低速船用发动机的膨胀做功过程可以简化为定压过程，假设活塞上止点气体压力为1MPa，体积为0.35m3，活塞在下止点时体积为1.15m3，膨胀过程中气体热力学能增加了40kcal，试求空气所做的膨胀功及膨胀过程中所需要的热量（1kcal=4.1868kJ）。 1.2.3 开口系统稳定流动能量方程 解：已知p1=1Mpa，v1=0.35m3，p2=p1 (定压)，v2=.15m3，?U=U2 – U1=40kcal。因为压力一定，所以膨胀功为 = 1×106Pa×(1.15m3 – 0.35m3) =800kJ 膨胀过程中所需热量为 Q =U2 – U1+W =40×4.1868kJ+800kJ=967.5kJ 理想气体状态方程式 理想气体是指气体的分子本身不具有体积，分子间也没有作用力。 理想气体是实际气体在低压高温时的抽象。 1.3.3 理想气体的比热容、热力学能和焓 比热容c（J/kg?K）是单位质量的物质在可逆过程中温度升高1℃（或1K）所吸收或放出的热量 1.3.4 理想气体的熵 熵是微元热量与温度的商，物理意义是系统可逆定温过程与外界交换的热量。 1.3.5 理想混合气体 如果混合气体中各组成气体均视为理想气体，则该混合气体就是理想混合气体，它具有理想气体的性质，即在平衡状态下，它的压力、温度和比体积间的关系遵守理想气体状态方程式。 1.3.5 理想混合气体 理想混合气体的折合摩尔质量 1.3.5 理想混合气体 道尔顿分压定律指出：理想混合气体的总压力（p）等于各组成气体分压力（pi）的总和： 1.3.5 理想混合气体 例2 在温度为27℃时，对某发动机的排气进行取样分析，其各种组成的体积成分大概如下：rN2=0.73，rH2O=0.13，rCO=0.12，rO2=0.2，试确定排气的（1）折合摩尔质量（2）质量成分（3）折合气体常数（4）0.5kg混合气的体积（设压力 p=1 bar=105 Pa）（5）各组成气体的分压力。 1.3.5 理想混合气体 解：（1）已知体积成分求折合摩尔质量可用式（1-47）计算： 1.3.5 理想混合气体 1.3.5 理想混合气体 1.3.6 湿空气 水蒸气以外的所有组成气体称为干空气，看作是不变的整体。因此，大气是干空气与水蒸气组成的混合气体。湿空气按理想混合气体进行计算。 绝对湿度是指单位体积的湿空气中所含水蒸气的质量。绝对湿度也就是湿空气中水蒸气的密度。 相对湿度是指湿空气的实际绝对湿度?w与相同温度下饱和湿空气的绝对湿度?s的比值，用?表示， 1.