汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理第一章工程熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí).ppt

1、第1章 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),熱力學(xué)是研究能量（特別是熱能）性質(zhì)及其轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué)。它的主要內(nèi)容包括三部分：,（1）工質(zhì)的性質(zhì)。,（2）熱力學(xué)基本定律。,（3）熱力過(guò)程和熱力循環(huán)。,狀態(tài)參數(shù):描述氣體熱力狀態(tài)的物理量。,第一節(jié) 熱工轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí),一、工質(zhì)及其狀態(tài)參數(shù),基本狀態(tài)參數(shù) ：壓力 ；溫度 ；比體積 。,工質(zhì)：熱、功轉(zhuǎn)換的“媒介”。,常用的狀態(tài)參數(shù)：壓力 ；溫度 ；比體積 ；內(nèi)能 ；焓 ；熵 。,（一） 壓力p,2 單位：Pa，,3壓力的表示,狀態(tài)參數(shù)：絕對(duì)壓力,1 單位面積上所作用的垂直力稱為壓力p。,工程上常用kPa與Mpa。,1 Pa=1N/m2 ，,1.1 熱工轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí),（

2、二） 溫度T,2 單位：開(kāi)爾文（K ）,熱力學(xué)溫度與攝氏溫度： T = t+To,狀態(tài)參數(shù)：熱力學(xué)溫度（絕對(duì)溫度）。,式中：To=273.15K（水的冰點(diǎn)的熱力學(xué) 溫度)。,1溫度表示氣體冷熱的程度。氣體分子運(yùn)動(dòng)速度愈高，平均動(dòng)能愈大，溫度愈高。,1.1 熱工轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí),（三） 比體積v,單位：m3/kg,單位質(zhì)量的物質(zhì)所占有的體積。,式中： 比體積； mkg的工質(zhì)占有的體積； 工質(zhì)的質(zhì)量。,1.1 熱工轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí),二、 理想氣體狀態(tài)方程式,1理想氣體,假設(shè)：（1）分子不占有體積；（2）分子間無(wú)吸引力。,發(fā)動(dòng)機(jī)所用工質(zhì)都近似地看作理想氣體。,.理想氣體狀態(tài)方程,1kg理想氣體：pv=R

3、T,mkg理想氣體： pV=mRT 式中： R氣體常數(shù)J/(kgK)。,3. pv圖（示功圖）,1.1 熱工轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí),三、熱力過(guò)程及其功量,（一）熱力系統(tǒng)和熱力過(guò)程熱力系統(tǒng)：某宏觀尺寸范圍內(nèi)的工質(zhì)作為研究對(duì)象，稱為熱力系統(tǒng)。 熱力過(guò)程：工質(zhì)由某一狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)所經(jīng)歷的全部過(guò)程的總和。,（二）熱力過(guò)程的功量（示功圖）,工質(zhì)由上止點(diǎn)膨脹到下止點(diǎn)，此過(guò)程的功量。,1.1 熱工轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí),設(shè)：A活塞截面面積； dx活塞移動(dòng)距離。,工質(zhì)對(duì)活塞作的功為：,v增大,w為“+” ,工質(zhì)對(duì)活塞作功。 v減小,w為“-” ,活塞對(duì)工質(zhì)作功。,工質(zhì)膨脹過(guò)程：,dw=pAdx=pdv,1.1 熱工轉(zhuǎn)換

4、的基礎(chǔ)知識(shí),四、工質(zhì)的比熱容C,（一）定義單位量的物質(zhì)作單位溫度變化時(shí)所吸收或放出的熱量。,式中：dq工質(zhì)在某一狀態(tài)下溫度變化dT 時(shí)所吸收或放出的熱量。,1.1 熱工轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí),1比定容熱容Cv：,比定容熱容:加熱時(shí)氣體容積不變。,2比定壓熱容Cp：,比定壓熱容:加熱時(shí)氣體壓力不變。,（二）比定容熱容和比定壓熱容,1.1 熱工轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí),定容加熱工質(zhì)的比熱：,加入的熱量: Q1=mCv (T2 T1),定壓加熱工質(zhì)的比熱：,加入的熱量: Q2=mCp (T2 T1),溫度升高相同,1.1 熱工轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí),同樣使溫度升高1（或1K），而定壓加熱過(guò)程需要加入的熱量要比定容加熱過(guò)程大，

5、即CpCv。 絕熱指數(shù): K= Cp/ Cv,1.1 熱工轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí),（三）真實(shí)比熱容和平均比熱容,比熱容與壓力無(wú)關(guān)，是溫度的函數(shù)。,式中：a、b、c是常數(shù)。 相應(yīng)于每一溫度下的比熱容稱為真實(shí)比熱容。,1.1 熱工轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí),Cm稱為平均比熱容。,（四）定比熱容： 溫度變化不大，把比熱容看成常數(shù)。,1.1 熱工轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí),第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律,一、功、熱量和內(nèi)能,（一）工質(zhì)的功量W,（二）熱量Q,（三）工質(zhì)的內(nèi)能,外界給系統(tǒng)加熱Q為“+”，系統(tǒng)放熱Q為“”。,1工質(zhì)內(nèi)部所具有的總能量。,1.2 熱力學(xué)第一定律,分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，,分子間的吸引作用的位能,理想氣體分子間無(wú)吸引力，無(wú)

6、位能。,是T的函數(shù)。,是v的函數(shù)。,1.2 熱力學(xué)第一定律,內(nèi)能為狀態(tài)參數(shù)。只與工質(zhì)的初、終狀態(tài)有關(guān)，與工質(zhì)由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2所經(jīng)歷的過(guò)程無(wú)關(guān)。,1.2 熱力學(xué)第一定律,2內(nèi)能的計(jì)算,1.2 熱力學(xué)第一定律,（一）熱力學(xué)第一定律,（二）封閉系統(tǒng)能量方程式,二、熱力學(xué)第一定律,式中：q外界加給1kg工質(zhì)的熱量（J/kg）； w1kg工質(zhì)對(duì)外界作的功（J/kg）； u1kg工質(zhì)內(nèi)能的增量（J/kg）。,能量守恒定律,1.2 熱力學(xué)第一定律,三、熵及溫熵圖,熵是一個(gè)導(dǎo)出的狀態(tài)參數(shù)，它的定義式是：,式中：dq 系統(tǒng)與外界交換的微元熱量； T熱力過(guò)程時(shí)的溫度。 熵的定義：熵的增量等于系統(tǒng)在熱力過(guò)程中交

7、換的熱量除以傳熱時(shí)的熱力學(xué)溫度所得的商。,熵是狀態(tài)參數(shù)。,1.2 熱力學(xué)第一定律,1.2 熱力學(xué)第一定律,溫熵圖,1.2 熱力學(xué)第一定律,第三節(jié) 氣體的熱力過(guò)程,（二）氣體狀態(tài)參數(shù)的變化,絕對(duì)壓力與絕對(duì)溫度成正比,式中為壓力升高比。,一、定容過(guò)程,（一）定容過(guò)程方程式為： v=常數(shù),1.3 氣體的熱力過(guò)程,定容過(guò)程的膨脹功,（三）能量變化,因dv=0，所以W=0。,2 內(nèi)能,1功量,1.3 氣體的熱力過(guò)程,3 熱量：根據(jù)比熱容的定義,1.3 氣體的熱力過(guò)程,4.熵,熵的定義：,熵變S為,1.3 氣體的熱力過(guò)程,二、定壓過(guò)程,（一）過(guò)程方程式 p=常數(shù),（二）氣體狀態(tài)參數(shù)的變化,比體積與絕對(duì)溫度

8、成正比。,預(yù)膨脹比,1.3 氣體的熱力過(guò)程,（三）能量變化 1功量：定壓過(guò)程中氣體所作的膨脹功為：,2內(nèi)能：,1.3 氣體的熱力過(guò)程,1.3 氣體的熱力過(guò)程,4.熵,熵的定義：,熵變S為,1.3 氣體的熱力過(guò)程,三、定溫過(guò)程,（一）過(guò)程方程式 T=常數(shù)，即 pv=常數(shù),1.3 氣體的熱力過(guò)程,四、絕熱（等熵）過(guò)程,系統(tǒng)與外界無(wú)熱交換,K絕熱指數(shù),1.3 氣體的熱力過(guò)程,公式推導(dǎo),1.3 氣體的熱力過(guò)程,常數(shù),常數(shù),常數(shù),1.3 氣體的熱力過(guò)程,（二）氣體狀態(tài)參數(shù)的變化,絕熱壓縮終了溫度：,同理，絕熱膨脹終了溫度：,1.3 氣體的熱力過(guò)程,（三）能量變化,1.功量：,2內(nèi)能：,3熱量：,4.熵：,1.3 氣體的熱力過(guò)程,五、多變過(guò)程,1.3 氣體的熱力過(guò)程,第四節(jié)