工程熱力學(xué)教案1(05版)

1、教 案課程名稱：工程熱力學(xué)所在單位：動力與能源工程學(xué)院課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課授課學(xué)時(shí)：64學(xué)時(shí)（8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）授課專業(yè)：熱能與動力工程，核工程與核技術(shù)，輪機(jī)工程授課學(xué)期：第3（或4）學(xué)期 教 學(xué) 基 本 進(jìn) 度教學(xué)學(xué)時(shí)主要教學(xué)內(nèi)容說 明12緒論，熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的過程，熱力系統(tǒng)，工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)授課34平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標(biāo)圖，工質(zhì)的狀態(tài)變化過程，過程功和熱量，熱力循環(huán)授課56熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)，熱力學(xué)能和總能，能量的傳遞和轉(zhuǎn)化授課78焓，熱力學(xué)第一定律的基本能量方程式授課910開口系統(tǒng)能量方程式，能量方程式的應(yīng)用授課1112理想氣體的概念，理想氣體的比熱容授課1314理

2、想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵，水蒸氣的飽和狀態(tài)和相圖；授課1516水的汽化過程和臨界點(diǎn)；水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)；水蒸氣表和圖授課1718理想氣體的可逆多變過程；定容過程；定壓過程；定溫過程授課1920絕熱過程；理想氣體熱力過程綜合分析；水蒸氣的基本過程授課2122熱力學(xué)第二定律；卡諾循環(huán)和多熱源可逆循環(huán)分析；卡諾定理授課2324熵、熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式；熵方程授課2526孤立系統(tǒng)熵增原理授課2728火用參數(shù)的基本概念、熱量用；習(xí)題課授課2930穩(wěn)定流動的基本方程式；促使流速改變的條件；授課3132噴管的計(jì)算；授課3334有摩阻的絕熱流動；絕熱節(jié)流，習(xí)題課授課3536單級活塞式壓氣機(jī)的工作原理和

3、理論耗功量；余隙容積的影響授課3738多級壓縮和級間冷卻。葉輪式壓氣機(jī)的工作原理。授課3940分析動力循環(huán)的一般方法；活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的簡化；活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)(1)授課4142活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)(2)；活塞式內(nèi)燃機(jī)各種理想循環(huán)的熱力學(xué)比較授課4344燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)；燃?xì)廨啓C(jī)裝置的定壓加熱實(shí)際循環(huán)授課4546簡單蒸汽動力裝置循環(huán)-朗肯循環(huán)授課4748蒸汽動力裝置再熱循環(huán)；回?zé)嵫h(huán)，習(xí)題課授課4950概述；壓縮空氣制冷循環(huán)；壓縮蒸汽制冷循環(huán)；熱泵循環(huán)授課5152理想氣體混合物；理想氣體混合物的比熱容、熱力學(xué)能、焓和熵授課5354濕空氣；濕空氣的狀態(tài)參數(shù)；濕球溫度和絕熱飽和溫度；濕空

4、氣焓-濕圖；濕空氣過程及其應(yīng)用授課5556總結(jié)，機(jī)動授課5758工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)5960工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)6162工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)6364工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教材：沈維道，蔣志敏，童鈞耕合編. 工程熱力學(xué)（第四版）北京：高等教育出版社，2001嚴(yán)家騄 ，余曉福著. 水和水蒸汽熱力性質(zhì)圖表. 北京：高等教育出版社，1995主要參考資料： 曾丹苓，敖越，朱克雄等編.工程熱力學(xué)（第二版）北京：高等教育出版社，1986 朱明善，林兆莊，劉穎等. 工程熱力學(xué).北京：.清華大學(xué)出版社.1995 嚴(yán)家騄編著.工程熱力學(xué)（第二版）.北京：高等教育出版社，1989 朱明善，陳宏芳.熱力學(xué)分析.北京：高等教育出

5、版社，1992 趙冠春，錢立侖.火用分析及其應(yīng)用. 北京：高等教育出版社，1984緒 論（課時(shí)1）一、 為什么學(xué)習(xí)“工程熱力學(xué)”熱力學(xué)與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的聯(lián)系，說明學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)對本學(xué)科的重要性。二、能量能量的形式：由能量的形式，人類面臨的能源形式說明工程熱力學(xué)對于動力工程的重要性。三、工程熱力學(xué)的主要內(nèi)容熱力學(xué)基本概念；熱力學(xué)第一定律；氣體和蒸汽的性質(zhì)和基本熱力過程；熱力學(xué)第二定律；實(shí)際氣體性質(zhì)簡介；氣體和蒸汽的流動；壓氣機(jī)的熱力過程；氣體動力循環(huán)；蒸汽動力裝置循環(huán)；制冷循環(huán)；理想氣體混合物及濕空氣；化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)。四、熱力學(xué)的研究方法1. 宏觀的研究方法（宏觀熱力學(xué)；經(jīng)典熱力學(xué)）2. 微觀的研

6、究方法（微觀熱力學(xué)；統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)）工程熱力學(xué)主要應(yīng)用宏觀的研究方法，但有時(shí)也引用氣體分子運(yùn)動理論和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的基本觀點(diǎn)及研究成果。五、怎樣學(xué)好工程熱力學(xué)強(qiáng)調(diào)到課率和作業(yè)的重要性。要求作業(yè)及時(shí)完成，不等不拖，說明考核方式。59第1章 基本概念及定義（課時(shí)2）一、基本要求1. 掌握工程熱力學(xué)中的一些基本概念（熱力系，平衡態(tài)，準(zhǔn)平衡過程，可逆過程）；2. 掌握狀態(tài)參數(shù)的特征，基本狀態(tài)參數(shù)的定義和單位；3. 掌握熱量和功量過程量的特征，正確理解并運(yùn)用可逆過程的熱量、功量的計(jì)算。二、本章重點(diǎn)和難點(diǎn)1. 必須正確理解一些重要的概念：平衡狀態(tài)，準(zhǔn)平衡過程，可逆過程；2. 區(qū)分狀態(tài)量和過程量的特征。1.1熱能在

7、熱機(jī)中轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的過程熱能動力裝置引出幾個(gè)定義：工 質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)（working substance）；高溫?zé)嵩垂べ|(zhì)從中吸取熱能的物質(zhì)；低溫?zé)嵩唇邮芄べ|(zhì)排出熱源的物質(zhì)；能 源做 功媒介物質(zhì)排入大氣或冷卻水能量轉(zhuǎn)移余能總結(jié)熱能動力裝置的工作特點(diǎn)（體現(xiàn)工程熱力學(xué)的研究方法）1.2熱力系統(tǒng)一、熱力系統(tǒng)1. 熱力系的定義和圖例：熱力學(xué)中把分析的對象從周圍物體中分割出來，研究它與周圍物體之間的能量和物質(zhì)的傳遞，這種被人為分割出來作為熱力學(xué)分析對象的有限物質(zhì)系統(tǒng)叫做熱力系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)邊界外界邊界熱力系統(tǒng)鍋爐汽輪機(jī)冷凝器泵過熱器q1q2w2. 熱力系的分類（1）結(jié)合思考題1：閉口系

8、與外界物物質(zhì)交換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定，那么系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定的熱力系一定是閉口系統(tǒng)嗎（開口系中的質(zhì)量是否就一定是變化的）？注意區(qū)分開口系與閉口系的主要因素為：區(qū)分是閉口系統(tǒng)還是開口系統(tǒng)的依據(jù)是有沒有質(zhì)量跨越系統(tǒng)的邊界，而不是系統(tǒng)中質(zhì)量的數(shù)量是否變化。（2）“絕熱”的概念：由于溫差而傳遞的能量（3）孤立系的取法與意圖，在此處闡明孤立系是一個(gè)理想化的概念。是為了研究問題的方便，用一個(gè)假想的邊界，把進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的一切有關(guān)物體都包括進(jìn)來構(gòu)成一個(gè)孤立系統(tǒng)。（強(qiáng)調(diào)）孤立系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間可以有各種相互作用，而孤立系統(tǒng)與外界之間則無任何相互作用。（以利于第5章孤立系熵增的理解）。3.熱力系的選取二、邊界（

9、boundary/control surface）系統(tǒng)與外界的分界面說明：a. 邊界可以是實(shí)際的，也可以是假定的； b. 邊界可以是固定的，也可以是移動的。三、外界（surrounding）冷流體熱流體以例子說明研究外界的作用。為熱力系分析打基礎(chǔ)。四、熱力系統(tǒng)模型實(shí)例以換熱器和高壓鍋中的熱力傳遞為例，說明如何選好熱力系。1.3 工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)12一、熱力學(xué)狀態(tài)1. 熱力學(xué)狀態(tài)熱力學(xué)狀態(tài)的定義2. 狀態(tài)參數(shù)及其性質(zhì)狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)的性質(zhì)狀態(tài)參數(shù)是熱力系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)，它的值取決于給定的狀態(tài)，而與如何達(dá)到這一狀態(tài)的途徑無關(guān)。狀態(tài)參數(shù)的這一特性表現(xiàn)在數(shù)學(xué)上是點(diǎn)函數(shù)，其微分差是全微

10、分，而全微分沿閉合路線的積分等于0。即狀態(tài)參數(shù)的分類強(qiáng)度量壓力和溫度這兩個(gè)參數(shù)與系統(tǒng)質(zhì)量的多少無關(guān)，稱為強(qiáng)度量；廣延量體積v、熱力學(xué)能u、焓h、熵s等與系統(tǒng)質(zhì)量成正比，具有可加性，稱作廣延量。物體a熱物體b冷物體a熱平衡物體b熱平衡物體a物體b物體c物體a熱平衡物體b熱平衡物體c熱平衡注：熱力學(xué)的廣延量用大寫字母表示，其比參數(shù)（單位質(zhì)量的體積v、熱力學(xué)能u、焓h、熵s）用小寫字母表示。（通過對量的代數(shù)形式的定義，引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)研究中尊重術(shù)語）二、溫度物理意義 宏觀：溫度是物體冷熱程度的標(biāo)志。在此處插入熱力學(xué)第零定律，使熱力學(xué)體系更加完善。微觀溫度是物質(zhì)微粒熱運(yùn)動激烈程度的標(biāo)志。測量溫度是利用溫

11、度計(jì)來測量的。結(jié)合思考題，說明溫度計(jì)的測溫原理：（思考題5）溫標(biāo)溫標(biāo)溫度的數(shù)值表示法。不同溫標(biāo)之間的關(guān)系：可推出兩種溫標(biāo)之間的關(guān)系。幾種類型的溫度計(jì)及其測量屬性溫度計(jì)測溫屬性氣體溫度計(jì)液體溫度計(jì)電阻溫度計(jì)熱電偶磁溫度計(jì)光學(xué)溫度計(jì)壓力或體積體積電阻熱電動勢磁化率輻射強(qiáng)度例11：鉑金絲的電阻在冰點(diǎn)時(shí)為10.000，在水的冰點(diǎn)時(shí)為14.247，在硫的沸點(diǎn)（446）時(shí)為27.887，試求出溫度t/和電阻r/的關(guān)系式中的常數(shù)a、b、r0的數(shù)值。結(jié)合（思考題6）說明經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)，引出熱力學(xué)溫標(biāo)。熱力學(xué)溫標(biāo)。攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的關(guān)系三、壓力1. 壓力的定義ppbpeppbpv00pbpvpppv2. 壓

12、力的測量。通過測壓元件的圖例和工作情況說明壓力計(jì)所測得的壓力是工質(zhì)的真實(shí)壓力（或稱絕對壓力）與環(huán)境介質(zhì)壓力之差，叫做表壓力或真空度。（理解思考題4）；對壓力元件所處環(huán)境的說明：（習(xí)題1-8）3. 壓力單位：pa1pa1n/m21mpa106pa1atm101325pa, 1at98066.5pa，1mmhg133.3224pa，1mmh2o9.80665pa例12：測得容器內(nèi)氣體的表壓力為0.25mpa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?55mmhg，求容器內(nèi)氣體的絕對壓力，并分別用mpa，bar，atm，at表示。四、比體積和密度比體積、密度注意：，因此它們不是相互獨(dú)立的參數(shù)，可以任意選用其中之一，工程熱力學(xué)中

13、通常用作為獨(dú)立參數(shù)。1.4 平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標(biāo)圖（課時(shí)3、4）一、平衡狀態(tài)通過狀態(tài)的分類引出熱力學(xué)的三個(gè)研究層次，使學(xué)生認(rèn)識到熱力學(xué)雖然是一門有上百年的歷史的學(xué)科，但其依然充滿活力，增加研究興趣1 平衡狀態(tài)的定義說明：1 不受外界影響是指與外界既沒有能量交換，也沒有物質(zhì)交換，但重力場的影響除外；2 始終保持不變，是指系統(tǒng)參數(shù)不隨時(shí)間變化；平衡包括3 熱平衡，組成熱力系統(tǒng)的各部分之間沒有熱量的傳遞；4 力平衡，各部分之間沒有相對位移，系統(tǒng)就處于力的平衡。5 化學(xué)平衡，沒有化學(xué)反應(yīng)6 相平衡：沒有相的遷移。實(shí)現(xiàn)平衡狀態(tài)的充要條件：thtl銅棒氣相液相t,p,u,h,st,p,u,h,s只有

14、在系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)與外界之間一切不平衡勢差都不存在時(shí)。2 穩(wěn)定狀態(tài)。內(nèi)燃機(jī)、壓氣機(jī)在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，工質(zhì)狀態(tài)的周期性規(guī)律不隨時(shí)間而變。說明在對此類熱力設(shè)備進(jìn)行研究時(shí)應(yīng)視之為穩(wěn)定系統(tǒng)換熱器在設(shè)計(jì)工況下工作時(shí)各點(diǎn)狀態(tài)也不隨時(shí)間而變。說明：1.穩(wěn)定狀態(tài)的特征，各狀態(tài)點(diǎn)或各點(diǎn)狀態(tài)的周期性變化規(guī)律不隨時(shí)間而變；2.各點(diǎn)狀態(tài)可能不同，即系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)可能并不均勻。穩(wěn)定狀態(tài)與平衡狀態(tài)是不同的概念區(qū)別：穩(wěn)定狀態(tài)僅僅強(qiáng)調(diào)不隨時(shí)間而變，并不強(qiáng)調(diào)這種不隨時(shí)間而變的條件。平衡狀態(tài)既強(qiáng)調(diào)不隨時(shí)間而變，也強(qiáng)調(diào)不隨時(shí)間而變的條件，即在不受外界影響的條件下。3 均勻狀態(tài)。（平衡是相對于時(shí)間而言的，均勻是相對于空間而言的。）以例子說明

15、如何區(qū)分平衡與穩(wěn)定，平衡與均勻兩種概念。例1.3 銅棒的一端與高溫?zé)嵩唇佑|，另一端與低溫?zé)嵩唇佑|，其表面與外界絕緣，如圖。經(jīng)歷較長時(shí)間后，銅棒內(nèi)各截面的溫度不再隨時(shí)間變化，試問銅棒是否處于平衡狀態(tài)？說明：由此例可見要注意區(qū)分穩(wěn)定與平衡兩種不同的概念。穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)狀態(tài)參數(shù)雖不隨時(shí)間變化，但它是靠外界影響來維持的。平衡狀態(tài)是不受外界影響時(shí)參數(shù)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)，兩者有所區(qū)別，但又有聯(lián)系平衡必穩(wěn)定，穩(wěn)定未必平衡。例1.4 一剛性絕熱容器內(nèi)充有水和水蒸氣混合物，他們的溫度和壓力分別相等，不隨時(shí)間而變化，試問汽水混合物是否已處于平衡狀態(tài)。說明：本例說明，處于熱力平衡狀態(tài)的系統(tǒng)內(nèi)部各種參數(shù)未必都是均勻的，即

16、均勻必平衡，平衡未必均勻。當(dāng)然對于單相物質(zhì)組成的系統(tǒng)，均勻必平衡，平衡也必均勻。判斷題：均勻必平衡，平衡也必均勻。有前提條件：對于單相物系，均勻必平衡，平衡也必均勻；對于復(fù)相系統(tǒng)，均勻必平衡，平衡未必均勻。注：本書未加特別注明之處，一律把平衡狀態(tài)下單相物系當(dāng)成是均勻的，物系中各處的狀態(tài)參數(shù)應(yīng)相等。例1.5 試說明平衡狀態(tài)的特征及其實(shí)現(xiàn)的條件？二、狀態(tài)方程式三、狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖壓容圖和溫熵圖。強(qiáng)調(diào)：只有平衡狀態(tài)才能用狀態(tài)參數(shù)圖上的一點(diǎn)表示，不平衡狀態(tài)因系統(tǒng)各部分的物理量一般不相同，在坐標(biāo)圖上無法表示。1.5 工質(zhì)的狀態(tài)變化過程一、系統(tǒng)發(fā)生狀態(tài)變化的原因熱力過程。二、準(zhǔn)平衡（靜態(tài)）過程1. 準(zhǔn)靜態(tài)過

17、程準(zhǔn)靜態(tài)過程。準(zhǔn)靜態(tài)過程。即氣體工質(zhì)在壓力差作用下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)過程的條件是：氣體工質(zhì)和外界之間的壓力差為無限小，即： 或氣體工質(zhì)和外界溫差為無限小，即 或?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)平衡過程條件p1, v1, t1p2, v2, t2p3, v3, t3pv說明：1. 由于準(zhǔn)靜態(tài)過程中系統(tǒng)所經(jīng)歷的都是平衡狀態(tài)，因而可以用狀態(tài)參數(shù)來描述過程中的每個(gè)狀態(tài)，也可以用狀態(tài)方程來表示參數(shù)之間的關(guān)系，并能在各種狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上，用一條過程曲線形象地把該過程表示出來。這樣，我們就可以運(yùn)用數(shù)學(xué)工具對系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)過程進(jìn)行詳盡的分析。2.工程實(shí)際說明二、可逆過程和不可逆過程1. 可逆過程特征。 2. 可逆過程必須滿足下列條件：（使系統(tǒng)實(shí)

18、現(xiàn)可逆過程的條件是什么）可逆過程必須是準(zhǔn)靜態(tài)過程，即必須在勢差足夠小、變化足夠慢的條件下進(jìn)行。這樣，每個(gè)中間狀態(tài)都可看作是平衡狀態(tài)，而且，一旦改變勢差的方向，即可改變過程的方向；可逆過程中不存在任何耗散效應(yīng)，如摩擦、擾動、電阻、永久變形等等，耗散效應(yīng)必定導(dǎo)致無法消除的影響。因此，可逆過程也可定義為：可逆過程是無耗散效應(yīng)的準(zhǔn)靜態(tài)過程。3. 不滿足可逆過程的定義或條件的過程，稱為不可逆過程。4. 典型的不可逆過程。例如：溫差傳熱；自由膨脹；混合過程；節(jié)流過程；摩擦生熱；粘性流體；阻尼振動；電阻熱效應(yīng)；燃燒過程；非彈性變形；磁滯損耗等等。但。 5.實(shí)際過程的說明。注意：對可逆過程定義的說明重申熱力學(xué)

19、的研究方法。課后思考題1. 判斷下列過程中那些是可逆的、不可逆的，可以是可逆的，并扼要說明不可逆的原因。（1）對剛性容器內(nèi)的水加熱使其在恒溫下蒸發(fā)。（2）對剛性容器內(nèi)的水做功使其在恒溫下蒸發(fā)。（3）對剛性容器中的空氣緩慢加熱使其從50升溫到100。（4）定質(zhì)量的空氣在無摩擦、不導(dǎo)熱的氣缸和活塞中被慢慢壓縮。（5）100的蒸汽流與25的水流絕熱混合。1.6 過程功和熱量一、過程功1. 功的定義和單位普通物理中功的定義：在力f的作用下物體發(fā)生微小的位移dx，則力f所作的微功為式中：微小功量（并非全微分）。若物體在力f的作用下由空間某點(diǎn)1位移到點(diǎn)2，則力f所作的功為功的單位：j，焦耳1j的功相當(dāng)于物

20、體在1n的力的作用下產(chǎn)生1m的位移時(shí)產(chǎn)生的功量，即1j1nm單位質(zhì)量的物質(zhì)所做的功稱為比功，單位為j/kg。若質(zhì)量為m的物質(zhì)完成的功為w，則比功為pv j/kg單位時(shí)間內(nèi)完成的功稱為功率，單位為w，即 1w=1j/s工程上還用kw做單位1kw =1kj/s2. 可逆過程的功按照功的力學(xué)定義，工質(zhì)推動活塞移動距離dx時(shí)，反抗斥力所做的膨脹功為式中：活塞面積；工質(zhì)體積微元變化量。工質(zhì)從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，所作的膨脹功為：說明：如已知可逆的膨脹過程12的方程式，即可由積分求得膨脹過程功的數(shù)值；膨脹功在圖上可用過程線下方的面積表示，因此圖也叫示功圖。如果工質(zhì)是1kg，則所做的功為過程依相反方向21進(jìn)行

21、時(shí)，同樣可得應(yīng)用功量公式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1. 功量正負(fù)號規(guī)定（一定重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)）。由公式可知，時(shí)，無功量交換；，系統(tǒng)對外做功，功為正；，外界對系統(tǒng)做功，功為負(fù)。簡言之，系統(tǒng)對外做功，功為正；外界對系統(tǒng)做功，功為負(fù)。2. 功量的大小可以用圖上過程線下方的面積表示；3. 功量是個(gè)過程量，不是全微分。當(dāng)初終狀態(tài)一定，而過程經(jīng)歷的途徑不同時(shí)，功量的大小也各不相同。4.容積變化功的公式只適用于準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程，對于非此類過程，不僅不能用上述公式來計(jì)算，而且不能用圖來表示該過程，對于不可逆過程的功量必須用其它方法來計(jì)算。5. 此公式適用于任何工質(zhì)。流動工質(zhì)在準(zhǔn)靜態(tài)過程中所做的膨脹功也可用此式計(jì)算。6. 準(zhǔn)

22、靜態(tài)過程的膨脹功和壓縮功，可用系統(tǒng)內(nèi)部的參數(shù)描述，無須考慮外界的情況，但必須知道內(nèi)部參數(shù)的函數(shù)關(guān)系。的函數(shù)關(guān)系可根據(jù)研究的具體過程方程和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。7. 閉口系工質(zhì)在膨脹過程中所作的功并不全部用來輸出作有用功，它一部分因摩擦而耗散，一部分用以排斥大氣做功，余下的才是可被利用的功，稱作有用功。3. 廣義功（簡介）二、過程熱量1. 定義：熱力學(xué)中把熱量定義為熱力系和外界之間僅僅由于溫度的不同而通過邊界傳遞的能量。（能量的一種，是由溫差引起的）熱量的單位：j，焦耳結(jié)合思考題2：有人認(rèn)為，開口系統(tǒng)中系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，而物質(zhì)又與能量不可分割，所以開口系不可能是絕熱系。對不對，為什么？*（此處重點(diǎn)闡

23、述過程量的特點(diǎn)）從對功和熱量的定義可以看出，熱量和功都是能量傳遞的度量，它們是過程量。只有在能量傳遞過程中才有所謂的功和熱量，沒有能量的傳遞過程就沒有功和熱量。說物系在某一狀態(tài)下有多少功或多少熱量，顯然是毫無意義的、錯(cuò)誤的，因?yàn)楣蜔崃慷疾皇菭顟B(tài)參數(shù)。只有當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，才可能有功和熱量的傳遞，所以功和熱量的大小不僅與過程的初、終狀態(tài)有關(guān)，而且與過程的性質(zhì)有關(guān)，它們是過程量。功和熱量的不同之處。便于對第5章熱過程方向性的理解。2. 準(zhǔn)靜態(tài)過程中熱量的計(jì)算公式tsv微元過程：有限過程：單位質(zhì)量：說明：1. 熱量正負(fù)號規(guī)定。體系吸熱，熱量為正；體系放熱，熱量為負(fù)。2. 熱量的大小可以用圖上過

24、程線下方的面積表示；3. 熱量是個(gè)過程量，不是全微分。當(dāng)初終狀態(tài)一定，而過程經(jīng)歷的途徑不同時(shí)，熱量的大小也各不相同。4.公式只適用于準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程，若非此類過程，不僅不能用上述公式來計(jì)算，而且不能用圖來表示該過程，對于不可逆過程得熱量必須用其它方法來計(jì)算。1.7熱力循環(huán)一、熱力循環(huán)及其分類1a2bmnef43cdwnetq1-q2t=wnetpvts循環(huán)。循環(huán)分類。二、正向循環(huán)正向循環(huán)也叫熱動力循環(huán)。設(shè)圖為一正向循環(huán)的和圖。循環(huán)凈功：循環(huán)凈熱量：正向循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性用熱效率來衡量。愈大，即吸入同樣的熱量時(shí)得到的循環(huán)功愈多，它表明循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性愈好。三、逆向循環(huán)1a2bmnef43cdwnetq

25、1-q2t=wnetpvts制冷系數(shù)：熱泵系數(shù)（供熱系數(shù)）與熱效率一樣，制冷系數(shù)和熱泵系數(shù)愈大，表明循環(huán)經(jīng)濟(jì)性愈好。 本章小結(jié)基本術(shù)語和基本概念：熱力系、平衡態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)過程、可逆過程。準(zhǔn)靜態(tài)過程實(shí)現(xiàn)的條件?？赡孢^程實(shí)現(xiàn)的條件。狀態(tài)參數(shù)及其性質(zhì)、定義、單位；熱量和功量的特征以及可逆過程的熱量和功量的計(jì)算?？赡孢^程的功和熱量：微元過程 注意問題 正負(fù)號約定 面積有限過程 過程量 適用范圍熱力循環(huán)的分類及評價(jià)指標(biāo)第2章 熱力學(xué)第一定律一、基本要求：正確識別各種不同形式能量的能力； 根據(jù)實(shí)際問題建立具體能量方程的能力；應(yīng)用基本概念及能量方程進(jìn)行分析計(jì)算的能力；注意焓的引出及其定義式。二、重點(diǎn)與難點(diǎn)1、

26、 焓的定義、物理意義、性質(zhì)；2、 不同形式的功，穩(wěn)定流動中幾種功的關(guān)系；3、 能量方程的應(yīng)用。2.1熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)（課時(shí)5、6）功的單位及其相互關(guān)系：在國際單位制中，熱和功的單位皆為焦耳（j）；在工程單位制中，熱，kcal；功，kgfm。由于1kcal=4.1868kj=426.935kgfm功率：單位時(shí)間內(nèi)所做的功，用p表示，單位（si）w，kw。工程制：馬力1w=1j/s； 1kw=1kj/s=102.kgf.m/s； 1kw=1.36馬力； 1馬力=0.735kw。1千瓦在小時(shí)內(nèi)所做的功為千瓦.小時(shí) 1kw.h=3600kj=860kcal；1馬力在小時(shí)內(nèi)所做的功為馬力.小時(shí) 1馬

27、力.小時(shí)=2646kj=632kcal。熱力學(xué)第一定律是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱現(xiàn)象上的應(yīng)用。指出：熱能和機(jī)械能之間可以互相轉(zhuǎn)化，但總量保持不變。2.2 熱力學(xué)能和總能一、熱力學(xué)能熱力學(xué)能 ，j，kj；單位質(zhì)量的熱力學(xué)能稱為比熱力學(xué)能（比內(nèi)能），j/kg，kj/kg。工質(zhì)的內(nèi)能包括：1）工質(zhì)的內(nèi)動能 ，當(dāng)工質(zhì)的分子可視做質(zhì)點(diǎn)時(shí)，只有平動動能，而無轉(zhuǎn)動和振動動能。2）分子內(nèi)部的作用力（內(nèi)部勢能，內(nèi)位能）所以內(nèi)能是溫度與比容的函數(shù)而對于單位質(zhì)量的工質(zhì)的內(nèi)能為又因?yàn)闅怏w的是由狀態(tài)方程式聯(lián)系起來的，所以又有和 。二、外部儲存能外部儲存能。宏觀運(yùn)動的整體動能： kj；宏觀的整體動能： kj；三、總能系統(tǒng)中

28、的總儲存能為： kj；單位質(zhì)量的能量為： kj/kg；四、熱力學(xué)能的性質(zhì)1.熱力學(xué)能是系統(tǒng)的一個(gè)狀態(tài)參數(shù)并具有狀態(tài)參數(shù)的所有通性。熱力學(xué)能是個(gè)廣延參數(shù)，具有可加性，而比熱力學(xué)能是強(qiáng)度參數(shù)，具有點(diǎn)函數(shù)的性質(zhì)。 也就是說，若工質(zhì)從初態(tài)1變化到終態(tài)2，其熱力學(xué)能的變化只與初終狀態(tài)有關(guān)，而與過程路徑無關(guān)。2. 熱力學(xué)能是一個(gè)不可測的狀態(tài)參數(shù)，其絕對值是無法確定的。3. 系統(tǒng)的熱力學(xué)能變化是可以計(jì)算的。2.3能量的傳遞和轉(zhuǎn)化1、做功和傳熱wecmwecmqwecm熱能機(jī)械能2.推動功和流動功p1,v1p2,v21 12 2（1）推動功。圖示系統(tǒng) （j）。式中，m進(jìn)入汽缸的工質(zhì)質(zhì)量。1千克工質(zhì)的推動功等于

29、（j/kg）。（2）流動功。推動功差2.4 焓(課時(shí)7、8)1、焓是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，定義表達(dá)式為：，不論是控制質(zhì)量還是流動質(zhì)量，當(dāng)狀態(tài)一定時(shí)，及都有確定的數(shù)值。焓的數(shù)值也就完全確定了。熱力學(xué)能及加項(xiàng)都是狀態(tài)量，具有狀態(tài)參數(shù)所有的通性，對于這一點(diǎn)是毫無爭議的。例：氣瓶中氣體表壓力為mpa，體積為vm3，內(nèi)能為kj，則氣瓶中氣體的焓為：注意壓力應(yīng)為絕對壓力；單位統(tǒng)一。2、焓中有兩項(xiàng)：熱力學(xué)能儲藏在工質(zhì)內(nèi)部的儲存能，不論是控制質(zhì)量還是流動質(zhì)量，工質(zhì)內(nèi)部所擁有的能量就是熱力學(xué)能，是一個(gè)狀態(tài)量；2.5 熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式基本方程寫法：進(jìn)入系統(tǒng)的能量離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)內(nèi)部儲存能的變化一、閉口系能量方

30、程qwu若工質(zhì)的宏觀動能和位能的變化可忽略不計(jì)或熱力學(xué)第一定律的第一解析式。式中：，為系統(tǒng)在狀態(tài)2和狀態(tài)1下的熱力學(xué)能。對于閉口系統(tǒng)，功只能為容積功。注意：上式不可以寫成，因?yàn)闊崃亢凸Χ际悄芰總鬟f的度量。只有在能量傳遞的過程中才有所謂功和熱量，沒有能量傳遞的過程也就根本沒有什么功和熱量。若說物體在某一狀態(tài)下有多少功或多少熱量，這顯然是毫無意義的、錯(cuò)誤的。功和熱量都不是狀態(tài)參數(shù)。一個(gè)過程只有一個(gè)熱量，一個(gè)過程也只有一個(gè)功。對于單位質(zhì)量的工質(zhì)：此式直接從能量守恒和轉(zhuǎn)化的普遍原理得出，沒有做任何假定，因此它對閉口系統(tǒng) 是普遍適用的，毫無例外?？蛇m用于可逆過程，也可適用于不可逆過程。對工質(zhì)的性質(zhì)也沒有

31、限制，無論是理想氣體，還是實(shí)際氣體，甚至液體都可適用。為了確定工質(zhì)初態(tài)和終態(tài)內(nèi)能的值，要求工質(zhì)初態(tài)和終態(tài)是平衡狀態(tài)。結(jié)論：對靜止閉系，有限過程中 就lkg工質(zhì)而言，可寫成：或 以上四式的應(yīng)用適合靜止閉系的一切過程，包括可逆過程和不可逆過程 對于準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程： 則對于簡單可壓系可逆過程寫成：非可逆過程不可以這樣寫。例 一個(gè)裝有2kg工質(zhì)的閉口系統(tǒng)經(jīng)歷了如下過程：過程中系統(tǒng)散熱25kj，外界對系統(tǒng)做功100kj，比熱力學(xué)能減少了15kj/kg，并且整個(gè)系統(tǒng)被舉高1000m，試確定過程中系統(tǒng)動能的變化。注意：能量方程中的是代數(shù)值，在代入數(shù)值時(shí)要按約定正負(fù)號含義代入，表示增量，若過程中它們減少

32、應(yīng)代入負(fù)值；量綱一致。2.6 穩(wěn)定流動能量方程(課時(shí)9、10)1、穩(wěn)定流動穩(wěn)定流動是指開口系統(tǒng)的控制容積中每一空間點(diǎn)其參數(shù)不隨時(shí)間而變化。2211p1p2qwidv1, cf1dv2, cf2基準(zhǔn)面z2z1穩(wěn)定流動具有下列特點(diǎn)：（1） 整個(gè)系統(tǒng)單位時(shí)間與外界交換的熱、功不變；（2） 進(jìn)口參數(shù)和出口參數(shù)不變；（3） 系統(tǒng)的邊界無脹縮；（4） 單位時(shí)間流入的質(zhì)量等于流出的質(zhì)量。2、穩(wěn)定流動能量方程圖示系統(tǒng)流入能量及流出能量：1） 流入系統(tǒng)的能量：其中2） 流出系統(tǒng)的能量：，其中則根據(jù)熱力學(xué)第一定律的基本能量方程可得：進(jìn)入能量流出能量=變化量（對于穩(wěn)定流動，變化量=0）則 流入能量=流出能量即 （1

33、）則對（1）式加以整理，得出系統(tǒng)的吸熱量為： （2）焓為流動工質(zhì)所攜帶的能，工質(zhì)要流動，則必?cái)y帶內(nèi)能u和流動功pv，所有的動力設(shè)備為了連續(xù)工作，需流動的工質(zhì)，故焓的應(yīng)用比內(nèi)能廣泛。（2）式變?yōu)椋海?）（3）式叫做穩(wěn)定流動能量方程式。有限過程的穩(wěn)定流動能量方程：1kg工質(zhì)流過開口系經(jīng)過有限或微元過程時(shí)，則而膨脹功由四個(gè)部分組成的：1）進(jìn)出口推動功之差，是維持流動所需要的功 2）進(jìn)出口動能之差；3）進(jìn)出口位能之差4）是工質(zhì)對機(jī)器作的功。工質(zhì)在穩(wěn)定流動過程中所作的膨脹功表現(xiàn)為一部分消耗于維持工質(zhì)流動所需要的流動功，一部分用于增加工質(zhì)的宏觀動能和重力位能，其余部分才作為熱力設(shè)備輸出的功，所以說膨脹功是

34、簡單可壓縮系熱變功的源泉。定義；技術(shù)功利用（4）式，則，即技術(shù)功還可表示為膨脹功減去進(jìn)出系統(tǒng)的推動功之差。說明：在各種方式的能量傳遞過程中，只有在工質(zhì)膨脹作功時(shí)，才可能實(shí)現(xiàn)熱能（無序能）變機(jī)械能（有序能）的轉(zhuǎn)化，而產(chǎn)生的機(jī)械能就等于膨脹功。機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能的過程雖則還可由摩擦、碰撞等來完成，但只有通過對工質(zhì)壓縮作功的轉(zhuǎn)化過程才會是可逆的。所以熱能和機(jī)械能的可逆轉(zhuǎn)化總是和工質(zhì)的膨脹和壓縮聯(lián)系在一起的。而穩(wěn)定流動能量方程（3）式變?yōu)椋?（5）此為，是用焓表示的第一定律解析式，也叫做熱力學(xué)第一定律的第二解析式。閉口系統(tǒng)能量方程 （6），是熱力學(xué)第一定律的第一解析式，它表明加給工質(zhì)的熱量一部分用于增加

35、工質(zhì)的內(nèi)能，仍以熱能的形式存在與工質(zhì)內(nèi)部，余下的部分以作功的方式傳遞給了外界，轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。在狀態(tài)變化過程中轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的部分為。穩(wěn)定流動能量方程式（3）和第一定律的第二解析式。都是從能量方程式直接推出，因此能普遍適用于可逆和不可逆過程，也普遍適用于各種工質(zhì)。可逆過程的技術(shù)功的具體表達(dá)式：設(shè)工質(zhì)由進(jìn)口態(tài)變?yōu)槌隹趹B(tài)，其膨脹功為因?yàn)?2ab0cd3在p-v圖上，膨脹功為面積12ab1=；而為面積c2b0c，為面積d1a0d，則為面積12cd1=也可這樣推導(dǎo)：=（7）由（7）式可見，若為負(fù)，即過程中工質(zhì)的壓力是降低的，則技術(shù)功為正，此時(shí)工質(zhì)對機(jī)器作功。反之，若為正，即過程中工質(zhì)的壓力是升高的，則技術(shù)

36、功為負(fù)。此時(shí)機(jī)器對工質(zhì)作功。蒸汽機(jī)、蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)屬于前一種情況，活塞式壓縮機(jī)和葉輪式壓氣機(jī)屬于后一種情況。技術(shù)功的微分形式 第一定律第二解析式的微分形式為：第一解析式和第二解析式之間可相互推導(dǎo)。第一解析式：第二解析式：=2.6 開口系統(tǒng)的能量方程的一般表達(dá)式2211p1p2qwidv1, cf1dv2, cf2基準(zhǔn)面z2z1開口不穩(wěn)定流動系統(tǒng)如圖時(shí)間內(nèi)流入的能量：流出的能量據(jù)能量守恒與轉(zhuǎn)化定律：流入能量-流出能量=內(nèi)部能量的增量，設(shè)內(nèi)部能量的增量用表示（control volume），則上式可整理為：說明：流入系統(tǒng)的能量，一部分變?yōu)橄到y(tǒng)儲存的能量，其它的變?yōu)殪什罴皠觿菽懿钜约拜敵龉ΑＡ睿?/p>

37、 則上式變?yōu)椋簩τ陂]口系統(tǒng)，0，則對于穩(wěn)定流動系統(tǒng)：， ， 則h0， p0， ，v0例：分析一氣瓶接入主管道的充氣過程的能量方程。條件：1）主管道的氣體狀態(tài)恒定； 2）氣瓶是剛性的； 3）氣瓶不是真空（開始u1，m1）分析：說明：在氣源中氣體的比熱力學(xué)能是，但隨質(zhì)量交換而交換的能量是比焓，即質(zhì)量流的 能容量是而不是。充氣過程中，系統(tǒng)增加的能量為，既不是；也不是。終態(tài)時(shí)系統(tǒng)的比焓為。在絕熱充氣過程中，焓轉(zhuǎn)變成熱力學(xué)能，它是個(gè)不可逆過程。 12例：汽缸的一端通過閥門與穩(wěn)定氣源相連，汽缸內(nèi)有一活塞重塊，以維持汽缸內(nèi)壓力，為常值。初態(tài)時(shí)，活塞在汽缸的1處，假定閥門調(diào)節(jié)到一定開度，使活塞在等壓下緩慢地勻

38、速上升，當(dāng)活塞上升到終態(tài)2時(shí)關(guān)閉閥門。分析：多孔塞絕熱體12思考題如圖所示是焦耳和湯姆遜采用的多孔塞實(shí)驗(yàn)一個(gè)絕熱管子中用棉花之類的物品作成一個(gè)多孔塞，使氣體不容易通過。這樣，塞子的一邊可以維持較高的壓力，另一邊則維持較低的壓力，氣體不斷地從一邊經(jīng)過多孔塞節(jié)流到的一邊。實(shí)驗(yàn)中的流動過程為絕熱節(jié)流過程。試說明流體在多孔塞實(shí)驗(yàn)中從高壓到低壓的節(jié)流前后是一個(gè)總焓不變的過程，即。2.7能量方程式的應(yīng)用h1h2wi學(xué)會對于具體的熱力設(shè)備中的熱力過程進(jìn)行簡化，得出可供分析的熱力方程。h1h2wi一、 動力機(jī) 1千克工質(zhì)對機(jī)器所作的功為：二、 壓氣機(jī)1千克工質(zhì)需作功為：h2h1q三、換熱器c1，h1c2，h2

39、。四、管道 1千克工質(zhì)動能的增加為：h1h22211五、節(jié)流本章小結(jié)熱力學(xué)第一定律。能量熱力學(xué)能：1. 分子熱運(yùn)動形成的內(nèi)動能；2. 分子間的相互作用形成的內(nèi)位能；3. 維持一定分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)能，原子核內(nèi)部的原子能及電磁場作用下的電磁能等。一、功的種類及計(jì)算1. 體積變化功（膨脹功）：2. 內(nèi)部功：工質(zhì)在機(jī)器內(nèi)部對機(jī)器所作的功3. 推動功和流動功：開口系因工質(zhì)流動而傳遞的功稱為推動功。4.技術(shù)功：技術(shù)上可資利用的功。5. 有用功和無用功二、能量方程1. 閉口系能量方程：或 循環(huán)的熱力學(xué)第一定律：，任意一循環(huán)的凈吸熱量與凈功量相等。2. 穩(wěn)定流動能量方程.3. 一般開口系能量方程.注意問題：應(yīng)用

40、能量方程時(shí)要注意都有正負(fù)號的問題，要按規(guī)定使用，即系統(tǒng)吸熱時(shí)熱量取正值，放熱時(shí)取負(fù)值。另外，要注意公式中每一項(xiàng)量綱的統(tǒng)一。三、引入的兩個(gè)新的狀態(tài)參數(shù)：熱力學(xué)能和焓熱力學(xué)能，kj，j；比熱力學(xué)能，kj/kg，j/kg焓：四、能量方程的應(yīng)用：要注意選好熱力系。對于閉口系寫出閉口系能量方程。對于開口系，一般的熱力設(shè)備除了啟動、停止或加減負(fù)荷外，常處于穩(wěn)定工況下，所以可以作穩(wěn)定流動處理，即能量方程寫成穩(wěn)定流動能量方程。對于工程上的充、放氣、容器泄漏以及上述熱力設(shè)備的非穩(wěn)定工況，能量方程需寫成一般開口系的能量方程。在針對具體問題，分析系統(tǒng)與外界的相互作用時(shí)，對于葉輪式機(jī)械，如燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)、葉輪式壓

41、氣機(jī)等，以及噴管和節(jié)流閥等由于葉輪機(jī)械的外表面通常被很好地絕熱，進(jìn)行有效熱傳遞的外表面面積很小，工質(zhì)流過控制容積非常迅速，系統(tǒng)與外界來不及交換大量的熱量，因此通常作為絕熱處理，穩(wěn)定流動能量方程中的熱量項(xiàng)取為零。除去噴管和擴(kuò)壓管這類使氣流速度改變比較劇烈的設(shè)備外，在一般設(shè)備中，起來進(jìn)出的動能、位能變化很小，可以忽略。穩(wěn)定流動中的動、位能差項(xiàng)均取為零。對于簡單可壓縮系，設(shè)備中若無活塞。轉(zhuǎn)軸這類做功部件，閉口系能量方程中的功項(xiàng)，或開口系能量方程中的內(nèi)部功項(xiàng)均取為零。如各種換熱設(shè)備，其內(nèi)部功均為零。習(xí)題課（隨課時(shí)安排）簡答題1. 絕熱真空剛性容器充入理想氣體后，容器內(nèi)的氣體溫度比充氣前氣體溫度是高了、

42、低了還是相等。2. 解釋開著冰箱門降溫的錯(cuò)誤所在。1. 氣體在某一過程中吸收了50j的熱量，同時(shí)內(nèi)能增加了84j，問此過程是膨脹過程還是壓縮過程？與外界交換的功為多少？2. 氧氣瓶的容積為.4m3，瓶中儲有氧氣，壓力表上的讀數(shù)是74bar，設(shè)氧氣的內(nèi)能等于8300kj，求它的焓值。3. 氣缸內(nèi)儲有完全不可壓縮的流體，氣缸的一端被封閉，另一端是活塞。氣缸是靜止的，且與外界無熱交換。試問：活塞能否對流體做功？流體的壓力會改變嗎？若使用某種方法把流體的壓力從0.2mpa提高到4mpa，內(nèi)能有無變化？焓有無變化？1234pv4. 一閉口系從狀態(tài)1沿123途徑到狀態(tài)3，傳遞給外界的熱量為47.5kj，而

43、系統(tǒng)對外做功為30kj。（1）若沿1-4-3途徑變化時(shí)，系統(tǒng)對外做功為15kj，求過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量葉輪12334燃燒室壓氣機(jī)噴管5. 某燃?xì)廨啓C(jī)裝置，如圖所示，已知在各截面處的參數(shù)為在截面1處： kj/kg；在截面2處：kj/kg在燃燒室工質(zhì)吸入熱量kj/kg；燃燒后的燃?xì)膺M(jìn)入噴管膨脹到狀態(tài)，kj/kg，流速增大，進(jìn)入動葉片，推動轉(zhuǎn)輪回轉(zhuǎn)做功。若燃?xì)庠趧尤~片中的熱力狀態(tài)不變，最后離開燃?xì)廨啓C(jī)的速度m/s求：（1）若空氣流量為100kg/s，壓氣機(jī)消耗的功率？（2）若燃?xì)獾陌l(fā)熱值為kj/kg，燃料的耗量為多少?（3）噴管出口的流速？（4）燃?xì)廨啓C(jī)的功率為多少？（5）燃?xì)廨啓C(jī)裝置的總功率

44、為多少？第3章 氣體和蒸汽的性質(zhì)一、 基本要求：1. 熟練掌握并正確應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程式；2. 正確理解理想氣體比熱容的概念；熟練掌握和正確應(yīng)用定值比熱容、平均比熱容來計(jì)算過程熱量，以及計(jì)算理想氣體熱力學(xué)能、焓和熵的變化；二、 難點(diǎn)和重點(diǎn)：1. 理想氣體的熱力性質(zhì)；2. 比熱容.3.1理想氣體的概念（課時(shí)11、12）理想氣體在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)氣體壓力不太高，溫度不太低時(shí)，實(shí)際氣體由于分子距離較大，分子間作用力削弱，則實(shí)際氣體可看作理想氣體。理想氣體是實(shí)際氣體在壓力趨近于0，比容趨近于無窮大時(shí)的極限狀態(tài)。所以，在工程中，一看種類（即其沸點(diǎn)高低，離液態(tài)遠(yuǎn)近）；二看壓力。一、理想氣體的狀態(tài)方程理想氣

45、體的狀態(tài)方程由兩種方法得出：1）由高中物理中介紹的理論分析推導(dǎo)得到；2）另一種方法是由實(shí)驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)方程， 稱為氣體常數(shù)，由于在同溫同壓下，同體積的各種氣體質(zhì)量各不相同，因而值隨氣體種類而異，各種氣體都有一定的值。二、摩爾質(zhì)量和摩爾體積對于1kmol氣體，其比容我們稱為千摩爾容積，各種氣體的千摩爾容積這時(shí)都是22.4m3，即m3/kmol（下標(biāo)0表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）則 =8314.3j/kmolk=8.3143kj/kmolk當(dāng)選用不同的單位時(shí)，有不同的值，例如當(dāng)kgf/m2時(shí)，=848kgf.m/（kmolk）用摩爾質(zhì)量，kg/kmol，對于空氣，kg/kmol，在高中時(shí)，我們習(xí)慣用29，現(xiàn)在應(yīng)較

46、采用精確值，此值為據(jù)空氣中各種成分的體積含量求出的。則空氣的氣體常數(shù)為：0.287kj/kgk=287j/kgk對于m kg氣體，式（3-2）兩邊都乘以m得，而在物理學(xué)中我們常用。例1：有一體積為0.3m3的汽缸，裝有mpa，k的壓縮空氣，用來啟動柴油機(jī)，啟動后瓶中壓力降為=4.6mpa，=k，問用去了多少kg空氣？注意1、采用合適的公式（習(xí)慣于采用熱力學(xué)公式）可減少計(jì)算步驟，建議采用進(jìn)行計(jì)算； 2、在此題中，體積雖然沒變，但質(zhì)量已變，故不能認(rèn)為是定容或定溫過程。例2：將co2壓入容積為3m3的儲氣罐中，初始罐中壓力表讀數(shù)為0.3bar，終態(tài)壓力表讀數(shù)為3bar，罐中的溫度在充氣過程中由15升

47、為75。試求充入的氣體量（大氣壓760mmhg）。注意：1、必須采用絕對壓力，而不能用表壓力； 2、必須使用絕對溫度，而不能用攝氏溫度或華氏溫度； 3、等物理量的單位必須與選定的摩爾氣體常數(shù)的單位協(xié)調(diào)一致。思考題：體積為1m3的容器中充滿n2，其溫度為20，表壓力為1000mmhg。為了確定其質(zhì)量m，有人先后采用了下列幾種計(jì)算式并得出了計(jì)算結(jié)果，請判斷它們是否正確？若有錯(cuò)誤請改正。1、1684kg2、11531.5kg3、2658kg4、2.658kg錯(cuò)誤之處：1、采用公式不當(dāng)，使計(jì)算復(fù)雜化，應(yīng)采用公式； 2、式中單位與所選定的氣體常數(shù)的單位沒有協(xié)調(diào)一致，且壓力非絕對壓力，溫度非絕對溫度。本節(jié)

48、的內(nèi)容理論知識已學(xué)過很多，關(guān)鍵在于在工程中的應(yīng)用。3.2理想氣體的比熱容一、比熱容定義比熱容的概念。1、質(zhì)量比熱：2、容積比熱：3、kmol比熱，符號，單位kj/kmolk。三者的關(guān)系：。二、定壓、定容比熱定容比熱： 定壓比熱： 推導(dǎo)：據(jù)熱力學(xué)第一定律表達(dá)式：據(jù)熱力學(xué)第二定律表達(dá)式：對于理想氣體 邁耶公式： 或 此即為對理想氣體來說定壓比熱與定容比熱之間的關(guān)系（因?yàn)橹挥欣硐霘怏w，而對于實(shí)際氣體，）。又因?yàn)椋核?8314.3j/kmolk令，稱為絕熱指數(shù)。對于理想氣體：，而，可見值非一常數(shù)，它與的值有關(guān)。而對于某一氣體來說永為一常數(shù)。三、理想氣體的定比熱理論 ，單原子氣體雙原子氣體多原子氣體單

49、位kj/kgkkj/kgkkj/kgk修正。對于多原子氣體，工程上為了簡化計(jì)算，比熱可近似地當(dāng)做定值，通常稱為定值比熱。 c=f（t）四、理想氣體的真實(shí)比熱據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，比熱也隨之升高，作出與的關(guān)系曲線，整理為的形式，即理想氣體隨溫度變化而變化。式中等是與氣體性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。所以在給出比熱的數(shù)值時(shí)，必須給出是那一個(gè)溫度下的比熱。五、利用比熱計(jì)算熱量1、定比熱計(jì)算： kj/kg kj/kg的來源，對于空氣： kj/kgk kj/kgk或kj/kgk對其它氣體也可按此計(jì)算。2、平均比熱 附表4，500頁注意：非100下的定壓比熱值，單個(gè)溫度無平均可言，是指0100間的平均定壓比熱值。

50、而（定容平均比熱的計(jì)算方法）。據(jù)熱力學(xué)第一定律則,這樣算焓，隱含了規(guī)定0時(shí)，即=0，同理，此式也隱含了規(guī)定0時(shí)，即=0。當(dāng)然對于理想氣體還可取0k時(shí)焓值為0，內(nèi)能為0。3、比熱的直線關(guān)系 =附表7，p503列出了氣體的平均比熱（直線關(guān)系式），應(yīng)注意，附表中的代表，其直接寫出了的值。例如：空氣的平均定壓比熱的直線關(guān)系式為：，其中代表，而=0.000093，0.9956。本節(jié)總結(jié)（理想氣體的比熱）1、據(jù)微觀分子運(yùn)動模型得出定比熱理論；2、氣體的真實(shí)比熱；3、平均比熱；4、平均比熱直線關(guān)系：例：把空氣從100定壓加熱到300和1000，分別用定比熱、平均比熱及比熱的直線關(guān)系來計(jì)算。解：1、定比熱計(jì)算

51、：2、平均比熱：3、按比熱直線關(guān)系：平均比熱表是考慮比熱隨著溫度而變化的曲線關(guān)系，據(jù)比熱的精確值編制的，用比熱表求得的是可靠的結(jié)果，以之做基準(zhǔn)來計(jì)算其它兩種的誤差：溫度由100變化到1000時(shí)，計(jì)算誤差，；分析：由例子可得：1、 如按定比熱計(jì)算，空氣的應(yīng)記做 kj/kgk， kj/kgk；2、 據(jù)計(jì)算，按定比熱計(jì)算隨著溫度的升高，引起的誤差較大，即精確計(jì)算時(shí)不能按定比熱計(jì)算，對工程來說 ，定比熱在允許誤差范圍內(nèi)；3、 溫度變化大或?。?1500），按比熱直線關(guān)系計(jì)算，誤差都較小。3.4理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵（課時(shí)13、14）一、熱力學(xué)能和焓abc1pv熱力學(xué)能的變化為； 焓的變化為。 的計(jì)算：243pv11、若溫度不太高，則按定值比熱計(jì)算，圖中過程中熱力學(xué)能的變化相