工程熱力學(xué)課件

工程熱力學(xué)(1)2022/10/20工程熱力學(xué)(1)工程熱力學(xué)(1)2022/10/15工程熱力學(xué)(1)第一節(jié)基本概念一、工質(zhì)的概念及應(yīng)用工質(zhì)：在熱能動(dòng)力裝置中，熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換時(shí)的媒介物。如燃?xì)?、水或水蒸氣、制冷劑等。?duì)工質(zhì)的要求：良好的膨脹性和良好的流動(dòng)性。二、熱力學(xué)系統(tǒng)1、熱力學(xué)基本概念1）系統(tǒng)：熱力設(shè)備中分離出來(lái)作為熱力學(xué)研究對(duì)象的物體。工程熱力學(xué)(1)第一節(jié)基本概念工程熱力學(xué)(1)2）外界：系統(tǒng)之外與系統(tǒng)有關(guān)的其他熱力設(shè)備。如下圖的膨脹閥、管道等。蒸發(fā)器q2壓縮機(jī)q1w冷凝器膨脹閥12343）邊界：系統(tǒng)與外界的分界面。邊界可以是假想的，也可以是實(shí)際存在的，可以是固定的，也可以是移動(dòng)的。通常用虛線標(biāo)出。QW膨脹中的燃?xì)庀到y(tǒng)的邊界流動(dòng)中的工質(zhì)系統(tǒng)的邊界工程熱力學(xué)(1)2）外界：系統(tǒng)之外與系統(tǒng)有關(guān)的其他熱力設(shè)備。如下圖的膨脹閥、2、熱力學(xué)系統(tǒng)的分類及相互關(guān)系1）熱力學(xué)系統(tǒng)的分類：系統(tǒng)與外界有三種相互作用形式：質(zhì)、功、熱（1）開(kāi)口系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換工質(zhì)流入工質(zhì)流出QW系統(tǒng)邊界開(kāi)口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系統(tǒng)不穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系統(tǒng)工程熱力學(xué)(1)2、熱力學(xué)系統(tǒng)的分類及相互關(guān)系系統(tǒng)與外界有三種相互作用形式：（2）封閉系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界無(wú)物質(zhì)交換。

封閉系統(tǒng)具有恒定質(zhì)量，封閉系統(tǒng)與外界可以有熱量和功的交換，也可以沒(méi)有。QW膨脹中的燃?xì)庀到y(tǒng)的邊界工程熱力學(xué)(1)（2）封閉系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界無(wú)物質(zhì)交換。封閉（3）絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱量交換。

絕熱系統(tǒng)與外界可以有物質(zhì)與功的交換，也可以沒(méi)有。冷源QW把冷源包括在內(nèi)的絕熱系統(tǒng)工程熱力學(xué)(1)（3）絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱量交換。

絕熱系統(tǒng)與外界可以（4）孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界既沒(méi)有物質(zhì)交換，也沒(méi)有熱和功的交換。孤立系統(tǒng)內(nèi)兩物體間的熱傳遞邊界系統(tǒng)T2T1QBA系統(tǒng)內(nèi)部各部分可以有物質(zhì)、熱量與功的交換，但系統(tǒng)作為一個(gè)整體與外界沒(méi)有任何相互作用。工程熱力學(xué)(1)（4）孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界既沒(méi)有物質(zhì)交換，也沒(méi)有熱和功的交換三、熱力學(xué)平衡態(tài)1、熱力學(xué)平衡態(tài)概念1）狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)：熱力系統(tǒng)在某一瞬間所處的宏觀物理狀況。

狀態(tài)參數(shù)：描述系統(tǒng)宏觀特性的物理量。2）熱力學(xué)平衡態(tài)熱力學(xué)平衡態(tài)：在無(wú)外界影響的條件下，如果系統(tǒng)的狀態(tài)不隨時(shí)間而變化，則該系統(tǒng)所處的狀態(tài)稱為熱力學(xué)平衡態(tài)。（即同時(shí)具備熱平衡與力平衡）工程熱力學(xué)(1)三、熱力學(xué)平衡態(tài)1、熱力學(xué)平衡態(tài)概念熱力學(xué)平衡態(tài)：在無(wú)外界影系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)平衡態(tài)的條件在不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)內(nèi),如同時(shí)滿足力學(xué)平衡條件和熱平衡條件,則系統(tǒng)處于熱力學(xué)平衡態(tài)。四、熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)1、狀態(tài)參數(shù)概念及特性1）狀態(tài)參數(shù)概念：描述系統(tǒng)宏觀特性的物理量。常用的熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)：壓力（壓強(qiáng)）p、溫度T、容積V、內(nèi)能U、焓H和熵S。2）狀態(tài)參數(shù)的特性：

①熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)的數(shù)值由熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)唯一確定。②熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)變化時(shí)，若變化的初態(tài)和終態(tài)是確定的，則系統(tǒng)的各狀態(tài)參數(shù)變化量也是確定的。工程熱力學(xué)(1)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)平衡態(tài)的條件四、熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)工程熱力學(xué)(1)③系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)按其特性可分為兩類：尺度量（V、U、H、S）和強(qiáng)度量（p、T、v、s、u、h）。2）狀態(tài)參數(shù)的充要條件狀態(tài)參數(shù)是系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)或點(diǎn)函數(shù)，狀態(tài)參數(shù)的微元變量是全微分。功和熱量是過(guò)程量，不僅與初、終狀態(tài)參數(shù)有關(guān)，還與過(guò)程有關(guān)。2、常見(jiàn)的狀態(tài)參數(shù)和基本熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)強(qiáng)度量尺度量壓力、溫度體積、熱力學(xué)能、焓、熵基本參數(shù)導(dǎo)出參數(shù)壓力、溫度、體積熱力學(xué)能、焓、熵工程熱力學(xué)(1)③系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)按其特性可分為兩類：尺度量（V、U、H、S）1）.壓力：系統(tǒng)表面單位面積上的垂直作用力。即壓強(qiáng)壓力的單位：1N/m2=1Pa(帕）1MPa=106Pa；1bar=105Pa(2)大氣壓力:Pb

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm)：1atm=0.101325MPa(3)絕對(duì)壓力P、表壓力Pg、真空度Pv相對(duì)壓力絕對(duì)壓力系統(tǒng)真實(shí)壓力（是狀態(tài)參數(shù)）表壓力Pg真空度Pv系統(tǒng)相對(duì)與大氣壓力的數(shù)值（不是狀態(tài)參數(shù)）工程熱力學(xué)(1)1）.壓力：系統(tǒng)表面單位面積上的垂直作用力。即壓強(qiáng)壓力的單位Pg=P–Pb

Pv=Pb–P當(dāng)Pg>>Pb時(shí)，取Pb=0.1MPa

2）.溫度：表征物體冷熱程度的物理量。(1)熱平衡定律兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡,這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間必定處于熱平衡。(2)溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示法經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)根據(jù)測(cè)溫物質(zhì)物性變化作為溫標(biāo)。建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上單位：開(kāi)爾文（K）熱力學(xué)溫標(biāo)t(C)=T(K)-273.15工程熱力學(xué)(1)Pg=P–Pb

Pv=Pb–P當(dāng)3）容積和比容容積V：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的工質(zhì)所占有的空間。單位：比容v：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的工質(zhì)的容積。單位：容積與比容的關(guān)系：比容與密度的關(guān)系：容積與比容均為熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)。工程熱力學(xué)(1)3）容積和比容工程熱力學(xué)(1)4）內(nèi)能和比內(nèi)能內(nèi)能U：工質(zhì)所具有的熱能。單位：J。比內(nèi)能u：?jiǎn)挝毁|(zhì)量工質(zhì)的內(nèi)能。單位：J/㎏。內(nèi)能和比內(nèi)能關(guān)系：工質(zhì)的內(nèi)能由分子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)所具有的內(nèi)動(dòng)能和分子間相互作用力產(chǎn)生的內(nèi)勢(shì)能兩部分組成。工質(zhì)的內(nèi)能是由狀態(tài)參數(shù)——溫度和容積（或比容）所決定的，故內(nèi)能和比內(nèi)能也是工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)。工程熱力學(xué)(1)4）內(nèi)能和比內(nèi)能內(nèi)能和比內(nèi)能關(guān)系：工質(zhì)的內(nèi)能由分子無(wú)5）焓和比焓比焓h：工質(zhì)流經(jīng)開(kāi)口系統(tǒng)時(shí)，其內(nèi)能u和壓力p與比容v的乘積之和。焓H：工程熱力學(xué)(1)5）焓和比焓焓H：工程熱力學(xué)(1)6）熵和比熵熵S：m千克工質(zhì)從熱源吸收的微元熱量dQ除以的工質(zhì)吸熱時(shí)熱源的絕對(duì)T所得的商。單位：J/K。比熵s：?jiǎn)挝毁|(zhì)量工質(zhì)的熵。單位：J/K.㎏。熵表示熱量轉(zhuǎn)換為功的能力。即在可逆過(guò)程中，熱源的絕對(duì)溫度越高，則系統(tǒng)熵增就越小，熱量轉(zhuǎn)化為功的能力就越強(qiáng)。判斷系統(tǒng)與與外界熱傳遞的方向可根據(jù)工質(zhì)的比熵值來(lái)決定。即：ds﹥0,系統(tǒng)從熱源吸熱；ds﹤0,系統(tǒng)向熱源放熱；ds=0，系統(tǒng)與熱源絕熱。工程熱力學(xué)(1)6）熵和比熵工程熱力學(xué)(1)2、常見(jiàn)的不可逆因素1）耗散效應(yīng)：通過(guò)摩擦使功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬默F(xiàn)象。特點(diǎn)：功可以通過(guò)摩擦自發(fā)地（無(wú)條件地和全部地）轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，而熱不可能自發(fā)的轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α?）有限溫差下的熱傳遞：熱可以自發(fā)的從高溫物體傳到低溫物體，而不可能自發(fā)的從低溫物體傳到高溫物體。隔板3）自由膨脹：膨脹功：工質(zhì)在膨脹時(shí)，作用在移動(dòng)邊界上的壓力。自由膨脹：當(dāng)移動(dòng)邊界上的壓力為零，則膨脹功為零。工程熱力學(xué)(1)2、常見(jiàn)的不可逆因素隔板3）自由膨脹：工程熱力學(xué)(1)4）不同工質(zhì)的混合：隔板3、可逆過(guò)程的概念及判別可逆過(guò)程：系統(tǒng)進(jìn)行了一個(gè)過(guò)程后，如系統(tǒng)和外界均能恢復(fù)到各自的初態(tài)，則這樣的過(guò)程稱為可逆過(guò)程。判別：凡是包含不可逆因素的過(guò)程，均為不可逆過(guò)程；而不包含任何不可逆因素過(guò)程的才是可逆過(guò)程。4、可逆過(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的關(guān)系可逆過(guò)程必定是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程不一定可逆。工程熱力學(xué)(1)4）不同工質(zhì)的混合：隔板3、可逆過(guò)程的概念及判別4、可逆過(guò)程第二節(jié)熱力學(xué)第一定律一、熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)及內(nèi)容1、熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)能量守恒與能量轉(zhuǎn)換定律在熱力學(xué)中的應(yīng)用。第一定律的表達(dá)：輸入系統(tǒng)的能量—系統(tǒng)輸出的能量=系統(tǒng)儲(chǔ)存能量的變化量能量的類型：

傳遞中的能量---功和熱量----過(guò)程量

儲(chǔ)存的能量----內(nèi)部和外部狀態(tài)參數(shù)決定---狀態(tài)量

熱力學(xué)第一定律又可表述為“第一類永動(dòng)機(jī)是造不成的。”工程熱力學(xué)(1)第二節(jié)熱力學(xué)第一定律一、熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)及內(nèi)容能量2、熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容1）封閉系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律QW熱源功源單位質(zhì)量工質(zhì)微元過(guò)程其中△U=U2-U1工程熱力學(xué)(1)2、熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容QW熱源功源單位質(zhì)量工質(zhì)微元過(guò)程其第三節(jié)熱力學(xué)第二定律1）開(kāi)爾文說(shuō)法“不可能從單一熱源吸取熱量使之完全變成有用的功，而不產(chǎn)生其它的變化。”它表明了熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換時(shí)的方向性。即：機(jī)械能可以通過(guò)摩擦自發(fā)地全部轉(zhuǎn)換為熱能，而熱能不能自發(fā)地全部轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。第二類永動(dòng)機(jī)：從單一熱源吸熱使之完全變?yōu)楣Χ涣粝氯魏斡绊?。Q1Q2w

工質(zhì)在熱機(jī)循環(huán)中要實(shí)現(xiàn)將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，至少要有兩個(gè)熱源，因此熱效率不可能達(dá)到100%。W=Q1-Q2工程熱力學(xué)(1)第三節(jié)熱力學(xué)第二定律第二類永動(dòng)機(jī)：從單一熱源吸熱使之完全2）克勞修斯說(shuō)法“不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不產(chǎn)生其它變化?！彼砻髁藷崃總鬟f的方向性。即：熱量能自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，也能夠在有其它變化（比如功變熱）的條件下從低溫物體傳向高溫物體。Q1Q2W工程熱力學(xué)(1)2）克勞修斯說(shuō)法Q1Q2W工程熱力學(xué)(1)3）兩種說(shuō)法的的等價(jià)性1.違反克勞修斯說(shuō)法必然違反開(kāi)爾文說(shuō)法Q1Q2wW=Q1-Q2Q22.違反開(kāi)爾文說(shuō)法必然違反克勞修斯說(shuō)法Q1Q2wQW=QQ1=W+Q2=Q+Q2

假定熱量能自動(dòng)地從低溫源傳到高溫源，則單熱機(jī)也能造成。工程熱力學(xué)(1)3）兩種說(shuō)法的的等價(jià)性1.違反克勞修斯說(shuō)法必然違反開(kāi)爾文說(shuō)法非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體熱傳導(dǎo)熱功轉(zhuǎn)換完全功不完全熱

自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)無(wú)序有序自發(fā)工程熱力學(xué)(1)非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體熱傳導(dǎo)熱功轉(zhuǎn)換完全第三節(jié)水蒸氣一、水蒸氣的基本概念水蒸氣在空氣中含量極小，當(dāng)作理想氣體一般情況下，為實(shí)際氣體。18世紀(jì)，蒸氣機(jī)的發(fā)明，是唯一工質(zhì)。直到內(nèi)燃機(jī)發(fā)明，才有燃?xì)夤べ|(zhì)。目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)。優(yōu)點(diǎn):便宜，易得，無(wú)毒，膨脹性能好，傳熱性能好。是其它實(shí)際氣體的代表。工程熱力學(xué)(1)第三節(jié)水蒸氣一、水蒸氣的基本概念水蒸氣在空氣中含量極小1、飽和溫度與飽和壓力物質(zhì)三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)水的三態(tài)：冰、水、水蒸氣水的汽化速度取決于水的溫度，當(dāng)水溫不變時(shí)，單位時(shí)間從水面飛出的分子數(shù)目不變。水蒸氣液化的速度取決于汽空間水蒸氣的壓力。飽和狀態(tài)：達(dá)到一定狀態(tài)時(shí)，汽化與液化這兩種方向相反的過(guò)程就會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)的平衡。飽和溫度：飽和狀態(tài)時(shí)汽、液的溫度相同，此時(shí)的溫度稱為飽和溫度。飽和壓力：飽和狀態(tài)時(shí)水蒸氣的壓力稱為飽和壓力。對(duì)應(yīng)于某一定的飽和溫度，必有一定的飽和壓力。工程熱力學(xué)(1)1、飽和溫度與飽和壓力物質(zhì)三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)水的2、蒸發(fā)與沸騰蒸發(fā)：只通過(guò)液體表面進(jìn)行的汽化，蒸發(fā)可在任何溫度下進(jìn)行。沸騰：在液體內(nèi)部和表面同時(shí)進(jìn)行的汽化，沸騰只有在液體的溫度達(dá)到液體壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)才進(jìn)行。即只有水溫等于水的壓力下的飽和溫度時(shí)，水才可能沸騰。3、水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)水蒸氣等實(shí)際氣體不能用理想氣體狀態(tài)方程來(lái)描述，其內(nèi)能不僅與溫度有關(guān)，還與比容有關(guān)。故水蒸氣的熱力參數(shù)多采用圖表法表示。工程熱力學(xué)(1)2、蒸發(fā)與沸騰蒸發(fā)：只通過(guò)液體表面進(jìn)行的汽化，蒸發(fā)可在任何溫二、水的定壓汽化過(guò)程及其特點(diǎn)1、水的定壓汽化過(guò)程t<tst=tst=tst=tst>tsv<v’v=v’v=v’’v’<v<v’’v>v’’未飽和水飽和水飽和濕蒸汽飽和干蒸汽過(guò)熱蒸汽h<h’h=h’h=h’’h’<h<h’’h>h’’s<s’s=s’s=s’’s’<s<s’’s>s’’水預(yù)熱汽化過(guò)熱工程熱力學(xué)(1)二、水的定壓汽化過(guò)程及其特點(diǎn)1、水的定壓汽化過(guò)程t<ts2、水蒸氣的p-v圖和T-s圖一點(diǎn)，二線，三區(qū)，五態(tài)工程熱力學(xué)(1)s2、水蒸氣的p-v圖和T-s圖一點(diǎn)，二線，三區(qū)，五態(tài)工程熱一點(diǎn)兩線三區(qū)五態(tài)一點(diǎn)物質(zhì)的臨界點(diǎn)兩線飽和蒸汽狀態(tài)連線（上界限線）飽和液體狀態(tài)連線（下界限線）三區(qū)汽態(tài)區(qū)：上界限線與臨界等溫線上段右側(cè)區(qū)域液態(tài)區(qū)：下界限線與臨界等溫線上段左側(cè)區(qū)域濕蒸汽區(qū)：上、下界限線之間的鍾罩形區(qū)域工程熱力學(xué)(1)一點(diǎn)兩線三區(qū)五態(tài)一點(diǎn)物質(zhì)的臨界點(diǎn)兩線飽和蒸汽狀態(tài)連線（上界限五態(tài)過(guò)熱蒸汽：一定壓力下，溫度高于對(duì)應(yīng)飽和溫度的蒸汽?；蛘哒f(shuō)：一定溫度下，壓力低于飽和蒸汽壓的蒸汽。飽和蒸汽：一定壓力下，溫度等于對(duì)應(yīng)飽和溫度的蒸汽?；蛘哒f(shuō)：一定溫度下，壓力等于飽和蒸汽壓的蒸汽。濕蒸汽：飽和蒸汽與飽和液體的機(jī)械混合物。飽和液體：一定壓力下，溫度等于對(duì)應(yīng)飽和溫度的液體?；蛘哒f(shuō)：一定溫度下，壓力等于飽和蒸汽壓的液體。未飽和液體：一定壓力下，溫度低于對(duì)應(yīng)飽和溫度的液體?；蛘哒f(shuō)：一定溫度下，壓力高于飽和蒸汽壓的液體。工程熱力學(xué)(1)五態(tài)過(guò)熱蒸汽：一定壓力下，溫度高于對(duì)應(yīng)飽和溫度的蒸汽?；蛘哒f(shuō)臨界點(diǎn)水的臨界點(diǎn)狀態(tài)飽和液線與飽和氣線的交點(diǎn)氣液兩相共存的pmax,Tmax臨界點(diǎn)工程熱力學(xué)(1)臨界點(diǎn)水的臨界點(diǎn)狀態(tài)飽和液線與飽和氣線的交點(diǎn)氣液兩相共存的p第四節(jié)壓縮機(jī)的熱力過(guò)程一、活塞式壓縮機(jī)的工作原理和示功圖空氣進(jìn)口排入空氣瓶中主要部件：1、活塞2、氣缸3、濾清器4、吸、排氣閥5、散熱肋片工程熱力學(xué)(1)第四節(jié)壓縮機(jī)的熱力過(guò)程一、活塞式壓縮機(jī)的工作原理和示功圖pVPb空氣瓶壓力4123V0單級(jí)活塞式壓縮機(jī)示功圖p21V1-V4V04VVs3工作過(guò)程1、吸氣過(guò)程4-12、壓縮過(guò)程1-23、排氣過(guò)程2-34、余隙容積內(nèi)壓縮空氣的膨脹過(guò)程3-4圖中2-3和4-1不是狀態(tài)變化，而是表示氣缸內(nèi)氣體質(zhì)量的變化。工程熱力學(xué)(1)pVPb空氣瓶壓力4123V0單級(jí)活塞式壓縮機(jī)示功圖p21V二、單級(jí)活塞式壓縮機(jī)所消耗的機(jī)械功單級(jí)理想壓縮機(jī)p-V圖

p2pp10V2”V21V2’2”62v432’5’55”V1定溫多變絕熱1、定壓吸氣過(guò)程4-1：氣體的壓力、溫度和比容均未變化。氣缸中氣體容積的增加是由于進(jìn)入氣缸中的氣體質(zhì)量增加。2、壓縮過(guò)程1-2：分為定溫壓縮1-2’、絕熱壓縮1-2”和多變壓縮1-2三種情況。3、定壓排氣過(guò)程2-3（或2’-3、2”-3）：與定壓吸氣一樣，氣體的狀態(tài)不變，氣缸中氣體容積的減小是氣體不斷排入空氣瓶的結(jié)果。

對(duì)壓縮機(jī)而言，示功圖p-V圖所包圍的面積表示壓縮機(jī)的耗功，從p-V圖可以看出定溫壓縮耗功最少，而絕熱壓縮所消耗的機(jī)械功最大。因此對(duì)壓縮機(jī)應(yīng)加強(qiáng)冷卻，不僅減少耗功，而且保證潤(rùn)滑條件。工程熱力學(xué)(1)二、單級(jí)活塞式壓縮機(jī)所消耗的機(jī)械功單級(jí)理想壓縮機(jī)p-V圖p三、壓縮機(jī)的容積效率及其影響因素有余隙容積壓縮機(jī)示功圖p21V1-V4V04VVs31、有余隙容積存在時(shí)，對(duì)Wc及供氣量的影響有余隙容積時(shí)，壓縮機(jī)耗功式中，V1-V4=m’v1,m’為有余隙容積時(shí)時(shí)進(jìn)入氣缸的氣體質(zhì)量。可見(jiàn)，有余隙容積存在時(shí)，壓縮機(jī)供氣量減少了，從而消耗的功也減少了。工程熱力學(xué)(1)三、壓縮機(jī)的容積效率及其影響因素有余隙容積壓縮機(jī)示功圖p21有余隙容積壓縮機(jī)示功圖p21V1-V4V04VVs3壓縮1kg氣體所消耗的功為：無(wú)余隙容積時(shí)，壓縮1kg氣體所消耗的功為：有余隙容積和無(wú)余隙容積時(shí)，壓縮相同質(zhì)量氣體所消耗的功是相同的?？梢?jiàn)，余隙容積對(duì)壓縮機(jī)耗功沒(méi)有影響。但余隙容積的存在使壓縮機(jī)吸氣量減少，活塞往復(fù)次數(shù)增多，仍增加了摩擦功的消耗，故余隙容積不能過(guò)大。工程熱力學(xué)(1)有余隙容積壓縮機(jī)示功圖p21V1-V4V04VVs3壓縮1k2、容積效率：p21V1-V4V04VVs3容積效率：有效吸氣體積與氣缸工作體積之比。有效吸氣體積：V1-V4氣缸工作體積：Vs=V1-V0工程熱力學(xué)(1)2、容積效率：p21V1-V4V04VVs3容積效率：有效吸增大時(shí)，容積效率降低；提高時(shí)，容積效率也降低。容積效率：稱為壓縮機(jī)的余隙比稱為壓縮機(jī)的增壓比工程熱力學(xué)(1)增大時(shí)，容積效率降低；提高時(shí)，容積效率也降低。容積效3）對(duì)于壓力較高的情況，一般采用雙級(jí)壓縮和中間冷卻。VsV0VpV吸p2pb3421增壓比對(duì)容積效率的影響2’4’3’P2’3”(2”)P2”3、相同的余隙容積，增壓比對(duì)容積效率的影響1）V吸，v，當(dāng)增加到某一數(shù)值時(shí)，V吸=0，v=0。2）當(dāng)，p2

，壓縮終溫t2，為保證潤(rùn)滑，要求t2<160C，

7,=2-6。工程熱力學(xué)(1)3）對(duì)于壓力較高的情況，一般采用雙級(jí)壓縮和中間冷卻。VsV01、工作原理及簡(jiǎn)圖雙級(jí)活塞式壓縮機(jī)示意圖

冷卻水四、多級(jí)活塞式壓縮機(jī)工程熱力學(xué)(1)1、工作原理及簡(jiǎn)圖雙級(jí)活塞式壓縮機(jī)示意圖冷卻水四、多級(jí)活塞p30p2p113’4252’多變過(guò)程定溫線3’32、雙級(jí)活塞式理想壓縮機(jī)p-V圖雙級(jí)壓縮省功而且壓縮終溫較低，有利于潤(rùn)滑。單級(jí)壓縮：面積012340雙級(jí)壓縮：面積0122’3’40pV雙級(jí)活塞式壓縮機(jī)p-V圖0-1為低壓缸吸氣過(guò)程；1-2為低壓缸多變壓縮過(guò)程；2-5為低壓缸排氣過(guò)程；5-2’為高壓缸吸氣過(guò)程；2’-3’為高壓缸多變壓縮過(guò)程；3’-4為高壓缸排氣過(guò)程。工程熱力學(xué)(1)p30p2p113’4252’多變過(guò)程定溫線3’32、雙級(jí)活壓縮1kg氣體所消耗的功當(dāng)中間壓力Pm為時(shí)，壓縮機(jī)所消耗的機(jī)械功最小。這個(gè)中間壓力Pm稱為雙級(jí)壓縮的最佳中間壓力。

耗功最小，則兩級(jí)增壓比應(yīng)相同，這個(gè)增壓比稱為最佳增壓比。m級(jí)壓縮，最佳增壓比為工程熱力學(xué)(1)壓縮1kg氣體所消耗的功當(dāng)中間壓力Pm為第五節(jié)氣體動(dòng)力循環(huán)氣體動(dòng)力循環(huán)：用空氣和燃?xì)庾鳛楣べ|(zhì)而進(jìn)行工作的循環(huán)。按結(jié)構(gòu)活塞式葉輪式小型汽車，摩托中、大型汽車，火車，輪船移動(dòng)電站汽油機(jī)點(diǎn)燃式，壓燃式汽車，摩托，小型輪船按燃料航空，大型輪船，移動(dòng)電站柴油機(jī)煤油機(jī)航空按點(diǎn)燃方式：按沖程數(shù)：二沖程，四沖程工程熱力學(xué)(1)第五節(jié)氣體動(dòng)力循環(huán)氣體動(dòng)力循環(huán)：用空氣和燃?xì)庾鳛楣べ|(zhì)而進(jìn)一、內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際循環(huán)和理想循環(huán)。

1、往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際工作循環(huán)1230—1

吸空氣pV一般n=1.34~1.37柴油自燃t=335℃p02’01—2’

多變壓縮p2’=3~5MPat2’=600~800℃2’

噴柴油2

開(kāi)始燃燒2—3

迅速燃燒，近似Vp↑5~9MPa工質(zhì)放熱多于吸熱工程熱力學(xué)(1)一、內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際循環(huán)和理想循環(huán)。1、往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際工作453—4

邊噴油，邊膨脹123pVp01’2’0t4可達(dá)1700~1800℃4

停止噴柴油4—5

多變膨脹V近似膨脹pp5=0.3~0.5MPat5500℃5—1’

開(kāi)閥排氣，降壓1’—0

活塞推排氣,完成循環(huán)工程熱力學(xué)(1)453—4邊噴油，邊膨脹123pVp01’2’0t4可達(dá)12、往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的理想工作循環(huán)該循環(huán)由于兼有定容和定壓加熱過(guò)程，所以稱為“混合加熱循環(huán)”，也稱“薩巴太循環(huán)”。1-2：絕熱壓縮；2-3：定容吸熱；3-4：定壓吸熱；4-5：絕熱膨脹；5-1：定容放熱q工程熱力學(xué)(1)2、往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的理想工作循環(huán)該循環(huán)由于兼有定容和定壓加熱過(guò)二、影響循環(huán)熱效率的主要因素1、混合加熱理想循環(huán)的熱效率及其影響因素吸熱量放熱量(取絕對(duì)值）熱效率工程熱力學(xué)(1)二、影響循環(huán)熱效率的主要因素1、混合加熱理想循環(huán)的熱效率及其①壓縮比：②定容升壓比：定容加熱量越大，升壓比越大。③定壓預(yù)脹比：表示絕熱膨脹前工質(zhì)的膨脹程度，定壓加熱量越大，預(yù)膨比越大。1-2為絕熱過(guò)程2-3為定容過(guò)程3-4為定壓過(guò)程4-5為絕熱過(guò)程工程熱力學(xué)(1)①壓縮比：②定容升壓比：定容加熱量越大，升壓比越大。③定壓預(yù)將其代入熱效率表達(dá)式，有可見(jiàn)：①②由圖可見(jiàn)，ε、λ↑→Tm1↑，所以熱效率ηt↑。工程熱力學(xué)(1)將其代入熱效率表達(dá)式，有可見(jiàn)：由圖可見(jiàn)，2、定容加熱理想循環(huán)的熱效率及其影響因素在汽油機(jī)中，在壓縮終了時(shí)，汽油與空氣的混合物被火花塞點(diǎn)火而迅速燃燒，此時(shí)活塞位移極小，故可近似認(rèn)為是定容燃燒?？梢?jiàn)：工程熱力學(xué)(1)2、定容加熱理想循環(huán)的熱效率及其影響因素在汽油機(jī)中，在3、定壓加熱理想循環(huán)的熱效率及其影響因素早期柴油機(jī)轉(zhuǎn)速低，燃料一邊燃燒一邊膨脹，整個(gè)燃燒過(guò)程中氣缸內(nèi)的壓力變化不大，可近似的認(rèn)為是定壓燃燒過(guò)程?？梢?jiàn)：工程熱力學(xué)(1)3、定壓加熱理想循環(huán)的熱效率及其影響因素早期柴油機(jī)轉(zhuǎn)速三、提高循環(huán)熱效率的途徑1、提高壓縮比：在加熱量不變的情況下，混合加熱循環(huán)的熱效率隨壓縮比的增加而增大。壓縮比相同，吸熱量相同時(shí)三種理想循環(huán)的比較

：混合加熱循環(huán)壓縮比過(guò)大，熱效率增加不明顯，且內(nèi)燃機(jī)部件受力較大，故壓縮比一般為12-22。工程熱力學(xué)(1)三、提高循環(huán)熱效率的途徑1、提高壓縮比：在加熱量2、增加定容加熱量、減少定壓加熱量：在壓縮比和總單位質(zhì)量加熱量不變的情況下，增加定容加熱量、減少定壓加熱量，可提高混合加熱理想循環(huán)的熱效率。但實(shí)際混合循環(huán)中當(dāng)定容升壓比增加時(shí)，會(huì)增大循環(huán)的最高壓力和溫度，容易導(dǎo)致燃料爆燃，影響內(nèi)燃機(jī)使用壽命。循環(huán)pmax、Tmax相同時(shí)的比較

或工程熱力學(xué)(1)2、增加定容加熱量、減少定壓加熱量：在壓縮比和總第二章傳熱學(xué)

傳熱學(xué)是研究在溫差的作用下的熱能傳遞的規(guī)律。而熱力學(xué)是研究熱能與其他形式能量之間的相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律。第一節(jié)換熱過(guò)程傳熱學(xué)研究的內(nèi)容：①不同條件下熱傳遞系統(tǒng)內(nèi)部溫度分布的規(guī)律；②與溫度相關(guān)的熱流密度；③傳遞給定熱量所需的時(shí)間。一、熱傳遞的三種基本方式1、熱傳遞的三種基本方式和特點(diǎn)（1）熱傳導(dǎo)：不同溫度的物體之間通過(guò)直接接觸，或同一物體不同溫度的各部分之間，當(dāng)沒(méi)有宏觀相對(duì)位移時(shí)，由分子、原子或自由電子等微粒的熱運(yùn)動(dòng)來(lái)傳遞熱量的過(guò)程，簡(jiǎn)稱“導(dǎo)熱”。工程熱力學(xué)(1)第二章傳熱學(xué)傳熱學(xué)是研究在溫差的作用下的熱能傳遞（3）熱輻射：當(dāng)物體的溫度高于絕對(duì)溫度時(shí)，物體由于具有一定溫度而向外放射輻射能，輻射能通過(guò)電磁波向外傳播。物體將熱能轉(zhuǎn)化為向外放射輻射能的現(xiàn)象稱為“熱輻射”。（2）熱對(duì)流：它是流體不同溫度的各部分之間，由流體微團(tuán)宏觀相對(duì)位移來(lái)傳遞熱量的過(guò)程。2、熱傳遞的三種基本過(guò)程和特點(diǎn)（1）導(dǎo)熱過(guò)程：物體內(nèi)部或物體之間，僅以熱傳導(dǎo)方式進(jìn)行熱傳遞過(guò)程。（2）對(duì)流換熱過(guò)程：運(yùn)動(dòng)著的流體與固體壁面之間的熱傳遞過(guò)程。它是以熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流兩種方式來(lái)傳遞熱量的。（3）輻射換熱過(guò)程：不同溫度的物體之間，依靠熱輻射方式進(jìn)行的熱傳遞過(guò)程。工程熱力學(xué)(1)（3）熱輻射：當(dāng)物體的溫度高于絕對(duì)溫度時(shí)，物體由于具有一定溫導(dǎo)熱過(guò)程、對(duì)流換熱過(guò)程、輻射換熱過(guò)程和傳熱過(guò)程Q工程熱力學(xué)(1)導(dǎo)熱過(guò)程、對(duì)流換熱過(guò)程、輻射換熱過(guò)程和傳熱過(guò)程Q工程熱力學(xué)(二、導(dǎo)熱1、導(dǎo)熱的概念：物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，由分子、原子或自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的熱量傳遞過(guò)程。1)、溫度場(chǎng)：任一瞬間，在所研究空間中所有點(diǎn)上溫度分布的總稱，是空間坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)。穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)工程熱力學(xué)(1)二、導(dǎo)熱1、導(dǎo)熱的概念：物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，由分2)、溫度梯度：在溫度場(chǎng)中，溫度在空間上改變的大小程度，用gradt表示。它是在等溫面法線方向ｎ上單位長(zhǎng)度的溫度增量,它是一個(gè)矢量,指向溫度增大的方向。熱流的方向與溫度梯度方向相反工程熱力學(xué)(1)2)、溫度梯度：在溫度場(chǎng)中，溫度在空間上改變的大小程度，用g3)熱流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)某截面積的熱流量。4)熱流密度：通過(guò)單位面積的熱流量。2、導(dǎo)熱系數(shù)及其隨溫度變化的規(guī)律導(dǎo)熱系數(shù)表明物體導(dǎo)熱能力的程度，是每單位溫度梯度所傳導(dǎo)的熱流密度值。以物質(zhì)種類來(lái)分，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)最大，非金屬固體次之，液體更次之，氣體最小。各種物質(zhì)的值都是溫度的函數(shù)。多孔物質(zhì)的值較小，吸水后導(dǎo)熱系數(shù)急劇增大。

工程熱力學(xué)(1)3)熱流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)某截面積的熱流量。4)熱流密度：通導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化的規(guī)律：總體講：金屬的導(dǎo)熱值隨溫度升高而減小，非金屬固體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大，液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而減小，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增加。三、對(duì)流換熱1、對(duì)流換熱的基本概念運(yùn)動(dòng)著的流體與固體壁面之間的熱傳遞過(guò)程稱為對(duì)流換熱。對(duì)流換熱是熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)兩種熱傳遞基本方式同時(shí)起作用的一種復(fù)雜的熱傳遞過(guò)程。因此,影響對(duì)流換熱的因素遠(yuǎn)比導(dǎo)熱要多。2、牛頓冷卻公式：工程熱力學(xué)(1)導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化的規(guī)律：三、對(duì)流換熱1、對(duì)流換熱的基本概念3、影響換熱系數(shù)的主要因素和確定的方法固體壁面溫度ｔＷ與流體溫度ｔｆ之間溫差的絕對(duì)值；熱流密度，約定恒取正值；對(duì)流換熱系數(shù),簡(jiǎn)稱換熱系數(shù),單位為Ｗ／（ｍ２·Ｋ）。1）對(duì)流換熱系數(shù)工程熱力學(xué)(1)3、影響換熱系數(shù)的主要因素和確定的方法固體壁面溫度ｔＷ與流體2）影響換熱系數(shù)的因素A、流體流動(dòng)的動(dòng)力因素強(qiáng)迫對(duì)流自然對(duì)流無(wú)流體微團(tuán)的橫向脈動(dòng)，法線方向?yàn)閷?dǎo)熱流體冷、熱部分的密度差產(chǎn)生的浮升力引起，無(wú)整齊的宏觀運(yùn)動(dòng)，浮升力的大小是決定因素。B、流體流動(dòng)的狀態(tài)層流紊流過(guò)渡狀態(tài)外力迫使流體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，有整齊的宏觀運(yùn)動(dòng)，流速是決定因素。有流體微團(tuán)的橫向脈動(dòng)C、流體的熱物性導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容c、動(dòng)力粘度、密度工程熱力學(xué)(1)2）影響換熱系數(shù)的因素A、流體流動(dòng)的動(dòng)力因素強(qiáng)迫對(duì)流自然對(duì)流D、換熱壁面的熱狀態(tài)（壁溫的大?。┯邢嘧儫o(wú)相變壁溫高于流體飽和溫度，發(fā)生汽化沸騰現(xiàn)象對(duì)流換熱系數(shù)比有相變時(shí)小得多E、換熱壁面的幾何因素?fù)Q熱壁面的形狀、大小以及相對(duì)于流動(dòng)方向的位置都會(huì)引起換熱系數(shù)的變化。工程熱力學(xué)(1)D、換熱壁面的熱狀態(tài)（壁溫的大?。┯邢嘧儫o(wú)相變壁溫高于流體飽四、輻射換熱1、輻射換熱的基本概念1）熱輻射的本質(zhì)物體中的原子內(nèi)部，處于束縛態(tài)的電子從高能態(tài)能級(jí)向低能態(tài)能級(jí)躍遷時(shí)，由于電子躍遷所釋放的能量就以交替變化的電磁波向四周放射出去，這種能量就叫做輻射能。輻射能是原子內(nèi)部復(fù)雜激動(dòng)的結(jié)果。物體的溫度只要高于絕對(duì)零度，它便不可避免地發(fā)射出輻射能，物體的溫度愈高則發(fā)射的輻射能量愈多。熱輻射是不依賴任何介質(zhì)、用電磁波來(lái)傳遞熱能的一種熱傳遞方式，輻射換熱是可以在真空中以光速進(jìn)行的熱傳遞過(guò)程。工程熱力學(xué)(1)四、輻射換熱1、輻射換熱的基本概念1）熱輻射的本質(zhì)物體中根據(jù)不同波長(zhǎng)范圍的電磁波效應(yīng)和用途，分為宇宙射線、γ射線、x射線、紫外線、可見(jiàn)光、紅外線和無(wú)線電波等。熱射線的波長(zhǎng)主要位于0.4-100μm的范圍內(nèi)，其中包括可見(jiàn)光（波長(zhǎng)0.4-0.7μm）和紅外線（波長(zhǎng)0.7-25μm的近紅外線和波長(zhǎng)25-100μm的遠(yuǎn)紅外線）。熱射線工程熱力學(xué)(1)根據(jù)不同波長(zhǎng)范圍的電磁波效應(yīng)和用途，分為宇宙射線、γ2）物體的吸收率、反射率和穿透率QA/Q物體的吸收率AQR/Q物體的反射率RQD/Q物體的穿透率DA+R+D=1工程熱力學(xué)(1)2）物體的吸收率、反射率和穿透率QA/Q物體的吸收率A=1的物體稱為黑體(blackbody)R=1的物體稱為白體D=1的物體稱為透明體黑體的一切量，都用下標(biāo)“0”表示顏色的深淺對(duì)可見(jiàn)光的吸收率影