工程熱力學(xué)工程師培訓(xùn)課件

工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)基礎(chǔ)要求：熱力系統(tǒng)、工質(zhì)、功、熱量、內(nèi)能和熵等概念，理想氣體和卡諾循環(huán)等。熱力學(xué)第一和第二定律，Ｐ－Ｖ圖和Ｐ－Ｓ圖，理想氣體的熱力過程和發(fā)動(dòng)機(jī)的理想循環(huán)。傳熱學(xué)：熱量傳遞方式、物質(zhì)的導(dǎo)熱特性工程熱力學(xué)基礎(chǔ)要求：第一節(jié)氣體的狀態(tài)及狀態(tài)方程一、熱力系統(tǒng)1、在熱力學(xué)中，從若干個(gè)物體中規(guī)劃出所要研究的對(duì)象，稱為熱力系統(tǒng)；熱力系外界界面2、工質(zhì)：在熱力設(shè)備中用來實(shí)現(xiàn)熱能與其它形式的能量交換的物質(zhì)?！鶡崃υO(shè)備通過工質(zhì)狀態(tài)的變化實(shí)現(xiàn)與外界的能量交換。第一節(jié)氣體的狀態(tài)及狀態(tài)方程一、熱力系統(tǒng)熱力系外界界面2、工二、熱力狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)1、熱力狀態(tài)：熱力系統(tǒng)在某一瞬間所呈現(xiàn)的宏觀物理狀況。熱力平衡狀態(tài)：當(dāng)外界條件不變系統(tǒng)內(nèi)狀態(tài)長時(shí)間不變，即具有均勻一致的P、V、T。2、狀態(tài)參數(shù)：用來描述氣體熱力狀態(tài)的物理量基本狀態(tài)參數(shù)：可直接測(cè)量的狀態(tài)參數(shù)，包括：壓力(P)、比容(ν)、溫度(T)。主要狀態(tài)參數(shù)：壓力P、比容ν、溫度T、內(nèi)能Ｕ、熵Ｓ、焓Ｈ。二、熱力狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)1、熱力狀態(tài)：熱力系統(tǒng)在某一瞬間所呈現(xiàn)基本狀態(tài)參數(shù)：1、比容ν

：m3/kg

。定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的物質(zhì)所占的容積：

ν=V/M

V--物質(zhì)的容積,[m3];M--物質(zhì)的質(zhì)量，[kg]。比容的倒數(shù)是？2、壓力P

：Pa，Mpa、kPa。定義：系統(tǒng)單位面積上受到的垂直作用力。即：P=F/A壓力的測(cè)量3、溫度T

：K。定義：表征物體的冷熱程度（Ｔ↑氣體分子的平均動(dòng)能越大）基本狀態(tài)參數(shù)：1、比容ν：m3/kg。壓力的測(cè)量3、溫度三、理想氣體的狀態(tài)方程

1、理想氣體：氣體分子本身不占有體積，分子之間無相互作用力的氣體。

2、理想氣體的狀態(tài)方程：

Pν=RTPV=mRT或PV=nRT

對(duì)空氣，R=0.287kJ/kg·K1摩爾理想氣體在零攝氏度和1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積，等于22.4138×10－3米3/摩爾。普適氣體常數(shù)R=8.31441焦耳/摩爾·開

3、壓容圖

氣體的狀態(tài)也可用P-V圖上的一個(gè)點(diǎn)表示，比較直觀。三、理想氣體的狀態(tài)方程氣體的狀態(tài)也可用P-V圖上的一個(gè)【摩爾質(zhì)量】常稱為克分子量。一定質(zhì)量的某種物質(zhì)，如果用克作質(zhì)量的單位，其數(shù)值恰好等于該物質(zhì)的分子量的大小時(shí)，那么，這一定數(shù)值的質(zhì)量就叫做1“摩爾質(zhì)量”。例如，碳是單原子分子，因此12克的碳就稱為1摩爾質(zhì)量的碳；氧是雙原子分子，即由兩個(gè)氧原子組成一個(gè)氧分子，因此，32克的氧就稱為1摩爾質(zhì)量的氧；氫也是雙原子分子，因此2克的氫也稱為1摩爾質(zhì)量的氫。

【摩爾質(zhì)量】常稱為克分子量。一定質(zhì)量的某種物質(zhì)，如果用克作質(zhì)在相同的溫度和壓力下，濕空氣比干空氣的密度大?大氣壓（濕空氣壓力）=干空氣分壓+水蒸氣分壓在熱力學(xué)中，常溫常壓下的干空氣可認(rèn)為是理想氣體。而濕空氣中的水蒸氣由于處于過熱狀態(tài)，而且數(shù)量很少，分壓力很低，比容較大，可近似地當(dāng)作理想氣體。在相同的溫度和壓力下，濕空氣比干空氣的密度大?第二節(jié)熱力過程及過程量

一、熱力過程

熱力系統(tǒng)從一個(gè)平衡狀態(tài)到另一個(gè)平衡狀態(tài)的變化歷程。

P-V圖上,一個(gè)點(diǎn)表示氣體的一個(gè)熱力狀態(tài);一條曲線表示一個(gè)熱力過程。二、膨脹功Ｗ（Ｊ）氣體在熱力過程中由于體積發(fā)生變化所做的功（又稱為容積功）第二節(jié)熱力過程及過程量一、熱力過程規(guī)定：熱力系統(tǒng)對(duì)外界做功為正，外界對(duì)熱力系統(tǒng)做功為負(fù)。由δW=PdV得：

dV>0，膨脹,δW>0，系統(tǒng)對(duì)外界做功；

dV<0，壓縮,δW<0，外界對(duì)系統(tǒng)做功；

dV=0，δW=0，系統(tǒng)與外界之間無功量傳遞。膨脹,W>0壓縮,W<0規(guī)定：熱力系統(tǒng)對(duì)外界做功為正，外界對(duì)熱力系統(tǒng)做功為負(fù)。膨脹,三、熱量是系統(tǒng)與外界之間依靠溫差來傳遞的能量形式，用Q表示

q=Q/mJ/kg規(guī)定：傳入熱力系統(tǒng)的熱量為正值，即吸熱為正；傳出熱力系統(tǒng)的熱量為負(fù)值，即放熱為負(fù)?！鶡崃颗c功一樣，是系統(tǒng)在熱力過程中與外界傳遞的能量形式，因此是過程量，不是狀態(tài)參數(shù)。三、熱量四.熵和溫熵圖熵S的增量等于系統(tǒng)在過程中交換熱量除以傳熱時(shí)絕對(duì)溫度所得的商ds=δq/T1Kg工質(zhì)的熵的單位J/kgKmKg工質(zhì)熵的單位Ｊ/K※比容ν的變化量標(biāo)志著有無做功，熵s的變化量標(biāo)志著有無傳熱。熵s是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)ds>0,Q>0,吸熱;ds<0,Q<0,放熱;ds=0,無熱量交換.吸熱,Q>0放熱Q<0四.熵和溫熵圖※比容ν的變化量標(biāo)志著有無做功，熵s的變化量標(biāo)【熱力學(xué)第零定律】若兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的任何一個(gè)系統(tǒng)都和第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，那么，這兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)也必定處于熱平衡。熱平衡系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)被定義為溫度。溫度相等是熱平衡之必要的條件。

【熱力學(xué)第零定律】若兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的任何一個(gè)系統(tǒng)都和第三個(gè)一、熱力學(xué)第一定律表述為：當(dāng)熱能與其它形式的能量相互轉(zhuǎn)換時(shí)，能的總量保持不變。對(duì)于一個(gè)熱力系統(tǒng)：

進(jìn)入系統(tǒng)的能量-離開系統(tǒng)的能量

=系統(tǒng)內(nèi)部儲(chǔ)存能量的變化量※熱力學(xué)第一定律是能量轉(zhuǎn)換與守恒定律在熱力學(xué)上的具體應(yīng)用，它闡明了熱能和其它形式的能量在轉(zhuǎn)換過程中的守恒關(guān)系。它表達(dá)工質(zhì)在受熱作功過程中，熱量、作功和內(nèi)能三者之間的平衡關(guān)系。第三節(jié)熱力學(xué)第一定律一、熱力學(xué)第一定律第三節(jié)熱力學(xué)第一定律二、內(nèi)能-工質(zhì)內(nèi)部所具有的各種能量總稱宏觀能量包括：微觀能量即系統(tǒng)的內(nèi)能，包括：宏觀能量微觀能量內(nèi)動(dòng)能內(nèi)位能內(nèi)位能與分子間的距離、吸引力有關(guān),是比容的函數(shù)；內(nèi)動(dòng)能包括移動(dòng)動(dòng)能、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能和振動(dòng)動(dòng)能，是溫度的單值函數(shù)?！飳?duì)于理想氣體，不考慮分子間的位能，故內(nèi)能只是分子的內(nèi)動(dòng)能，僅與溫度有關(guān)，是溫度的單值函數(shù)，用符號(hào)u表示，單位J。系統(tǒng)本身所具有的能量包括：動(dòng)能位能機(jī)械能二、內(nèi)能-工質(zhì)內(nèi)部所具有的各種能量總稱宏觀能量包括：微觀能量三、閉口系統(tǒng)的能量方程1、定義:

與外界沒有質(zhì)量交換的系統(tǒng)。

2、能量方程式

Q-W=ΔU故Q=ΔU+W對(duì)于微元過程：δQ=dU+δW對(duì)于1kg工質(zhì)：q=Δu+w

（Ｊ/Kg)—閉口系統(tǒng)能量方程★以上各項(xiàng)均為代數(shù)值，可正可負(fù)或零，且不受過程的性質(zhì)和工質(zhì)性質(zhì)的限制。三、閉口系統(tǒng)的能量方程故Q=ΔU+W對(duì)于微元過程：δQ=dU焓⑴H=U+pV

焓=流動(dòng)內(nèi)能+推動(dòng)功

⑵焓H沒有明確的物理意義：表示流動(dòng)工質(zhì)所具有的能量中，取決于熱力狀態(tài)的那部分能量

在大氣內(nèi)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，壓強(qiáng)一般保持常值，則有

ΔH=ΔU+pΔV

規(guī)定放熱反應(yīng)的焓取負(fù)值。熵S為系統(tǒng)的混亂度

dH=dH＝TdS＋Vdp焓⑴H=U+pV

焓=流動(dòng)內(nèi)能+推動(dòng)功

⑵焓H沒有明確的

四、理想氣體的比熱1、比熱的定義和單位熱容量：向熱力系統(tǒng)加熱（或取熱）使之溫度升高（或降低）1K所需的熱量,用C表示。比熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量工質(zhì)的熱容量，用c表示。即c=C/m單位J/(kgK）或c=dq/dT（單位質(zhì)量的物質(zhì)作單位溫度變化時(shí)吸放的熱量）

2、比熱與過程的關(guān)系功量和熱量都是過程量，故比熱與過程有關(guān)。熱力過程中最常見的加熱過程是保持壓力不變和容積不變，因此比熱也相應(yīng)的分為定壓質(zhì)量比熱和定容質(zhì)量比熱，分別以符號(hào)cP

和cν

表示。絕熱指數(shù)：K=cP/cν四、理想氣體的比熱

3、比熱與氣體性質(zhì)、溫度的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)證明，多數(shù)氣體的比熱隨溫度的升高而增大，但為使計(jì)算簡(jiǎn)便，不考慮比熱隨溫度的變化，即采用定值比熱（或定比熱）。

五、理想氣體內(nèi)能的計(jì)算

在保持系統(tǒng)容積不變的加熱過程中，加熱量為：

qν=cν(T2-T1)

由熱力學(xué)第一定律

q=w+Δu推出：Δu=cv(T2-T1)★內(nèi)能是一狀態(tài)量，與熱力過程無關(guān)，且理想氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)，故上述公式適用于任何熱力過程。且w=0，3、比熱與氣體性質(zhì)、溫度的關(guān)系推出：Δu=cv(T2-T第四節(jié)理想氣體的熱力過程工程熱力學(xué)把熱機(jī)循環(huán)概括為工質(zhì)的熱力循環(huán)，熱力循環(huán)分成幾個(gè)典型的熱力過程—定容、定壓、定溫和絕熱—稱為基本熱力過程。第四節(jié)理想氣體的熱力過程工程熱力學(xué)把熱機(jī)循環(huán)概括為工質(zhì)的熱一、定容過程1、定義：過程進(jìn)行中系統(tǒng)的容積（比容）保持不變的過程。2、過程方程式：ν=常數(shù)3、參數(shù)間的關(guān)系：P1/P2=T1/T2,

P1/T1=P2/T2即：加入工質(zhì)的熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣べ|(zhì)的內(nèi)能。由PV=RT

知，P/T=常數(shù)，所以：P1/P2=T1/T2,P1/T1=P2/T2即：加入工質(zhì)5、過程曲線等容加熱溫度升高等容放熱溫度降低２’２5、過程曲線等容加熱等容放熱２’２二、定壓過程

1、定義：過程進(jìn)行中系統(tǒng)的壓力保持不變。

2、過程方程式：P=常數(shù)3、參數(shù)間的關(guān)系：由ν/T=常數(shù)

ν1/T1=ν2/T2ν1/ν2=T1/T2由熱力學(xué)第一定律：cp=cν+R

—邁耶公式cp/cν=k—絕熱指數(shù)二、定壓過程P=常數(shù)3、參數(shù)間的關(guān)系：由ν/T=常數(shù)ν1/5、過程曲線等壓加熱對(duì)外做功溫度升高21等壓放熱對(duì)內(nèi)做功溫度降低2’★T-s圖上，等壓曲線要比等容曲線平坦（說明在達(dá)到相同氣體溫度下，定壓過程要比定容過程吸收更多的熱量）。5、過程曲線等壓加熱21等壓放熱2’★T-s圖上，等壓曲線要三、定溫過程1、定義：過程進(jìn)行中系統(tǒng)的溫度保持不變的過程。2、過程方程式：T=常數(shù)3、參數(shù)間的關(guān)系：

Pν=RT=常數(shù)P1ν1=P2ν2

4、過程量的計(jì)算：T=常數(shù)

所以

u=0由

q=w+u可得：q=w※加入系統(tǒng)的熱量全部轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)對(duì)外界做的功。三、定溫過程P1ν1=P2ν24、過程量的計(jì)算：T=5、過程曲線等溫壓縮對(duì)外放熱等溫膨脹吸熱22’5、過程曲線等溫壓縮等溫膨脹22’四、絕熱過程

1、定義：過程進(jìn)行中系統(tǒng)與外界沒有熱量的傳遞（q=0→

s=q/T=0，故也稱定熵過程）。

2、過程方程式：Pvk=常數(shù)（推導(dǎo)略）

K=cp/cν：絕熱指數(shù)即：外界對(duì)系統(tǒng)所做的功全部用來增加系統(tǒng)的內(nèi)能。四、絕熱過程K=cp/cν：絕熱指數(shù)即：外界對(duì)系統(tǒng)所做的功5、過程曲線絕熱壓縮溫度升高絕熱膨脹溫度降低5、過程曲線絕熱壓縮絕熱膨脹

五、多變過程

在實(shí)際的熱力過程中，P、ν、T的變化和熱量的交換都存在，不能用上述某一特殊的熱力過程來分析，需用一普遍的、更一般的過程即多變過程來描述。

1、過程方程式：Pvn=常數(shù)n:多變指數(shù)。

等壓過程；n=1,Pv=常數(shù)等溫過程；n=k,Pvk=常數(shù)絕熱過程；n=∞,v=常數(shù)等容過程。n=0,P=常數(shù)五、多變過程n:多變指數(shù)。等壓過程；n=1,Pv=常數(shù)2、各過程在P-v圖上的比較等壓線:壓力升高部分壓力降低部分等容線:膨脹部分壓縮部分等溫線:溫度升高部分溫度降低部分絕熱線:吸熱部分放熱部分n=1n=kn=nW<0W＞0n從到0，放熱→0→吸熱；等溫線右內(nèi)能增加，左內(nèi)能減少。例如壓縮機(jī)壓縮過程：K＞n＞１2、各過程在P-v等壓線:壓力升高部分等容線:膨脹部分等溫線第五節(jié)熱力學(xué)第二定律

重點(diǎn)掌握：

1、熱力學(xué)第二定律的表述；

2、熱力循環(huán)的熱效率；

3、卡諾循環(huán)的熱效率。第五節(jié)熱力學(xué)第二定律重點(diǎn)掌握：一、熱力學(xué)第二定律的表述

1、熱量不可能自發(fā)的、不付任何代價(jià)的由一個(gè)低溫物體傳至高溫物體?！獰崃坎豢赡茏园l(fā)地從冷物體轉(zhuǎn)移到熱物體。

2、不可能制成一種循環(huán)工作的熱機(jī)，僅從單一的高溫?zé)嵩慈幔怪耆D(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉?，而不向低溫?zé)嵩矗ɡ湓矗┓艧??！獑螣嵩礋釞C(jī)是不存在的。能量傳遞（熱功轉(zhuǎn)換）過程的方向、條件和限度問題，要由熱力學(xué)第二定律來回答。熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是一切自發(fā)的過程都是不可逆的。一、熱力學(xué)第二定律的表述二、熱力循環(huán)系統(tǒng)從某一狀態(tài)（初始狀態(tài)）出發(fā)，經(jīng)歷一系列的中間狀態(tài)，又回到初始狀態(tài)，這樣一個(gè)封閉的熱力過程稱為一個(gè)熱力循環(huán)。（在P-V圖上，熱力循環(huán)是一封閉的曲線。）正向循環(huán)—把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的循環(huán)。逆向循環(huán)—靠消耗機(jī)械功將熱量從低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩吹难h(huán)。（或稱熱泵循環(huán)）二、熱力循環(huán)1、循環(huán)凈功量1-2-3-4-1：順時(shí)針進(jìn)行的熱力過程，過程曲線所圍成的面積為正，稱為正循環(huán)。w

1-4-3-2-1：逆時(shí)針進(jìn)行的熱力過程，過程曲線所圍成的面積為負(fù)，稱為負(fù)循環(huán)。循環(huán)凈功W=Q1-Q2Q1為1-2-3，工質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰酫2為3-4-1，工質(zhì)從向低溫?zé)嵩捶艧?、循環(huán)凈功量1-2-3-4-1：順時(shí)針進(jìn)行的熱力過程，過程定義：循環(huán)凈功與從高溫?zé)嵩次諢崃康谋戎郸荰=W/Q1=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q1

W:對(duì)外作出的循環(huán)凈功；Q1:循環(huán)中吸收的總熱量;Q2:循環(huán)中放出的總熱量。

作用：評(píng)價(jià)循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。三、熱機(jī)循環(huán)的熱效率定義：循環(huán)凈功與從高溫?zé)嵩次諢崃康谋戎等?、熱機(jī)循環(huán)的熱效率三、卡諾循環(huán)（最理想的熱機(jī)循環(huán)）由兩個(gè)定溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成的可逆循環(huán)。卡諾循環(huán)的熱效率：1、卡諾循環(huán)的熱效率取決于高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟?，高溫?zé)嵩吹臏囟壬仙蜏責(zé)嵩吹臏囟认陆?，則卡諾循環(huán)的熱效率提高。三、卡諾循環(huán)（最理想的熱機(jī)循環(huán)）卡諾循環(huán)的熱效率：1、卡諾循題：內(nèi)燃機(jī)混合氣燃燒溫度為2200K，排氣最高溫度1100K（環(huán)境溫度300K）計(jì)算其卡諾循環(huán)最高理論熱效率，并指出提高的方法。題：內(nèi)燃機(jī)混合氣燃燒溫度為2200K，排氣最高溫度1100K2、卡諾循環(huán)的熱效率永遠(yuǎn)小于1。即在循環(huán)工作的發(fā)動(dòng)機(jī)中，不可能將吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為功，必定有部分熱量傳遞給低溫?zé)嵩础?、當(dāng)T1=T2時(shí)，卡諾循環(huán)的熱效率為0。即在溫度平衡的系統(tǒng)中，不可能將熱量轉(zhuǎn)化為功（不可能由單一熱源循環(huán)作功）。

4、當(dāng)無論什么工質(zhì)和循環(huán)，在一定溫度范圍T1到T2時(shí)之間，不可能制造出熱效率超過1-T2/T1的熱機(jī)。即最高熱效率只能接近1-T2/T1?！?/p>

這幾條結(jié)論具有普遍性,適用于一切熱機(jī)。2、卡諾循環(huán)的熱效率永遠(yuǎn)小于1。四、卡諾定理

在兩個(gè)不同定溫?zé)嵩撮g工作的任何熱機(jī)的熱效率，不可能大于在同樣兩個(gè)熱源間工作的可逆熱機(jī)的熱效率。

推論：

1、一切可逆熱機(jī)的熱效率彼此相等且等于卡諾熱機(jī)的熱效率，不可逆熱機(jī)的熱效率小于可逆熱機(jī)的熱效率。

2、在內(nèi)燃機(jī)上，如果排氣溫度過高，則內(nèi)燃機(jī)的熱效率下降；提高壓縮比，使T1升高，則內(nèi)燃機(jī)的熱效率升高。四、卡諾定理動(dòng)力循環(huán)往復(fù)活塞式燃?xì)廨啓C(jī)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：工質(zhì)在高溫?zé)嵩次鼰幔辉诘蜏責(zé)嵩捶艧?；?duì)外輸出功。動(dòng)力循環(huán)往復(fù)活塞式第六節(jié)活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)

為便于分析內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際工作過程，將內(nèi)燃機(jī)的某個(gè)循環(huán)的各個(gè)實(shí)際過程全部抽象的概括為若干個(gè)可逆過程，這樣得到的一個(gè)閉合循環(huán)，稱為理想循環(huán)。

理想化的原則及方法：

1、工質(zhì)所經(jīng)歷的狀態(tài)變化為一閉合循環(huán)；

2、循環(huán)中工質(zhì)的數(shù)量和化學(xué)成分始終不變；

3、組成各循環(huán)的過程都是可逆的；

4、工質(zhì)的比熱為定值。第六節(jié)活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)為便于分析內(nèi)燃機(jī)的實(shí)要求掌握：

1、車用發(fā)動(dòng)機(jī)的理想循環(huán)各是什么；

2、理想循環(huán)各由哪些過程組成；

3、影響理想循環(huán)熱效率的因素；

4、車用發(fā)動(dòng)機(jī)理想循環(huán)的比較。要求掌握：一、內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)1、實(shí)際循環(huán)及理想化實(shí)際工作過程：進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣汽油機(jī)的理想循環(huán)：

等容加熱循環(huán)低速柴油機(jī)的理想循環(huán)：

等壓加熱循環(huán)高速柴油機(jī)的理想循環(huán)：

混合加熱循環(huán)一、內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)實(shí)際工作過程：進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹、排2、汽油機(jī)的理想循環(huán)1-2的壓縮過程絕熱壓縮；2-3的燃燒過程等容加熱；3-4的膨脹過程絕熱膨脹；4-1的排氣過程等容放熱。等容加熱循環(huán)的熱效率：

ηT=1-1/εk-1ε--壓縮比；k--絕熱指數(shù)。--等容加熱循環(huán)Q2Q12、汽油機(jī)的理想循環(huán)1-2的壓縮過程絕熱壓縮；等容加熱循環(huán)3、車用柴油機(jī)的理想循環(huán)

--混合加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)的熱效率:1-2的壓縮過程絕熱壓縮；2-3的燃燒過程等容加熱；3-4的燃燒過程等壓加熱；4-5的膨脹過程絕熱膨脹；5-1的排氣過程等容放熱。ε=V1/V2--壓縮比,λ=P3/P2-壓力升高比，ρ=V4/V3-預(yù)脹比，k--絕熱指數(shù).Q1’Q1’’3、車用柴油機(jī)的理想循環(huán)--混合加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)的熱效4、低速柴油機(jī)的理想循環(huán)--等壓加熱循環(huán)1-2的壓縮過程

絕熱壓縮；2-3的燃燒過程

等壓加熱;3-4的膨脹過程

絕熱膨脹；4-1的排氣過程

等容放熱。等容加熱循環(huán)的熱效率：ηT=1-1/εk-1×(ρK-1)/K(ρ-1)4、低速柴油機(jī)的理想循環(huán)--等壓加熱循環(huán)1-2的壓縮過程等容二、影響內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的主要因素

分析循環(huán)的主要目的是找出影響循環(huán)熱效率的因素，找到提高熱效率的途徑。常用的方法有：

1、解析法：從循環(huán)熱效率的公式出發(fā)進(jìn)行分析。2、圖示法：由P—V圖、T—S圖入手分析。二、影響內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的主要因素1、壓縮比的影響

壓縮比對(duì)上述三種理想循環(huán)的影響是相同的。由熱效率的公式：ε,提高循環(huán)平均吸熱溫度，降低循環(huán)平均放熱溫度擴(kuò)大了循環(huán)溫差和膨脹比,ηT。當(dāng)壓縮比較小時(shí)，熱效率隨壓縮比的增加顯著增大；當(dāng)壓縮比較大時(shí)，熱效率隨壓縮比的增加增大較少。由試驗(yàn)曲線看出:1、壓縮比的影響壓縮比對(duì)上述三種理想循環(huán)的影響是相同的。2、K的影響

由公式看出，K↑ηT↑（混合氣較稀,K較大）K取決于工質(zhì)的性質(zhì)，雙原子氣體為1.4；多原子為1.33.3、λ的影響

(1)對(duì)定容加熱循環(huán)，λ↑ηT不變因?yàn)棣恕鼊tQ1↑和W↑→Q2/Q1不變。

(2)對(duì)混合加熱循環(huán)，λ↑ηT↑Q1不變，λ↑值增大（Q1v↑）則相對(duì)的減少了Q1p所占的比例，而Q2減少，使整個(gè)循環(huán)的熱效率會(huì)增大。4、ρ的影響

（1）對(duì)等壓加熱循環(huán)，ρ↑ηT↓。(ρ↑→

Q2↑)

（2）對(duì)混合加熱循環(huán)，ρ↑ηT↓2、K的影響比較圖中各循環(huán)加熱過程所對(duì)應(yīng)的面積，得出：

Q2p>Q2m>Q2v所以：

ηtv>ηtm>ηtp三、活塞式內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的比較1、在等壓縮比ε

、等加熱量Q1條件下比較圖中各循環(huán)加熱過程所對(duì)應(yīng)的面積，三、活塞式內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)2、在循環(huán)的最高溫度、最高壓力相同的條件下在T-S圖上比較三種循環(huán)的加熱量和放熱量，可以看出：放熱量q2都相同，而加熱量為：

Q1p>Q1m>Q1v所以：ηtp>ηtm>ηtv

實(shí)際內(nèi)燃機(jī)中，由于壓縮比選取的不同，有：ηtm

>ηtp>ηtv2、在循環(huán)的最高溫度、最高壓力相同的條件下在T-S圖上比較三熱力系統(tǒng)的分類

（據(jù)界面上物質(zhì)和能力交換的情況分）

閉口系統(tǒng)：與外界無質(zhì)量交換的系統(tǒng)；開口系統(tǒng)：與外界有質(zhì)量交換的系統(tǒng)；絕熱系統(tǒng)：與外界無熱量交換的系統(tǒng)；孤立系統(tǒng)：與外界即無質(zhì)量交換，又無熱量交換的系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)的分類

（據(jù)界面上物質(zhì)和能力交換的情況分）閉口系壓力的測(cè)量

當(dāng)系統(tǒng)的壓力高于大氣壓力時(shí)，用壓力表測(cè)量。P=Pb+PgP:系統(tǒng)壓力（絕對(duì)壓力）；Pb:大氣壓力；Pg:表壓力（壓力表讀數(shù)）。壓力的測(cè)量當(dāng)系統(tǒng)的壓力高于大氣壓力時(shí)，P=Pb+Pg壓力的測(cè)量當(dāng)系統(tǒng)的壓力低于大氣壓力時(shí)，用真空表測(cè)量。P=Pb-Pv

Pv：真空表讀數(shù)。※由于表壓力和真空度隨大氣壓力的變化而變化，所以只有絕對(duì)壓力才能作為系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)。壓力的測(cè)量當(dāng)系統(tǒng)的壓力低于P=Pb-Pv※由于表壓力和真空度濕度絕對(duì)濕度：一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質(zhì)量，克/立方米。相對(duì)濕度：水蒸氣的飽和度有多高。相對(duì)濕度為100%的空氣是飽和的空氣。在一定溫度和壓力下，絕對(duì)濕度和飽和絕對(duì)濕度之比稱為該溫度下的相對(duì)濕度。在同樣多的水蒸氣的情況下溫度升高相對(duì)濕度就會(huì)降低。因此在提供相對(duì)濕度的同時(shí)也必須提供溫度的數(shù)據(jù)。通過相對(duì)濕度和溫度也可以計(jì)算出露點(diǎn)。

濕度絕對(duì)濕度：一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質(zhì)量，克/立方米含濕量d—單位質(zhì)量干空氣的濕空氣所含有的水蒸氣的質(zhì)量。單位g/kg(干空氣)。含濕量d—單位質(zhì)量干空氣的濕空氣所含有的水蒸氣的質(zhì)量。單位g【露點(diǎn)】空氣中的水蒸氣由于冷卻而達(dá)到飽和時(shí)的溫度。當(dāng)氣溫與露點(diǎn)的差值越小，表示空氣越接近飽和，空氣的相對(duì)濕度則越高。例如，在某一氣壓下，測(cè)得空氣的溫度是20℃，露點(diǎn)是12℃，從表中查到20℃時(shí)的飽和蒸汽壓為2328Pa（17.54毫米汞柱），12℃時(shí)的飽和蒸汽壓為1402.3Pa（10.52毫米汞柱）空氣的相對(duì)濕度60％當(dāng)大氣的相對(duì)濕度大時(shí)露點(diǎn)高，相對(duì)濕度小則露點(diǎn)低?！韭饵c(diǎn)】空氣中的水蒸氣由于冷卻而達(dá)到飽和時(shí)的溫度。傳熱傳熱的基本方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射熱傳導(dǎo)：不涉及物質(zhì)轉(zhuǎn)移，熱量從高溫傳遞給相接觸的低溫，簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱。熱對(duì)流：不同溫度的流體各部分由相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的熱量交換。流體與其接觸的固體壁面之間的換熱過程，是熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流綜合作用的結(jié)果。熱輻射：物體因自身具有溫度而輻射出能量的現(xiàn)象。熱量可以在真空中直接傳遞。每一物體都具有與其絕對(duì)溫度的四次方成比例的熱輻射能力，也能吸收周圍環(huán)境對(duì)它的輻射熱。輻射和吸收所綜合導(dǎo)致的熱量轉(zhuǎn)移稱為輻射換熱。傳熱傳熱的基本方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射導(dǎo)熱系數(shù)1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K,°C）,在1小時(shí)內(nèi)，通過1平方米面積傳遞的熱量，單位為瓦/米?度（W/m?K，此處為K可用℃代替）。導(dǎo)熱系數(shù)較低的材料稱為保溫材料，而把導(dǎo)熱系數(shù)在0.05瓦/米?度以下的材料稱為高效保溫材料。

導(dǎo)熱系數(shù)1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K,°C）,在1傳熱系數(shù)K以往稱總傳熱系數(shù)。穩(wěn)定傳熱條件下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫差為1度（K，℃），1小時(shí)內(nèi)通過1平方米面積傳遞的熱量，單位是瓦/平方米·度（W/㎡·K，此處K可用℃代替）。傳熱系數(shù)K以往稱總傳熱系數(shù)。熱力學(xué)例題熱量從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體是靠物質(zhì)載體，而不是靠電磁波？理想氣體是想象中的一類氣體，分子本身不具有體積，分子之間也沒有作用力。熱力學(xué)例題熱量從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體是靠物質(zhì)載體，而不是熱力學(xué)例題熱量從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體是靠物質(zhì)載體，而不是靠電磁波？理想氣體是想象中的一類氣體，分子本身不具有體積，分子之間也沒有作用力。（單選）下列說法正確的是：1）循環(huán)輸出凈功愈大，則熱效率愈高2）可逆循環(huán)的熱效率都相等3）不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率4）“機(jī)械能可以全部變?yōu)闊崮?，而熱能不可能全部變成機(jī)械能”這個(gè)說法是錯(cuò)誤的熱力學(xué)例題熱量從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體是靠物質(zhì)載體，而不是例題在熱力學(xué)中可逆絕熱過程也稱為定熵過程？相同體積的氫氣和氧氣，前者的摩爾數(shù)較大？夏季和冬季雖然溫度不同，但相同的相對(duì)濕度條件下空氣所含水的質(zhì)量相同？例題在熱力學(xué)中可逆絕熱過程也稱為定熵過程？熱力學(xué)例題熱量從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體是靠物質(zhì)載體，而不是靠電磁波？理想氣體是想象中的一類氣體，分子本身不具有體積，分子之間也沒有作用力。（單選）下列說法正確的是：1）循環(huán)輸出凈功愈大，則熱效率愈高2）可逆循環(huán)的熱效率都相等3）不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率4）“機(jī)械能可以全部變?yōu)闊崮?，而熱能不可能全部變成機(jī)械能”這個(gè)說法是錯(cuò)誤的熱力學(xué)例題熱量從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體是靠物質(zhì)載體，而不是例題（多選）動(dòng)力循環(huán)的共同特點(diǎn)有：動(dòng)1）工質(zhì)在高溫?zé)嵩次鼰?）工質(zhì)在低溫?zé)嵩捶艧?）對(duì)外輸出功4）有往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)力循環(huán)例題（多選）動(dòng)力循環(huán)的共同特點(diǎn)有：演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)基礎(chǔ)要求：熱力系統(tǒng)、工質(zhì)、功、熱量、內(nèi)能和熵等概念，理想氣體和卡諾循環(huán)等。熱力學(xué)第一和第二定律，Ｐ－Ｖ圖和Ｐ－Ｓ圖，理想氣體的熱力過程和發(fā)動(dòng)機(jī)的理想循環(huán)。傳熱學(xué)：熱量傳遞方式、物質(zhì)的導(dǎo)熱特性工程熱力學(xué)基礎(chǔ)要求：第一節(jié)氣體的狀態(tài)及狀態(tài)方程一、熱力系統(tǒng)1、在熱力學(xué)中，從若干個(gè)物體中規(guī)劃出所要研究的對(duì)象，稱為熱力系統(tǒng)；熱力系外界界面2、工質(zhì)：在熱力設(shè)備中用來實(shí)現(xiàn)熱能與其它形式的能量交換的物質(zhì)?！鶡崃υO(shè)備通過工質(zhì)狀態(tài)的變化實(shí)現(xiàn)與外界的能量交換。第一節(jié)氣體的狀態(tài)及狀態(tài)方程一、熱力系統(tǒng)熱力系外界界面2、工二、熱力狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)1、熱力狀態(tài)：熱力系統(tǒng)在某一瞬間所呈現(xiàn)的宏觀物理狀況。熱力平衡狀態(tài)：當(dāng)外界條件不變系統(tǒng)內(nèi)狀態(tài)長時(shí)間不變，即具有均勻一致的P、V、T。2、狀態(tài)參數(shù)：用來描述氣體熱力狀態(tài)的物理量基本狀態(tài)參數(shù)：可直接測(cè)量的狀態(tài)參數(shù)，包括：壓力(P)、比容(ν)、溫度(T)。主要狀態(tài)參數(shù)：壓力P、比容ν、溫度T、內(nèi)能Ｕ、熵Ｓ、焓Ｈ。二、熱力狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)1、熱力狀態(tài)：熱力系統(tǒng)在某一瞬間所呈現(xiàn)基本狀態(tài)參數(shù)：1、比容ν

：m3/kg

。定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的物質(zhì)所占的容積：

ν=V/M

V--物質(zhì)的容積,[m3];M--物質(zhì)的質(zhì)量，[kg]。比容的倒數(shù)是？2、壓力P

：Pa，Mpa、kPa。定義：系統(tǒng)單位面積上受到的垂直作用力。即：P=F/A壓力的測(cè)量3、溫度T

：K。定義：表征物體的冷熱程度（Ｔ↑氣體分子的平均動(dòng)能越大）基本狀態(tài)參數(shù)：1、比容ν：m3/kg。壓力的測(cè)量3、溫度三、理想氣體的狀態(tài)方程

1、理想氣體：氣體分子本身不占有體積，分子之間無相互作用力的氣體。

2、理想氣體的狀態(tài)方程：

Pν=RTPV=mRT或PV=nRT

對(duì)空氣，R=0.287kJ/kg·K1摩爾理想氣體在零攝氏度和1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積，等于22.4138×10－3米3/摩爾。普適氣體常數(shù)R=8.31441焦耳/摩爾·開

3、壓容圖

氣體的狀態(tài)也可用P-V圖上的一個(gè)點(diǎn)表示，比較直觀。三、理想氣體的狀態(tài)方程氣體的狀態(tài)也可用P-V圖上的一個(gè)【摩爾質(zhì)量】常稱為克分子量。一定質(zhì)量的某種物質(zhì)，如果用克作質(zhì)量的單位，其數(shù)值恰好等于該物質(zhì)的分子量的大小時(shí)，那么，這一定數(shù)值的質(zhì)量就叫做1“摩爾質(zhì)量”。例如，碳是單原子分子，因此12克的碳就稱為1摩爾質(zhì)量的碳；氧是雙原子分子，即由兩個(gè)氧原子組成一個(gè)氧分子，因此，32克的氧就稱為1摩爾質(zhì)量的氧；氫也是雙原子分子，因此2克的氫也稱為1摩爾質(zhì)量的氫。

【摩爾質(zhì)量】常稱為克分子量。一定質(zhì)量的某種物質(zhì)，如果用克作質(zhì)在相同的溫度和壓力下，濕空氣比干空氣的密度大?大氣壓（濕空氣壓力）=干空氣分壓+水蒸氣分壓在熱力學(xué)中，常溫常壓下的干空氣可認(rèn)為是理想氣體。而濕空氣中的水蒸氣由于處于過熱狀態(tài)，而且數(shù)量很少，分壓力很低，比容較大，可近似地當(dāng)作理想氣體。在相同的溫度和壓力下，濕空氣比干空氣的密度大?第二節(jié)熱力過程及過程量

一、熱力過程

熱力系統(tǒng)從一個(gè)平衡狀態(tài)到另一個(gè)平衡狀態(tài)的變化歷程。

P-V圖上,一個(gè)點(diǎn)表示氣體的一個(gè)熱力狀態(tài);一條曲線表示一個(gè)熱力過程。二、膨脹功Ｗ（Ｊ）氣體在熱力過程中由于體積發(fā)生變化所做的功（又稱為容積功）第二節(jié)熱力過程及過程量一、熱力過程規(guī)定：熱力系統(tǒng)對(duì)外界做功為正，外界對(duì)熱力系統(tǒng)做功為負(fù)。由δW=PdV得：

dV>0，膨脹,δW>0，系統(tǒng)對(duì)外界做功；

dV<0，壓縮,δW<0，外界對(duì)系統(tǒng)做功；

dV=0，δW=0，系統(tǒng)與外界之間無功量傳遞。膨脹,W>0壓縮,W<0規(guī)定：熱力系統(tǒng)對(duì)外界做功為正，外界對(duì)熱力系統(tǒng)做功為負(fù)。膨脹,三、熱量是系統(tǒng)與外界之間依靠溫差來傳遞的能量形式，用Q表示

q=Q/mJ/kg規(guī)定：傳入熱力系統(tǒng)的熱量為正值，即吸熱為正；傳出熱力系統(tǒng)的熱量為負(fù)值，即放熱為負(fù)?！鶡崃颗c功一樣，是系統(tǒng)在熱力過程中與外界傳遞的能量形式，因此是過程量，不是狀態(tài)參數(shù)。三、熱量四.熵和溫熵圖熵S的增量等于系統(tǒng)在過程中交換熱量除以傳熱時(shí)絕對(duì)溫度所得的商ds=δq/T1Kg工質(zhì)的熵的單位J/kgKmKg工質(zhì)熵的單位Ｊ/K※比容ν的變化量標(biāo)志著有無做功，熵s的變化量標(biāo)志著有無傳熱。熵s是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)ds>0,Q>0,吸熱;ds<0,Q<0,放熱;ds=0,無熱量交換.吸熱,Q>0放熱Q<0四.熵和溫熵圖※比容ν的變化量標(biāo)志著有無做功，熵s的變化量標(biāo)【熱力學(xué)第零定律】若兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的任何一個(gè)系統(tǒng)都和第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，那么，這兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)也必定處于熱平衡。熱平衡系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)被定義為溫度。溫度相等是熱平衡之必要的條件。

【熱力學(xué)第零定律】若兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的任何一個(gè)系統(tǒng)都和第三個(gè)一、熱力學(xué)第一定律表述為：當(dāng)熱能與其它形式的能量相互轉(zhuǎn)換時(shí)，能的總量保持不變。對(duì)于一個(gè)熱力系統(tǒng)：

進(jìn)入系統(tǒng)的能量-離開系統(tǒng)的能量

=系統(tǒng)內(nèi)部儲(chǔ)存能量的變化量※熱力學(xué)第一定律是能量轉(zhuǎn)換與守恒定律在熱力學(xué)上的具體應(yīng)用，它闡明了熱能和其它形式的能量在轉(zhuǎn)換過程中的守恒關(guān)系。它表達(dá)工質(zhì)在受熱作功過程中，熱量、作功和內(nèi)能三者之間的平衡關(guān)系。第三節(jié)熱力學(xué)第一定律一、熱力學(xué)第一定律第三節(jié)熱力學(xué)第一定律二、內(nèi)能-工質(zhì)內(nèi)部所具有的各種能量總稱宏觀能量包括：微觀能量即系統(tǒng)的內(nèi)能，包括：宏觀能量微觀能量內(nèi)動(dòng)能內(nèi)位能內(nèi)位能與分子間的距離、吸引力有關(guān),是比容的函數(shù)；內(nèi)動(dòng)能包括移動(dòng)動(dòng)能、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能和振動(dòng)動(dòng)能，是溫度的單值函數(shù)。★對(duì)于理想氣體，不考慮分子間的位能，故內(nèi)能只是分子的內(nèi)動(dòng)能，僅與溫度有關(guān)，是溫度的單值函數(shù)，用符號(hào)u表示，單位J。系統(tǒng)本身所具有的能量包括：動(dòng)能位能機(jī)械能二、內(nèi)能-工質(zhì)內(nèi)部所具有的各種能量總稱宏觀能量包括：微觀能量三、閉口系統(tǒng)的能量方程1、定義:

與外界沒有質(zhì)量交換的系統(tǒng)。

2、能量方程式

Q-W=ΔU故Q=ΔU+W對(duì)于微元過程：δQ=dU+δW對(duì)于1kg工質(zhì)：q=Δu+w

（Ｊ/Kg)—閉口系統(tǒng)能量方程★以上各項(xiàng)均為代數(shù)值，可正可負(fù)或零，且不受過程的性質(zhì)和工質(zhì)性質(zhì)的限制。三、閉口系統(tǒng)的能量方程故Q=ΔU+W對(duì)于微元過程：δQ=dU焓⑴H=U+pV

焓=流動(dòng)內(nèi)能+推動(dòng)功

⑵焓H沒有明確的物理意義：表示流動(dòng)工質(zhì)所具有的能量中，取決于熱力狀態(tài)的那部分能量

在大氣內(nèi)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，壓強(qiáng)一般保持常值，則有

ΔH=ΔU+pΔV

規(guī)定放熱反應(yīng)的焓取負(fù)值。熵S為系統(tǒng)的混亂度

dH=dH＝TdS＋Vdp焓⑴H=U+pV

焓=流動(dòng)內(nèi)能+推動(dòng)功

⑵焓H沒有明確的

四、理想氣體的比熱1、比熱的定義和單位熱容量：向熱力系統(tǒng)加熱（或取熱）使之溫度升高（或降低）1K所需的熱量,用C表示。比熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量工質(zhì)的熱容量，用c表示。即c=C/m單位J/(kgK）或c=dq/dT（單位質(zhì)量的物質(zhì)作單位溫度變化時(shí)吸放的熱量）

2、比熱與過程的關(guān)系功量和熱量都是過程量，故比熱與過程有關(guān)。熱力過程中最常見的加熱過程是保持壓力不變和容積不變，因此比熱也相應(yīng)的分為定壓質(zhì)量比熱和定容質(zhì)量比熱，分別以符號(hào)cP

和cν

表示。絕熱指數(shù)：K=cP/cν四、理想氣體的比熱

3、比熱與氣體性質(zhì)、溫度的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)證明，多數(shù)氣體的比熱隨溫度的升高而增大，但為使計(jì)算簡(jiǎn)便，不考慮比熱隨溫度的變化，即采用定值比熱（或定比熱）。

五、理想氣體內(nèi)能的計(jì)算

在保持系統(tǒng)容積不變的加熱過程中，加熱量為：

qν=cν(T2-T1)

由熱力學(xué)第一定律

q=w+Δu推出：Δu=cv(T2-T1)★內(nèi)能是一狀態(tài)量，與熱力過程無關(guān)，且理想氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)，故上述公式適用于任何熱力過程。且w=0，3、比熱與氣體性質(zhì)、溫度的關(guān)系推出：Δu=cv(T2-T第四節(jié)理想氣體的熱力過程工程熱力學(xué)把熱機(jī)循環(huán)概括為工質(zhì)的熱力循環(huán)，熱力循環(huán)分成幾個(gè)典型的熱力過程—定容、定壓、定溫和絕熱—稱為基本熱力過程。第四節(jié)理想氣體的熱力過程工程熱力學(xué)把熱機(jī)循環(huán)概括為工質(zhì)的熱一、定容過程1、定義：過程進(jìn)行中系統(tǒng)的容積（比容）保持不變的過程。2、過程方程式：ν=常數(shù)3、參數(shù)間的關(guān)系：P1/P2=T1/T2,

P1/T1=P2/T2即：加入工質(zhì)的熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣べ|(zhì)的內(nèi)能。由PV=RT

知，P/T=常數(shù)，所以：P1/P2=T1/T2,P1/T1=P2/T2即：加入工質(zhì)5、過程曲線等容加熱溫度升高等容放熱溫度降低２’２5、過程曲線等容加熱等容放熱２’２二、定壓過程

1、定義：過程進(jìn)行中系統(tǒng)的壓力保持不變。

2、過程方程式：P=常數(shù)3、參數(shù)間的關(guān)系：由ν/T=常數(shù)

ν1/T1=ν2/T2ν1/ν2=T1/T2由熱力學(xué)第一定律：cp=cν+R

—邁耶公式cp/cν=k—絕熱指數(shù)二、定壓過程P=常數(shù)3、參數(shù)間的關(guān)系：由ν/T=常數(shù)ν1/5、過程曲線等壓加熱對(duì)外做功溫度升高21等壓放熱對(duì)內(nèi)做功溫度降低2’★T-s圖上，等壓曲線要比等容曲線平坦（說明在達(dá)到相同氣體溫度下，定壓過程要比定容過程吸收更多的熱量）。5、過程曲線等壓加熱21等壓放熱2’★T-s圖上，等壓曲線要三、定溫過程1、定義：過程進(jìn)行中系統(tǒng)的溫度保持不變的過程。2、過程方程式：T=常數(shù)3、參數(shù)間的關(guān)系：

Pν=RT=常數(shù)P1ν1=P2ν2

4、過程量的計(jì)算：T=常數(shù)

所以

u=0由

q=w+u可得：q=w※加入系統(tǒng)的熱量全部轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)對(duì)外界做的功。三、定溫過程P1ν1=P2ν24、過程量的計(jì)算：T=5、過程曲線等溫壓縮對(duì)外放熱等溫膨脹吸熱22’5、過程曲線等溫壓縮等溫膨脹22’四、絕熱過程

1、定義：過程進(jìn)行中系統(tǒng)與外界沒有熱量的傳遞（q=0→

s=q/T=0，故也稱定熵過程）。

2、過程方程式：Pvk=常數(shù)（推導(dǎo)略）

K=cp/cν：絕熱指數(shù)即：外界對(duì)系統(tǒng)所做的功全部用來增加系統(tǒng)的內(nèi)能。四、絕熱過程K=cp/cν：絕熱指數(shù)即：外界對(duì)系統(tǒng)所做的功5、過程曲線絕熱壓縮溫度升高絕熱膨脹溫度降低5、過程曲線絕熱壓縮絕熱膨脹

五、多變過程

在實(shí)際的熱力過程中，P、ν、T的變化和熱量的交換都存在，不能用上述某一特殊的熱力過程來分析，需用一普遍的、更一般的過程即多變過程來描述。

1、過程方程式：Pvn=常數(shù)n:多變指數(shù)。

等壓過程；n=1,Pv=常數(shù)等溫過程；n=k,Pvk=常數(shù)絕熱過程；n=∞,v=常數(shù)等容過程。n=0,P=常數(shù)五、多變過程n:多變指數(shù)。等壓過程；n=1,Pv=常數(shù)2、各過程在P-v圖上的比較等壓線:壓力升高部分壓力降低部分等容線:膨脹部分壓縮部分等溫線:溫度升高部分溫度降低部分絕熱線:吸熱部分放熱部分n=1n=kn=nW<0W＞0n從到0，放熱→0→吸熱；等溫線右內(nèi)能增加，左內(nèi)能減少。例如壓縮機(jī)壓縮過程：K＞n＞１2、各過程在P-v等壓線:壓力升高部分等容線:膨脹部分等溫線第五節(jié)熱力學(xué)第二定律

重點(diǎn)掌握：

1、熱力學(xué)第二定律的表述；

2、熱力循環(huán)的熱效率；

3、卡諾循環(huán)的熱效率。第五節(jié)熱力學(xué)第二定律重點(diǎn)掌握：一、熱力學(xué)第二定律的表述

1、熱量不可能自發(fā)的、不付任何代價(jià)的由一個(gè)低溫物體傳至高溫物體。—熱量不可能自發(fā)地從冷物體轉(zhuǎn)移到熱物體。

2、不可能制成一種循環(huán)工作的熱機(jī)，僅從單一的高溫?zé)嵩慈幔怪耆D(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉?，而不向低溫?zé)嵩矗ɡ湓矗┓艧帷！獑螣嵩礋釞C(jī)是不存在的。能量傳遞（熱功轉(zhuǎn)換）過程的方向、條件和限度問題，要由熱力學(xué)第二定律來回答。熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是一切自發(fā)的過程都是不可逆的。一、熱力學(xué)第二定律的表述二、熱力循環(huán)系統(tǒng)從某一狀態(tài)（初始狀態(tài)）出發(fā)，經(jīng)歷一系列的中間狀態(tài)，又回到初始狀態(tài)，這樣一個(gè)封閉的熱力過程稱為一個(gè)熱力循環(huán)。（在P-V圖上，熱力循環(huán)是一封閉的曲線。）正向循環(huán)—把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的循環(huán)。逆向循環(huán)—靠消耗機(jī)械功將熱量從低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩吹难h(huán)。（或稱熱泵循環(huán)）二、熱力循環(huán)1、循環(huán)凈功量1-2-3-4-1：順時(shí)針進(jìn)行的熱力過程，過程曲線所圍成的面積為正，稱為正循環(huán)。w

1-4-3-2-1：逆時(shí)針進(jìn)行的熱力過程，過程曲線所圍成的面積為負(fù)，稱為負(fù)循環(huán)。循環(huán)凈功W=Q1-Q2Q1為1-2-3，工質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰酫2為3-4-1，工質(zhì)從向低溫?zé)嵩捶艧?、循環(huán)凈功量1-2-3-4-1：順時(shí)針進(jìn)行的熱力過程，過程定義：循環(huán)凈功與從高溫?zé)嵩次諢崃康谋戎郸荰=W/Q1=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q1

W:對(duì)外作出的循環(huán)凈功；Q1:循環(huán)中吸收的總熱量;Q2:循環(huán)中放出的總熱量。

作用：評(píng)價(jià)循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。三、熱機(jī)循環(huán)的熱效率定義：循環(huán)凈功與從高溫?zé)嵩次諢崃康谋戎等?、熱機(jī)循環(huán)的熱效率三、卡諾循環(huán)（最理想的熱機(jī)循環(huán)）由兩個(gè)定溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成的可逆循環(huán)?？ㄖZ循環(huán)的熱效率：1、卡諾循環(huán)的熱效率取決于高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟龋邷責(zé)嵩吹臏囟壬仙?，低溫?zé)嵩吹臏囟认陆?，則卡諾循環(huán)的熱效率提高。三、卡諾循環(huán)（最理想的熱機(jī)循環(huán)）卡諾循環(huán)的熱效率：1、卡諾循題：內(nèi)燃機(jī)混合氣燃燒溫度為2200K，排氣最高溫度1100K（環(huán)境溫度300K）計(jì)算其卡諾循環(huán)最高理論熱效率，并指出提高的方法。題：內(nèi)燃機(jī)混合氣燃燒溫度為2200K，排氣最高溫度1100K2、卡諾循環(huán)的熱效率永遠(yuǎn)小于1。即在循環(huán)工作的發(fā)動(dòng)機(jī)中，不可能將吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為功，必定有部分熱量傳遞給低溫?zé)嵩础?、當(dāng)T1=T2時(shí)，卡諾循環(huán)的熱效率為0。即在溫度平衡的系統(tǒng)中，不可能將熱量轉(zhuǎn)化為功（不可能由單一熱源循環(huán)作功）。

4、當(dāng)無論什么工質(zhì)和循環(huán)，在一定溫度范圍T1到T2時(shí)之間，不可能制造出熱效率超過1-T2/T1的熱機(jī)。即最高熱效率只能接近1-T2/T1?！?/p>

這幾條結(jié)論具有普遍性,適用于一切熱機(jī)。2、卡諾循環(huán)的熱效率永遠(yuǎn)小于1。四、卡諾定理

在兩個(gè)不同定溫?zé)嵩撮g工作的任何熱機(jī)的熱效率，不可能大于在同樣兩個(gè)熱源間工作的可逆熱機(jī)的熱效率。

推論：

1、一切可逆熱機(jī)的熱效率彼此相等且等于卡諾熱機(jī)的熱效率，不可逆熱機(jī)的熱效率小于可逆熱機(jī)的熱效率。

2、在內(nèi)燃機(jī)上，如果排氣溫度過高，則內(nèi)燃機(jī)的熱效率下降；提高壓縮比，使T1升高，則內(nèi)燃機(jī)的熱效率升高。四、卡諾定理動(dòng)力循環(huán)往復(fù)活塞式燃?xì)廨啓C(jī)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：工質(zhì)在高溫?zé)嵩次鼰幔辉诘蜏責(zé)嵩捶艧?；?duì)外輸出功。動(dòng)力循環(huán)往復(fù)活塞式第六節(jié)活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)

為便于分析內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際工作過程，將內(nèi)燃機(jī)的某個(gè)循環(huán)的各個(gè)實(shí)際過程全部抽象的概括為若干個(gè)可逆過程，這樣得到的一個(gè)閉合循環(huán)，稱為理想循環(huán)。

理想化的原則及方法：

1、工質(zhì)所經(jīng)歷的狀態(tài)變化為一閉合循環(huán)；

2、循環(huán)中工質(zhì)的數(shù)量和化學(xué)成分始終不變；

3、組成各循環(huán)的過程都是可逆的；

4、工質(zhì)的比熱為定值。第六節(jié)活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)為便于分析內(nèi)燃機(jī)的實(shí)要求掌握：

1、車用發(fā)動(dòng)機(jī)的理想循環(huán)各是什么；

2、理想循環(huán)各由哪些過程組成；

3、影響理想循環(huán)熱效率的因素；

4、車用發(fā)動(dòng)機(jī)理想循環(huán)的比較。要求掌握：一、內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)1、實(shí)際循環(huán)及理想化實(shí)際工作過程：進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣汽油機(jī)的理想循環(huán)：

等容加熱循環(huán)低速柴油機(jī)的理想循環(huán)：

等壓加熱循環(huán)高速柴油機(jī)的理想循環(huán)：

混合加熱循環(huán)一、內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)實(shí)際工作過程：進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹、排2、汽油機(jī)的理想循環(huán)1-2的壓縮過程絕熱壓縮；2-3的燃燒過程等容加熱；3-4的膨脹過程絕熱膨脹；4-1的排氣過程等容放熱。等容加熱循環(huán)的熱效率：

ηT=1-1/εk-1ε--壓縮比；k--絕熱指數(shù)。--等容加熱循環(huán)Q2Q12、汽油機(jī)的理想循環(huán)1-2的壓縮過程絕熱壓縮；等容加熱循環(huán)3、車用柴油機(jī)的理想循環(huán)

--混合加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)的熱效率:1-2的壓縮過程絕熱壓縮；2-3的燃燒過程等容加熱；3-4的燃燒過程等壓加熱；4-5的膨脹過程絕熱膨脹；5-1的排氣過程等容放熱。ε=V1/V2--壓縮比,λ=P3/P2-壓力升高比，ρ=V4/V3-預(yù)脹比，k--絕熱指數(shù).Q1’Q1’’3、車用柴油機(jī)的理想循環(huán)--混合加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)的熱效4、低速柴油機(jī)的理想循環(huán)--等壓加熱循環(huán)1-2的壓縮過程

絕熱壓縮；2-3的燃燒過程

等壓加熱;3-4的膨脹過程

絕熱膨脹；4-1的排氣過程

等容放熱。等容加熱循環(huán)的熱效率：ηT=1-1/εk-1×(ρK-1)/K(ρ-1)4、低速柴油機(jī)的理想循環(huán)--等壓加熱循環(huán)1-2的壓縮過程等容二、影響內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的主要因素

分析循環(huán)的主要目的是找出影響循環(huán)熱效率的因素，找到提高熱效率的途徑。常用的方法有：

1、解析法：從循環(huán)熱效率的公式出發(fā)進(jìn)行分析。2、圖示法：由P—V圖、T—S圖入手分析。二、影響內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的主要因素1、壓縮比的影響

壓縮比對(duì)上述三種理想循環(huán)的影響是相同的。由熱效率的公式：ε,提高循環(huán)平均吸熱溫度，降低循環(huán)平均放熱溫度擴(kuò)大了循環(huán)溫差和膨脹比,ηT。當(dāng)壓縮比較小時(shí)，熱效率隨壓縮比的增加顯著增大；當(dāng)壓縮比較大時(shí)，熱效率隨壓縮比的增加增大較少。由試驗(yàn)曲線看出:1、壓縮比的影響壓縮比對(duì)上述三種理想循環(huán)的影響是相同的。2、K的影響

由公式看出，K↑ηT↑（混合氣較稀,K較大）K取決于工質(zhì)的性質(zhì)，雙原子氣體為1.4；多原子為1.33.3、λ的影響

(1)對(duì)定容加熱循環(huán)，λ↑ηT不變因?yàn)棣恕鼊tQ1↑和W↑→Q2/Q1不變。

(2)對(duì)混合加熱循環(huán)，λ↑ηT↑Q1不變，λ↑值增大（Q1v↑）則相對(duì)的減少了Q1p所占的比例，而Q2減少，使整個(gè)循環(huán)的熱效率會(huì)增大。4、ρ的影響

（1）對(duì)等壓加熱循環(huán)，ρ↑ηT↓。(ρ↑→

Q2↑)

（2）對(duì)混合加熱循環(huán)，ρ↑ηT↓2、K的影響比較圖中各循環(huán)加熱過程所對(duì)應(yīng)的面積，得出：

Q2p>Q2m>Q2v所以：

ηtv>ηtm>ηtp三、活塞式內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的比較1、在等壓縮比ε

、等加熱量Q1條件下比較圖中各循環(huán)加熱過程所對(duì)應(yīng)的面積，三、活塞式內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)2、在循環(huán)的最高溫度、最高壓力相同的條件下在T-S圖上比較三種循環(huán)的加熱量和放熱量，可以看出：放熱量q2都相同，而加熱量為：

Q1p>Q1m>Q1v所以：ηtp>ηtm>ηtv

實(shí)際內(nèi)燃機(jī)中，由于壓縮比選取的不同，有：ηtm

>ηtp>ηtv2、在