第0章 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)

第0章工程熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)：研究熱能以及熱能和其它能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的學(xué)科。工程熱力學(xué)：研究和熱能工程有關(guān)的熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律?；救蝿?wù)：通過對熱力系統(tǒng)、熱力平衡、熱力狀態(tài)、熱力過程、熱力循環(huán)和工質(zhì)的分析研究，改進(jìn)和完善熱力發(fā)動機(jī)、制冷機(jī)和熱泵的工作循環(huán)，不斷提高熱能利用率和熱功轉(zhuǎn)換效率。

本章學(xué)習(xí)發(fā)動機(jī)基本理論所必須的熱力學(xué)知識。其主要內(nèi)容有：常用工質(zhì)的熱力性質(zhì)；熱能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換規(guī)律，熱力學(xué)第一定律、第二定律；熱力狀態(tài)變化過程、基本熱力參數(shù)之間的關(guān)系和變化；發(fā)動機(jī)理想循環(huán)，探討提高發(fā)動機(jī)性能、提高熱效率的方法和途徑，為學(xué)習(xí)發(fā)動機(jī)原理提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法。1.基本概念及定義2.熱力學(xué)第一定律3.氣體的熱力過程4.熱力學(xué)第二定律5.發(fā)動機(jī)理論循環(huán)（教材1.1）主要內(nèi)容一、熱力學(xué)系統(tǒng)

熱力學(xué)系統(tǒng)（熱力系統(tǒng)、熱力系、系統(tǒng)）——人為選定的某些確定的物質(zhì)或某個確定空間中的物質(zhì)。

外界—系統(tǒng)之外與系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換過程有關(guān)的一切其他物質(zhì)。

邊界—分割系統(tǒng)與外界的界面。第一節(jié)基本概念及定義工質(zhì)—用以實現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換的工作物質(zhì)。＊熱源——具有無限熱量儲存能力的假想熱力系統(tǒng)，其作用只是與其他系統(tǒng)交換熱量。一般情況下，交換熱量后其溫度不發(fā)生變化。

高溫?zé)嵩矗合蚱渌到y(tǒng)供熱的熱源；低溫?zé)嵩矗何掌渌到y(tǒng)放出熱量的熱源。系統(tǒng)的分類：閉口系統(tǒng)——與外界無質(zhì)量交換的系統(tǒng)（控制質(zhì)量）。開口系統(tǒng)——與外界有質(zhì)量交換的系統(tǒng)（控制容積、控制體）。絕熱系統(tǒng)——與外界無熱量交換的系統(tǒng)。孤立系統(tǒng)——與外界既無能量（功量、熱量）交換，又無質(zhì)量交換的系統(tǒng)。系統(tǒng)的選取，取決于分析問題的需要及分析方法上的方便。二、熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)：可以直接測量得到的狀態(tài)參數(shù)（p、v、T）。導(dǎo)出狀態(tài)參數(shù)：由基本狀態(tài)參數(shù)計算得到的狀態(tài)參數(shù)（u、h、s等）。狀態(tài)參數(shù)的特點(diǎn)：狀態(tài)參數(shù)僅決定于狀態(tài)。對應(yīng)某一確定狀態(tài)，就有一組狀態(tài)參數(shù)。反之，一組確定的狀態(tài)參數(shù)就可以確定一個狀態(tài)。狀態(tài)參數(shù)的數(shù)值僅決定于狀態(tài)，而與達(dá)到該狀態(tài)的所經(jīng)歷的途徑無關(guān)。1.熱力學(xué)狀態(tài)：熱力學(xué)系統(tǒng)所處的宏觀狀況。2.狀態(tài)參數(shù)：描述系統(tǒng)熱力學(xué)狀態(tài)的宏觀物理量。一、比體積v

——單位質(zhì)量物質(zhì)占有的體積。描述系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)分布狀況的參數(shù)。3.基本狀態(tài)參數(shù)：m3/kg

密度和比體積互為倒數(shù)，即kg/m3

絕對壓力p：流體的真實壓力。

相對壓力(表壓力pe、真空度pv)：壓力計(真空表)顯示的壓力。二、壓力(壓強(qiáng))p——流體在單位面積上的垂直作用力。描述流體物質(zhì)組成的熱力系統(tǒng)內(nèi)部力學(xué)狀況的參數(shù)。

壓力的單位：Pa，工程上常用MPa(1MPa＝106Pa)。其他還在應(yīng)用的壓力單位有bar

(巴)、atm

(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)、mmHg

(毫米汞柱，0℃)及mmH2O

(毫米水柱，4℃)等t＝T－273.15K三、溫度T——表征物體的冷熱程度，是描述系統(tǒng)熱狀況的參數(shù)。

按氣體分子運(yùn)動學(xué)說，氣體的溫度為氣體分子平均移動動能的量度。

熱力學(xué)溫標(biāo)的基本溫度為熱力學(xué)溫度T，采用水的固相、液相和汽相三相共存狀態(tài)的溫度作為定義熱力學(xué)溫標(biāo)的固定點(diǎn)，規(guī)定該點(diǎn)的熱力學(xué)溫度為273.16?K。

熱力學(xué)溫標(biāo)也用攝氏溫度t來表示。單位為℃(攝氏度)。攝氏溫度的定義為4.平衡狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖

平衡狀態(tài)：在沒有外界影響的條件下，熱力系統(tǒng)的宏觀狀況不隨時間變化的狀態(tài)。平衡條件：熱平衡——系統(tǒng)內(nèi)具有均勻一致的溫度。力平衡——系統(tǒng)內(nèi)具有確定不變的壓力分布?；瘜W(xué)平衡

系統(tǒng)狀態(tài)變化，取決于系統(tǒng)和外界間的能量傳遞。狀態(tài)公理表明，確定系統(tǒng)平衡狀態(tài)所需的獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)的數(shù)目等于系統(tǒng)和外界間進(jìn)行能量傳遞方式的數(shù)目。對于常見的氣態(tài)物質(zhì)組成的系統(tǒng)，沒有化學(xué)反應(yīng)時，它和外界間傳遞的能量只有熱量和系統(tǒng)容積變化功，因此只要有兩個獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)即可確定系統(tǒng)的狀態(tài)。

熱力過程——熱力學(xué)狀態(tài)連續(xù)變化的歷程。非準(zhǔn)靜態(tài)過程——由一系列不平衡狀態(tài)組成的過程。準(zhǔn)靜態(tài)過程——由一系列無限接近平衡狀態(tài)的準(zhǔn)靜態(tài)組成的過程。

準(zhǔn)靜態(tài)過程進(jìn)行的條件：推動過程進(jìn)行的作用無限小。三、熱力過程、準(zhǔn)靜態(tài)過程、可逆過程

實際過程是否可以作為準(zhǔn)靜態(tài)過程來處理取決于弛豫時間。弛豫時間：氣體平衡狀態(tài)被破壞后恢復(fù)平衡所需的時間。

大部分實際過程可近似看做準(zhǔn)靜態(tài)過程。因為氣體分子熱運(yùn)動平均速度可達(dá)每秒數(shù)百米以上，氣體壓力傳播速度也達(dá)每秒數(shù)百米，因而在一般工程設(shè)備的有限空間內(nèi)，氣體的平衡狀態(tài)被破壞后恢復(fù)平衡所需的時間，即弛豫時間非常短。例如，內(nèi)燃機(jī)的活塞運(yùn)動速度僅每秒十余米，與其中的氣體分子熱運(yùn)動的平均速度相比相差一個數(shù)量級，機(jī)器工作時氣體工質(zhì)內(nèi)部能及時地不斷建立平衡狀態(tài)，因而工質(zhì)的變化過程很接近準(zhǔn)靜態(tài)過程。準(zhǔn)靜態(tài)過程應(yīng)用的條件可逆過程——熱力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行一個熱力過程后，能沿原過程逆向進(jìn)行，使系統(tǒng)和有關(guān)的外界都返回原來的初始狀態(tài)，不留下任何變化的熱力過程。摩擦、渦流以及溫差傳熱等均為不可逆因素?？赡孢^程=無耗散的準(zhǔn)靜態(tài)過程，即無溫差，無摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過程四、功1、定義：功的定義（力學(xué)）：W＝F

x

功的熱力學(xué)定義：熱力學(xué)系統(tǒng)和外界間通過邊界而傳遞的能量，且其全部效果可表現(xiàn)為舉起重物。

功是過程量；功是傳遞的能量（瞬時量）。2、容積變化功：直接由系統(tǒng)容積變化與外界間發(fā)生作用而傳遞的功（膨脹功或壓縮功）。3、功的計算：由氣缸和活塞所包圍的熱力系統(tǒng)進(jìn)行一個微元過程，如活塞所受推力F，位移dx,則系統(tǒng)對外界作的膨脹功為：功的符號：系統(tǒng)對外作功（膨脹功，dv>0）為正；外界對系統(tǒng)作功（壓縮功,dv<0）為負(fù)。p-v圖上過程曲線與橫坐標(biāo)所夾的面積表示功。4、功量在p-v圖上的表示5、功是過程量，與路徑(過程）有關(guān)

//對可逆過程，F(xiàn)=pA,所以，，五、熱量一、熱量的定義：熱力學(xué)系統(tǒng)和外界之間僅僅由于溫度不同而通過邊界傳遞的能量。二、熱量是過程量；熱量是傳遞的能量（瞬時量）。熱量是物體間通過紊亂的分子運(yùn)動發(fā)生相互作用而傳遞的能量；而功則是物體間通過有規(guī)則的微觀運(yùn)動或宏觀運(yùn)動發(fā)生相互作用而傳遞的能量。三、熱量符號：系統(tǒng)吸熱時熱量為正，系統(tǒng)放熱時熱量為負(fù)。

1、熱量與功量的類比：

勢（勢參數(shù)）：推動能量傳遞的作用力，如p,T。狀態(tài)坐標(biāo)：其變化可作為衡量某種能量傳遞作用的標(biāo)志，如v。四、熵的導(dǎo)出及定義：

功量：

勢：p

狀態(tài)坐標(biāo):V熱量：

勢：T

狀態(tài)坐標(biāo):

？

取描述熱量傳遞的狀態(tài)坐標(biāo)為熵：S,單位為J/K。因此有對1kg工質(zhì)：和

，2、熵及溫熵圖（T-s圖）1）熵的定義：熵的增量等于系統(tǒng)在可逆過程中交換的熱量除以傳熱時的絕對溫度所得的商。2）熵是工質(zhì)的一個狀態(tài)參數(shù)3）熵的變化可判斷熱量傳遞的方向。4）T-s圖T-s圖中過程曲線與橫坐標(biāo)所夾的面積表示熱量。六、工質(zhì)的比熱容2、影響比熱容的因素⑴物量單位質(zhì)量熱容(比熱容)c——1kg物質(zhì)溫度升高1K(或1℃)所需的熱量，摩爾熱容——1mol物質(zhì)溫度升高1K(或1℃)所需要的熱量，用Cp,m及Cv,m表示，單位為J/(mol·K)。容積熱容——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3的氣體溫度升高1?K(或1?℃)所需要的熱量，用Cp及Cv表示，單位為J/(m3·K)。1、定義：

1kg物質(zhì)溫度升高1K(或1℃)所需的熱量。⑵熱力過程性質(zhì)熱量是過程量。比熱容與熱力過程有關(guān)。定容過程的比熱容稱為比定容熱容cv

,定壓過程的比熱容稱為比定壓熱容cp.設(shè)比熱比

k=cp/cv.k又稱絕熱指數(shù)。比熱容是隨著溫度的升高而增大的。1）真實比熱容考慮溫度對比熱容的影響2）平均比熱容考慮溫度對比熱容的影響3）定值比熱容不考慮溫度對比熱容的影響，把比熱容作為常量。⑶加熱時工質(zhì)的狀態(tài)七、理想氣體狀態(tài)方程式理想氣體狀態(tài)方程式（克拉貝龍方程）：

對1mol理想氣體：

pVm＝RT

R＝8.314510J/(mol·K)—摩爾氣體常數(shù)；Vm—摩爾容積，m3/mol

。

對1kg理想氣體：pv＝RgT

Rg＝R/M—?dú)怏w常數(shù)，M—摩爾質(zhì)量。

對n(mol)理想氣體：

pV＝nRT

對m(kg)理想氣體：

pV＝mRgT

理想氣體狀態(tài)方程式表示了三個基本狀態(tài)參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。狀態(tài)方程式：三個基本狀態(tài)參數(shù)(p,v,T

)之間的函數(shù)關(guān)系，即：F(p,v,T)＝0顯函數(shù)形式：T＝f1(p，v)，p＝f2(v，T)，v＝f3(p，T)

理想氣體：相互之間沒有作用力的質(zhì)點(diǎn)組成的可壓縮流體。第二節(jié)熱力學(xué)第一定律一、熱力學(xué)第一定律熱能可以轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。機(jī)械能也能轉(zhuǎn)換為熱能。轉(zhuǎn)換中能量的總量守恒。即

W=Q

[J]W---功Q---熱量熱力學(xué)第一定律是能量轉(zhuǎn)換和守恒定律在熱力學(xué)上的應(yīng)用。二、熱力學(xué)能U熱力學(xué)能U是系統(tǒng)內(nèi)部各種形式能量的總和。包括內(nèi)動能（是溫度的函數(shù)）和內(nèi)位能（是壓力或比體積的函數(shù)）。熱力學(xué)能也是工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。對理想氣體，熱力學(xué)能僅是溫度的單值函數(shù)。U=f(T)系統(tǒng)的總能量E（J）：宏觀動能宏觀位能三、閉口系統(tǒng)能量方程式

閉口系統(tǒng)與外界間可能發(fā)生的能量交換：Q和W

一般不作整體位移，Ek與Ep的變化均為零，因此與外界交換能量（功量W、熱量Q）的結(jié)果只是導(dǎo)致熱力學(xué)能U的變化。

對于熱力過程1-2,有

對1kg工質(zhì)，有

正、負(fù)號規(guī)定：系統(tǒng)吸熱為正，放熱為負(fù)；系統(tǒng)對外作功為正，外界對系統(tǒng)作功為負(fù)。

上式既適用于準(zhǔn)靜態(tài)過程，也適用于非準(zhǔn)靜態(tài)過程。

對于微元過程，有閉口系統(tǒng)能量方程式說明：閉口系統(tǒng)在熱力過程中從外界接受的熱量，一部分用于增加系統(tǒng)的熱力學(xué)能，另一部分用于對外界作功。閉口系統(tǒng)能量方程式的應(yīng)用：定容過程的加熱量或放熱量的計算；發(fā)動機(jī)壓縮、燃燒、膨脹過程能量計算等。

對可逆過程:四、開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動能量方程式及焓1、開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動能量方程式整個系統(tǒng)各點(diǎn)的熱力狀態(tài)和流速、流量均不隨時間而變化的流動稱為穩(wěn)定流動。上式說明：穩(wěn)定流動過程中，系統(tǒng)接受的熱量，一部分用于對外輸出軸功及凈推動功，另一部分則用于使流過系統(tǒng)的工質(zhì)增加熱力學(xué)能、宏觀動能及重力位能。軸功：一般為通過機(jī)器軸所傳遞的功。推動功：在進(jìn)、出口界面上為推動工質(zhì)進(jìn)、出系統(tǒng)所傳遞的功。2、焓1）焓的定義焓也是工質(zhì)的一個狀態(tài)參數(shù)。理想氣體的焓也是溫度的單值函數(shù)。(pv=RgT)2）引入焓之后的穩(wěn)定流動能量方程式

3）焓的物理意義：焓并不能看作是工質(zhì)儲存的能量，而是隨工質(zhì)流動跨越邊界而轉(zhuǎn)移的能量。熱力學(xué)能是工質(zhì)內(nèi)部儲存能量的唯一形式。由，有即←熱力學(xué)第一定律的另一主要形式。，3、開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動能量方程式的應(yīng)用氣體在噴管中的流動；發(fā)動機(jī)進(jìn)氣、排氣過程等。第三節(jié)氣體的熱力過程在發(fā)動機(jī)中熱能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換是通過工質(zhì)狀態(tài)的變化及熱力過程來實現(xiàn)的，因此對熱力過程基本規(guī)律進(jìn)行分析是很重要的。分析熱力過程的目的是：1、確定熱力過程中氣體狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律；2、揭示出熱力過程中能量變換的特性。假設(shè)工質(zhì)為理想氣體，熱力過程為可逆過程，比熱容為定值比熱容。一、定容過程1、過程方程式v=常量2、p-v圖、T-s圖在p-v圖上，定容過程曲線為一條垂直于v軸的鉛垂線。在T-s圖上，定容過程曲線為一條對數(shù)曲線。3、狀態(tài)參數(shù)的變化4、能量的變化（略）

比體積保持不變時系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化所經(jīng)歷的過程。二、定壓過程1、過程方程式p=常量2、p-v圖、T-s圖在p-v圖上，定壓過程曲線為一條平行于v軸的水平線。在T-s圖上，定壓過程曲線為一條較為平坦的對數(shù)曲線。3、狀態(tài)參數(shù)的變化4、能量的變化（略）///

壓力保持不變時系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化所經(jīng)歷的過程三、定溫過程1、過程方程式T=常量2、p-v圖、T-s圖在p-v圖上，定溫過程曲線是一條等邊雙曲線。在T-s圖上，定溫過程曲線是一條平行于s軸的水平線。3、狀態(tài)參數(shù)的變化4、能量的變化（略）

溫度保持不變時系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化所經(jīng)歷的過程四、絕熱過程（定熵過程）1、過程方程式2、p-v圖、T-s圖在p-v圖上，絕熱過程曲線是一條高次雙曲線。在T-s圖上，絕熱過程曲線是一條平行于T軸的垂直線。

系統(tǒng)與外界不發(fā)生熱量交換時所經(jīng)歷的過程。

無功耗散的準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程即為定熵過程，因此有3、狀態(tài)參數(shù)的變化4、能量的變化（略）五、多變過程(1)過程方程式

各種熱力過程，其過程方程式通常都可以表示為下述形式：式中，n為多變指數(shù)，-∞<n<+∞。

前述的四種典型過程均為多變過程的一個特例：

當(dāng)n=0時，pv0=p=常量，即為定壓過程；

當(dāng)n=1時，pv=常量，即為定溫過程；

當(dāng)n=κ時，pvκ=常量，即為絕熱過程；

當(dāng)n=∞時，p1/nv=p0v=v=常量，即為定容過程。2、p-v圖、T-s圖多變過程在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上的一些規(guī)律：

①n值順時針方向增大。②dv>0,功量為正。③ds>0,熱量為正。//④dT>0→du>0，dh>0。3、狀態(tài)參數(shù)的變化4、能量的變化（略）第四節(jié)熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律說明了熱能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換時過程的方向性、條件及限度問題。一、熱力學(xué)第二定律的兩種表述方法說法1：開爾文-普朗克說法（針對熱功轉(zhuǎn)換問題，說明熱功轉(zhuǎn)換條件）：

“不可能建造一種循環(huán)工作的機(jī)器，其作用只是從單一熱源吸熱并全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α薄?/p>

“第二類永動機(jī)（單熱源熱機(jī)）是造不成的”。

“熱機(jī)的熱效率不可能達(dá)到100%”

。即熱機(jī)工作時除了有高溫?zé)嵩刺峁崃客猓瑫r還必須有低溫?zé)嵩?，把一部分來自高溫?zé)嵩吹臒崃颗沤o低溫?zé)嵩矗鳛閷崿F(xiàn)把高溫?zé)嵩刺峁┑臒崃哭D(zhuǎn)換為機(jī)械功的必要補(bǔ)償。說法2：克勞修斯說法（針對傳熱問題，說明熱量傳遞過程的方向性。）“不可能使熱量由低溫物體向高溫物體傳遞而不引起其他的變化”。即當(dāng)利用制冷機(jī)實現(xiàn)由低溫物體向高溫物體傳遞熱量時，還必須消耗一定的機(jī)械功，并把這些機(jī)械功轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃糠懦?，以此作為由低溫物體向高溫物體傳遞熱量的補(bǔ)償。熱力學(xué)第二定律的概括性表述：一切自發(fā)地實現(xiàn)的涉及熱現(xiàn)象的過程都是不可逆的。二、熱力循環(huán)使工質(zhì)經(jīng)過一系列的狀態(tài)變化重新回到原來狀態(tài)的全部過程，稱為熱力循環(huán)。重復(fù)這些循環(huán)就能連續(xù)不斷地把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。循環(huán)又分為正向循環(huán)和逆向循環(huán)。正向循環(huán)(熱機(jī)循環(huán)）：將燃料燃燒放出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，實現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換的熱力循環(huán)。逆向循環(huán)（制冷循環(huán)）：消耗一定的機(jī)械功，實現(xiàn)熱量由低溫物體向高溫物體傳遞的循環(huán)。1、熱機(jī)循環(huán)

吸熱量

放熱量循環(huán)凈功熱機(jī)循環(huán)熱效率

實踐證明：企圖不向溫度較低的環(huán)境放熱而把高溫物體的熱能連續(xù)地完全轉(zhuǎn)換為機(jī)械能是不可能的。

2、制冷循環(huán)吸熱量放熱量耗功制冷系數(shù)實踐證明，企圖不消耗機(jī)械功而實現(xiàn)由低溫物體向高溫物體傳遞熱量是不可能的。三、卡諾循環(huán)和卡諾定理1、卡諾循環(huán)的組成卡諾循環(huán)：利用兩個熱源，由兩個可逆定溫過程和兩個可逆絕熱組成的熱機(jī)循環(huán)。2、卡諾循環(huán)的熱效率3、卡諾定理在兩個給定的熱源間工作的所有熱機(jī)，不可能具有比可逆熱機(jī)更高的熱效率。推論：在兩個給定的熱源間工作的熱機(jī)，其循環(huán)熱效率的最大限度等于卡諾循環(huán)的熱效率?？ㄖZ循環(huán)及卡諾定理的理論指導(dǎo)意義在于它揭示了在一定溫差間工作的熱機(jī)循環(huán)的最高極限，指出了提高熱效率的方向——即提高工質(zhì)吸熱時的溫度和降低工質(zhì)放熱時的溫度。但提高工質(zhì)吸熱時的溫度往往受金屬材料耐溫性質(zhì)的限制，降低工質(zhì)放熱時的溫度又受限于自然環(huán)境的溫度。所有發(fā)動機(jī)的熱效率就必須有一個理論上的極限值。實際循環(huán)由于有摩擦、節(jié)流、渦流以及溫差傳熱等影響因素的存在，其熱效率必低于相應(yīng)的可逆循環(huán)。四、孤立系統(tǒng)的熵增原理1、孤立系統(tǒng)的熵增原理

dSiso≥0即孤立系統(tǒng)的熵變不可能減小，不可逆過程中孤立系統(tǒng)的熵總是不斷增大，可逆過程中孤立系統(tǒng)的熵保持不變。上述原理稱為孤立系統(tǒng)熵增原理。2、熵是孤立系統(tǒng)內(nèi)過程方向性的判據(jù)用以判斷過程實現(xiàn)的可能性。凡是符合熵增原理的就能實現(xiàn)，反之，兩者熵的總和減少的過程是不可能實現(xiàn)的。推論：孤立系統(tǒng)內(nèi)過程的方向只能朝著熵增加的方向進(jìn)行。（因為可逆過程實際是不存在的。）熵增原理給熱力學(xué)分析帶來了很大方便。1）以空氣為工質(zhì)，并視為理想氣體，在整個循環(huán)中工質(zhì)物理及化學(xué)性質(zhì)保持不變，比熱容為常數(shù)。2）忽略發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣過程，將實際的開口循環(huán)簡化為閉口循環(huán)。3）把壓縮和膨脹過程簡化成理想的絕熱等熵可逆過程，忽略工質(zhì)與外界的熱量交換及其泄漏對循環(huán)的影響。4）將燃燒過程簡化為等容、等壓或混合加熱過程，將排氣過程簡化為等容放熱過程。5）所有過程為可逆過程一、實際循環(huán)向理論循環(huán)簡化的假設(shè)條件第五節(jié)發(fā)動機(jī)理論循環(huán)

（見教材第一章第一節(jié)）二、理論循環(huán)的評價指標(biāo)1、循環(huán)熱效率ηt定義：工質(zhì)所做循環(huán)功與循環(huán)加熱量之比。式中：W—mkg工質(zhì)的循環(huán)凈功[J]Q1、Q2—mkg工質(zhì)在循環(huán)中吸收、放出的熱量[J]ηt用來評定循環(huán)中的經(jīng)濟(jì)性。2、循環(huán)平均壓力pt定義：單位氣缸工作容積所做的循環(huán)功。式中：Vs—?dú)飧坠ぷ魅莘e[L]Pt用來評定循環(huán)的動力性。

(a)等容加熱循環(huán)(b)等壓加熱循環(huán)(c)混合加熱循環(huán)三、四沖程內(nèi)燃機(jī)的理論循環(huán)三、三種理論循環(huán)1、三種理論循環(huán)的p-v圖混合加熱循環(huán)的p-v圖定容加熱循環(huán)的p-v圖定壓加熱循環(huán)的p-v圖///循環(huán)特性參數(shù)定義：

實際循環(huán)：

0-1進(jìn)氣過程（由于進(jìn)氣阻力，氣缸內(nèi)壓力稍低于環(huán)境壓力）

1-2壓縮過程（由于傳熱作用，多變指數(shù)變化）

2-3-4燃燒過程（燃燒需要時間）

4-5膨脹(作功)過程（由于傳熱，多變指數(shù)變化）

5-0

自由排氣過程＋強(qiáng)制排氣過程（一）、混合加熱循環(huán)（薩巴特循環(huán)）

理想化：1.熱力過程的理想化①進(jìn)氣過程→0-1大氣壓力下定壓進(jìn)氣②壓縮過程→1-2定熵（絕熱）壓縮③燃燒過程→2-3定容加熱＋3-4定壓加熱（外熱源加熱）④膨脹過程→4-5定熵（絕熱）膨脹⑤排氣過程→5-1定容放熱＋1-0定壓線2.工質(zhì)以理想氣體對待開口系統(tǒng)簡化為閉口系統(tǒng)（進(jìn)排氣功近似相等，相互抵消）得到如下理論循環(huán)。

混合加熱循環(huán)的熱效率：利用內(nèi)燃機(jī)的特性參數(shù)來表示熱效率：

①壓縮比：②壓力升高比：1-2為絕熱過程2-3為定容過程3-4為定壓過程③預(yù)脹比：4-5為絕熱過程混合加熱循環(huán)熱效率將各點(diǎn)溫度與特性參數(shù)的關(guān)系代入熱效率表達(dá)式，得到可見：。；混合加熱循環(huán)的循環(huán)凈功：利用循環(huán)中各狀態(tài)間的參數(shù)關(guān)系，可以得到可見：。（二）、定容加熱循環(huán)和定壓加熱循環(huán)①定容加熱循環(huán)（奧圖循環(huán)）特點(diǎn)：ρ＝1，為混合加熱循環(huán)的一個特例，將ρ＝1代入混合加熱循環(huán)的熱效率及循環(huán)凈功的表達(dá)式，即分別有可見：。；②定壓加熱循環(huán)（笛塞爾循環(huán)）

特點(diǎn)：λ＝1，為混合加熱循環(huán)的一個特例，將λ