北京理工-工程熱力學(xué)電子教案

《熱工基礎(chǔ)》電子教案

緒論熱能及其利用

能源——為人類提供能量和動(dòng)力的物質(zhì)資源。

常見能源有：化石能、水力能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、核能等絕大多數(shù)能源都是以熱能的形式為人類服務(wù)，但我們需要的卻主要是動(dòng)力。人類利用熱能目前主要有兩種形式：(1)熱能的直接利用——能的形式不發(fā)生變化；如：取暖、烘烤、冶煉、蒸煮等。(2)熱能的間接利用——能的形式發(fā)生變化，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能、電能等；如：熱力發(fā)電廠、內(nèi)燃機(jī)等，主要用于交通運(yùn)輸、機(jī)械制造等。熱能利用的歷史就是一部人類的發(fā)展史：

遠(yuǎn)古時(shí)代鉆木取火（烤食、取暖）原始社會時(shí)期古代冶煉、制造金屬工具（直接利用）封建社會時(shí)期近代（1784年）發(fā)明蒸汽機(jī)（間接利用）工業(yè)革命資本社會時(shí)期現(xiàn)代建立完善的熱工理論（間接利用）（產(chǎn)生了飛機(jī)、火車、汽車、制冷）信息社會

當(dāng)今

熱傳遞問題（傳熱學(xué)）

如何提高效率

間接利用（工程熱力學(xué)）2.熱工基礎(chǔ)與車輛工程的關(guān)系

空調(diào)——制冷、制冷工質(zhì)、循環(huán)；汽車的動(dòng)力——熱能與動(dòng)力的轉(zhuǎn)化（包括：效率、原理）；散熱器、管道傳熱——空調(diào)管道、熱水管道；車內(nèi)的舒適性——空氣溫度、濕度、降溫與去濕、結(jié)露及濕空氣過程3．熱工基礎(chǔ)的基本計(jì)量單位簡介

主要采用SI國際單位制：長度——米；m.

質(zhì)量——千克；kg.

時(shí)間——秒；s.

電流——安培；A.

熱力學(xué)溫度——開爾文；K.

物質(zhì)量——摩爾；Mol.4.熱工基礎(chǔ)的常見物理量及單位第一章：熱能轉(zhuǎn)變的基本概念1.熱力系、狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)1.1.熱力系與工質(zhì)⑴熱力系——人為地選取一定范圍的物質(zhì)作為研究對象，這個(gè)對象稱為熱力系統(tǒng)（system）。⑵外界——熱力系以外的物質(zhì)（也稱為環(huán)境）。⑶邊界——熱力系與外界的交界面（界面）。邊界可以是假設(shè)的，也可以是真實(shí)的；可以是固定的，也可以是運(yùn)動(dòng)的。真實(shí)的固定的移動(dòng)的12移動(dòng)的12假設(shè)的固定的假設(shè)的假定的變化的⑷閉口系——與外界沒有物質(zhì)交換的熱力系（但可以有能量交換，如加熱）。⑸開口系——與外界有物質(zhì)或能量交換的熱力系⑹絕熱系——熱力系與外界無熱量交換（但有其它能量交換，如功）⑺孤立系——熱力系與外界無任何能量和物質(zhì)交換。⑻簡單可壓縮系——由可壓縮的流體構(gòu)成，與外界只有容積變化功交換.⑼熱源（冷源）——能為熱力系提供無限熱能（冷量），而自身溫度不會發(fā)生變化.（高溫?zé)嵩?、低溫?zé)嵩矗┢錈崛萘繜o限大。(10)工質(zhì)——用來實(shí)現(xiàn)能量相互轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)為工質(zhì)。

1.尸2熱力值系的給狀態(tài)仔及狀朗態(tài)參歡數(shù)熱力句系的帝狀態(tài)——熱力知系在篇某一彎瞬間釘呈現(xiàn)戴的宏磚觀物醉理狀常況。平衡己狀態(tài)——在沒晴有外技界影總響條賤件下飽，系蔥統(tǒng)各蜜部分箭長時(shí)街間內(nèi)撓不發(fā)滑生任磁何變姜化的裹狀態(tài)擇。狀態(tài)嶺參數(shù)——用于窮描述稅系統(tǒng)著平衡面狀態(tài)孫的物呈理量茫。狀態(tài)顛參數(shù)?？煞执顬閮梢诡悾撼叨群媪浚ōh(huán)廣延牌量）——與系橡統(tǒng)所塔包含姐的物參質(zhì)量屢有關(guān)鍛的量毛稱為慣尺度律量。強(qiáng)度帖量——與所得含物凍質(zhì)量正無關(guān)赴，熱財(cái)力系長中任授一點(diǎn)儲都具架有相走同的庸數(shù)。1.級3.基本寺狀態(tài)餓參數(shù)常用奶的狀鴨態(tài)參平數(shù)：污壓力p，比鞏容v，溫芹度Ｔ，熱患力學(xué)列能(內(nèi)能)U，焓Ｈ，熵Ｓ?；拘５臒嵝搅W(xué)拔參數(shù):比容v，壓耕力p，溫問度Ｔ.（１輔）比英容比容徐是單宮位質(zhì)雀量的革物質(zhì)沖所占神有的矛容積惡。若m(k夢g)物質(zhì)辜占有爽的容荒積為Ｖ(m3)，則憶比容職為：密度域是單謝位容訊積內(nèi)作所含歸物質(zhì)駐的量狠。（２歷）壓身力p（Ｐa）壓力秩是指降單位敵面積兔上所金承受詢的垂庸直作攏用力榨。p=F/A慈(奪N/蟻m2)常用抓單位駝?dòng)校簁P暗a;寨Mp榨a;運(yùn)mm也Hg勝;澇at闖m;托氣體標(biāo)的壓盟力——是組倒成氣滴體的縣大量涌分子菊對容健器壁貼碰撞劈燕的統(tǒng)也計(jì)平冠均的臭效果燭。通常處用壓艘力表陰或真矛空表蔬測量焰流體尼壓力.絕對示壓力撓（p）——物質(zhì)深的真撈實(shí)壓究力。大氣永壓力聽（pb）——大氣秘環(huán)境擁的真冠實(shí)壓登力。表壓調(diào)力（pg）——壓力元表上晝讀到致的壓尿力。真空要度（pv）——真空徑計(jì)上液的讀匠數(shù)。表壓素力與包真空谷度均床是環(huán)辣境壓桑力與鴉絕對貞壓力浴的差卡，所運(yùn)以當(dāng)p＞pb時(shí)，p＝pg＋pb當(dāng)p＜pb時(shí)，p＝pb－pv常用真的壓詠力計(jì)售有:彈簧燥壓力夫計(jì)及舟Ｕ形療管壓虛力計(jì)險(xiǎn)（測喜壓差昨）比如群右圖倚的Ｕ奇形管柜壓力禾計(jì)，土對Ａ酷Ａ線細(xì)上有削：p＝pb+ρg塘HＨ為高宴度差切（單造位m）；p為被陡測壓箭力；pb為環(huán)愚境壓湖力；ρ為液睜柱中頃液體哈的密瞧度；g為重趕力加衫速度請。pbA

AHp（３舅）溫兄度溫度稅是物投體冷尚熱程還度的醉標(biāo)志溫度儲概念偷的建蜻立以庭熱力助學(xué)第剪零定懇律為者依據(jù)毀。第零逢定律睛：Ａ異與Ｂ凍處于嫌熱平赴衡；就Ｂ與驗(yàn)Ｃ處辣于熱像平衡雪，則出Ａ與便Ｃ必間然處帶于熱躲平衡艙。Ａ捷Ｂ杯Ｃ溫度洪是決環(huán)定系親統(tǒng)間逮是否園處于工熱平陰衡的威物理些量。衡量態(tài)溫度割的標(biāo)誼尺叫墊溫標(biāo)苦：國豬際單范位所利確定膨的溫替標(biāo)叫幟熱力議學(xué)溫欲度，T（K）閣常用蜘溫標(biāo)殖是攝僚氏溫珍標(biāo)，t(℃)熱力感學(xué)溫疑標(biāo)取蝕水的洗三相剃點(diǎn)為乞基點(diǎn)活，定銷為27價(jià)3.丟16K攝氏近溫標(biāo)放取純殊水在球一個(gè)極標(biāo)準(zhǔn)翼大氣孕壓下袋的冰印點(diǎn)為0℃，與水愿的三線相點(diǎn)鼠差0.奪01度。以所以T=鋒27掏3.擦15腹+t(K愉)1.改4.狀態(tài)沈方程兩個(gè)屯相互臘獨(dú)立寧的狀啄態(tài)參枕數(shù)可珍以確湯定系鉛統(tǒng)平值衡態(tài)侮。三個(gè)緞基本廟狀態(tài)控參數(shù)掛之間辭的關(guān)頃系，載稱為釀狀態(tài)殊方程謎。常見綁的狀利態(tài)方掘程有曬：理想虹氣體櫻方程考：范德貴瓦爾扔斯方水程：平衡累狀態(tài)饞下，非可用諸二維宏平面嚼坐標(biāo)醒圖描禿述系盞統(tǒng)狀墨態(tài)：1(T1,s1)TT1s1s1(p1,v1)pp1v1v２．障熱力然過程鬧、功待和熱稍量2.女1.熱力奇過程要實(shí)龍現(xiàn)熱菠能與搜機(jī)械采能的農(nóng)相互讓轉(zhuǎn)化棵，必柿須通旁過工牢質(zhì)的矮狀態(tài)嚇變化早才能藝實(shí)現(xiàn)射：情但，瞞對熱拒力系拴而言掠，只性能對兔平衡婆態(tài)進(jìn)咳行描鐮述。早如帶何調(diào)障和狀鏈態(tài)變腫化與費(fèi)平衡雨態(tài)之陷間的劇矛盾量？——由此舞引進(jìn)奴準(zhǔn)平潮衡態(tài)傍的概店念！處準(zhǔn)示靜態(tài)索就是沃無限皮接近淹于平憐衡態(tài)郵的狀垂態(tài)。工質(zhì)狀態(tài)變化熱能機(jī)械能考查拋一個(gè)苦漸變興的過惕程：狀態(tài)1狀態(tài)2一系列中間狀態(tài)1vp2可逆嶼過程——如果集系統(tǒng)忍完成緊某一花熱力取過程鼓后，廣再沿灣原路規(guī)經(jīng)逆優(yōu)向返偏回，能使倦系統(tǒng)乞和外蟲界都損恢復(fù)揚(yáng)原來赤狀態(tài)雪而不悄留下敲任何釘變化羅的過糠程。賴（妖要包南括系賽統(tǒng)及魄外界點(diǎn)都不間發(fā)生藏任何覺變化拐）特征培：（１色）可電逆過灰程必物然是顫準(zhǔn)平環(huán)衡過律程。危（霜２）歌可逆塵過程屋不應(yīng)茶有摩訴擦、醫(yī)電阻痛、磁丸阻等孫耗散傷效應(yīng)拌存在怎。份可逆知過程夸是理勿想過嶼程（打充要蛙條件形）：也只有貸準(zhǔn)平僻衡且拿無任與何耗程散效調(diào)應(yīng)的熱過程慢才是葬可逆渴過程覆。帶實(shí)際醬過程松都是聽不可糊逆的。2.妹2.功和連熱量功——在力水的作狀用下雜，通背過宏塵觀有敘序運(yùn)蒼動(dòng)而旗傳遞半的能霸量Fdx①Ｗ在傳鑰遞中家才有融意義貍，一移旦越友過邊酒界，階就成澤為外減界的泛能量勢。勻②Ｗ是過斃程量諒，與鉤初終火態(tài)有勻關(guān)，職還與樓過程口有關(guān)兵。胸③捐系統(tǒng)觸對外覆做功剖為正尺，外辭界對肅系統(tǒng)亡做功孔為負(fù)梢。敏功的例單位券：Ｊ習(xí)（焦淘耳）堤功率免單位塑Ｗ（不瓦特伸）＝麻Ｊ／禮Ｓ狼④慈熱力讓系通矩常是萄通過挎容積稼變化帖來實(shí)籮現(xiàn)功旗的傳態(tài)遞的晌，稱揚(yáng)容積昏變化愈功.⑤在準(zhǔn)聰靜態(tài)單可逆織過程首時(shí)，欺對外斬做功率由系足統(tǒng)內(nèi)僑部參卻數(shù)決涂定的壟，不額用考絮慮外和界因寇素。dxppb

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