朱明善清华大学工程热力学课件全集ppt

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1、朱明善朱明善教材与参考书教材与参考书教教 材：材：工程热力学工程热力学朱明善等编朱明善等编参考书：参考书：工程热力学工程热力学（第二版）（第二版） 庞麓鸣等编庞麓鸣等编 工程热力学工程热力学（第四版（第四版 ） 沈维道沈维道编编 20072007年年 工程热力学工程热力学严家騄严家騄编编 20072007年年 工程热力学工程热力学是重要的是重要的专业基础课专业基础课工程热力学工程热力学 是一门研究是一门研究热能热能有效利用及有效利用及 热能热能和其它形式和其它形式能量能量转换规律转换规律 的科学的科学0-1 0-1 热能及其利用热能及其利用0-2 0-2 热能转换装置的工热能转换装置的工 作过

2、程作过程0-3 0-3 工程热力学的研究工程热力学的研究 对象及其主要内容对象及其主要内容0-4 0-4 热力学的研究方法热力学的研究方法热热 能能电电 能能机机 械械 能能 风风能能水水力力能能化化学学能能核核能能地地热热能能太太阳阳能能一次能源一次能源( (天然存在天然存在) )二次能源二次能源 光电转换光电转换燃料电池燃料电池光热光热聚变聚变裂变裂变燃烧燃烧水车水车水轮机水轮机风车风车热机热机电动机电动机发电机发电机90%转转换换直接利用直接利用供暖供暖0-2 0-2 热能转换装置的工作过程热能转换装置的工作过程一、蒸汽动力装置的工作原理一、蒸汽动力装置的工作原理 锅锅炉炉汽轮机汽轮机

3、发电机发电机 给水泵给水泵 凝凝汽汽器器过热器过热器 1、热源，冷源热源，冷源2、工质（水，蒸工质（水，蒸 汽）汽）3、膨胀做功膨胀做功4、循环循环 ( (加压、加热、加压、加热、膨胀做功、放热膨胀做功、放热) )二、燃气轮机装置二、燃气轮机装置的工作原理的工作原理 l压气机压气机 从大气环境吸从大气环境吸气，并将其压缩，使得其压气，并将其压缩，使得其压力和温度得以提高。力和温度得以提高。l燃烧室燃烧室 空气和燃料在空气和燃料在其中混合并燃烧，得到高温其中混合并燃烧，得到高温高压的燃气。高压的燃气。l涡轮机涡轮机 高温高压的燃高温高压的燃气推动涡轮机叶轮旋转对外气推动涡轮机叶轮旋转对外输出机械

4、功。输出机械功。l工质（空气、燃气）在装置内周而复始地循环，进工质（空气、燃气）在装置内周而复始地循环，进而实现将热能转换为机械能的任务。而实现将热能转换为机械能的任务。 1、热源，冷源热源，冷源2、工质（燃气）工质（燃气） 3、膨胀做功膨胀做功4、循环循环 ( (加压、加热、加压、加热、膨胀做功、放热膨胀做功、放热) )压压气气机机燃燃气气轮轮机机燃烧室燃烧室空空气气废废气气燃燃料料三、内燃机的工作原理三、内燃机的工作原理 l进气过程进气过程 ：进气阀开，排气阀关，活：进气阀开，排气阀关，活塞下行，将空气吸入气塞下行，将空气吸入气 缸。缸。l压缩过程压缩过程 ：进、排气门关，活塞上行：进、排

5、气门关，活塞上行压缩空气，使其温度和压缩空气，使其温度和 压力得以升高。压力得以升高。l燃烧过程燃烧过程 ：喷油嘴喷油，燃料燃烧，：喷油嘴喷油，燃料燃烧，气体压力和温度急剧升高气体压力和温度急剧升高 （燃料的化学能转换为热能）。（燃料的化学能转换为热能）。l膨胀过程膨胀过程 ：高温高压气体推动活塞下：高温高压气体推动活塞下行，曲轴向外输出机械功。行，曲轴向外输出机械功。l排气过程排气过程 ：活塞接近下死点时，排气：活塞接近下死点时，排气门开，在压差的作用下废气门开，在压差的作用下废气 流出气缸。流出气缸。随后，活塞上行，将残余气体推出气随后，活塞上行，将残余气体推出气缸。缸。l重复上述过程，将

6、热能转换为机械能。重复上述过程，将热能转换为机械能。空气、油空气、油废气废气吸气吸气压缩压缩点火点火膨胀膨胀排气排气内燃机内燃机装置装置基本特点基本特点1、热源，冷源热源，冷源2、工质（燃气）工质（燃气）3、膨胀做功膨胀做功4、循环循环 (加压、加热、加压、加热、 膨胀做功、放热膨胀做功、放热)四、蒸汽压缩制冷装置四、蒸汽压缩制冷装置 l压气机压气机 吸入来自蒸发器吸入来自蒸发器的低压蒸汽，将其压缩的低压蒸汽，将其压缩 ( 耗耗功功 ) 产生高温高压的蒸汽。产生高温高压的蒸汽。l冷凝器冷凝器 使气体冷凝，得使气体冷凝，得到常温高压的液体。到常温高压的液体。l节流阀节流阀 使液体降压，产使液体降

7、压，产生低压低温的液体。生低压低温的液体。l蒸发器蒸发器 工质吸收冷藏库工质吸收冷藏库内的热量，汽化为低压气内的热量，汽化为低压气体，使冷体，使冷 库降温。库降温。 制冷空调制冷空调装置装置基本特点基本特点1、热源，冷源热源，冷源2、工质（制冷剂）工质（制冷剂）3、得到容积变化功得到容积变化功4、循环循环 (加压、放热、加压、放热、 膨胀、吸热膨胀、吸热)热力热力装置装置共同基本特点共同基本特点 1、热源，冷源热源，冷源 2、工质工质 3、容积变化功容积变化功 4、循环循环 1、能量转换的基本定律能量转换的基本定律 2、工质的基本性质与热力过程工质的基本性质与热力过程 3、热功转换设备、工作原

8、理热功转换设备、工作原理 4、化学热力学基础化学热力学基础1、宏观方法：宏观方法：连续体，用宏观物理量连续体，用宏观物理量描述其状态，其基本规律是无数经验的描述其状态，其基本规律是无数经验的总结。总结。 特点特点：可靠，普遍，不能任意推广可靠，普遍，不能任意推广 经典经典 （宏观宏观）热力学热力学 0-4 0-4 工程热力学研究方法工程热力学研究方法2、微观方法：微观方法：从微观粒子的运动及相从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象及规律互作用角度研究热现象及规律 特点：特点：揭示本质，模型近似揭示本质，模型近似 微观微观（统计统计）热力学热力学 工程热力学研究方法工程热力学研究方法l 抓住主

9、线抓住主线l 理论联系实际理论联系实际l 重视基本技能训练重视基本技能训练 分析计算能力、实验技能分析计算能力、实验技能 认真完成作业认真完成作业1-1 热力系统热力系统1-2 状态状态 平衡状态平衡状态1-3 热力状态参数热力状态参数1-4 状态方程、状态参数坐标图状态方程、状态参数坐标图1-5 准静态过程和可逆过程准静态过程和可逆过程1-6 功和热量功和热量1-7 热力循环热力循环1-1 热力系统热力系统1-2 状态状态 平衡状态平衡状态1-3 热力状态参数热力状态参数1-4 状态方程、状态参数坐标图状态方程、状态参数坐标图1-5 准静态过程和可逆过程准静态过程和可逆过程1-6 功和热量功

10、和热量1-7 热力循环热力循环1-1 热力系统热力系统 一、系统、外界与边界一、系统、外界与边界热力系统热力系统(热力系、系统热力系、系统)：人为地研究对象：人为地研究对象外界外界：系统以外的所有物质：系统以外的所有物质边界边界(界面界面)：系统与外界的分界面：系统与外界的分界面真实、虚构真实、虚构固定、活动固定、活动封闭热力系（闭口系）封闭热力系（闭口系） 只与外界有能量交换而无物质交换只与外界有能量交换而无物质交换开口热力系开口热力系( (开口系开口系) ) 与外界既有能量交换又有物质交换与外界既有能量交换又有物质交换孤立系孤立系 与外界既无能量交换又无物质交换与外界既无能量交换又无物质交

11、换二、热力系的分类二、热力系的分类以系统与外界关系划分：以系统与外界关系划分： 有有 无无是否传质是否传质 开口系开口系 闭口系闭口系是否传热是否传热 非绝热系非绝热系 绝热系绝热系是否传功是否传功 非绝功系非绝功系 绝功系绝功系是否传热、功、质是否传热、功、质 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系归纳：归纳：1234mQW1 开口系开口系非孤立系相关外界非孤立系相关外界孤立系孤立系1+2 闭口系闭口系1+2+3 绝热闭口系绝热闭口系1+2+3+4 孤立系孤立系 其它分类方式其它分类方式物理化学性质物理化学性质 均匀系均匀系 非均匀系非均匀系工质种类工质种类多元系多元系单元系单元系相态相态多相多相单