第一章 工程热力学基础知识

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1、工程热力学研究能量（热能）性质及其转换规律的学科工程热力学研究主要内容热力学基本定律常用工质的热力性质分析计算实现热能和机械能相互转换的各种热力过程和热力循环，阐明提高转换效率的正确途径参考资料[1]陈培陵.汽车发动机原理[M].人民交通出版社,2004.[2]张西振,吴良胜.发动机原理与汽车理论[M].人民交通出版社,2004.[3]沈维道.工程热力学（第3版）[M].高等教育出版社,2001.第一节气体的热力性质第二节热力学第一定律第三节气体的热力过程第四节热力学第二定律第一章工程热力学基础知识一、气体

2、的基本状态参数二、热力系统、平衡态和热力过程三、理想气体的状态方程式四、工质的比热第一节气体的热力性质一、气体的基本状态参数1.工质1）工质：热能机械能2）工质的选择：热力学中热能与机械能之间的相互转换是通过物质的体积变化来实现的，常选气态物质作为工质。3）气态工质：气体和蒸气媒介物质2.气体的状态参数1）定义：标志气体热力状态的各个物理量2)状态参数压力温度比容内能焓熵基本状态参数1)定义：气体对单位面积容器壁所施加的垂直作用力。2)真空度：p0pgppvp大气压力线只有绝对压力才是真正说明气体状态的状态参数！

3、（1）压力p表压力绝对压力gp表示气体冷热程度的物理量摄氏温度：用t表示，单位为℃热力学(开尔文或绝对)温度：用T表示，单位为K只有热力学温度才是状态参数！（2）温度T1）比容：单位质量的物质所占有的体积。式中V——体积；m——质量。2）密度：单位容积的物质所具有的质量。（3）比容v二、热力系统、平衡态和热力过程1.热力系统1）热力系统：在热力学中，把某一宏观尺寸范围内的工质作为研究的具体对象。2）外界：与该系统有相互作用的其它系统。3）边界：系统与外界的分界面。边界的性质：可以是真实的，也可以是假想的；可以固定

4、也可以移动。4）分类封闭系统：绝热系统：孤立系统：开口系统：系统与外界无物质交换系统与外界有物质交换系统与外界无热量交换系统与外界无任何相互作用，既无物质交换，也无能量交换2.平衡态系统中气体各部分的温度和压力必须均匀一致，并且不随时间的变化而变化，这样的状态称为热力学平衡态，简称平衡态。3.热力过程1）热力过程：热力系统从一个状态向另外一个状态变化时所经历的全部状态的总和。2）内平衡过程：热力系统从一个平衡状态连续经历一系列平衡的中间状态过渡到另外一个平衡状态，这样的过程称为内平衡过程。3）内不平衡过程4）可逆

5、过程：系统经历一个过程之后，如果沿原来路径逆向进行，能使系统与外界同时恢复到初始状态而不留下任何痕迹。pv122´1´v2v1W可逆过程是无摩擦、无温差的内平衡过程p1p2三、理想气体的状态方程理想气体：气体内部其分子不占有体积，分子间又没有吸引力的气体。1kg理想气体：mkg理想气体：R——气体常数，大小取决于气体的种类。四、工质的比热比热：单位量的物质作单位温度变化时所吸收或放出的热量。2.表达式：3.定容比热：气体在容积不变的条件下被加热时的比热，。定压比热：气体在压力不变的条件下被加热时的比热，。4.比热

6、比：（绝热指数）（等熵指数），5.梅耶公式：RKKCp1-=能量转换与守恒定律第二节热力学第一定律热力学第一定律热能和机械能在转移和转换的过程中，能量的总量必定守恒。热能机械能相互转换一切物质都具有能量，能量既不可能创造，也不可能消失，它只能在一定的条件下从一种形式转变为另一种形式，而在转换中，能量的总量恒定不变。能量转换与守恒定律进入系统的能量－离开系统的能量=系统储存能的变化主要内容：一、功、热量和内能二、封闭系统能量方程式三、开口系统稳定流动能量方程式四、熵及温熵图一、功、热量和内能1.功功不是热力状态的参

7、数，是一个过程量。Aw2.热量3.内能热量为正热量为负系统吸热系统放热过程量工质的内能：工质内部所具有的各种能量的总称。对于理想气体：内能是温度的单值函数，工质的内能是一个状态参数。mkg工质的内能：1kg工质的内能：二、封闭系统能量方程式已知：1kg工质封闭在气缸内进行一个可逆过程的膨胀作功。三、开口系统稳定流动能量方程式已知：1kg工质在开口系统中作稳定流动，Ⅰ-Ⅰ界面为进口，Ⅱ-Ⅱ界面为出口，假设系统在该过程中从外界吸入的热量为q，对外输出功为wsh。ⅡⅡwshqZ1p1v1C1C2Z2p2v202.焓：3

8、.开口系统能量方程式：mkg工质的焓:1kg工质的焓:焓=内能+推进功推进功：开口系统与外界之间因为工质流动而传递的机械功。对于单位质量工质，推进功等于pv。四、熵及温熵图dw=pdvpv12v2v1dva）P-v图dq=TdsTs12s2s1dsb）T-S图1.熵的定义：熵的增量等于系统在可逆过程中交换的热量除以传热时绝对温度所得的比值。2.熵的性质1）熵是一个状态参数