工程热力学课件西交大
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目录
壹
工程热力学基础
贰
能量转换与传递
叁
工质的热力性质
肆
热力学系统分析
伍
热力学应用实例
陆
工程热力学实验
工程热力学基础
第一章
热力学第一定律
热力学第一定律表明能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。
能量守恒与转换
在不同的热力学过程中，如等压、等体、等温过程，系统与外界的能量交换形式和量会有所不同。
热力学过程中的能量变化
内能是系统内部微观粒子动能和势能的总和，是热力学第一定律中的核心概念。
内能的概念
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热力学第二定律
熵增原理
热力学第二定律表明，在自然过程中，系统的总熵总是趋向于增加，即孤立系统的熵永不减少。
卡诺循环
卡诺循环是热力学第二定律的一个重要概念，它描述了一个理想化的热机工作过程，强调了热效率的理论上限。
不可逆过程
热力学第二定律指出，所有自然发生的热力学过程都是不可逆的，意味着能量转换无法100%高效。
热力学性质
状态方程描述了物质的状态变化，如理想气体状态方程PV=nRT，是工程热力学的基础。
状态方程
比热容是物质单位质量的温度变化所需的热量，分为定压比热容和定容比热容。
比热容
热力学第一定律阐述了能量守恒，即系统内能的变化等于热量与功的代数和。
热力学第一定律
熵是衡量系统无序度的物理量，热力学第二定律指出孤立系统的熵总是趋向于增加。
熵的概念
能量转换与传递
第二章
热量传递基础
对流换热机制
导热基本原理
导热是热量通过固体内部微观粒子的碰撞和振动传递，如金属导热快，木材导热慢。
流体运动引起的热量传递，分为自然对流和强制对流，如空调系统中的空气流动。
辐射热传递
不依赖介质，通过电磁波形式传递热量，例如太阳光照射到地球表面。
能量转换效率
热机效率是指热机将吸收的热能转换为机械功的效率，通常以百分比表示。
热机效率的定义
01
卡诺循环是理想热机模型，其效率取决于热源和冷源的温度差，是能量转换效率的理论上限。
卡诺循环与效率
02
实际热机中，由于摩擦、散热等因素，能量转换效率总是低于理论最大值。
实际热机效率的损失
03
通过改进设计、使用新材料和优化操作条件，可以提高热机的能量转换效率。
提高能量转换效率的方法
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热机循环分析
卡诺循环
奥托循环
01
卡诺循环是理想热机循环的模型，它展示了在两个热源之间进行可逆循环时的最大效率。
02
奥托循环描述了内燃机的工作原理，包括压缩、燃烧、膨胀和排气四个过程，是分析汽油机的关键。
热机循环分析
狄塞尔循环代表了柴油机的工作过程，其特点是在压缩行程末期进行燃料的自燃，效率高于奥托循环。
狄塞尔循环
01
布雷顿循环是燃气轮机和喷气发动机的基础，涉及压缩、加热、膨胀和冷却四个阶段，是热力学的重要内容。
布雷顿循环
02
工质的热力性质
第三章
理想气体模型
包括等温、等压、绝热等过程，理想气体模型简化了这些过程的计算，便于理解和应用。
理想气体的热力学过程
理想气体的内能仅与温度有关，这一性质简化了热力学第一定律在理想气体中的应用。
理想气体的内能与温度关系
理想气体状态方程PV=nRT描述了压力、体积、摩尔数、温度之间的关系，是分析理想气体行为的基础。
理想气体状态方程
01、
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实际气体特性
实际气体在临界点附近的行为与理想气体有显著差异，临界参数是表征这种特性的关键指标。
临界点和临界参数
范德瓦尔斯方程考虑了分子体积和分子间作用力，是描述实际气体特性的常用模型。
范德瓦尔斯方程
实际气体在高压或低温条件下会偏离理想气体状态方程，表现出复杂的热力性质。
偏离理想气体行为
混合物热力性质
混合物的比热容是其组成成分比热容的加权平均值，受温度和压力的影响。
混合物的比热容
01
混合物的蒸气压取决于各组分的分压和摩尔分数，遵循Raoultslaw。
混合物的蒸气压
02
混合物的沸点通常与纯组分不同，受组分间相互作用和摩尔分数的影响。
混合物的沸点
03
混合物的凝固点变化取决于组分间的相互作用，可能低于或高于纯组分的凝固点。
混合物的凝固点
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热力学系统分析
第四章
开放系统分析
在开放系统中，质量守恒定律表现为质量流入和流出的平衡，如锅炉中水的循环。
质量守恒定律
开放系统中能量守恒体现为热能和功的交换，例如蒸汽轮机中蒸汽的膨胀做功。
能量守恒定律
开放系统中熵增原理说明系统总熵不会减少，如热机在工作过程中熵的增加。
熵增原理
分析开放系统中流体的运动，例如风力发电机叶片捕捉风能的流体动力学过程。
流体动力学分析
封闭系统分析
封闭系统中，能量不能被创造或销毁，只能从一种形式转换为另一种形式。
能量守恒定律
通过状态方程描述封闭系统内物质的状态变化，如理想气体状态方程PV=nRT。
状态方程应用
在