清华大学工程热力学课件.pptx

清华大学工程热力学课件本课件旨在帮助学生理解工程热力学的基本原理和应用，并培养学生的分析问题和解决问题的能力。内容涵盖热力学基础、热力学循环、热力学系统、热力学性质、热力学过程、热力学定律、热力学应用等方面。kh作者：

课程简介11.课程目标本课程旨在帮助学生理解和掌握工程热力学的基本理论和应用。22.课程内容课程涵盖热力学基本概念、热力学定律、热力学循环、传热学基础、流体力学基础以及工程应用实例。33.学习方法课程以理论讲解和案例分析相结合，并辅以实验和习题练习。44.考核方式课程考核包括平时作业、期中考试和期末考试。

课程目标掌握热力学基础理论深入理解热力学基本概念，并掌握其基本定律和定理。培养工程热力学分析能力能够运用热力学原理分析实际工程问题，并进行科学计算和设计。提升热力学应用实践能力了解热力学在不同工程领域的应用，并能进行实际问题解决。拓展热力学前沿知识了解当前热力学研究热点及未来发展方向。

热力学基本概念系统与环境热力学系统是研究的对象，其边界与周围环境隔开。环境是指系统以外的任何部分。系统和环境之间的相互作用可以通过热量、功或物质传递来实现。状态和状态量系统的状态是指系统在给定时间的一组性质，例如温度、压力和体积。状态量是指描述系统状态的物理量，可以是强度量或广延量。热力学过程热力学过程是指系统状态发生变化的过程，例如热量传递、做功或体积变化。过程可以用状态量之间的关系来描述，例如温度-体积关系图。热力学平衡热力学平衡是指系统处于稳定状态，其状态量不再随时间变化。热力学平衡可以分为热平衡、力学平衡和化学平衡。

热力学第一定律能量守恒定律热力学第一定律阐述了能量守恒的概念。能量不能凭空产生也不能凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体。能量转化形式能量转化形式包括热能、机械能、电能、化学能等，它们之间可以相互转换。能量守恒表达式热力学第一定律的数学表达式为：ΔU=Q-W，其中ΔU为系统内能的变化，Q为系统吸收的热量，W为系统对外做的功。应用举例热力学第一定律在热机、制冷机等工程应用中发挥着重要作用，例如汽油发动机将化学能转化为机械能，空调利用压缩机将热量从室内转移到室外。

热力学第二定律1热力学第二定律能量转化不可逆2热力学第二定律熵增加原理3热力学第二定律卡诺定理4热力学第二定律克劳修斯不等式热力学第二定律揭示了自然界能量转化过程的不可逆性。它指出能量只能从高温物体传递到低温物体，而不能自发地从低温物体传递到高温物体，即能量转化具有方向性。热力学第二定律的另一重要表述是熵增加原理，它指出在一个孤立系统中，熵总是随着时间的推移而增加，直到达到最大值，即系统达到热力学平衡状态。熵是衡量系统混乱程度的物理量，熵增加表明系统变得更加混乱无序。热力学第二定律还有卡诺定理和克劳修斯不等式等重要推论，这些推论为热机效率和制冷机性能提供了理论基础。

热机循环热机循环是将热能转换为机械功的循环过程。热机通过吸收高温热源的热量，使其工质升温，然后膨胀作功，最后将低温热源的热量排放到环境中，完成一个循环过程。1吸热从高温热源吸收热量2膨胀做功工质膨胀对外做功3排热将热量排放到低温热源4压缩压缩工质回到初始状态热机循环通常包括四个过程：吸热、膨胀做功、排热和压缩，每个过程都对应着特定的热力学变化。热机循环的效率取决于工质的性质、循环过程的类型以及高温热源和低温热源的温差。

蒸汽动力循环1循环组成蒸汽动力循环由多个组件组成，包括锅炉、汽轮机、冷凝器和泵。2工作原理水在锅炉中被加热变成蒸汽，然后推动汽轮机发电，蒸汽在冷凝器中冷凝成水，再由泵送回锅炉。3应用范围蒸汽动力循环应用广泛，例如发电厂、核电站和工业生产中的动力系统。

制冷循环1压缩过程制冷剂气体被压缩机压缩，温度和压力升高。2冷凝过程高温高压制冷剂气体在冷凝器中释放热量，转变为液体。3节流过程制冷剂液体通过节流装置，压力急剧下降，部分液体汽化。4蒸发过程低温低压制冷剂液体在蒸发器中吸收热量，完成汽化，带走被冷却对象的热量。

气体动力循环1基本概念气体动力循环是利用热能推动气体膨胀做功，实现能量转换的循环过程2工作过程包含吸热、膨胀做功、排热、压缩等步骤3主要类型包括内燃机循环、燃气轮机循环等4应用领域广泛应用于汽车、飞机、发电等领域气体动力循环的关键是利用气体膨胀和压缩过程，将热能转换为机械能。通过吸热、膨胀、排热和压缩等步骤，气体动力循环能够高效地实现能量转换。常见的应用类型包括内燃机循环和燃气轮机循环，它们在汽车、飞机、发电等领域发挥着重要作用。

气体动力循环应用燃气轮机燃气轮机广泛应用于发电厂，为工业提供动力，以及驱动飞机和舰船。喷气发动机喷气发动机为飞机提供推力，将热能转化为动能，用于高速飞行。火箭发动机火箭发动机利用燃烧推进剂