工程热力学课件朱.pptx
工程热力学课件朱
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目录
壹
工程热力学基础
贰
热力学性质与过程
叁
能量转换与效率
肆
传热学基础
伍
热力学在工程中的应用
陆
工程热力学实验与实践
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，系统与外界交换能量，内能的变化等于热量与功的代数和。
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
01
02
03
热力学第二定律
卡诺循环
熵增原理
热力学第二定律表明，孤立系统的熵总是趋向于增加，即系统无序度增加。
卡诺循环是热力学第二定律的一个重要概念，它描述了一个理想热机的工作过程。
克劳修斯表述
克劳修斯表述强调热量不能自发地从低温物体传到高温物体，这与熵增原理相一致。
热力学系统与环境
热力学系统指被研究的物体或区域，环境则是系统外的其他部分，二者通过边界相互作用。
定义与分类
01
系统与环境之间可以进行能量交换，如热传递和功的传递，这是热力学分析中的关键概念。
系统与环境的能量交换
02
系统状态的变化通常由环境因素引起，如温度、压力的变化，导致系统内部能量和物质的重新分布。
系统状态的变化
03
热力学性质与过程
第二章
热力学性质的定义
温度是衡量物体热冷程度的物理量，是热力学性质的基础，决定了热能传递的方向。
温度
01
压力是单位面积上的力，是气体或液体状态变化时的重要热力学性质，影响着系统的平衡状态。
压力
02
比热容定义为单位质量的物质升高或降低1摄氏度所需的热量，是物质热性质的重要指标。
比热容
03
热力学过程的分类
可逆过程是理想化的热力学过程，如卡诺循环；不可逆过程包括实际中的摩擦和湍流。
01
等温过程中，系统的温度保持不变，如理想气体在恒温下的膨胀或压缩。
02
绝热过程中，系统与外界没有热量交换，例如气缸中的气体快速膨胀时的冷却效应。
03
等压过程中，系统的压力保持恒定，如水在标准大气压下从冰融化成水的过程。
04
可逆过程与不可逆过程
等温过程
绝热过程
等压过程
热力学循环分析
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工作的热机所能达到的最大效率。
卡诺循环
奥托循环代表了内燃机的工作原理，它涉及燃料在恒容条件下的燃烧和等压膨胀过程。
奥托循环
布雷顿循环是燃气轮机和喷气发动机的基础，它描述了理想气体在恒定压力和恒定体积下的热力学过程。
布雷顿循环
狄塞尔循环描述了柴油机的工作过程，它以燃料在恒压下的燃烧和绝热压缩为特点。
狄塞尔循环
能量转换与效率
第三章
能量转换原理
能量守恒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。
热力学第一定律
卡诺循环是理想热机的理论模型，展示了能量转换效率与热源温度之间的关系。
卡诺循环
在能量转换过程中，系统的总熵（无序度）总是趋向于增加，反映了能量转换的不可逆性。
熵增原理
热机效率的计算
卡诺循环是理想热机模型，其效率仅取决于热源和冷源的温度，计算公式为1-Tc/Th。
卡诺循环效率
环境温度对热机效率有显著影响，温度差越大，理论上热机效率越高。
效率与环境温度
实际热机效率低于卡诺效率，受材料、设计等因素影响，需通过实验数据来确定。
实际热机效率
能量损失与优化
在工程热力学中，热传递损失是常见的能量损失形式，例如锅炉和热交换器的散热损失。
机械系统中，由于摩擦产生的能量损失，如发动机内部的摩擦损失，会降低系统效率。
通过改进系统设计，如优化热交换器的结构，可以减少能量损失，提高能量转换效率。
调整操作参数，如温度、压力，可以减少能量损失，例如在化工过程中优化反应条件。
热传递损失
摩擦损失
系统设计优化
操作参数调整
流体在管道中流动时，由于摩擦和湍流造成的能量损失，例如风力发电机叶片的气动损失。
流体流动损失
传热学基础
第四章
传热机制
导热
01
导热是热量通过固体材料内部传递的过程，如金属棒一端加热后，热量逐渐传导到另一端。
对流
02
对流是流体（液体或气体）中热量传递的方式，例如暖气片加热室内空气，形成上升的热流。
辐射
03
辐射是通过电磁波传递热量的方式，例如太阳光照射到地球表面，传递太阳的热量。
传热方程与定律
牛顿冷却定律描述了流体与固体表面间对流换热的速率，与温差成正比。
牛顿冷却定律
斯蒂芬-玻尔兹曼定律涉及黑体辐射，表明物体辐射能量与其绝对温度的四次方成正比。
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
傅里叶定律是描述稳态热传导的基本定律，指出热流与温度梯度成正比。
傅里叶定律
01、
02、
03、
传热过程的应用
制冷与空调系统
利用蒸发和冷凝的传热原理，制冷系统能够调节室内温度，为空调和冰箱等设备