2019年《工程热力学》PPT课件.ppt
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1、汽车发动机原理,课 程 概 述,一、课程的性质和任务 1、研究发动机的工作过程和性能指标,主要包括动力性、经济性、排放性等。 2、分析影响发动机性能指标的因素。 3、找出提高发动机性能指标的途径。 二、课程的地位和作用 本课程是一门专业课,为发动机的使用、维修打基础。本课程在整个课程体系中起承上启下的作用,对今后的实际工作起指导作用。,三、课程主要内容 课程的主要内容分两大部分,工程热力学基础知识部分的重点是发动机的理想循环。发动机原理部分的重点是内燃机的燃烧过程和特性。 主要内容包括:工程热力学基础、发动机示功图和性能指标、燃料和燃烧、发动机换气、汽油机混合气的形成与燃烧过程、柴油机混合气的
2、形成与燃烧过程、发动机特性、发动机的排放与控制等。,四、课程的特点、要求、学时分配、考核 特点:本课程理论性较强,无多少实物供参照,课堂上的讲授以理论分析和推导为主。 要求:要求课上集中精力听讲,做好笔记,课下及时复习。对重点章节要熟练掌握。 学时分配:总学时40 考核:本课程为考试课,平时20%;考试80%。 参考书: 1.汽车发动机原理徐兆坤 主编 清华大学出版社 2.汽车发动机拖拉机(第3版)董敬等主编 机械工业出版社,第一章 工程热力学基础,本章要求: 了解:热力系统、工质、功、热量、内能和熵等概念,理想气体和卡诺循环等。 理解:热力学第一和第二定律,图和T图,理想气体的热力过程和发动
3、机的理想循环。,第一节 气体的状态及状态方程,一、热力系统 1、在热力学中,从若干个物体中规划出所要研究的对象,称为热力系统;,热力系,外界,界面,2、工质:在热力设备中用来实现热能与其它形式的能量交换的物质。 热力设备通过工质状态的变化实现与外界的能量交换。,研究对象以外的一切物质,称为外界;,热力系统和外界的分界面,称为界面。,二、热力状态与状态参数,1、热力状态:,热力系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。,热力平衡状态:,当外界条件不变系统内状态长时间不变,即具有均匀一致的P、V、T。,2、状态参数:,用来描述气体热力状态的物理量,基本状态参数:,可直接测量的状态参数,包括:压力(P)、
4、比容()、温度(T)。,主要状态参数:,压力P、比容、温度T、内能、熵、焓。,基本状态参数:,1、比容:用表示,单位是m3/kg 。 定义:单位质量的物质所占的容积。即: =V/M V-物质的容积,m3; M-物质的质量,kg。 比容的倒数是? 2、压力:用P表示,单位是Pa,Mpa、kPa。 定义:系统单位面积上受到的垂直作用力。 即:P=F/A,3、温度:用T表示,单位是K。 定义:表征物体的冷热程度,(气体分子的平均动能越大),三、理想气体的状态方程 1、理想气体:气体分子本身不占有体积,分子之间无相互作用力的气体。 2、理想气体的状态方程: P=RT PV= mRT V= m 对空气,
5、R=0.287kJ/kgK 3、压容图,气体的状态也可用P-V图上的一个点表示,比较直观。,第二节 热力过程及过程量,功:dW=Fdx=APdx=PdV W=PdV 故P-V图上, W为过程线与横轴围成的面积。,一、热力过程 热力系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的变化历程。 P-V图上,一个点表示气体的一个热力状态; 一条曲线表示一个热力过程。 二、膨胀功() 气体在热力过程中由于体积发生变化所做的功(又称为容积功),规定:热力系统对外界做功为正,外界对热力系统做功为负。 由W=PdV得: dV0,膨胀,W0, 系统对外界做功; dV0,压缩,W0, 外界对系统做功; dV=0,W=0, 系
6、统与外界之间无功量 传递。,膨胀,W0,压缩,W0,三、热量 是系统与外界之间依靠温差来传递的能量形式,用Q表示 q=Q/m J/kg 规定:传入热力系统的热量为正值,即吸热为正;传出热力系统的热量为负值,即放热为负。 热量与功一样,是系统在热力过程中与外界传递的能量形式,因此是过程量,不是状态参数。,四.熵和温熵图 熵S的增量等于系统在 过程中交换热量除以传 热时绝对温度所得的商 ds=q/T 1Kg工质的熵的单位J/kg K mKg工质熵的单位/K,比容的变化量标志着有无做功,熵s的变化量标志着有无传热。,熵s是一个状态参数 ds0,Q0,吸热; ds0,Q0,放热; ds=0,无热量交换
7、.,吸热,Q0,放热Q0,一、热力学第一定律 表述为:当热能与其它形式的能量相互转换时,能的总量保持不变。 对于一个热力系统: 进入系统的能量-离开系统的能量 =系统内部储存能量的变化量 热力学第一定律是能量转换与守恒定律在热力学上的具体应用,它阐明了热能和其它形式的能量在转换过程中的守恒关系。 它表达工质在受热作功过程中,热量、作功和内能三者之间的平衡关系。,第三节 热力学第一定律,二、内能-工质内部所具有的各种能量总称,宏观能量包括:,微观能量即系统的内能,包括:,宏观能量 微观能量,内动能 内位能,内位能与分子间的距离、吸引力有关,是比容的函数; 内动能包括移动动能、转动动能和振动动能,
8、是温度的单值函数。,对于理想气体,不考虑分子间的位能,故内能只是分子的内动能,仅与温度有关,是温度的单值函数,用符号u表示,单位J。,系统本身所具有的能量包括:,三、闭口系统的能量方程 1、定义: 与外界没有质量交换的系统。 2、能量方程式 Q-W=U,故Q=U+W,对于微元过程:,Q=dU+W,对于1kg工质:,q=u+w (/Kg) 闭口系统能量方程,以上各项均为代数值,可正可负或零,且不受过程的性质和工质性质的限制。,四、理想气体的比热 1、比热的定义和单位 热容量:向热力系统加热(或取热)使之温度升高(或降低)1K所需的热量,用C表示。 比热:单位质量工质的热容量,用c表示。即c=C/
9、m 单位J/(kgK)或c=dq/dT(单位质量的物质作单位温度变化时吸放的热量) 2、比热与过程的关系 功量和热量都是过程量,故比热与过程有关。 热力过程中最常见的加热过程是保持压力不变 和容积不变,因此比热也相应的分为定压质量比热和定容质量比热,分别以符号cP 和c 表示。绝热指数:K= cP / c,3、比热与气体性质、温度的关系 实验证明,多数气体的比热随温度的升高而增大,但为使计算简便,不考虑比热随温度的变化,即采用定值比热(或定比热)。 五、理想气体内能的计算 在保持系统容积不变的加热过程中,单位质量工质的加热量为: q=c(T2-T1) 由热力学第一定律 q=w+u,推出:u=c
10、v(T2-T1),内能是一状态量,与热力过程无关,且理想气体的内能只是温度的函数,故上述公式适用于任何热力过程。,且 w =0,,第四节 理想气体的热力过程,要求掌握: 1、过程的定义; 2、过程方程式; 3、过程中各基本参数之间的关系; 4、过程量的计算; 5、过程曲线,重点掌握P-V曲线,对T-S 曲线作一般了解; 6、多变过程的概念。,工程热力学把热机循环概括为工质的热力循环,热力循环分成几个典型的热力过程定容、定压、定温和绝热称为基本热力过程。 一、定容过程 1、定义:过程进行中系统的容积(比容)保持不变的过程。 2、过程方程式:=常数 3、参数间的关系:,P1/P2=T1/T2, P
11、1/T1=P2/T2,4、过程量的计算: 由 W=PdV, 且 dV=0 w=0, q=u 即:加入工质的热量全部转变为工质的内能。,又 q=u+w,,q=q=u =c(T2-T1),由 PV=RT 知,P/T=常数,,所以:,5、过程曲线,等容加热 温度升高,等容放热 温度降低,二、定压过程 1、定义:过程进行中系统的压力保持不变。 2、过程方程式:,P=常数,3、参数间的关系:,由/T=常数,1/T1=2/T2 1/2=T1/T2,4、过程量的计算:,qp=cp(T2-T1) w=Pd=P(2-1),又 u =c(T2-T1),由热力学第一定律:,qp=u+pdv=u+d(pv)=u+d(
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