热工基础与内燃机原理主讲：王会明山东农业大学机械与电子学院第一章：气体工质的热力性质第一节：基本概念热学：是研究宏观物体的各种热现象及其相互联系与规律的一门科学。热工学：是研究热能与其他各种能量之间相互转换的科学。热力学：是研究热能与机械能之间转换规律的科学。传热学：是研究热量直接传递规律的科学。目的：是研究燃料的热能在转换为机械能的过程中，热能的高效利用问题。工程热力学不深入到物质的微观范围去研究，而是利用宏观的方法研究具有明显边界物体的连续介质系统，该系统称为热力学系统。处于系统之外，而与系统有直接关系的周围物质，叫外界。系统和外界之间的分界面称边界。若热力系统和外界间仅有热和功的交换，而无物质交换，称为闭口系统；若热力系统和外界间即有能量交换又有物质交换，称为开口系统。在开口系统中，不仅要考虑系统内工质状态变化，还要分析流入和流出系统工质状态不同带来的影响。与外界没有热量交换的系统称绝热系统；与外界既无能量交换又无质量交换的系统称为孤立系统。第二节：气体工质的基本状态参数热能转换为机械能的设备称为热机。在热机中进行能量转换的工作物质称为工质。气体具有很好的膨胀性、流动性和压缩性，故工质多为气体。工质所处的某种（压力、温度、容积）和热力有关的状态，称为工质的热力状态。工质状态（压力、温度、比容、内能、焓、熵）的物理量称为状态参数。系统中气体各部分的压力、温度均匀一致，不随时间而变化的状态，称为热力平衡状态。一、压力：气体分子的热运动对容器频繁撞击的总结果称为压力。（单位面积上的压力称为压强。）气体压力的大小是以作用在单位面积上的力来衡量。单位kPa。压力决定于分子运动的强度和分子的浓度。气体的压力称为绝对压力，绝对压力于大气压力的差值称为表压力或真空度。当P>P0时，P=P0+Pg；当P<P0时，P=P0－PV。式中：P0－大气压力；Pg－表压力；PV－真空度。二、温度：表示气体冷热的程度叫温度。气体的温度是气体分子不规则运动激烈程度的量度。热力学的温度用绝对温度，符号为T，单位为K。水的冰点温度T0=273.16K。绝对温度与摄氏温度之间每一度的大小相同。摄氏温度t=T-T0。三、比容：单位质量物质所占有的容积叫比容。υ＝V/m,V=mυ。式中：υ－比容；V－容积；m－质量。比热的单位为m3/kg。比容的倒数为密度ρ，密度是单位容积的物质的质量。Ρ＝m/V=1/υ。密度的单位为kg/m3。第三节：理想气体的状态方程式气体分子不占有体积，分子间又没有吸引力的气体，称为理想气体。理想气体的基本参数（P、T、υ）之间存在着确定的函数关系，该函数关系称为理想气体的状态方程式。1kg理想气体的状态方程式为：Ρυ＝RT。对于mkg的理想气体，其容积V＝mυ,状态方程式为：PV＝mRT。式中：R-气体常数，数值决定于气体的种类，单位为J/kg.K。1kmol的理想气体，质量为μkg，容积为Vm=μυ(m3/kmol),其理想状态方程式为：Ρμυ＝μRT，即ΡVm=RmT，Rm＝μR＝ΡVm/T式中：μ－气体分子量；Vm－1kmol气体的容积，Vm＝22.4m3/kmol；Rm－千摩尔理想气体常数（通用气体常数），Rm＝8314.3J/kmol•K；R＝8314.3/μJ/kg•K；同温、同压、相同容积下的任何气体，都有相同数量的分子。同温同压下的任何气体的千摩尔容积相等。第四节：混合气体由两种以上的气体组成，彼此不发生化学反应，且各自具有理想气体的性质的气体，称为混合气体。如排气中有O2,N2,H2O,CO2,NO等。理想气体的定律和公式，也适应于混合气体。单一气体由两个参数可确定气体的状态，而混合气体除知道两个参数外，还要知道混合气体的成分才能确定其状态。一、混合气体的状态方程式由理想气体的状态方程式Ρυ＝RT可知，混合气体的状态方程式为：ΡV＝mRT式中：P-混合气体的总压力；V－混合气体的总容积；m-混合气体的总质量。混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和，称道尔顿定律。即：式中;P1、P2、Pi－各组成气体的分压力。在相同温度和容积下，混合气体中各气体单独对器壁的作用力，称分压力。混合气体的总容积等于各组成气体的分容积之和，称亚美格定律。式中：V1、V2、Vi－各组成气体的分容积。在相同温度和压力下，混合气体中各气体的单独容积，称分容积。混合气体的总质量等于各组成气体的分质量之和。即：式中：m1、m2、mi－各组成气体的分质量，在同温、同压和同容积下，混合气体中各气体的单独质量，称分质量。二、混合气体的组成成分表示法混合气体的成分有三种表示法；即相对质量成分Xi；相对容积成分r