当前位置：文档之家 › 工程热力学 第一章 基本概念

工程热力学 第一章 基本概念

  • 格式：ppt
  • 大小：3.79 MB
  • 文档页数：63

下载文档原格式

  / 63

合集下载

工程热力学-01 基本概念及定义

工程热力学-01 基本概念及定义

平衡状态1
p1 v1
p
p2
2
压容图 p-v图
平衡状态2
p1
1
p2 v2
O
v2
v1
v
12
1-4 状态方程式
在平衡状态下，由气态物质组成的系统，只要知道两个独立的 状态参数，系统的状态就完全确定，即所有的状态参数的数值随之 确定。这说明状态参数间存在某种确定的函数关系，状态参数之间 存在着确定的函数关系，这种函数关系就称为热力学函数。
（2）当系统处于热力学平衡状态时，只要没有外界的影响， 系统的状态就不会发生变化。
（3）整个系统可用一组具有确定数值的温度、压力及其他参
? 数来描述其状态。
10
经验表明，确定热力学系统所处平衡状态所需的独立状 态参数的数目，就等于系统和外界间进行能量传递方式的数 目。对于工程上常见的气态物质组成的系统，系统和外界间传递 的能量只限于热量和系统容积变化所作的功两种形式，因此只需 要两个独立的状态参数即可描述一个平衡状态。
3、平衡状态、稳定状态、均匀状态
（1）关于稳定状态与平衡状态
稳定状态时，状态参数虽不随时间改 变，但它是依靠外界影响来维持的。而平 衡状态是不受外界影响时，参数不随时间 变化的状态。
85℃ 20℃
90℃
15℃
铜棒
平衡必稳定，稳定未必平衡。
（2）关于均匀状态与平衡 水
质统称为外界。 通常选取工质作为热力学系统，把高温热源、低温热源
等其他物体取作外界。
3、边界 ——热力学系统和外界之间的分界面称为边界。
边界可以是固定的，也可以是移动的； 边界可以是实际的，也可以是假想的。
3
二、热力学系统的分类 依据——有无物质或能量的交换

工程热力学第一章 基本概念

工程热力学第一章 基本概念
27
补充习题：
一容器被一刚性壁分为两部分，如图所示。 压力表D读数为175kPa，C读数为110kPa，如 大气压为97kPa，试求表A的读值。
气体初态p1=0.5MPa，v1=0.172m³/kg，按pv= 常数的规律，可逆膨胀到p1=0.1MPa，试求膨 胀工。
1-6 功和热量
一、功(work)的定义和可逆过程的功
指导改善
————>实际循环 2.分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际损失 的部位、大小、原因及改进方法。
35
三、动力循环（正循环）（power cycle; direct cycle ）
输出净功；
在p－v图及T－s图上顺时针进行；
膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方。
36
动力循环：工质连续不断地将高温热源取得的热量 一部分转换成对外的净工。
研究目的：合理安排循环，提高热效率。
蒸汽动力循环
蒸汽动力循环是正循环，以蒸汽为工质，将蒸汽的热能 在动力装置中转换为机械功的循环。
蒸汽的卡诺循环
1.工作原理
朗肯循环
正循环中热转换工的经济性指标
循环热效率： t
t w q10 q1q1q2
1q2 q1
其中： q1——工质从热源吸收的热量 q2——工质向冷源放出的热量 w0——循环所做的净工 w0=q1-q2
1．刚性绝热气缸-活塞系统，B侧设有电热丝
红线内 ——闭口绝热系
黄线内不包含电热丝 ——闭口系
黄线内包含电热丝 ——闭口绝热系
蓝线内
——孤立系
11
1-2 工质的热力学状态和基本状态参数
一、热力学状态和状态参数
热力学状态（state of thermodynamic system） —系统宏观物理状况的综合

工程热力学第一章

工程热力学第一章

（3）好处：用系统的参数来计算；可以作 好处：用系统的参数来计算； 为实际过程中能量转换效果比较的标准和极 限；可把实际过程当作可逆过程进行分析计 然后再用经验系数加以修正。 算，然后再用经验系数加以修正。 （4）热量和功量 热量和功量都是过程量， 热量和功量都是过程量，它们的大小不仅与 过程的初终状态有关， 过程的初终状态有关，而且与过程的性质有 关。 可逆过程的功量： 可逆过程的功量： w = ∫ pdv 可逆过程的热量： 可逆过程的热量： q = ∫ Tds
C B A
课后题1 课后题1-5；1-6；1-9
（c）系统内部状态参数不随时间而变化 （d）系统内部状态不发生改变 2.均质等截面杆的两端的温度由分别维持 2.均质等截面杆的两端的温度由分别维持 t1 t2的两热源保持 t1 t2 不变，取此杆为系统， 不变，取此杆为系统， 则系统处于（ 则系统处于（B）。 平衡状态， （a）平衡状态，因其各截面温度不随时间改 变 非平衡状态， （b）非平衡状态，因其各截面温度不等 平衡状态， （c）平衡状态，因其各截面温度不随时间改 变，且流入系统的热量等于流出系统的热量 非平衡状态， （d）非平衡状态，因其处于重力场
4.基本状态参数：温度、压力、 4.基本状态参数：温度、压力、比体积 基本状态参数 温度： （1）温度：是热平衡的惟一判据
t = T − 273.15
（2）压力Βιβλιοθήκη p = B + pg
p = B−H
（3）比体积 二、平衡状态、状态公理及状态方程 平衡状态、 1.定义 是指在没有外界作用的情况下， 定义： 1.定义：是指在没有外界作用的情况下， 系统的宏观性质不随时间变化的状态。 系统的宏观性质不随时间变化的状态。 2.实现平衡的条件： 2.实现平衡的条件：系统内部及系统与外界 实现平衡的条件 之间各种不平衡势差消失

工程热力学(基本概念)

工程热力学(基本概念)

国际实用温标的固定点
平衡状态
平衡氢三相点 平衡氢沸点 氖沸点 氧三相点 氧冷凝点
国际实用温标指定
值
T，K
t，℃
13.81 -259.34
20.28 -252.87
20.102 -246.048
54.361 -218.789
90.183 -182.962
平衡状态
水三相点 水沸点
锌凝固点 银凝固点 金凝固点
一、热力过程
定义：热力系从一个状态向另一个状态变化时所经 历的全部状态的总和。
二、准平衡(准静态)过程
准平衡过程的实现
工程热力学 Thermodynamics
二、准平衡(准静态)过程
定义：由一系列平衡态组成的热力过程 实现条件：破坏平衡态存在的不平衡势差(温差、
力差、化学势差)应为无限小。 即Δp→0 ΔT→0 (Δμ→0)
工程热力学 Thermodynamics
三、可逆过程
力学例子：
定义： 当系统完成某一热力过程后，如果有可能使系统再
沿相同的路径逆行而恢复到原来状态，并使相互中所涉 及到的外界亦恢复到原来状态，而不留下任何变化，则 这一过程称为可逆过程。
实现条件：准平衡过程加无耗散效应的热力过程 才是可逆过程。
工程热力学 Thermodynamics
用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。
理想气体
工 质
实际气体
蒸气
工程热力学 Thermodynamics
二、平衡状态
（一）热力状态：热力系在某一瞬间所呈现的宏观
物理状况。(简称状态)
（二）平衡状态 1、定义：一个热力系统，如果在不受外界影响的条件下，
系统的状态能够始终保持不变，则系统的这种状态称为平衡 状态。

工程热力学基本概念1绝热刚性容器内的气体通过阀门向

工程热力学基本概念1绝热刚性容器内的气体通过阀门向

工程热力学第一章基本概念1-1绝热刚性容器内的气体通过阀门向气缸充气。

开始时气缸内没有气体,如图1.1所示。

气缸充气后,气体推动气缸内的活塞向上移动,如图1.2所示。

设管道阀门以及气缸均可认为是绝热的。

若分别选取开口系统与闭口系统,试说明它们的边界应该如何划定?这些系统与外界交换的功量与热量又如何?解：(1)若以容器内原有的气体作为分析对象，属于闭口系统。

容器放气前，边界如图1.1中的虚线所示。

放气后边界如图1.2中的虚线所示。

气体对活塞作的功W是闭口系统与外界交换的功量。

气体通过活塞与外界交换的热量Q是此闭口系统的传热量。

图1.1 图1.2图1.3 图1.4（2）若以容器放气后残留在容器内的气体作为分析对象，同样也是闭口系统。

这时放气前的边界如图1.3中的虚线所示。

放气后的边界如图1.4的虚线表示。

残留气体对离开容器的那部分放逸气体所作的功，是本闭口系统与外界交换的功，残留气体与放逸气体之间交换的热量是本系统的传热量。

（3）类似地若以放逸气体为分析对象，同样也是闭口系统。

其边界将如图1.3和图1.4中的点划线所示。

此闭口系统与外界交换的功量除了与残留气体之间的功量(大小与第二种情况的相同，方向相反)外，还应包括对活塞所作的功。

同样，除了与残留气体之间的传热量(大小与第二种情况的相同，方向相反)外，还应包括通过活塞与外界交换的热量。

（4）若以容器或气缸为分析对象，则均属开口系统，容器的壁面或气缸与活塞的壁面为其边界。

前者以对放逸气体作出的流动功与传热量为系统与外界交换的功量与热量，后者以对活塞及管道内气体的功量与热量为系统与外界交换的功量与热量。

1-2温度为100℃的热源，非常缓慢地把热量加给处于平衡状态下的0℃的冰水混合物，试问：1、冰水混合物经历的是准静态过程吗？2、加热过程是否可逆？解：此热力过程为准静态过程，因为此热力过程的弛豫时间很短，热源非常缓慢地把热量加给冰水混合物，则冰水混合物重建热力平衡的时间远远小于传热过程对冰水混合物平衡状态的破坏，所以可以近似地把此热力过程看作是准静态过程。

《工程热力学》第一章 基本概念

《工程热力学》第一章 基本概念

9
1.3.1、基本术语-状态、状态参数
1、状态：工质在热力变化过程中某一瞬间所呈现的宏观 物理状况称状态
2、状态参数：表示状态特征的物理量称为状态参数
状态与状态参数是一一对应的
3、状态参数特点
数学特征为点函数： 微元变化的微增量具全微分性质
4、热力学基本状态参数为三个：比容、压力、 温度
10
1.3.2、基本状态参数--比容及密度
C 1 2 B B A
16
1-4
平衡状态、状态方程式、坐标图
1.4.1 平衡状态与非平衡态 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下, 如果宏观热力性质不随时间而变化,系统 内、外同时建立了热平衡、力平衡（及 化学平衡）,此时系统所处状态为平衡态 非平衡态: 系统与外界,系统内部各部分间 存在能量传递及相对位移,状态将随时间 变化,称系统处于非平衡态

受逐渐变化的压力作用下的活塞的移动过程 发生系统状态变化 （力作用）（NEXT）
受变化的恒温热源缓慢加热的活塞系统发生 系统状态变化（热的作用） （NEXT）

26
P3 P2
P1
工质 工 质
工质
受逐渐变化压力作用下的活塞移动过程发生系 统状态变化（P、V、T变化） （力作用）
27
工质
工质
工质
热源T
31
1-6
过程功与热量
1.6.1 功的定义： 1、功的力学定义： 将物体间通过力的作用而传递的能量称为功并 定义：功等于力F与物体在力作用方向上的位移X 的乘积（点积） dW = F ·dX 2、功的热力学定义： 热力学系统和外界通过边界而传递的能量， 其效果可表现为举起重物
区别：功与系统动能、重力位能等“储存能”变化传递 的机械能的本质区别

工程热力学

工程热力学
6．现有两股温度不同的空气，稳定地流过如图2-1所示的设备进行绝热混合，以形成第三股所需温度的空气流。各股空气的已知参数如图中所示。设空气可按理想气体计，其焓仅是温度的函数，按{h}kJ/kg=1.004{T}K计算，理想气体的状态方程为pv=RT, R=287J/(kg·K)。若进出口截面处的动、位能变化可忽略，试求出口截面的空气温度和流速。
3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?
4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。
7．气体在气缸中被压缩，压缩功为186kJ/kg，气体的热力学能变化为56kJ/kg，熵变化为-0.293kJ/(kg·K)。温度为20C的环境可与气体发生热交换，试确定每压缩1kg气体时的熵产。
8．设一可逆卡诺热机工作于1600℃和300℃的两个热源之间，工质从高温热源吸热400kJ，试求：(1)循环热效率；(2)工质对外作的净功；(3)工质向低温热源放出的热量。
图
图2-1
7．某气体从初态p1=0.1MPa，V1=0.3m3可逆压缩到终态p2=0.4MPa，设压缩过程中p=aV-2，式中a为常数。试求压缩过程所必须消耗的功。
8．如图2-2所示，p-v图上表示由三个可逆过程所组成的一个循环。1-2是绝热过程；2-3是定压过程；3-1是定容过程。如绝热过程1-2中工质比热力学能的变化量为-50kJ/kg，p1=1.6MPa，v1=0.025m3/kg，p2=0.1MPa，v2=0.2m3/kg。（1）试问这是一个输出净功的循环还是消耗净功的循环？

热工基础第一章

热工基础第一章
工质在体积膨胀时所 作的功称为膨胀功。
符号：W
单位：J 或 kJ 对于微元可逆过程，
W pAdx pdV
对于可逆过程1～2：
W pdV
1
2
40
单位质量工质所作的膨胀功用符号 w 表 示，单位为J/kg 或 kJ/kg。
w pdv
膨胀：dv > 0 , w > 0 压缩：dv < 0 , w < 0 (2) 示功图（p-v图） w 的大小可以 pv 图上的过程曲线下 面的面积来表示 。 功是过程量而不 是状态量。
常用温标
绝对K 373.15 摄氏℃ 100 水沸点 37.8 华氏F 212
273.16 273.15
发烧 100 0.01水三相点 0 冰熔点 32
-17.8 -273.15
盐水熔点 0
-459.67
0温标的换算Fra bibliotekT [ K ] t [ C ] 273.15
O
5 t[ C ] (t[ F ] 32) 9
固定、活动 真实、虚构
热力系统：
在工程热力学中，通常选取一定的工质或 空间作为研究的对象，称之为热力系统，简 称系统。系统以外的物体称为外界或环境。 系统与外界之间的分界面称为边界。 （1）闭口系统 与外界无物质交 换的系统。系统的质 量始终保持恒定，也 称为控制质量系统。
闭口 系统
边界
外界
10
（2）开口系统 与外界有物质交 换的系统。系统的容 积始终保持不变，也 称为控制容积系统。
p f (v, T ) F p, v, T 0
T f ( p, v) pv RT
35
（3）状态参数坐标图
以独立状态参数为坐标的坐标图。 在以两个独立状态参数为坐标的平面 坐标图上，每一点都代表一个平衡状态。

工程热力学基本概念

工程热力学基本概念

= 收获/代价
炉
热效率： t
w net q1
顺 时 针
汽轮机
发电机 凝 汽 器
逆向循环 又称制冷循环或热泵循环
高温热源
或 制 Q1
逆 时
热冷 泵机
W
针
Q2
低温热源
制冷循环的经济性用制冷系数衡量：
2
1
1,a,2
1,b,2
b
2
状态参数的变化只与初终态相关，
1 dxx2 x1 与路径无关。
状态参数都有以上特性。
状态参数的循环 dx 0 积分等于零。
反之，有以上特性之一， 即为状态参数。
1-3 平衡状态、状态方程式、坐标图
一、平衡状态
热力系在没有外界作用的情况下〔重力场除 外〕，宏观性质不随时间变化的状态。
热力过程：工质由一个状态变化到另一状态所经历 的全部状态的总和。
实际过程由一系列非 平衡状态组成
例：
非平衡状态
无法简单描述
平衡状态
宏观静止
能量不能转换
“平衡〞意味着宏观静止， 引入 理想模型：
“过程〞意味着变化，意味着
准平衡过程
平衡被破坏。二者如何统一？
一、准平衡过程 热力系从一个平衡态连续经历一系列
系统与外界 通过边界进 展相互作用
热力系的选取主要决定于研究任务 。
选取热力系时注意：
❖热力系可以很大，但不能大到无限。
❖热力系可以很小，但不能小到只包含少量分子， 以致不能遵守统计平均规律。
❖ 边界可以是实际存在的， 也可以是假想的。
❖ 边界可以是固定的， 也可以是变动的。
系统与外界通过边界进展相互作用。
平衡的中间态过渡到另一个平衡态

工程热力学知识点笔记总结

工程热力学知识点笔记总结

工程热力学知识点笔记总结第一章热力学基本概念1.1 热力学的基本概念热力学是研究能量与物质的转化关系的科学，它关注热与功的转化、能量的传递和系统的状态变化。

热力学中最基本的概念包括系统、热力学量、状态量、过程、功和热等。

1.2 热力学量热力学量是描述系统的性质和状态的物理量，包括内能、焓、熵、自由能等。

内能是系统的总能量，焓是系统在恒压条件下的能量，熵是系统的无序程度，自由能是系统进行非体积恒定的过程中能够做功的能量。

1.3 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒的表达形式，在闭合定容系统中，系统的内能变化等于系统所接受的热量减去系统所做的功。

1.4 热力学第二定律热力学第二定律是描述系统不可逆性的定律，它包括开尔文表述和克劳修斯表述。

开尔文表述指出不可能将热量完全转化为功而不引起其他变化，克劳修斯表述指出热量自然只能从高温物体传递到低温物体。

根据第二定律，引入了熵增大原理和卡诺循环。

1.5 热力学第三定律热力学第三定律是指当温度趋于绝对零度时，系统的熵趋于零。

这一定律揭示了绝对零度对热力学过程的重要意义。

第二章热力学系统2.1 定态与非定态定态系统是指系统的性质在长时间内不发生变化，非定态系统是指系统的性质在长时间内发生变化。

2.2 开放系统与闭合系统开放系统是指与外界交换物质和能量的系统，闭合系统是指与外界不交换物质但可以交换能量的系统。

2.3 热力学平衡热力学平衡是指系统内各部分之间的温度、压力、化学势等性质达到一致的状态。

系统处于热力学平衡时，不会产生宏观的变化。

第三章热力学过程3.1 等温过程在等温过程中，系统的温度保持不变，内能的变化全部转化为热量输给外界。

3.2 绝热过程在绝热过程中，系统不与外界交换热量，内能的变化全部转化为对外界所做的功。

3.3 等容过程在等容过程中，系统的体积保持不变，内能的变化全部转化为热量。

3.4 等压过程在等压过程中，系统的压强保持不变，内能的变化转化为对外界所做的功和系统所吸收的热量。

工程热力学第一章基本概念

工程热力学第一章基本概念

受重力影响，大部分热力系统内部存在压力变化，但该变化相对很小，通常忽略不计。 The variation of pressure as a result of gravity in most thermodynamic system is relatively small and usually disregarded
热力学温标（Kelvin scale）：纯水三相点温度为273.16K，每1K为水三相点温度的1/273.16。
朗肯温标（Rankine scale）：以绝对零度为起点的华氏温标
温标之间的换算
基本状态参数——压力（Pressure）
微观概念：大量分子碰撞器壁的结果。
单位面积上的压力
分子浓度
平均平动动能
在没有外来影响的情况下，两物体相互作用最终达到相同的冷热状况。
热力学第零定律 1931年 T
热力学第一定律 18401850年 E
热力学第二定律 18541855年 S
热力学第三定律 1906年 S基准
闭口系统的质量保持恒定
开口系统（Open system）：有物质流穿过边界的系统，又称为控制体积或控制体(Control volume)。
开口系统的界面称为控制界面。
开口系统和闭口系统都可能与外界发生能量（功和热）传递。
闭口系统与开口系统
绝热系统（Adiabatic system）：系统与外界之间没有热量传递的系统。
化学平衡（ Chemical equilibrium ） 系统中化学成分不随时间变化 if its chemical position does not change with time. That is, no chemical reactions occur. 化学反应——化学不平衡势

工程热力学 基本知识点

工程热力学 基本知识点

第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。

边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。

外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。

闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。

开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。

绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。

孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。

单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。

复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。

单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。

多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。

均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。

非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。

热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。

平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。

状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。

如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。

基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。

温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。

热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。

压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。

相对压力：相对于大气环境所测得的压力。

(完整版)工程热力学知识总结

(完整版)工程热力学知识总结

第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。

边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。

外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。

闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。

开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。

绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。

孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。

单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。

复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。

单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。

多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。

均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。

非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。

热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。

平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。

状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。

如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。

基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。

温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。

热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。

压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。

相对压力：相对于大气环境所测得的压力。

工程热力学-第一章—基本概念

工程热力学-第一章—基本概念

● 为什么叫做热力学第零定律
热力学第零定律 热力学第一定律 热力学第二定律 热力学第三定律
1931年
T
18401850年 E
18541855年 S
1906年
S基准
● 温度的热力学定义
★由热力学第零定律可以推断：处于同一热平衡 状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此 相同，用于描述此宏观特征的物理量——温度。
T 0.5 m c2 T=0 0.5 m c2=0 分子一切运动停止，零动能。
● 热力学第零定律
◆ 热平衡：不同物体的冷热程度相同，则它们处于热平衡。 ◆ 热力学第零定律（热力学中的一个基本实验结果）：
若两个热力系分别与第三个热力系处于热平衡，那么这 两个热力系也处于热平衡。
温度测量的理论基础 B 相当于温度计
压力的表示方法
◆ 绝对压力（p）、表压力（pg）、 真空度（pv）
◆ 绝对压力p、表压力pg、真空度pv、 大气压力pb的关系 pg =p- pb pv= pb-p
只有绝对压力p才是系统的状态参数。
例1：已知甲醇合成塔上压力表的读数为 150kgf/cm2，这时车间内气压计上的 读数为780mmHg。试求合成塔内绝 对压力等于多少kPa？
●状态参数的微分特性：全微分
状态参数的微分特性
设 z =z (x , y) ， dz是全微分 则： dzxzy dxyzxdy
充要条件是： 2 z 2 z xy yx
可判断是否是状态参数。
2.强度参数和广度参数
● 强度参数：与物质的量无关的参数。
如 p、T、v 等
0 冰熔点
32
-17.8 盐水熔点 0
559.67 491.67 459.67

工程热力学-1第一章 基本概念

工程热力学-1第一章 基本概念

例1－2 P23 可逆过程功的计算关键：找到p和v之间的关系
三、过程热量
系统与外界之间依靠温差传递的能量称为热量。 符号：Q ；单位：J 或kJ。
单位质量工质所传递的热量用q 表示，单位为 J/kg 或 kJ/kg。
热量正负的规定： 系统吸热：q > 0 系统放热：q < 0
热量和功量都是系统与外界在相互作用的过程 中所传递的能量，都是过程量而不是状态量
热量如何表达？
热量是否可以用类似于功的
？ 式子表示？
Entropy
引入“熵”
清华大学刘仙洲教授 命名为“熵”
在可逆过程中，系统与外界交换的热量与功量
的计算公式具有相的形式。
功量：
热量：
w pdv
qqTTds?
2
w 1 pdv
2
q 1 Tds
条件 准静态或可逆
可逆
s 称为比熵。比熵同比体积 v 一样是工质的状态 参数。
比熵的定义式：ds q
T
（可逆过程）
比熵的单位为J/ (kg·K) 或 kJ/ (kg·K)
对于质量为m的工质，
Q TdS
2
Q 1 TdS
S为质量为 m 的工质的熵，单位是 J/K。
示热图
2
w 1 pdv
2
q 1 Tds
在可逆过程中单位 质量工质与外界交换 的 热 量 可 以 用 T-s 图 （温熵图）上过程曲 线下的面积来表示。
消除一种 不平衡势差
达到某一 方面平衡
消除一种能量 传递方式
状态公理 对于组成一定的物质系统，该系统平衡态的
独立状态参数有 n +1
n－表示系统与外界进行准静功交换的数目
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数
热能动力装置工质对外做功需要经过压缩、 吸热、膨胀、排热等状态变化过程
热力状态： 系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为
系统的热力状态，简称状态。
平衡状态： 在没有外界作用的情况下，系统内部各处的
宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为 平衡状态。
状态参数：
冷凝器：向环 境放热，冷凝 为液体
膨胀机：通过节 流膨胀，压力降 低，温度降低
冷室吸热
上述各种燃气和蒸汽动力装置中，要实现能量 的转换和传递，需要的条件：
1）媒介介质 2）工作介质状态的变化：压缩、吸热、膨胀、 排热等过程
工质：实现热能和机械能之间转换的媒介物质。
对工质的要求:
1）膨胀性
2）流动性 3）热容量 4）稳定性，安全性 5）对环境友善 6）价廉，易大量获取
它们之间将发生热量传递，如果没有其它物 体影响，这两个物体的冷热程度将逐渐趋于一致， 最终将达到热平衡。
a) 热平衡定律（热力学第零定律）(1931年)
如果两个物体中的每一个 都分别与第三个物体处于热平衡， 则这两个物体彼此也必处于热平 衡。
AB C
既然两个独立的系统各自处于一定状态时是热 平衡的，那么，这两个系统具有一个共同的宏观性 质。可以用一个物理量－温度来描述。
热力学第零定律是温度测量的理论依据 。
b) 温度的物理意义
温度宏观上是反映物体冷热程度的物理量；
温度的高低反映物体内部微观粒子热运动的强 弱。
对于气体：
mc2源自BT2B 3k
2
k为波尔兹曼常数 c 为分子移动的均方根速度
c) 温标：温度的数值表示法。 建立温标的三个要素： ① 选择温度的固定点，规定其数值； ② 确定温度标尺的分度方法和单位； ③ 选择某随温度变化的物性作为温度测量的 依据。
第一章 基本概念及定义
1-1 热能和机械能相互转换的过程
热能动力装置：
将燃料燃烧得到热能，以及利用热能得到 动力的整套设备（包括辅助设备）。
化学能
热能
机械能
热能动力装置分为两大类： 燃气动力装置（内燃机、燃气轮机） 蒸汽动力装置（蒸汽轮机）
5）压缩蒸汽制冷装置（机械能转换为热能）
压缩机：制冷 剂压力升高
其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、 比体积，称为基本状态参数。
强度参数与广延参数
强度参数：与物质的量无关的参数
如压力P、温度T
广延参数：与物质的量有关的参数可加性
如质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S
比参数：
vV m
比容
uU m
比内能
h H m
比焓
s S m
比熵
（1）温度 例如：当两个冷热程度不同的物体相互接触时
边界：假想， 固定的
容积恒定 质量发生改变
系统与外界的作用（质量和能量）都是通过边界
热力系统的分类：
热力系统
物质流进和流 出热力系统
物能质量交交外换换界
传热和作功两 种形式
闭口
（1）闭口系统：
系统
与外界无物质交换、
仅有能量交换的系统。系 统的质量始终保持恒定，
边界 外界
也称为控制质量系统。
进口
只交换热
刚性绝热气缸-活塞系统，B侧设有电热丝 红线内 ——闭口绝热系 黄线内不包含电热丝 ——闭口系
黄线内包含电热丝 ——闭口绝热系
兰线内 ——孤立系
由可压缩流体（如水蒸气、空气、燃气等） 构成，这类热力系若与外界可逆功交换只有体积 变化功（膨胀功或压缩功）一种形式，则该系统 称为简单可压缩系统。
如：大气环境，是恒温热源
1-2 热力系统
热力系统： 被人为分割出来的作为热力学分析对象的有限
物质系统（工质或空间），简称系统、体系。 与系统发生物质、能量交换的物体称为外界
（或环境）。 系统与外界之间的分界面称为边界。
边界的性质： 可以是真实的，也可以假想； 可以是固定的，也可以移动。
容积发生变化； 质量恒定
物质三态中 气态最适宜。
例如：空气、燃气、水蒸气、氨蒸气等。
与工质进行热交换的物质系统称为热源。 工质从中吸收热量的热源称为高温热源，接 收工质排放热量的热源称为低温热源。
例如：锅炉、循环水池、大气等。
热源可以是恒温的，也可以是变温的。
如：利用燃气轮机高温排气作为热源在余热 锅炉中加热水，自身温度不断下降，是变温热源
注意：
1）绝对的绝热系统和孤立系统在实际中是不存 在的，是两种理想模型。
如果某段时间内与外界传热量很少，对于系 统的能量传递和能量转换所起的作用可忽略，就 可看成绝热系统。
如汽轮机，可以 看成绝热系统。
2）热力系统选取的人为性
过热器
锅 炉
汽轮机
发电机 凝 汽 器
给水泵
火力发电装置
只交换功 既交换功 也交换热
选择水银的体积作为温度测量的物性，认为其 随温度线性变化，并将0 ℃ 和100 ℃温度下的体积 差均分100份，每份对应1 ℃。
热力学温标（绝对温标）:
英国物理学家开尔文（Kelvin)在热力学第二定 律基础上建立，也称开尔文温标。
用热力学温标确定的温度称为热力学温度，用 符号T 表示，单位为 K（开）。
热力学温标取水的三相点为基准点，并定义其温 度为273.16 K。温差1K相当于水的三相点温度的 1/273.16.。
（2）开口系统：
与外界有物质交换的
系统。系统的容积始终保
持不变，也称为控制容积 系统。
出口
判断闭口系统和开口系统：是否有质量越过边界。
（3）绝热系统： 与外界没有热量交换的系统。
判断标准：是否有热量越过边界。 如保温瓶里的热水。
（4）孤立系统： 与外界既无能量（功、热量）交换又无物
质交换的系统。
思考：孤立系统是否是绝热系统？是否是闭口 系统？为什么？
摄氏温标:
瑞 典 天 文 学 家 摄 尔 修 斯 （ Celsius ） 于 1742 年 建立。用摄氏温标确定的温度称为摄氏温度，用 符号t 表示，单位为℃ 。
在标准大气压下，纯水的冰点温度为0 ℃ ，纯 水的沸点温度为100 ℃，纯水的三相点（固、液、 汽三相平衡共存的状态点）温度为0.01℃ 。
用于描述工质所处平衡状态的宏观物理量称 为状态参数。
状态参数的特征：
a) 状态确定，状态参数也确定，反之亦然。
b) 状态参数的积分特征：状态参数的变化量 与路径无关，只与初、终态有关
2
1 dx x 2 x 1
dx 0
Y
1
b
a 2
X
工程热力学中常用的状态参数有压力P、温度T、 体积V、热力学能U、焓H、熵S等。