下载文档原格式
工程热力学基本状态参数工程热力学是研究能量转化与传递规律的一门重要科学。
在此过程中，基本状态参数是不可或缺的概念。
本文将对工程热力学中一些基本状态参数进行介绍。
温度（temperature）是物体热平衡状态的重要参数，表示物体分子热运动的强弱程度。
温度的单位是摄氏度、华氏度或开尔文。
在工程热力学中，常常用开尔文作为温度的单位。
开尔文温标是以绝对零度为0K作为基本点，其度数与摄氏度相同。
热力学第一定律规定，在绝热系统内，系统内能的变化量等于热量和功所做的功之和。
因此，温度和内能是密切相关的参数。
压力（pressure）是单位面积上的力。
在热力学中，压力的单位是帕斯卡。
气体的状态方程pv=nRT中，p代表气体压力，v代表体积，n代表物质的摩尔数，R代表气体常数，T代表气体温度。
在该公式中，压力是气体状态中的一个主要参数，特别是当气体被压缩时。
密度（density）是物体单位体积内质量的量度。
在工程热力学中，密度常常是用千克/立方米表示。
通过密度可以计算气体体积随温度和压力的变化，也可以计算气体摩尔质量和摩尔体积。
比容（specific volume）是单位质量物质的体积。
比容与密度是互为倒数的，因此在工程热力学中，经常用比容来描述气体的状态，特别是当气体被压缩时。
焓（enthalpy）是表示系统热能的一个参数。
焓是在等压条件下，物质所具有的内能和压力之积。
焓也是热力学系统中的一个基本状态参数，表示了热力学系统在发生变化时产生的热量。
熵（entropy）是一个描述系统无序程度的物理量。
熵一般表示为dS=dQ/T，其中dS代表熵的增加量，dQ代表传输的热量，T代表系统的温度。
熵不会减少，只会不断增加，因此熵是一个重要的状态参数，用于描述非平衡态系统中的物质变化。
热力学基本状态参数功和热量1-1 工质和热力系一、工质、热机、热源与冷源1、热机（热力发动机）：实现热能转换为机械能的设备。
如:电厂中的汽轮机、燃气轮机和内燃机、航空发动机等。
2、工质:实现热能转换为机械能的媒介物质。
对工质的要求:1）良好的膨胀性; 2）流动性好；3）热力性质稳定,热容量大；4）安全对环境友善；5）价廉，易大量获取。
如电厂中的水蒸汽；制冷中的氨气等。
问题：为什么电厂采用水蒸汽作工质？3、高温热源：不断向工质提供热能的物体（热源）。
如电厂中的炉膛中的高温烟气4、低温热源：不断接收工质排放热的物体（冷源）如凝汽器中的冷却水二、热力系统1、热力系统和外界概念热力系:人为划分的热力学研究对象(简称热力系）。
外界:系统外与之相关的一切其他物质。
边界:分割系统与外界的界面。
在边界上可以判断系统与外界间所传递的能量和质量的形式和数量。
边界可以是实际的、假想的、固定的，或活动的。
注意:热力系的划分，完全取决于分析问题的需要及分析方法的方便。
它可以是一个设备（物体），也可以是多个设备组成的系统。
如：可以取汽轮机内的空间作为一个系统，也可取整个电厂的作为系统。
2、热力系统分类按系统与外界的能量交换情况分1）绝热系统：与外界无热量交换。
2）孤立系统：与外界既无能量（功量、热量）交换，又无质量交换的系统。
注意：实际中，绝对的绝热系和孤立系统是不存在的，但在某些理想情况下可简化为这两种理想模型。
这种科学的抽象给热力学的研究带来很大的方便。
如：在计算电厂中的汽轮机作功时，通常忽略汽缸壁的散热损失，可近似看作绝热系统。
状态及基本状态参数状态参数特点u状态参数仅决定于状态，即对应某确定的状态，就有一组状态参数。
反之，一组确定的状态参数就可以确定一个状态。
状态参数的变化量仅决定于过程的初终状态，而与达到该状态的途径无关。
因此，状态参数的变化量可表示为（以压力p为例）：二、基本状态参数1.表压与真空表压力：当气体的压力高于大气压力时（称为正压），压力表的读数（pg），如锅炉汽包、主蒸汽的压力等。
工质：实现热能和机械能之间转换的媒介物质。
系统：热设备中分离出来作为热力学研究对象的物体。
状态参数:描述系统宏观特性的物理量。
热力学平衡态：在无外界影响的条件下，如果系统的状态不随时间发生变化,则系统所处的状态称为热力学平衡态。
压力：系统表面单位面积上的垂直作用力.温度：反映物体冷热程度的物理量。
温标:温度的数值表示法。
状态公理:对于一定组元的闭口系统，当其处于平衡状态时，可以用与该系统有关的准静态功形式的数量n加上一个象征传热方式的独立状态参数，即(n+1)个独立状态参数来确定.热力过程：系统从初始平衡态到终了平衡态所经历的全部状态。
准静态过程：如过程进行的足够缓慢，则封闭系统经历的每一中间状态足够接近平衡态，这样的过程称为准静态过程。
可逆过程：系统经历一个过程后如果系统和外界都能恢复到各自的初态，这样的过程称为可逆过程。
无任何不可逆因素的准静态过程是可逆过程.循环：工质从初态出发，经过一系列过程有回到初态，这种闭合的过程称为循环.可逆循环:全由可逆过程粘组成的循环。
不可逆循环：含有不可逆过程的循环.第二章热力学能：物质分子运动具有的平均动能和分子间相互作用而具有的分子势能称为物质的热力学能.体积功：工质体积改变所做的功。
热量：除功以外，通过系统边界和外界之间传递的能量。
焓：引进或排出工质输入或输出系统的总能量。
技术功：工程技术上将可以直接利用的动能差、位能差和轴功三项之和称为技术功。
功：物质间通过宏观运动发生相互作用传递的能量。
轴功：外界通过旋转轴对流动工质所做的功。
流动功：外界对流入系统工质所做的功。
热力学第二定律：克劳修斯说法：不可能使热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化.开尔文说法：不可能从单一热源吸热使之完全转化为有用功而不引起其他变化.卡诺循环:两热源间的可逆循环，由定温吸热、绝热膨胀、定温放热、绝热压缩四个可逆过程组成。
卡诺定理：在温度为T1的高温热源和温度为T2的低温热源之间工作的一切可逆热机，其热效率相等，与工质的性质无关；在温度为T1的高温热源和温度为T2的低温热源之间工作的热机循环,以卡诺循环的热效率为最高.熵：沿可逆过程的克劳修斯积分,与路径无关,由初、终状态决定。
第一篇工程热力学第一章基本概念一．基本概念系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：二、习题1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？错2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。
（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?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。
（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。
（1）不考虑水的蒸发，闭口系统。
（2）绝热系统。
注：不是封闭系统，有电荷的交换（3）绝热系统。
图1-15．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。
耗散效应（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
可逆（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。
可逆（4）100℃的水和15℃的水混合。
有限温差热传递6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。
大气压力为760mmHg。
试求:（1） 真空室以及I 室和II 室的绝对压力； （2） 表C 的读数；（3） 圆筒顶面所受的作用力。
第一篇工程热力学第一章基本概念一．基本概念系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：二、习题1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？错2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。
（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?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。
（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。
（1）不考虑水的蒸发，闭口系统。
（2）绝热系统。
注：不是封闭系统，有电荷的交换（3）绝热系统。
图1-15．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。
耗散效应（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
可逆（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。
可逆（4）100℃的水和15℃的水混合。
有限温差热传递6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。
大气压力为760mmHg。
试求:（1）真空室以及I室和II室的绝对压力；（2）表C的读数；（3）圆筒顶面所受的作用力。
图1-2第二章热力学第一定律一．基本概念功：热量：体积功：节流：二．习题1．膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。
