湖南大学工程热力学第一章基本概念.pptx
- 格式：pptx
- 大小：3.92 MB
- 文档页数：91
文档推荐
-
《土木工程材料》54页PPT页数:54
下载文档原格式
合集下载
工 程 热 力 学 第一章 热力学基本概念PPT课件
本篇主要讲述：热力学的基本概念及基本定律（热力 学第一定律、热力学第二定律）；理想气体的热力性质和 热力过程；参与能量转换与传递的工作介质（水蒸气、混 合气体、湿空气等）的热力性质；蒸汽动力循环；气体和 蒸汽的流动等工程热力学基础知识。
第一章
热力学基本概念
学习导引
本章介绍了许多重要的概念，对于后续内 容的学习非常重要。在学习过程中，应注意把 相关的概念串接起来，既对单个概念的物理意 义有较深刻的理解，又能从整体上将这些概念 有机的联系起来。
气缸
活塞
（2）开口热力系
1
进口
与外界有能量、
物质交换的系统。系
1
统的容积始终保持变。
（3）绝热热力系
与外界没有热 量交换的系统。
汽轮机
边界
2 出口
叶轮
2
（4）孤立热力系
与外界既无能量（功、热量）交 换又无物质交换的系统。
特殊热力系
如:热源
本身热容量很大， 且在放出或吸收有限量 热量时自身温度及其它 热力学参数没有明显变 化的物体。
提供热量的热源称 为高温热源；吸收热量 的热源称为低温热源。
高温热源
吸热Q1 作功W
热机 机械能
放热Q2
低温热源
第二节 工质的热力状态和基本状态参数
工质在进行热
量传递和能量转
锅
换的过程中, 其
炉
状态不断发生变
化．
汽机轮
凝 汽 器
一、 热力状态和状态参数
１．热力状态
——工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态， 简称状态。
• 可为真实的物质、设备或假想的热力学模型 如:泵中的水、汽轮机 、卡诺热机
如:对小球进行受力分析
第一章
热力学基本概念
学习导引
本章介绍了许多重要的概念，对于后续内 容的学习非常重要。在学习过程中，应注意把 相关的概念串接起来，既对单个概念的物理意 义有较深刻的理解，又能从整体上将这些概念 有机的联系起来。
气缸
活塞
（2）开口热力系
1
进口
与外界有能量、
物质交换的系统。系
1
统的容积始终保持变。
（3）绝热热力系
与外界没有热 量交换的系统。
汽轮机
边界
2 出口
叶轮
2
（4）孤立热力系
与外界既无能量（功、热量）交 换又无物质交换的系统。
特殊热力系
如:热源
本身热容量很大， 且在放出或吸收有限量 热量时自身温度及其它 热力学参数没有明显变 化的物体。
提供热量的热源称 为高温热源；吸收热量 的热源称为低温热源。
高温热源
吸热Q1 作功W
热机 机械能
放热Q2
低温热源
第二节 工质的热力状态和基本状态参数
工质在进行热
量传递和能量转
锅
换的过程中, 其
炉
状态不断发生变
化．
汽机轮
凝 汽 器
一、 热力状态和状态参数
１．热力状态
——工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态， 简称状态。
• 可为真实的物质、设备或假想的热力学模型 如:泵中的水、汽轮机 、卡诺热机
如:对小球进行受力分析
《工程热力学》第一章ppt
21
强度参数与广延参数 速度 （强） Velocity 高度 （强） Height 温度 （强） Temperature 应力 （强） Stress （广） 动能 Kinetic Energy 位能 （广） Potential Energy （广） 内能 Internal Energy 摩尔数 Mol （广）
20
2．状态的单值函数。 物理上—与过程无关； 数学上—其微量是全微分。
Ñx 0 d
1b 2
dx dx
1a 2
3．状态参数分类 广延量: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 强度量:与物质的量无关的参数 如压力 p、温度T 又：广延量的比性质具有强度量特性，如比体积 V v m 工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数。
t C TK 273.15
24
附：
华氏温标和朗肯温标
{T} °R={t} ℉ +459.67
华氏温标和摄氏温标
{t} ℃=5/9[{t} ℉-32]
{t} ℉ =9/5{t} ℃ +32
25
五、压力(pressure)
绝对压力 p(absolute pressure) 表压力 pe（pg）(gauge pressure; manometer pressure) 真空度 pv(vacuum; vacuum pressure) 当地大气压pb(local atmospheric pressure)
系统随时接近于平衡态
p0
p
1.
.
.
p，T
v 2
40
准静态过程的工程条件
破坏平衡所需时间 （外部作用时间）
>>
强度参数与广延参数 速度 （强） Velocity 高度 （强） Height 温度 （强） Temperature 应力 （强） Stress （广） 动能 Kinetic Energy 位能 （广） Potential Energy （广） 内能 Internal Energy 摩尔数 Mol （广）
20
2．状态的单值函数。 物理上—与过程无关； 数学上—其微量是全微分。
Ñx 0 d
1b 2
dx dx
1a 2
3．状态参数分类 广延量: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 强度量:与物质的量无关的参数 如压力 p、温度T 又：广延量的比性质具有强度量特性，如比体积 V v m 工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数。
t C TK 273.15
24
附：
华氏温标和朗肯温标
{T} °R={t} ℉ +459.67
华氏温标和摄氏温标
{t} ℃=5/9[{t} ℉-32]
{t} ℉ =9/5{t} ℃ +32
25
五、压力(pressure)
绝对压力 p(absolute pressure) 表压力 pe（pg）(gauge pressure; manometer pressure) 真空度 pv(vacuum; vacuum pressure) 当地大气压pb(local atmospheric pressure)
系统随时接近于平衡态
p0
p
1.
.
.
p，T
v 2
40
准静态过程的工程条件
破坏平衡所需时间 （外部作用时间）
>>
湖南大学工程热力学
? ? ? 是全微分 充要条件：
dx ? 0
dx ? dx
1b2
1a2
可判断是否是状态参数
41
3．状态参数分类
热动力装置工作可以概括为：
工质从高温热源吸取热能，将其中一部分 转化为机械能，把另一部分热能传给低温
热22源。
1-2 热力系统（热力系、系统、体系） 外界和边界
一、定义
? 系统( , ) 人为分割出来，作为热力学 研究对象的有限物质系统。 ? 外界( )：
与体系发生质、能交换的物系。
? 边界()：
只交换热
注意：
1.系统与外界的作用都通过边界，不画边界进行热 力学研究无意义。
2.热力系统的选取，取决于所提出的研究任务，但 不能小到只包含少量的分子，以至不能遵守统计平 均规律。
3.边界可以是： a ）刚性的或可变形的或有弹性的 b ）固定的或可移动的 c）实际的或虚拟的
29
三、热力系分类
1. 按组元和相分
工程热力学
陈敬炜 助理教授
第一章 基本概念
1-1 热能和机械能相互转换过程 1-2 热力系统 1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数 1-4 平衡状态 1-5 工质的状态变化过程 1-6 功和热量 1-7 热力循环
2
本章基本要求：
?掌握工程热力学中一些基本术语和概念：热 力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。
定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。
工质是实现能量转换必不可少的内部条件
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
21
物质三态中 气态最适宜。
三、热源( ; )
定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。
工程热力学课件-基本概念
大氣壓（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
換 1 MPa = 106 Pa
算 關
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
係 1 mmHg = 133.3 Pa
1 at = 1 kgf/cm2 = 9.80665104 Pa
溫度的一般解釋：冷熱程度的度量。 溫度的微觀概念：大量分子熱運動的強烈程度。
m 2
平均平動動能
BT
溫度
2
溫度的熱力學定義：
比例常數
處於同一熱平衡狀態的各個熱力系，必定有某一宏觀特 徵彼此相同，用於描述此宏觀特徵的物理量即為溫度。
是確定一個系統是否與其它系統處於熱平衡的物理量。
熱力學第零定律
熱平衡（Thermal equilibrium） 在沒有外來影響的情況下， 兩物體相互作用最終達到相 同的冷熱狀況。
開口系統（Open system）：有物質流穿過 邊界的系統，又稱為控制體積或控制體 (Control volume)。 開口系統的介面稱為控制介面。 開口系統和閉口系統都可能與外界發生能量 （功和熱）傳遞。
絕熱系統與孤立系統
絕熱系統（Adiabatic system）：系統 與外界之間沒有熱量傳遞的系統。
平衡的本質
溫差 — 熱不平衡勢 壓差 — 力不平衡勢 相變 — 相不平衡勢 化學反應 — 化學不平衡勢
平衡的本質：不存在不平衡勢 In an equilibrium state there are no unbalanced potentials
平衡與穩定
穩定（steady）：參數不隨時間變化
銅棒各點溫度不再隨時間 變化，達到穩定，但不是 平衡狀態。 原因在於系統受外界影響。 若以（銅棒+熱源+冷源） 為系統，則系統平衡嗎？
工程热力学第一章基本概念PPT课件
等压过程在工业生产和日常生活中有着广泛的应用。
详细描述
等压过程在各种工业生产过程中发挥着重要作用，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机等热力机械中的工作过程。此外， 在制冷技术、气体压缩、气体分离等领域也广泛应用等压过程。在生活中，等压过程也随处可见，如气瓶的压力 保持、气瓶压力的调节等。
感谢您的观看
THANKS
06
热力学第三定律
绝对零度不能达到原理
绝对零度是热力学的最低温度，理论 上不可能通过任何有限过程达到。
这一定律对于理解热力学的基本概念 和原理非常重要，因为它揭示了热力 学过程不可逆性。
这是由于热力学第三定律指出，熵在 绝对零度时为零，而熵是系统无序度 的量度，因此系统必须经历无限的过 程才能达到绝对零度。
04
热力学第一定律
能量守恒
1 2
能量守恒定律
能量不能凭空产生，也不能消失，只能从一种形 式转化为另一种形式。
热力学能
系统内部能量的总和，包括分子动能、分子位能 和内部势能等。
3
热力学第一定律表达式
ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统能量的变化，Q 表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
热量与功的转换
是与系统相互作用的其它物质或 能量的总和。
状态与状态参数
状态
描述系统在某一时刻的物理状态，包括宏观和微观状态。
状态参数
描述系统状态的物理量，如压力、温度、体积、内能等。
热力学平衡
热力学平衡
系统内部各部分之间以及系统与外界 之间达到相对静止的一种状态。
热力学平衡的条件
系统内部不存在宏观的净力、净热和 净功。
热力学的应用领域
能源转换
热能转换为机械能： 如内燃机、蒸汽机和 燃气轮机等。
详细描述
等压过程在各种工业生产过程中发挥着重要作用，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机等热力机械中的工作过程。此外， 在制冷技术、气体压缩、气体分离等领域也广泛应用等压过程。在生活中，等压过程也随处可见，如气瓶的压力 保持、气瓶压力的调节等。
感谢您的观看
THANKS
06
热力学第三定律
绝对零度不能达到原理
绝对零度是热力学的最低温度，理论 上不可能通过任何有限过程达到。
这一定律对于理解热力学的基本概念 和原理非常重要，因为它揭示了热力 学过程不可逆性。
这是由于热力学第三定律指出，熵在 绝对零度时为零，而熵是系统无序度 的量度，因此系统必须经历无限的过 程才能达到绝对零度。
04
热力学第一定律
能量守恒
1 2
能量守恒定律
能量不能凭空产生，也不能消失，只能从一种形 式转化为另一种形式。
热力学能
系统内部能量的总和，包括分子动能、分子位能 和内部势能等。
3
热力学第一定律表达式
ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统能量的变化，Q 表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
热量与功的转换
是与系统相互作用的其它物质或 能量的总和。
状态与状态参数
状态
描述系统在某一时刻的物理状态，包括宏观和微观状态。
状态参数
描述系统状态的物理量，如压力、温度、体积、内能等。
热力学平衡
热力学平衡
系统内部各部分之间以及系统与外界 之间达到相对静止的一种状态。
热力学平衡的条件
系统内部不存在宏观的净力、净热和 净功。
热力学的应用领域
能源转换
热能转换为机械能： 如内燃机、蒸汽机和 燃气轮机等。
2024年度-工程热力学全部课件pptx
理想气体混合物的热力学性质
具有加和性
20
理想气体基本过程
01
等温过程
温度保持不变的过程，如等温膨胀 和等温压缩
等容过程
体积保持不变的过程，如等容加热 和等容冷却
03
02
等压过程
压力保持不变的过程，如等压加热 和等压冷却
绝热过程
系统与外界没有热量交换的过程， 如绝热膨胀和绝热压缩
04
21
05 热力过程与循环 分析 22
与外界没有物质和能量交 换的系统。
孤立系统
封闭系统
开放系统
4
热力学基本定律
热力学第零定律
如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡状态，那么这两个系统也必定处于热平衡状态。
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持 不变。
热力学第二定律
其中，Δ(mv^2)/2表示系 统动能的变化量；
开口系统能量方程可表示 为：Q = ΔU + Δ(mv^2)/2 + Δ(mgh) + Δ(mΦ)。
Δ(mgh)表示系统势能的 变化量；
11
03 热力学第二定律
12
热力学第二定律表述
不可能从单一热源取热，使之完全转 换为有用的功而不产生其他影响。
热力学系统内的不可逆过程总是朝着 熵增加的方向进行。
性能评价指标
介绍蒸汽轮机的功率、效率等 性能评价指标及其计算方法。
性能影响因素
分析影响蒸汽轮机性能的主要 因素，如蒸汽参数、汽轮机结 构等。
优化设计策略
探讨提高蒸汽轮机性能的优化 设计策略，如改进叶片形状、
提高蒸汽参数等。
工程热力学 课件 第一章 基本概念
广延量：与系统质量成正比，具有可加性，如体 积、热力学能、焓和熵 广延量的比参数是强度量，不具有可加性，如比 体积、比热力学能、比焓和比熵
温度
温度是描述平衡热力系统冷热状况的物理量 温度标志物质分子热运动的激烈程度，对于气体， 它是大量分子平移动能平均值的量度：
mc BT 2
T —热力学温度
1-6 过程功和热量
功的热力学定义
功是热力系统通过边界而传递的能量，且其全部 效果可表现为举起重物 系统对外界作功取为正，外界对系统作功取为负 功的单位为焦耳，符号为J 单位质量物质所做的功称为比功，单位为J/kg w=W/m 单位时间内完成的功称为功率，单位为W（瓦） 1W=1J/s
由任意两个独立的状态参数所组成的坐标图上的 任意一点，都相应于热力系某一确定的平衡状态 热力系每一平衡状态总可在坐标图上用一点表示 压容（p-v）图和温熵（T-s）图
p p11Leabharlann 压容图0v1
v
T
温熵图
2
T2
0
s2
s
1-5 工质的状态变化过程
准平衡过程
工质的状态变化过程进行的相对缓慢，工质在平衡 被破坏后自动回复平衡的时间又很短，随时都不致 显著偏离平衡状态，这样的过程就叫做准平衡过程 气体工质在压力差作用下实现准平衡过程的条件是， 工质和外界之间的压力差为无限小，即 p-(pext+F/A)→0 或 p→pext+F/A 气体工质在温差作用下实现准平衡过程的条件是， 工质和外界之间的温差为无限小，即 ΔT=(T-Text)→0 或 T→Text 只有准平衡过程在坐标图中可以用连续曲线表示
工程热力学第1章基本概念[1]PPT课件
14
状态参数的微分特征
设 z =z (x , y)
dz是全微分
dzxzy dxyy yx
可判断是否 是状态参数
16
§1-3 基本状态参数
压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）
1、压力 p 物理中压强，单位: Pa , N/m2 常用单位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665104 Pa17
3.对于平衡状态，有确定性：非平衡态，则为变化
量。
13
状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦 然 2、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 3、当热力系经历一封闭的状态变化过程， 又回复到原始状态时，状态的参数变化为0. 4、状态参数的微分特征：全微分
但平衡状态是死态，没有能量交换
能量交换
状态变化
如何描述
破坏平衡 31
§1-5 状态方程、坐标图
平衡状态可用一组状态参数描述其状态
想确切描述某个热力系，是 否需要所有状态参数？
状态公理：对组元一定的闭口系，
独立状态参数个数 N=n+1
32
状态公理
闭口系： 不平衡势差 状态变化 能量传递
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
压力p测量
一般是工质绝对压力与环境压力的相对值 ——相对压力
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
18
绝对压力与相对压力
当 p > pb 当 p < pb
表压力 pe 真空度 pv
状态参数的微分特征
设 z =z (x , y)
dz是全微分
dzxzy dxyy yx
可判断是否 是状态参数
16
§1-3 基本状态参数
压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）
1、压力 p 物理中压强，单位: Pa , N/m2 常用单位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665104 Pa17
3.对于平衡状态，有确定性：非平衡态，则为变化
量。
13
状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦 然 2、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 3、当热力系经历一封闭的状态变化过程， 又回复到原始状态时，状态的参数变化为0. 4、状态参数的微分特征：全微分
但平衡状态是死态，没有能量交换
能量交换
状态变化
如何描述
破坏平衡 31
§1-5 状态方程、坐标图
平衡状态可用一组状态参数描述其状态
想确切描述某个热力系，是 否需要所有状态参数？
状态公理：对组元一定的闭口系，
独立状态参数个数 N=n+1
32
状态公理
闭口系： 不平衡势差 状态变化 能量传递
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
压力p测量
一般是工质绝对压力与环境压力的相对值 ——相对压力
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
18
绝对压力与相对压力
当 p > pb 当 p < pb
表压力 pe 真空度 pv
工程热力学教学课件
工程热力学教学课件工程热力学教学课件第一章、基本概念1、边界边界有一个特点（可变性）：可以是固定的、假想的、移动的、变形的。
2、六种系统（重要！）六种系统分别是：开（闭）口系统、绝热（非绝热）系统、孤立（非孤立）系统。
a.系统与外界通过边界：功交换、热交换和物质交换.b.闭口系统不一定绝热，但开口系统可以绝热。
c.系统的取法不同只影响解决问题的难易，不影响结果。
3、三参数方程a.P=B+Pgb.P=B-H这两个方程的使用，首先要判断表盘的压力读数是正压还是负压，即你所测物体内部的绝对压力与大气压的差是正是负。
正用1，负用2。
ps.《工程热力学（第六版）》书8页的系统，边界，外界有详细定义。
第二章、气体热力性质1、各种热力学物理量P：压强[单位Pa]v：比容（单位m^3/kg）R：气体常数（单位J/(kg*K)）书25页T：温度（单位K）m：质量（单位kg）V：体积（单位m^3）M：物质的摩尔质量（单位mol）R：8.314kJ/(kmol*K)，气体普实常数2、理想气体方程：Pv=RTPV=m*R。
*T/MQv=Cv*dTQp=Cp*dTCp-Cv=R另外求比热可以用直线差值法！第三章、热力学第一定律1、闭口系统：Q=W+△U微元：δq=δw+du（注：这个δ是过程量的微元符号）2、闭口绝热δw+du=03、闭口可逆δq=Pdv+du4、闭口等温δq=δw5、闭口可逆定容δq=du6、理想气体的热力学能公式dU=Cv*dT一切过程都适用。
为什么呢？因为U是个状态量，只与始末状态有关、与过程无关。
U是与T相关的单值函数，实际气体只有定容才可以用6、开口系统ps.公式在书46页（3-12）7、推动功Wf=P2V2-P1V1（算是一个分子流动所需要的微观的能量）a、推动功不是一个过程量，而是一个仅取决于进出口状态的状态量。
b、推动功不能够被我们所利用，其存在的唯一价值是使气体流动成为开系。
8、焓（重要！）微观h=u+PVU分子静止具有的内能PV分子流动具有的能量a、焓是一个状态量，对理想气体仍然为温度T的单值函数。
《工程热力学》 第一章—基本概念
状态参数的分类
★ 基本状态参数：可以直接测量的状态参数。 如压力p、温度T、比体积v。 ★ 导出状态参数：由基本状态参数间接求得的 参数。 如内能U、焓H、熵S等。
1. 压力
● 压力的定义
◆ 沿垂直方向作用在单位面积上的力称为压
力（即物理中压强）。
◆ 对于容器内的气态工质来说，压力是大量 气 体分子作不规则运动时对器壁单位面积撞 击 作用力的宏观统计结果。
压力的单位
压力的单位是N/m2 ，符号是帕（Pa）
常用压力单位的换算见附表1（222页）
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
1 at = 1 kgf/ cm2 = 9.8067 104 Pa
1 MPa = 106Pa＝ 103kPa＝ 10bar
压力的表示方法
◆ 绝对压力（p）、表压力（pg）、
如果系统的宏观状态不随时间变化，则该系
统处于平衡状态。
● 不能把平衡态简单地说成不随时间而改变的状态， 也不能说成外界条件不变的状态。
平衡态是指系统的宏观性质不随时间变化的状态。 ● 平衡与均匀：均匀系统一定处于平衡状态，
反之则不然。
● 实现平衡的条件
◆ 热平衡 ◆ 力平衡 ◆ 相平衡 ◆ 化学平衡 温度相等 压力相等 各相间化学位相等 反应物与生成物化学 位相等
2. 温度
◆ 传统：温度是物体冷热程度的标志。
◆ 微观：温度是衡量分子平均动能的量度。
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。
- 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、"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、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)。
给水泵
只交换功 既交换功 也交换热
只交换热
热力系统选取的人为性（2）
1
m
WQ
4
1 开口系
2 1+2 闭口系
1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
3 非孤立系＋相关外界
＝孤立系
热力系统其它分类方式
其它分 类方式
相态 单相系 多相系
单元系 工质种类
多元系
均匀系 物理化学性质
非均匀系
1-3 工质的热力学状态 及其基本状态参数
绝热系统 —adiabatic system
•系统与外界无热量交换（理想化） •如汽轮机、喷管
孤立系统 —isolated system
•系统与外界无任何形式的质能交换(理想化) •一切热力系统连同与之相互作用的外界都可以 抽象成孤立系统
热力系统选取的人为性（1）
过热器
锅 炉
汽轮机
发电机 凝 汽 器
22.. 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（物理特征）
3. 状态参数的微分特征：全微分（数学特征）
热力学中常见的状态参数
基本状态参数：温度T 压力p 体积V •可以直接用仪表测量出来
其他：内能U、焓H、熵S、自由能等
•可以根据基本状态参数间接计算出来
强度性参数与广延性参数
对于理想气体： p=2/3n(mw2/2)=2/3nBT 单位: Pa , N/m2
常用单位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665104 Pa
p
Pv
Pb
p
0
3. 比容v specific volume
v V ［m3/kg]
m
工质聚集的疏密程度物理上常用密度
1 ［kg/m3]
v
例题
1. 某热电厂新蒸汽的表压力为10 MPa，凝 汽器的真空度为94620Pa，送风机表压为 145mmHg，当时气压计读数为755mmHg。 试问以Pa为单位的绝对压力为多少？
三个基本概念
工质：实现热能与机械能相互转化的媒介物质 热源：工质从中吸取热能的物系，或称高温热源
冷源：接受工质排出热能的物系，或称低温热源
热动力装置的工作过程：工质从高温热源吸热，将 其中一部分转化为机械能而作功，并将余下部分传 给低温热源
吸热 膨胀 作功 排气
热能
机械能
1-2 热力系统
概述
工程热力学中，为分析问题方便起见，和力学中取分 离体的方法一样，把热力学分析的对象从周围物体中 隔离出来,研究它与周围物体之间的能量和物质的传递. •选取热力系统是热力学分析的首要步骤 •目的：明确研究对象所包含的范围和内容 •能清楚地显示它与周围事物的相互关系 •便于针对热力系统建立定性和定量的关系
1.解大气压力 Pb 755133.322 100660Pa
发电机 汽轮机
冷凝器
水泵
水蒸气动力循环系统
汽轮机
四个主要装置：
锅
锅炉
炉
发电机
汽轮机
凝汽器
凝汽器 给水泵
给水泵
燃气轮机
燃气轮机结构图
活塞
热动力装置的本质
•利用某一种媒介物从某个能源获取热能，具 备作功能力并对机器作功，最后把余下的 热能排向环境介质(大气或冷却水)
•本质特性：吸热 → 膨胀做功→ 排热
一、系统、边界与外界
Thermodynamic system, boundary and surrounding
• 系统—人为分割出来，作为热力学研究对象的有限
物质系统 • 边界—分隔系统与外界的分界面（线）
• 外界—边界以外与系统相互 化作用的物体 ， 通过功、热、 物质交换3种形式与系统相互 作用
第一章 基本概念
Basic Concepts and Definition
1-1 热能在热机中转 变成机械能的过程
热能动力装置
•定义：从燃料燃烧中得到热能，以及利用热 能得到动力的整套设备（包括辅助设备）
蒸汽动力装置
•分类：燃气动力装置 Nhomakorabea内燃机构造
内燃机工作原理动画
蒸汽动力装置系统简图
锅炉
State of thermodynamic system and state properties
状态: 某一瞬间工质所呈现的宏观物理状况 状态参数: 描述工质所处状态的宏观物理量，如T，P
状态参数的特征： 1. 状态确定，则状态参数也确定，反之亦然. 状态参
数的全部或部分变化，则工质的状态发生了变化。
vV m
比容
/kmol
uU m
h H m
比内能 比焓
具有强度量的性质
s S m
比熵
一、温度 temperature
热力学第零定律：
•如果两个系统分别与第三个系统处于热平 衡，则两个系统彼此必然处于热平衡
温度测量的 理论基础 B 温度计
常用温标 temperature scale
温标：温度的数值标尺 SI规定：
压力p的测量
相对压力: 压力计指示的压力是工质的绝对压 力与环境压力的相对值，随地理位置及气候条 件等因素而变化
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
Pb p
Pe
Pb
p Pv
绝对压力与相对压力
当 p > Pb 当 p < Pb
表压力 pe 真空度 Pv
P = Pb + pe P = Pb- Pv
pe
符号：T
单位：K 开
绝对K 373.15
273.16 273.15
摄氏℃ 100 水沸点
37.8 0.01 水三相点 0 冰熔点
-17.8
0
-273.15
温标的换算
T[K] t[OC] 273.15 t[OC] 5 (t[F] 32)
9
2. 压力 p
绝对压力：通常用垂直作用于器壁单位面 积上的力来表示压力（压强）大小 p=F/f
边界特性
固定或运动
实际或假想
系统与外界的作用都通过边界
二、热力系统的分类(1)
按系统 与外界 质量交 换分类
闭口系 —closed system
•通过边界与外界只有能量交换而无物质交换 •控制质量CM系统
开口系 —open system
•通过边界与外界有能量与物质交换 •控制体积CV
热力系统的分类(2)
•强度性参数：系统中单元体的参数值与整个系统的参 数值相同，与质量的多少无关，不具有可加性，如压力
p、温度T；在热力工程中起着推动力作用，又称为广义
力或势
•广延性参数：整个系统的广延性参数等于各单元体该 广延性参数值之和，具有可加性，如质量m、容积 V、 内能 U、焓 H、熵S；又称为广义位移
•比参数： 单位：/kg