工程热力学热力学基础知识课件.ppt

1、第一章第一章 热力学基础知识热力学基础知识234锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝汽器凝汽器5n热能动力装置的热能动力装置的工作过程：工作过程：热热机机热 源热 源冷 源冷 源1Q2Q0W67按系统与外界的按系统与外界的物质交换物质交换情况分：情况分：1 1）闭口系闭口系：与外界无质量交换（控制质量）：与外界无质量交换（控制质量）2 2）开口系开口系：与外界有质量交换（控制容积）：与外界有质量交换（控制容积）根据根据系统与外界之间的质量和能量交换系统与外界之间的质量和能量交换情况分情况分按系统与外界的按系统与外界的能量交换能量交换情况分：情况分：1 1）绝热系绝热系：与外界无热量交

2、换；：与外界无热量交换；2 2）孤立系孤立系：与外界既无能量（功量、热量）交：与外界既无能量（功量、热量）交换，又无质量交换的系统。换，又无质量交换的系统。8可以直接测量得到的状态参数可以直接测量得到的状态参数 （如（如p p、v v、T T）；）；由基本状态参数计算得到的状由基本状态参数计算得到的状 态参数（如态参数（如u u、h h、s s等）。等）。 （如：温度（如：温度T T、压力、压力p p、比体积、比体积v v、热力学能、热力学能u u、焓焓h h、熵、熵s s等。）等。）9状态参数特点状态参数特点u 12212, 1xxdxxu 0dx10l 物理学上：物理学上：单位面积上受到的

3、垂直作用力，也单位面积上受到的垂直作用力，也称压强，称压强，p=F/A；l 热力学中：热力学中：大量大量气体分子作不规则热运动时撞气体分子作不规则热运动时撞击容器内壁时，在击容器内壁时，在单位面积单位面积上所产生的上所产生的垂直垂直方向方向的的平均平均作用力。作用力。11。常用测压仪表有：常用测压仪表有：l 弹簧管式压力表弹簧管式压力表l U U型管压力计型管压力计（测较小压力）（测较小压力）12只有只有p p才可作为工质的状态参数！才可作为工质的状态参数！1314212mcBT15冰点冰点0 沸点沸点100100划分划分100等份等份1617例题分析例题分析18191 1、平衡状态、平衡状态

4、（1 1）定义：系统在不受外界影响的条件下，系统内）定义：系统在不受外界影响的条件下，系统内工质的宏观热力性质不随时间而变化的状态。工质的宏观热力性质不随时间而变化的状态。（2 2）实现平衡的条件）实现平衡的条件 热平衡：热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的传递。组成热力系统的各部分之间没有热量的传递。力平衡：力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位移。组成热力系统的各部分之间没有相对位移。（3 3）研究）研究平衡状态的意义平衡状态的意义 只有平衡状态是可以描述的只有平衡状态是可以描述的（平衡状态下，工（平衡状态下，工质各点相同的状态参数均匀一致，具有确定的数值）质各点相同的状态参数均

5、匀一致，具有确定的数值） 20状态参数之间的函数关系式称为状态参数之间的函数关系式称为状态方程状态方程。 对于对于简单可压缩系统简单可压缩系统（指由气态工质组成，与外界（指由气态工质组成，与外界只有热和功交换的热力系），只需只有热和功交换的热力系），只需两个两个独立的状态独立的状态参数，便可确定它的平衡状态（由参数，便可确定它的平衡状态（由状态定理状态定理）。）。例如：在工质的基本状态参数例如：在工质的基本状态参数 p p、v v、T T中，只要其中，只要其中任意两个确定，另一个也随之确定，如中任意两个确定，另一个也随之确定，如p=f(v,T)p=f(v,T)，表示成隐函数形式为：表示成隐函数

6、形式为：f(p,v,Tf(p,v,T)=0)=0。 21热力工程中常用的参数坐标图有：热力工程中常用的参数坐标图有：p-vp-v图、图、T-sT-s图及图及h-sh-s图等。图等。如图所示，参如图所示，参数坐标图中的数坐标图中的点点1 1、2 2分别表分别表示平衡态示平衡态1 1和和平衡态平衡态2 2。22 1 1、：热力学状态连续变化的历程。：热力学状态连续变化的历程。（简称过程）（简称过程）2 2、 非平衡过程非平衡过程系统经历一系列不平衡状态的系统经历一系列不平衡状态的过程。过程。 准平衡过程准平衡过程系统经历一系列无限接近系统经历一系列无限接近平衡状平衡状态态的过程。的过程。（准平衡过

7、程在参数坐标图上可用准平衡过程在参数坐标图上可用连续连续实线实线表示表示） 23n 实际过程按准平衡过程处理的条件：实际过程按准平衡过程处理的条件： 平衡恢复的速度平衡恢复的速度平衡被破坏的速度平衡被破坏的速度n 准平衡过程进行的条件：准平衡过程进行的条件：推动过程的作用无限推动过程的作用无限小（即小（即T0T0，p0p0），故准平衡过程又叫），故准平衡过程又叫准静准静态过程态过程。n 准平衡过程是一种理想过程准平衡过程是一种理想过程，实际过程都是非实际过程都是非平衡过程。只有准平衡过程才能用热力学方法进行分平衡过程。只有准平衡过程才能用热力学方法进行分析研究。析研究。2410,510,5 吸

8、热作功放热耗功平衡态1平衡态2工质状态和外界均复原25n 可逆过程的实现条件可逆过程的实现条件： 可逆过程准平衡过程无能量耗散可逆过程准平衡过程无能量耗散26分析研究可逆过程的意义分析研究可逆过程的意义27热力系与外界进行能量交换有两种方式：热力系与外界进行能量交换有两种方式：与物体的宏观位移有关（传递机与物体的宏观位移有关（传递机械能的多少用械能的多少用功功来度量）来度量）不需要物体的宏观移动（传递热不需要物体的宏观移动（传递热能的多少用能的多少用热量热量来度量）来度量）281 1、功的定义、功的定义 物理学中功的定义：物理学中功的定义：功功=力力位移，即位移，即WWFxFx 热力学中对功的

9、定义：热力学中对功的定义：由于系统体积变化与由于系统体积变化与外界间发生作用而传递的功称为外界间发生作用而传递的功称为体积变化功体积变化功（分膨胀功或压缩功）（分膨胀功或压缩功） 功的正负规定：功的正负规定：热力学中规定，膨胀功为正，热力学中规定，膨胀功为正，压缩功为负。压缩功为负。292 2、功的符号和单位、功的符号和单位用用表示表示1 1）国际单位中，）国际单位中，J J（焦耳）或（焦耳）或kJkJ（千焦）（千焦） 2 2）电力工程中常用）电力工程中常用kWhkWh作为功的单位；作为功的单位； 比功比功：1kg1kg气体与外界交换的功称为比功，用气体与外界交换的功称为比功，用ww表表示，单

10、位用示，单位用J/kgJ/kg或或kJ/kgkJ/kg。( () )7.2106kWh3021dWmwp V21dwp v3121dwp v=p-vp-v图中的过程曲线在图中的过程曲线在v v坐标上的投影面积坐标上的投影面积：p-vp-v图又称为图又称为示功图示功图；。32工程热力学中把依靠温差而工程热力学中把依靠温差而通过边界传递的能量称为热量。通过边界传递的能量称为热量。不是状态参数，它不是状态参数，它不仅与过程初、终态有关，而且与过程如不仅与过程初、终态有关，而且与过程如何进行密切相关，故何进行密切相关，故；而；而则是物质热运动形态的反映，仅取决则是物质热运动形态的反映，仅取决于状态，是

11、状态参数。于状态，是状态参数。33用用QQ表示，国际单位制中，热量表示，国际单位制中，热量的单位是焦（耳）的单位是焦（耳），用，用J J表示。工程上常表示。工程上常用千焦用千焦（kJkJ）表示，表示， 1kJ=1000J1kJ=1000J1kg1kg气体与外界交换的热量，用气体与外界交换的热量，用q q表示，单位为表示，单位为J/kgJ/kg。34既然可逆过程中体积的变化是作功的标志，既然可逆过程中体积的变化是作功的标志，那么在可逆传热过程中也应该存在某一状态那么在可逆传热过程中也应该存在某一状态参数可用来作为热量传递的标志。我们就定参数可用来作为热量传递的标志。我们就定义这个新的状态参数为义

12、这个新的状态参数为“熵熵”, ,以符号以符号S S表示，表示，而且这个参数具有下列性质：而且这个参数具有下列性质：单单位：位：kJ/kkJ/k或或J/kJ/k单位：单位：kJ/kJ/（kg.kkg.k）或或J/ J/（kg.kkg.k）352121Tdsqq36性质性质 过程量过程量 过程量过程量推动力推动力 压力压力 p p 温度温度T T标志标志 d dV V,d,dv v d dS S,d,ds s公式公式pdvw Tdsq条件条件 可逆可逆过程过程 可逆过程可逆过程37课堂作业课堂作业教材教材P31.P31.习题习题1-21-2、1-31-338本章小结本章小结n热机、工质、热源、冷源、热力系热机、工质、热源、冷源、热力系n状态及平衡状态、三个基本状态参数状态及平衡状态、三个基本状态参数（p、v、T)及其性质及其性质n热力过程、准平衡过程和可逆过程热力过程、准平衡过程和可逆过程n功与功与p-v图关系、热量与图关系、热量与T-s图关系图关系n比较状态量与过程量的性质比较状态量与过程量的性质39热力学中两种常见热力系热力学中两种常见热力系40414243可逆过程可逆过程44