高等工程热力学第二章要点课件.ppt
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1、LOGO高等工程热力学高等工程热力学主讲:王春华主讲:王春华Contents基本概念基本概念1热力学第一定律热力学第一定律2热力学第二定律和熵热力学第二定律和熵3有效能和功函数有效能和功函数第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律2.1作用 功 热量 传质能 传递势v (1)作用u发生在热力系和外界之间,能引起系统状态变化的 相互作用。u本质是能量交换。u能量交换的基本形式:作功、传热和传质v (2)功u在力的作用下,通过宏观有序运动而传递的能量,以W 表示,单位焦耳,符号为J。u机械功:l 是一个强度参数(作用力F)和广延参数(位移dx)的乘积u广义功:各种模式的功,等于广义力广义位移。u
2、当系统存在多种模式的功时ddWFxdiiWX x1i v 注意:uW在传递中才有意义,一旦越过边界,就成为外界的能量uW是过程量,与初终状态有关,还与过程有关。 对于过程中每一点都是平衡态时:u系统对外做功为正,外界对系统做功为负。u热力系通常是通过容积变化来实现功的传递的,称为容积变化功或体积功。 如活塞膨胀作功: 力:F=pA 位移:dL W=pAdL,称为容积功或体积功21pdVVWVv 在准静态可逆过程中,对外做功由系统内部参数决定的,不用考虑外界因素。v 对于理想气体,温度恒等时各种过程的体积功v (3)热量u在温差作用下,通过微观粒子无序运动传递的能量。u也是一个强度参数(温度T)
3、和广延参数(熵S)的乘积。u也是热容与其温差的乘积u过程量u系统吸热为正,放热为负。21ddQT SQT S21dddQmc TQmc Tv (4)传质能u系统和外界通过物质交换所传递的能量u开口系中物质的流入和流出、吸附和逸出 如:溴化锂溶液对外界水蒸气的吸附u也可延伸到封闭系统的化学反应和相的增减 如:氢气和氧气反应生成水 如:蒸发器中液体工质蒸发为气体v 也可看作是一个强度量和一个广延量的乘积u传质能也可看作是一个强度量和一个广延量的乘积l 强度量: 单组分系统:一般用比能e 开口系:一般用比焓h 多组分系:化学势il 广延量:系统中某组分物质的量 摩尔数ni 质量u开口系的传质能u含有
4、k种物质的多组分系中的总传质能:u多组分系从状态1变化到状态2时。总传质能变化:v (5)传递势u系统的势强度参数具有的传递能量的潜力u热力系中有三个势强度参数l 压力:作功的势强度参数l 温度:传热的势强度参数l 化学势:改变组分量的传质能的势强度参数u比能、比焓不是势强度参数,是比势强度参数l 是压力、温度的函数2.2 过程、准静态过程、可逆过程v (1)过程u热力过程:由于平衡被破坏,从某个平衡态变到另一个平衡的过程。l 必须始、终态都是平衡态,否则不归热力学范畴 平衡态可用状态参数表示 变化中的状态则不能l 过程中可能是平衡态或非平衡态 对于非平衡态,热力学只研究其始、终态的变化。平衡
5、状态平衡状态平衡状态平衡状态变化过程变化过程15准平衡过程准平衡过程 (quasistatic process)准平衡过程(准静态过程)准平衡过程(准静态过程) : 假设过程中系统所经历的每一个状态都假设过程中系统所经历的每一个状态都无限接近于无限接近于 平衡状态的过程。平衡状态的过程。16一般过程一般过程1、若、若p1 = p0+ +重物重物 为平衡状态为平衡状态1 1pp03、当当p2 = p0 达到新的达到新的平衡状态平衡状态2pv12. . .2、突然去掉重物突然去掉重物 则则 p1 p0 活塞上行活塞上行 中间状态:中间状态:不平衡状态不平衡状态 中间过程:中间过程:不平衡过程不平衡
6、过程17准静态过程准静态过程p1 = p0+ +重物重物p,Tp0假如重物有无限多层假如重物有无限多层每次只去掉无限薄一层每次只去掉无限薄一层pv12. . . .系统随时接近于平衡态系统随时接近于平衡态18实现条件实现条件 : 推动过程进行的推动过程进行的势差(温差,压差)无限小势差(温差,压差)无限小,保证系统在任意时刻皆保证系统在任意时刻皆无限接近于无限接近于平衡状态。平衡状态。特点:特点: 是实际过程进行的无限缓慢的极限情况,是热是实际过程进行的无限缓慢的极限情况,是热力学意义上的缓慢。力学意义上的缓慢。好处:好处: (1)可用确切的状态参数描述过程;)可用确切的状态参数描述过程; (
7、2)可在参数坐标图上用一条连续曲线表示过程)可在参数坐标图上用一条连续曲线表示过程驰豫时间驰豫时间 (relaxation time) 当工质在平衡被破坏后,自动恢复到当工质在平衡被破坏后,自动恢复到平衡所需时间。平衡所需时间。19准静态过程的工程条件准静态过程的工程条件破坏平衡所需时间破坏平衡所需时间(外部作用时间)(外部作用时间)恢复平衡所需时间恢复平衡所需时间(驰豫时间)(驰豫时间)系统状态的变化速度小于系统恢复平衡的系统状态的变化速度小于系统恢复平衡的速度,系统化速度,系统化有足够时间恢复新平衡有足够时间恢复新平衡 准准静态过程静态过程20准静态过程的工程应用准静态过程的工程应用例:例
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