工程热力学-第1章-基本概念及定义课件.ppt
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1、工程热力学西安交通大学热流中心 吴江涛 Email:第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心目录目录 1-1 1-1 热力系统热力系统 1-2 1-2 工质的热力学状态及其基本状态参数工质的热力学状态及其基本状态参数 1-3 1-3 平衡状态、平衡方程、坐标图平衡状态、平衡方程、坐标图 1-4 1-4 工质的状态变化过程工质的状态变化过程 1-5 1-5 过程功和热量过程功和热量 1-6 1-6 热力循环热力循环第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心第1-1节 热力系统热力系统热力系统(热力系、系统热力系、系统)人为划
2、定的一定范围内的研究对象人为划定的一定范围内的研究对象一、热力系统定义一、热力系统定义 外界外界 热力系统以外的部分热力系统以外的部分 边界边界 系统与外界之间的分界面系统与外界之间的分界面第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心一、热力系统定义一、热力系统定义锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器热力系统选取的人为性热力系统选取的人为性第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心二、热力系统分类二、热力系统分类根据系统与外界物质交换、热量交换的情况根据系统与外界物质交换、热量交换的情况(1 1)闭口系统闭口系统:系统与外界:系统与外界有能量有能量、
3、无物质无物质交换交换 闭口系统内的质量保持恒定不变,所以闭口系统又叫闭口系统内的质量保持恒定不变,所以闭口系统又叫做做控制质量控制质量。第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心二、热力系统分类二、热力系统分类根据系统与外界物质交换、热量交换的情况根据系统与外界物质交换、热量交换的情况(2 2)开口系统开口系统:系统与外界:系统与外界有能量、有物质有能量、有物质交换交换 开口系统中的能量和质量都可以变化,但这种变化通常是开口系统中的能量和质量都可以变化,但这种变化通常是在某一划定的空间范围内进行的,所以开口系统又叫做在某一划定的空间范围内进行的,所以开口系统又叫做控制容
4、控制容积,或控制体积,或控制体。第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心二、热力系统分类二、热力系统分类根据系统与外界物质交换、热量交换的情况根据系统与外界物质交换、热量交换的情况(3 3)绝热系统绝热系统:系统与外界:系统与外界无热量无热量交换交换 第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心二、热力系统分类二、热力系统分类根据系统与外界物质交换、热量交换的情况根据系统与外界物质交换、热量交换的情况(4 4)孤立系统孤立系统:系统与外界:系统与外界无物质、无能量无物质、无能量交换交换 孤立系统的孤立系统的一切相互作用都一切相互作用都发生系统内部
5、。发生系统内部。第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心二、热力系统分类二、热力系统分类闭口系:闭口系:与外界与外界无物质交换无物质交换的系统的系统 CM 开口系:开口系:与外界与外界有物质交换有物质交换的系统的系统 CV 按物质交换按物质交换简单可压缩系:简单可压缩系:热力系与外界只有热力系与外界只有热量热量和和可逆体积变化可逆体积变化 功功的交换。的交换。孤立系:孤立系:与外界与外界无任何能量和物质交换无任何能量和物质交换的热力系。的热力系。绝热系:绝热系:与外界与外界无热量无热量交换的系统。交换的系统。热热 源:源:与外界仅有热量的交换,且有限热量的交换与外界仅
6、有热量的交换,且有限热量的交换 不引起系统温度变化的热力系统。不引起系统温度变化的热力系统。按能量交换按能量交换第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心二、热力系统分类二、热力系统分类以系统与外界关系划分:以系统与外界关系划分:第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心三、工质三、工质用来实现能量相互转换的媒介物质称为用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。工质。工质工质理想气体理想气体 实际气体实际气体 蒸蒸 气气 第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心第1-2节 工质的热力学状态及其基本状
7、态参数一、热力学状态一、热力学状态热力系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。热力系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。(简称状态简称状态)二、状态参数二、状态参数 定义:定义:描述系统状态的宏观物理量。描述系统状态的宏观物理量。第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心数学上:数学上:点函数、状态函数212,12,112abzzdzdzdz 22zzx yy x 例:温度变化,高度变化例:温度变化,高度变化充要条件:yxzzdzdxdyxy状态参数的状态参数的特征特征:第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体
8、中心 按与所含工质的量有关否按与所含工质的量有关否分类:分类:二、状态参数二、状态参数 广延量参数:广延量参数:有关,如有关,如 H、U、S 等,广延量参数等,广延量参数 具有可加性具有可加性 强度量参数:强度量参数:无关,如无关,如 p、T、v,u,h 等等 注意:广延量的比参数(单位质量工质的体积、热力学能等)具有广延量的比参数(单位质量工质的体积、热力学能等)具有强度量的性质,不具有可加性。强度量的性质,不具有可加性。第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心 按是否直接或易测按是否直接或易测基本状态参数:基本状态参数:可以直接或易测的状态
9、参数。如可以直接或易测的状态参数。如p、v 和和T 。非基本状态参数:非基本状态参数:不能直接或易测的状态参数。如不能直接或易测的状态参数。如H,S,U 等等 第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心三、温度三、温度温度计温度计第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心三、温度三、温度温度温度T 的一般定义的一般定义传统:传统:冷热程度的度量。感觉,导热,热容量冷热程度的度量。感觉,导热,热容量微观:微观:衡量分子平均动能的量度衡量分子平均动能的量度 T 0.5 m w 21)同同T,0.5mw
10、2 不同,如碳固体和碳蒸气不同,如碳固体和碳蒸气2)0.5mw 2总总 0,T 0,1951年核磁共振法对氟化年核磁共振法对氟化锂晶体的实验发现负的开尔文温度锂晶体的实验发现负的开尔文温度3)T=0 0.5mw 2=0 分子一切运动停止,零点能分子一切运动停止,零点能第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心三、温度三、温度1.1.温度的温度的科学定义科学定义 温度是决定系统间是否存在热平衡的宏观物理量。温度是决定系统间是否存在热平衡的宏观物理量。热力学第零定律热力学第零定律 温度测量的基础处于热平衡的两物体,如果分处于热平衡的两物体,如果分别和
11、第三个物体处于热平衡,则别和第三个物体处于热平衡,则这两个物体之间必然处于热平衡这两个物体之间必然处于热平衡。第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心2.2.温度的数值表示法温度的数值表示法温标温标 热力学温标:热力学温标:理论温标,符号理论温标,符号T ,单位,单位K。经验温标:经验温标:摄氏温标(摄氏温标()、华氏温标()、华氏温标(O OF F)。国际实用温标:国际实用温标:(ITS90)经验温标建立的三要素:经验温标建立的三要素:基准点测温物质的性质分度方法t()=T(K)-273.15 第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一
12、章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心常用温标之间关系对比常用温标之间关系对比绝对绝对K摄氏摄氏 华氏华氏F朗肯朗肯R100373.150.01273.160273.15-17.8-273.15212671.6737.8100032459.67491.67冰熔点冰熔点水三相点水三相点盐水沸点盐水沸点发烧发烧水沸点水沸点559.67第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心3.温度测量方法温度测量方法日常日常:水银温度计,酒精温度计,水温度计:水银温度计,酒精温度计,水温度计工业工业:热电偶,热敏电阻:热电偶,热敏电阻计量计量:铂电阻温度计:铂
13、电阻温度计按用途分类:第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心按测温原理分类:3.温度测量方法温度测量方法膨胀式温度计膨胀式温度计:水银温度计、双金属温度计电阻温度计电阻温度计:铂电阻温度计、热敏电阻温度计热电温度计热电温度计:热电偶温度计辐射温度计辐射温度计:光电高温计、辐射高温计声学温度计声学温度计 。第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心四、压力四、压力第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心四、压力四、压力定义定义单位面积上所受的垂直作
14、用力称为压力(即压强单位面积上所受的垂直作用力称为压力(即压强)第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心四、压力四、压力压力的单位压力的单位国际标准单位:帕斯卡国际标准单位:帕斯卡(简称帕简称帕)符号:符号:Pa 1Pa=1N/m2标准大气压(标准大气压(atm,也称物理大气压)也称物理大气压)巴(巴(bar)工程大气压(工程大气压(at)毫米汞柱(毫米汞柱(mmHg)毫米水柱(毫米水柱(mmH2O)工程单位:工程单位:第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心四、压力四、压力绝对压力、表压力、真
15、空度绝对压力、表压力、真空度及及大气压力大气压力之间的关系之间的关系)()(时当时当bvbbebpppppppppp第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心五、比体积及密度五、比体积及密度3m/kgVvm单位质量的工质所占的体积,单位是单位质量的工质所占的体积,单位是m3/kg。1 1、比体积、比体积2 2、密度、密度单位体积物质的质量,单位是单位体积物质的质量,单位是kg/m3。3kg/mmV第1-4节 平衡状态、状态方程式、坐标图第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心第1-4节 平衡状态、平衡方程、坐标图一、平衡状态一、平衡状态1
16、1、定义:、定义:一个热力系统,如果在一个热力系统,如果在不受外界影响不受外界影响的条件下的条件下,系统的状态能够始终保持不变,则系统的这种状系统的状态能够始终保持不变,则系统的这种状 态称为态称为平衡状态平衡状态。2 2、实现条件(充要条件):、实现条件(充要条件):p=0 T=0 (=0)。温差温差 热不平衡势热不平衡势压差压差 力不平衡势力不平衡势相变或化学反应相变或化学反应 化学不平衡势化学不平衡势平衡的平衡的本质本质:不存在不平衡势:不存在不平衡势第1-4节 平衡状态、状态方程式、坐标图第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心为什么引入平衡概念?为什么引入平衡概念?如果如果系统
17、平衡系统平衡,可用,可用一组一组确切的参数(确切的参数(压力压力、温度温度)描述)描述但平衡状态是死态,没有能量交换但平衡状态是死态,没有能量交换能量交换能量交换状态变化状态变化破坏平衡破坏平衡如何描述如何描述第1-4节 平衡状态、状态方程式、坐标图第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心 平衡与稳定平衡与稳定稳定:参数不随时间变化稳定:参数不随时间变化稳定稳定但存在但存在不平衡势差不平衡势差去掉去掉外界影响,则外界影响,则状态变化状态变化若以(若以(热源热源+铜棒铜棒+冷源冷源)为系)为系统,又如何?统,又如何?稳定不一定平衡,但平衡一定稳定稳定不一定平衡,但平衡一定稳定第1-4节 平
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