工程热力学第一章基本概念课件.ppt

1、A quantity of matter or a region in space chosen for study系统与外界的作用都通过边界锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器只交换功只交换功只交换热只交换热既交换功既交换功也交换热也交换热固定、活动固定、活动fixed、movablereal、imaginary以系统与外界关系划分：以系统与外界关系划分：有有 无无是否传质是否传质 开口系开口系 闭口系闭口系是否传热是否传热 非绝热系非绝热系 绝热系绝热系是否传功是否传功 非绝功系非绝功系 绝功系绝功系是否传热、功、质是否传热、功、质 非孤立系非孤立系 孤立系

2、孤立系1234mQW1 开口系开口系非孤立系相关外界非孤立系相关外界孤立系孤立系1+2 闭口系闭口系1+2+3 绝热闭口系绝热闭口系1+2+3+4 孤立系孤立系最重要的最重要的系统系统 简单可压缩系统简单可压缩系统只交换只交换热量热量和和一种一种准静态的准静态的容积变化功容积变化功容积变化功容积变化功压缩功膨压缩功膨胀功胀功 其它分类方式其它分类方式物理化学性质物理化学性质 均匀系均匀系非均匀系非均匀系工质种类工质种类单元系单元系多元系多元系相态相态单相系单相系复相系（多相系）复相系（多相系）状态（State）：某瞬间热力系所呈现的宏观状况状态参数（State properties）：描述热力

3、状态的物理量状态参数的特征：1.状态参数是状态的函数，状态确定时，状态参数有唯一确定的值。2.工质状态变化时，状态参数的变化值仅与初、终状态相关，而与状态变化的途径无关。状态参数的积分特征 0dz状态参数的数学特征是点函数。热力系统由状态1变化到状态2，z 为状态参数，则有：常见状态参数：温度（T），压力（P），比容（v），内能（u），焓（h），熵（s）等设设 z z=z z(x,y)dz z是全微分是全微分yxzzdzdxdyxy充要条件：充要条件：22zzx yy x 可判断是否是状态参数可判断是否是状态参数强度参数：强度参数：与物质的量无关的参数与物质的量无关的参数 如如压力压力 p、温

4、度温度T广延参数：广延参数：与物质的量有关的参数与物质的量有关的参数可加性可加性 如如 质量质量m、容积容积 V、内能内能 U、焓焓 H、熵熵S比参数：比参数：比容比容VvmUum比比内能内能Hhm比比焓焓Ssm比比熵熵单位：单位：/kg /kmol 具有强度量的性质具有强度量的性质基本状态参数：可以直接或间接地用仪表测量的状态参数（方便测量）。温度（T）压力（P）比容（v）或密度（）温度的一般解释：冷热程度的度量。温度的微观概念：大量分子热运动的强烈程度。22mBT平均平动动能温度比例常数处于同一热平衡状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此相同，用于描述此宏观特征的物理量即为温度。温度的热

5、力学定义：是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量。热力学第零定律热力学第零定律（The Zeroth Law of Thermodynamics）如果两个系统分别与第三个系统处于如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡热平衡，则，则两个系统彼此必然处于两个系统彼此必然处于热平衡热平衡。温度测量的理论基础温度测量的理论基础热平衡热平衡（Thermal equilibrium）在没有外来影响没有外来影响的情况下，两物体相互作用最终达到相相同的冷热状况同的冷热状况。热力学第热力学第零零定律定律 1931年年 T热力学第热力学第一一定律定律 1840 1850年年 E热力学第热力学第二二定律定律

6、 1854 1855年年 S热力学第热力学第三三定律定律 1906年年 S基准基准温标：温度的数值标尺。需规定基本定点和每一度的数值。热力学温标（Kelvin scale）：纯水三相点温度为273.16K，每1K为水三相点温度的1/273.16。摄氏温标（Celsius scale）：1标准大气压下冰熔点温度为0，沸点温度为100。华氏温标（Fahrenheit scale）：将冰与盐混和后，所能达到的最低温度定为0，而概略的将人体温度定为100。朗肯温标（Rankine scale）：以绝对零度为起点的华氏温标O 273.15T Kt CO5(32)9t Ct F 459.67t Ft R2

7、22323mpnnBT微观概念：大量分子碰撞器壁的结果。单位面积上的压力分子浓度平均平动动能热力学温度比例常数阐明了气体压力的本质，揭示了气体压力与温度之间的内在联系。宏观定义：Fpf整个容器壁受到的力容器壁的总面积气体的压力：通常用垂直作用于器壁单位面积上的力来表示压力的大小，也叫气体的绝对压力。温度温度计计物质物质（水银，铂电阻水银，铂电阻）特性特性（体积膨胀，阻值体积膨胀，阻值）基准点基准点刻度刻度温标温标热力学第零定律热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。1 kPa=103 Pa 1bar=105 Pa1 MPa=106 Pa1 atm=

8、760 mmHg=1.013 105 Pa1 mmHg=133.3 Pa1 at=1 kgf/cm2=9.80665 104 PaSI规定压力单位为帕斯卡（Pa），1Pa1N/m2常用压力单位有：巴（bar），标准大气压（atm），工程大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）换算关系测压原理：测压仪表利用力平衡原理测量气体的压力。压力计指示的压力是气体绝对压力absolute pressure）与外界大气压力的差值，称为相对压力relative pressurepbpeppvp表压力（Gage pressure）：气体绝对压力大于外界大气压力时，相对压力为正压，又称表压力。

9、真空度（Vacuum pressure）：气体绝对压力小于外界大气压力时，相对压力为负压，又称真空度。ppb时，p=pbpep有足够时间恢复新平衡有足够时间恢复新平衡 准静态过程准静态过程Relaxation time例：例：活塞式内燃机活塞式内燃机 2000转转/分曲柄分曲柄 2冲程冲程/转，转，0.15米米/冲程冲程活塞运动速度活塞运动速度=2000 2 0.15/60=10 m/s压力波恢复平衡速度（声速）压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s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）一般的工程过程都可认为是

10、一般的工程过程都可认为是准静态过程准静态过程定义：系统经历某一过程后，如果能使系统与外界同时恢复到初始状态，而不留下任何痕迹，则此过程为可逆过程。A process that can reversed without leaving any trace on the surroundings.That is,both the system and the surroundings are returned to their initial states at the end of the reverse process.可逆过程只是指可能性，并不是可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初态的

11、过程。指必须要回到初态的过程。通过摩擦使功变热通过摩擦使功变热的效应的效应(摩阻，电阻，摩阻，电阻，非弹性变形，磁阻非弹性变形，磁阻等）等）准静态过程准静态过程 +无耗散效应无耗散效应 =可逆过程可逆过程无不平衡势差无不平衡势差 不平衡势差不平衡势差不可逆不可逆根源根源 耗散效应耗散效应 耗散效应耗散效应irreversibilityDissipative effect不等温传热Heat transfer节流过程(阀门）混合过程混合过程Mixing process自由膨胀自由膨胀Unrestrained expansion 准静态过程是实际过程的准静态过程是实际过程的理想化理想化过程，但并非过

12、程，但并非最优最优过过程，可逆过程是程，可逆过程是最优最优过程。过程。可逆过程的功与热可逆过程的功与热完全完全可用可用系统内系统内工质的工质的状态参数状态参数表表达，可不考虑系统与外界的复杂关系，易分析。达，可不考虑系统与外界的复杂关系，易分析。实际过程不是可逆过程，但为了研究方便，先按实际过程不是可逆过程，但为了研究方便，先按理想理想情况（情况（可逆过程可逆过程）处理，用系统参数加以分析，然后）处理，用系统参数加以分析，然后考虑不可逆因素加以考虑不可逆因素加以修正。修正。可逆过程可逆过程一定是一定是准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程不一定是不一定是可逆过程可逆过程可逆过程可逆过程准静态

13、过程准静态过程无耗散无耗散可逆过程可逆过程完全理想，热力过程分析时经常使用完全理想，热力过程分析时经常使用可可逆过程逆过程的概念。的概念。准静态过程准静态过程很少用。很少用。平衡状态平衡状态状态不变化状态不变化能量不能转换能量不能转换非平衡状态非平衡状态无法简单描述无法简单描述热力学引入热力学引入准静态准静态（准平衡准平衡）过程过程物理学中的功：物理学中的功：功力功力 在力方向上的位移在力方向上的位移 功功 广义广义力力 广义广义位移位移wFdxFpf可逆过程可逆过程wpfdxpdv功的定义功的定义wpdv21wpdv可逆过程的膨胀功可逆过程的膨胀功是过程量，是过程量，不是状态量不是状态量符号

14、规定：系统对外做功，符号规定：系统对外做功，w w0,0,外界对系统做功，外界对系统做功，w w0 0图1-12热量热量：热量热量是热力系与外界相互作用的另一种方式，是热力系与外界相互作用的另一种方式，在在温度温度的推动下，以微观的推动下，以微观无序无序运动方式传递的运动方式传递的能量。能量。热量热量 广义广义力力 广义广义位移位移qTds可逆过程传递的热量可逆过程传递的热量是过程量，是过程量，不是状态量不是状态量21qTds符号规定：系统吸热，符号规定：系统吸热，q q0,ds0,ds0；系统放热，系统放热，q q0,ds0,ds0图1-13能量传递方式能量传递方式 容积变化功容积变化功 传

15、热量传热量 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 温度温度 T 标志标志 dV,dv dS,ds 公式公式pdvw Tdsq pdvw Tdsq 条件条件 准静态或可逆准静态或可逆 可逆可逆pdVWTdSQp-v图也叫示功图，T-s图也叫示热图要实现要实现连续连续作功，必须构成作功，必须构成循环循环定义：定义：热力系统经过一系列变化回到初态，这一热力系统经过一系列变化回到初态，这一系列变化过程称为系列变化过程称为热力循环，热力循环，简称简称循环循环。A system is said to have undergone a cycle if it returns to

16、 its initial state at the end of the process循环由循环由过程过程构成构成不可逆循环不可逆循环可逆可逆过程过程不可逆不可逆循环循环可逆循环可逆循环净效应：净效应：对外作功对外作功净效应：净效应：吸热吸热顺时针方向顺时针方向净效应：净效应：对内作功对内作功净效应：净效应：放热放热逆时针方向逆时针方向WT1Q1Q2T2正循环：净效应（对外作功，吸热）正循环：净效应（对外作功，吸热）1WQ收 益净 功代 价吸 热动力循环：热效率动力循环：热效率12211111QQQWQQQ逆循环：净效应（对内作功，放热）逆循环：净效应（对内作功，放热）22112QQWQQ收 益吸 热代 价耗 功制冷循环：制冷循环：制冷系数制冷系数制热循环：制热循环：供热系数供热系数112121QQWQQ收益放热代价耗功211