能量转换的基本概念和基本定律课件.ppt

1、a1第二章第二章 能量转换的基本概念能量转换的基本概念 和基本定律和基本定律a2第一节第一节 基本概念基本概念一一 热力系和工质热力系和工质 1、热力系、热力系 热力学中所研究的对象称热力学中所研究的对象称为热力学系统，简称热力系。为热力学系统，简称热力系。a3常见的热力系常见的热力系 (1)、闭口系：热力系与外界没有物质交换。（、闭口系：热力系与外界没有物质交换。（C.M)(2)、开口系：热力系与外界有物质交换。、开口系：热力系与外界有物质交换。(C.V)(3)、绝热系：热力系与外界无热量交换。、绝热系：热力系与外界无热量交换。(4)、孤立系：热力系与外界既无能量交换又无物质交换。、孤立系：

2、热力系与外界既无能量交换又无物质交换。(5)、简单可压缩系：热力系与外界只有一种体积变化功的交换。、简单可压缩系：热力系与外界只有一种体积变化功的交换。(6)、热源：无限大的热库，吸入热量和放出热量后，温度不变。、热源：无限大的热库，吸入热量和放出热量后，温度不变。a4热力系边界的特点热力系边界的特点 固定边界固定边界 移动边界移动边界 真实的边界界面真实的边界界面 假想的空间界面假想的空间界面a52、工质、工质 实现能量相互传递与转换的物质（介质）称为工质。实现能量相互传递与转换的物质（介质）称为工质。如：水蒸汽、如：水蒸汽、内燃机中工作的燃气内燃机中工作的燃气 制冷剂制冷剂 常用的气态物质

3、等。常用的气态物质等。a6二二 平衡状态及基本状态参数平衡状态及基本状态参数1、平衡状态、平衡状态 在没有外界影响的条件下，热力系的宏观性质不随时间变在没有外界影响的条件下，热力系的宏观性质不随时间变 化的状态称为平衡状态（平衡态）。化的状态称为平衡状态（平衡态）。若系统的各部分之间没有热量传递若系统的各部分之间没有热量传递,则系统处于则系统处于热平衡热平衡.若系统的各部分之间没有相对位移若系统的各部分之间没有相对位移,则系统处于则系统处于力平衡力平衡.处于平衡态的热力系，各处应具有均匀一致的温度、压力处于平衡态的热力系，各处应具有均匀一致的温度、压力等宏观物理量。等宏观物理量。实现实现热力平

4、衡态热力平衡态的条件（无化学反应等其它不平衡势）：的条件（无化学反应等其它不平衡势）：温度平衡（热平衡）。温度平衡（热平衡）。压力平衡（力平衡）。压力平衡（力平衡）。处于平衡态的热力系可用确定的压力、温度等宏观的物处于平衡态的热力系可用确定的压力、温度等宏观的物 理量来描述。理量来描述。a72、状态参数及其特点、状态参数及其特点 状态参数；状态参数；描述热力系统所外状态的宏观物理量。描述热力系统所外状态的宏观物理量。状态参数的特征：状态参数的特征：只取决于状态，与过程（路径）无关。只取决于状态，与过程（路径）无关。数学特征数学特征21120XXdXdX 强度量状态参数：强度量状态参数：与系统内

5、所含工质数量无关的状态参数。与系统内所含工质数量无关的状态参数。广延量状态参数：广延量状态参数：与系统内所含工质数量有关的状态参数。与系统内所含工质数量有关的状态参数。a83、基本状态参数、基本状态参数(1)、比体积、比体积 单位单位 m3/kg 密度密度mVv 1vVma9 (2)、压力（压强）、压力（压强）单位：单位：Pa 压力的国际制单位：压力的国际制单位：1 MPa=103 kPa=106 Pa 其它非国际制压力单位：其它非国际制压力单位：标准大气压标准大气压 atm：1 atm=101325 Pa 工程大气压工程大气压 at(kgf/cm2);：1 at=9.8067 104Pa 巴

6、巴 bar，毫巴，毫巴mbar 1 bar 1000 mbar105 Pa 毫米汞柱毫米汞柱 mmHg：1mmHg133.32 Pa 毫米水柱毫米水柱 mmH2O：1mmH2O9.8067 PaAFp a10 压力的测量（压力的测量（1）当当 p pb 时时，p=pb+pg p g 称为表压（压力表）称为表压（压力表）当当 p 0;极限情况（发生可逆变化）熵保持不变极限情况（发生可逆变化）熵保持不变,dSiso=0;使孤立系熵减小的过程不可能出现。简言之，孤立系统的嫡可使孤立系熵减小的过程不可能出现。简言之，孤立系统的嫡可以增大或保持不变，但不可能减少。这一结论即以增大或保持不变，但不可能减少

7、。这一结论即孤立孤立系统熵增系统熵增原理原理，简称熵增原理。，简称熵增原理。注意注意：熵增原理只适用于孤立系统。至于非孤立系，或者：熵增原理只适用于孤立系统。至于非孤立系，或者孤立系中某个物体，它们在过程中可以吸热也可以放热，孤立系中某个物体，它们在过程中可以吸热也可以放热，所以它们的熵既可能增大、可能不所以它们的熵既可能增大、可能不变，也可能减小。变，也可能减小。a64熵增原理的实质熵增原理的实质一、熵增原理阐明了过程进行的方向，即一、熵增原理阐明了过程进行的方向，即dSiso0。二、二、熵增原理指出了热过程进行的限度，即熵增原理指出了热过程进行的限度，即dSiso0。三、熵增原理揭示了热过

8、程进行的条件（孤立系的热过程中三、熵增原理揭示了热过程进行的条件（孤立系的热过程中 有部分物体熵减小，必有部分物体的熵增大的相伴随）。有部分物体熵减小，必有部分物体的熵增大的相伴随）。熵增原理全面地、透彻地揭示了热过程进行的方向、限度和熵增原理全面地、透彻地揭示了热过程进行的方向、限度和条件，这些正是热力学第二定律的实质。由于热力学第二定律的条件，这些正是热力学第二定律的实质。由于热力学第二定律的各种说法都可以归结为熵增原理，又总能将任何系统与相关物体、各种说法都可以归结为熵增原理，又总能将任何系统与相关物体、相关环境一起归人一个孤立系统，所以可以认为式相关环境一起归人一个孤立系统，所以可以认

9、为式(5一一20a)，即，即 是热力学第二定律数学表达式的一种最基本的形式。是热力学第二定律数学表达式的一种最基本的形式。0isodSa65热力学第二定律数学表达式热力学第二定律数学表达式r0 QT 循环r QdST闭口系ad 0 dS绝热系闭口系iso0 dS孤立系a66六六 熵产与作功能力损失熵产与作功能力损失 由于摩擦等耗散效应而损失的机械功称耗散功，以由于摩擦等耗散效应而损失的机械功称耗散功，以Wl表示。表示。当孤立系统内部存在不可逆耗散效应时，耗散功转化为热量，当孤立系统内部存在不可逆耗散效应时，耗散功转化为热量，称为耗散热，以称为耗散热，以Qg表示。这时表示。这时Qg=Wl,它由孤

10、立系内某个它由孤立系内某个(或或某些某些)物体吸收，引起物体的熵增大，称为熵产物体吸收，引起物体的熵增大，称为熵产Sg。可逆过程因。可逆过程因无耗散热，故熵产为零。设吸热时物体温度为无耗散热，故熵产为零。设吸热时物体温度为T,则则 耗散功转化的热能，如果全部被一个温度与环境温度耗散功转化的热能，如果全部被一个温度与环境温度T0相同相同的物体吸收，它将不再具有作出有用功的能力，或者说作功能力的物体吸收，它将不再具有作出有用功的能力，或者说作功能力丧失殆尽。作功能力损失以丧失殆尽。作功能力损失以I表示表示,d IWI。因而，可得出孤立。因而，可得出孤立系统的熵增与作功能力损失（亦即后文的烟损失）的

11、关系为系统的熵增与作功能力损失（亦即后文的烟损失）的关系为0W glSTTQdSg)225()225(g0iso00iso0iso0isoaSTSTITdSITISTIdS或或a67七七 熵方程熵方程一、闭口系的熵方程一、闭口系的熵方程gf,Qgr (256)QdSSSSTf,Qg SSS 二、开口系的熵方程二、开口系的熵方程 gmf,Qf,gfCVSSSSSdSCViieegr QdSs msmSTa68稳定流动时稳定流动时CVe f,Qg0,()ieidSmmmssmSS则21f,Qg()ss mSS或写成或写成对于对于1kg工质工质21f,Qgssss对于绝热过程对于绝热过程21gsss

12、a69八八 热量的可用能（热量的可用能（火用火用）与不可用能（）与不可用能（火无火无）热量中能最大可能转变为机械能（或功）的部热量中能最大可能转变为机械能（或功）的部分称为热量中的分称为热量中的火用火用（有效能、可用能（有效能、可用能）；）；无论怎样都不能转变为功的部分称为热量中无论怎样都不能转变为功的部分称为热量中的的火无火无（无效能、不可用能）。（无效能、不可用能）。Qx,E Qn,Aa701、恒温热源放出热量的、恒温热源放出热量的火用火用QTTE)1(0Qx,QTTE)1(0Qx,热量热量Q中的可用能为中的可用能为热量热量Q中的不可用能为中的不可用能为TQTQTTEQA00Qx,Qn,T

13、QTA0Qn,a71在在Ts图上可用面积表法图上可用面积表法STQE0Qx,STA0Qn,a722、变温热源放出热量的、变温热源放出热量的火用火用QTTE)1(0Qx,热量热量Q中的可用能为中的可用能为热量热量Q中的不可用能为中的不可用能为210Qn,TQTATQTA0Qn,210Qx,)1(QTTESTQE0Qx,STA0Qn,同样同样a733、冷量、冷量火用火用 当热源温度低于环境温度当热源温度低于环境温度T0时，时，系统吸入热量系统吸入热量Q0时作出的最大有用时作出的最大有用功称为冷量功称为冷量火用火用，用，用Ex,Q0表示表示(1)、恒温热源、恒温热源QTTE)1(0Qx,0由能量守恒关系得由能量守恒关系得0Qx,0QEQ0 x,Q0000(1)TEQTSQT 从而有从而有冷量冷量火火无为循环从环境的吸热量无为循环从环境的吸热量,即即STA0Qn,0a74(2)、变温热源、变温热源QTTE)1(0Qx,0a75请看思考题请看思考题