工程热力学热力学基础知识课件

第一章第一章 热力学基础知识热力学基础知识第一篇第一篇 工程热力学工程热力学1第一章 热力学基础知识第一篇 工程热力学1本章主要内容本章主要内容n n工质和热力系工质和热力系n n状态和基本状态参数状态和基本状态参数n n平衡状态和热力过程平衡状态和热力过程n n功和热量功和热量2本章主要内容工质和热力系21-1 1-1 工质和热力系工质和热力系火电厂为什么采用水蒸气作为工质火电厂为什么采用水蒸气作为工质？一、工质、热机、热源与冷源一、工质、热机、热源与冷源1.热机热机：实现热能转换为机械能的设备。实现热能转换为机械能的设备。实现热能转换为机械能的设备。实现热能转换为机械能的设备。(如电厂中的汽轮机、内燃机等如电厂中的汽轮机、内燃机等如电厂中的汽轮机、内燃机等如电厂中的汽轮机、内燃机等)2.2.工质工质：实现能量转换的媒介物质。实现能量转换的媒介物质。实现能量转换的媒介物质。实现能量转换的媒介物质。对工质的要求：对工质的要求：1 1 1 1）良好的膨胀性；）良好的膨胀性；）良好的膨胀性；）良好的膨胀性；2 2 2 2）流动性好；）流动性好；）流动性好；）流动性好；3 3 3 3）性质稳定，安全性好；）性质稳定，安全性好；）性质稳定，安全性好；）性质稳定，安全性好；4 4 4 4）热容量大；）热容量大；）热容量大；）热容量大；5 5 5 5）对环境友善；）对环境友善；）对环境友善；）对环境友善；6 6 6 6）价廉，易大量获取。）价廉，易大量获取。）价廉，易大量获取。）价廉，易大量获取。31-1 工质和热力系火电厂为什么采用水蒸气作为工质？一、工3.3.高温热源高温热源：不断向工质提供热能的物体（不断向工质提供热能的物体（不断向工质提供热能的物体（不断向工质提供热能的物体（热源热源热源热源）。如电厂锅炉中的高温烟气。如电厂锅炉中的高温烟气。如电厂锅炉中的高温烟气。如电厂锅炉中的高温烟气。4.4.低温热源低温热源：不断接收工质排不断接收工质排不断接收工质排不断接收工质排放剩余热能的物放剩余热能的物放剩余热能的物放剩余热能的物体（体（体（体（冷源冷源冷源冷源）。）。）。）。如凝汽器中如凝汽器中如凝汽器中如凝汽器中的冷却水。的冷却水。的冷却水。的冷却水。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43.高温热源：不断向工质提供热能的物体（热源）。如电厂锅炉中n n热能动力装置的热能动力装置的工作过程：工作过程：工质从高温工质从高温热源吸取热能，热源吸取热能，将其中的一部分将其中的一部分转化为机械能而转化为机械能而作功，并把余下作功，并把余下的另一部分传给的另一部分传给低温热源的过程。低温热源的过程。55二、热力系二、热力系 1.1.热力系定义：热力系定义：热力系：热力系：热力系：热力系：人为划分的热力学研究对象。人为划分的热力学研究对象。人为划分的热力学研究对象。人为划分的热力学研究对象。（简称系统）（简称系统）（简称系统）（简称系统）外界：外界：外界：外界：系统外与之相关的一切其他物质。系统外与之相关的一切其他物质。系统外与之相关的一切其他物质。系统外与之相关的一切其他物质。边界：边界：边界：边界：系统与外界的分界面。系统与外界的分界面。系统与外界的分界面。系统与外界的分界面。6二、热力系 1.热力系定义：6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）2.2.热力系分类：热力系分类：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 1 1）绝热系绝热系绝热系绝热系：与外界无热量交换；：与外界无热量交换；：与外界无热量交换；：与外界无热量交换；2 2 2 2）孤立系孤立系孤立系孤立系：与外界既无能量（功量、热量）交：与外界既无能量（功量、热量）交：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。换，又无质量交换的系统。换，又无质量交换的系统。7按系统与外界的物质交换情况分：2.热力系分类：根据系统与外界1-2 1-2 状态及基本状态参数状态及基本状态参数l l 基本状态参数基本状态参数基本状态参数基本状态参数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）；）；l l 导出状态参数导出状态参数导出状态参数导出状态参数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）。一、热力状态及状态参数一、热力状态及状态参数1.1.热力状态热力状态：热力系统（工质）在某一瞬间所呈：热力系统（工质）在某一瞬间所呈：热力系统（工质）在某一瞬间所呈：热力系统（工质）在某一瞬间所呈现的宏观物理特性（简称状态）。现的宏观物理特性（简称状态）。现的宏观物理特性（简称状态）。现的宏观物理特性（简称状态）。2.2.状态参数状态参数：描述系统或工质状态特征的宏观物：描述系统或工质状态特征的宏观物：描述系统或工质状态特征的宏观物：描述系统或工质状态特征的宏观物理量。理量。理量。理量。（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。）81-2 状态及基本状态参数 基本状态参数可以直接测量得到状态参数特点状态参数特点u 状态参数仅决定于状态，状态参数仅决定于状态，状态参数仅决定于状态，状态参数仅决定于状态，即对应某确定的状态，即对应某确定的状态，即对应某确定的状态，即对应某确定的状态，就有一组状态参数；反之，一组确定的状态参就有一组状态参数；反之，一组确定的状态参就有一组状态参数；反之，一组确定的状态参就有一组状态参数；反之，一组确定的状态参数就可以确定一个状态；其数值仅决定于状态，数就可以确定一个状态；其数值仅决定于状态，数就可以确定一个状态；其数值仅决定于状态，数就可以确定一个状态；其数值仅决定于状态，而与达到该状态的途径无关。因此，状态参数而与达到该状态的途径无关。因此，状态参数而与达到该状态的途径无关。因此，状态参数而与达到该状态的途径无关。因此，状态参数的变化量可表示为（式中的变化量可表示为（式中的变化量可表示为（式中的变化量可表示为（式中x x x x表示任一状态参数）：表示任一状态参数）：表示任一状态参数）：表示任一状态参数）：u 工质经历一个循环，则其所有状态参数的变工质经历一个循环，则其所有状态参数的变工质经历一个循环，则其所有状态参数的变工质经历一个循环，则其所有状态参数的变化量均为零，其数学表达式如下：化量均为零，其数学表达式如下：化量均为零，其数学表达式如下：化量均为零，其数学表达式如下：9状态参数特点 状态参数仅决定于状态，即对应某确定的状态，就有 1.1.压力压力二、基本状态参数二、基本状态参数l 物理学上：物理学上：单位面积上受到的垂直作用力，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。10 1.压力二、基本状态参数 物理学上：单位面积上受到的垂 绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力（p p p p）：气体的真实压力。）：气体的真实压力。）：气体的真实压力。）：气体的真实压力。大气压力大气压力大气压力大气压力（p p p pambambambamb或或或或p p p pb b b b）：大气环境对物体的作用力。：大气环境对物体的作用力。：大气环境对物体的作用力。：大气环境对物体的作用力。相对压力相对压力相对压力相对压力：指相对于环境大气压力的差值，即测压仪表的：指相对于环境大气压力的差值，即测压仪表的：指相对于环境大气压力的差值，即测压仪表的：指相对于环境大气压力的差值，即测压仪表的读数，分读数，分读数，分读数，分表压力和真空度表压力和真空度表压力和真空度表压力和真空度。压力的测量压力的测量常用测压仪表有：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）11 压力的测量常用测压仪表有：弹簧管式压力表11表压力与真空度表压力与真空度l l表压力：表压力：表压力：表压力：当气体的压力高于大气压力时（称为正当气体的压力高于大气压力时（称为正当气体的压力高于大气压力时（称为正当气体的压力高于大气压力时（称为正压），压力表的读数（压），压力表的读数（压），压力表的读数（压），压力表的读数（p p p pg g g g）。计算式：计算式：计算式：计算式：p=pp=pp=pp=pg g g g+p+p+p+pb b b bl l真空度：真空度：真空度：真空度：当气体的压力低于大气压力时（称为负当气体的压力低于大气压力时（称为负当气体的压力低于大气压力时（称为负当气体的压力低于大气压力时（称为负压），压力表的读数（压），压力表的读数（压），压力表的读数（压），压力表的读数（p p p pv v v v）。计算式：计算式：计算式：计算式：p=pp=pp=pp=pb b b b-p-p-p-pv v v vp p p p、p p p pg g g g、p p p pv v v v都可作为工质的状态参数吗？都可作为工质的状态参数吗？都可作为工质的状态参数吗？都可作为工质的状态参数吗？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！12表压力与真空度表压力：当气体的压力高于大气压力时（称为正压）压力的单位压力的单位（1 1 1 1）国际单位制国际单位制国际单位制国际单位制：1 1 1 1帕帕帕帕=1Pa=1N/m=1Pa=1N/m=1Pa=1N/m=1Pa=1N/m2 2 2 2 1 1 1 1千帕千帕千帕千帕=1kPa=10=1kPa=10=1kPa=10=1kPa=103 3 3 3PaPaPaPa 1 1 1 1兆帕兆帕兆帕兆帕=1MPa=10=1MPa=10=1MPa=10=1MPa=106 6 6 6PaPaPaPa（2 2 2 2）工程中可用）工程中可用）工程中可用）工程中可用液柱高液柱高液柱高液柱高和和和和工程大气压工程大气压工程大气压工程大气压表示压力大小。表示压力大小。表示压力大小。表示压力大小。1mmHg133.3Pa 1mmHg133.3Pa 1mmHg133.3Pa 1mmHg133.3Pa 1mmH1mmH1mmH1mmH2 2 2 2o9.81Pao9.81Pao9.81Pao9.81Pa 1 1 1 1工程大气压工程大气压工程大气压工程大气压=1at=1kgf/cm=1at=1kgf/cm=1at=1kgf/cm=1at=1kgf/cm2 2 2 20.1MPa0.1MPa0.1MPa0.1MPa （3 3 3 3）标准大气压标准大气压标准大气压标准大气压：指纬度为：指纬度为：指纬度为：指纬度为45454545o o o o海平面上的常年平海平面上的常年平海平面上的常年平海平面上的常年平均气压（物理大气压）均气压（物理大气压）均气压（物理大气压）均气压（物理大气压）1 1 1 1标准大气压标准大气压标准大气压标准大气压=1atm=760mmHg=101325pa=1atm=760mmHg=101325pa=1atm=760mmHg=101325pa=1atm=760mmHg=101325pa13压力的单位（1）国际单位制：1帕=1Pa=1N/m2132.2.温度温度（1 1）定义：）定义：标志物体冷热程度的物理量。标志物体冷热程度的物理量。标志物体冷热程度的物理量。标志物体冷热程度的物理量。（2 2）物理意义：）物理意义：反映物质内部分子作不规则热反映物质内部分子作不规则热反映物质内部分子作不规则热反映物质内部分子作不规则热运动的剧烈程度，也即分子平均动能的大小。运动的剧烈程度，也即分子平均动能的大小。运动的剧烈程度，也即分子平均动能的大小。运动的剧烈程度，也即分子平均动能的大小。142.温度（2）物理意义：反映物质内部分子作不规则热运动的剧烈（3 3）温标：）温标：温度的数值标尺。温度的数值标尺。温度的数值标尺。温度的数值标尺。温标的建立必须确温标的建立必须确定其定其基准点基准点基准点基准点和和分度方法分度方法分度方法分度方法，常用的有两种温标：常用的有两种温标：常用的有两种温标：常用的有两种温标：n 摄氏温标摄氏温标摄氏温标摄氏温标（t t，）：纯水在纯水在1atm1atm下，下，l 热力学温标热力学温标热力学温标热力学温标（绝对温标（绝对温标（绝对温标（绝对温标/开尔文温标）开尔文温标）开尔文温标）开尔文温标）（T T，K K）：以水的以水的以水的以水的三相点三相点三相点三相点为基准点，并规定为为基准点，并规定为为基准点，并规定为为基准点，并规定为273.16 273.16 KK。冰点冰点0 沸点沸点100100划分划分100等份等份F 相互关系相互关系：基准点不同，但分度一样，即：基准点不同，但分度一样，即：基准点不同，但分度一样，即：基准点不同，但分度一样，即t=Tt=T T T t t+273.15+273.15 K K15冰点0 沸点100划分100等份 相互关系：基准点不同，3.3.比体积（比容）比体积（比容）比体积比体积v v：单位质量工质所占有的体积单位质量工质所占有的体积单位质量工质所占有的体积单位质量工质所占有的体积。v=v=v=v=V/mV/m (单位：单位：单位：单位：m m m m3 3 3 3/kg)/kg)/kg)/kg)n密度密度：单位体积内工质的质量。单位体积内工质的质量。单位体积内工质的质量。单位体积内工质的质量。=m/V m/V (单位：单位：单位：单位：kg/m kg/m kg/m kg/m3 3 3 3)n n 相互关系：相互关系：v=1v=1n n 物理意义：物理意义：二者均反映物质内部分子聚集的疏二者均反映物质内部分子聚集的疏二者均反映物质内部分子聚集的疏二者均反映物质内部分子聚集的疏密程度，即分子间平均距离的大小。密程度，即分子间平均距离的大小。密程度，即分子间平均距离的大小。密程度，即分子间平均距离的大小。163.比体积（比容）比体积v：单位质量工质所占有的体积。相互例题分析例题分析 例例例例1-1 1-1 1-1 1-1 如图所示如图所示如图所示如图所示,用水银压力计用水银压力计用水银压力计用水银压力计测量凝汽器的压力，已知测压测量凝汽器的压力，已知测压测量凝汽器的压力，已知测压测量凝汽器的压力，已知测压计读数为计读数为计读数为计读数为706mmHg706mmHg706mmHg706mmHg，当地大气压，当地大气压，当地大气压，当地大气压p p p pb b b b98.07kPa98.07kPa98.07kPa98.07kPa，求凝汽器内蒸汽，求凝汽器内蒸汽，求凝汽器内蒸汽，求凝汽器内蒸汽的绝对压力。的绝对压力。的绝对压力。的绝对压力。解解：凝汽器内真空为：凝汽器内真空为：凝汽器内真空为：凝汽器内真空为：p p p pv v v v=706133.3=94110(Pa)=706133.3=94110(Pa)=706133.3=94110(Pa)=706133.3=94110(Pa)则绝对压力为：则绝对压力为：则绝对压力为：则绝对压力为：p p p pp p p pb b b b-p-p-p-pv v v v98070941109807094110980709411098070941103960(Pa)3960(Pa)3960(Pa)3960(Pa)F说明说明说明说明：在压力计算中，各量单位应：在压力计算中，各量单位应：在压力计算中，各量单位应：在压力计算中，各量单位应换算统一后才能相加减！换算统一后才能相加减！换算统一后才能相加减！换算统一后才能相加减！17例题分析 例1-1 如图所示,用水银压力计测量凝汽器的压力，例例例例1-2 1-2 1-2 1-2 一台型号一台型号一台型号一台型号HGl021HGl021HGl021HGl02118.254018.254018.254018.2540540540540540的锅炉，其的锅炉，其的锅炉，其的锅炉，其中中中中18.218.218.218.2指的是蒸汽的表压力为指的是蒸汽的表压力为指的是蒸汽的表压力为指的是蒸汽的表压力为18.2MPa18.2MPa18.2MPa18.2MPa，当地大气压，当地大气压，当地大气压，当地大气压为为为为750mmHg750mmHg750mmHg750mmHg，试求蒸汽的绝对压力为多少，试求蒸汽的绝对压力为多少，试求蒸汽的绝对压力为多少，试求蒸汽的绝对压力为多少?解：解：根据根据根据根据p=pp=pp=pp=pb b b b+p+p+p+pg g g g，则蒸汽的绝对压力为，则蒸汽的绝对压力为，则蒸汽的绝对压力为，则蒸汽的绝对压力为 p=p=p=p=750133.3750133.3750133.3750133.3十十十十18.2l018.2l018.2l018.2l06 6 6 6=18.310=18.310=18.310=18.3106 6 6 6(Pa)(Pa)(Pa)(Pa)18.3MPa18.3MPa18.3MPa18.3MPaF说明说明说明说明：在火力发电厂的设备型号中，通常有表示压：在火力发电厂的设备型号中，通常有表示压：在火力发电厂的设备型号中，通常有表示压：在火力发电厂的设备型号中，通常有表示压力的参数；在不同设备型号中，其含义不尽相同。力的参数；在不同设备型号中，其含义不尽相同。力的参数；在不同设备型号中，其含义不尽相同。力的参数；在不同设备型号中，其含义不尽相同。18例1-2 一台型号HGl02118.2540540的锅1-3 1-3 平衡状态和热力过程平衡状态和热力过程1 1、平衡状态、平衡状态（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。一、平衡状态、状态方程和参数坐标图一、平衡状态、状态方程和参数坐标图（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组成热力系统的各部分之间没有热量的传递。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匀一致，具有确定的数值）191-3 平衡状态和热力过程1、平衡状态一、平衡状态、状态方程2 2、状态方程式、状态方程式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状态方程状态方程。对于对于对于对于简单可压缩系统简单可压缩系统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（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），只需两个两个两个两个独立的状态独立的状态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 p p、v v v v、T T T T中，只要其中，只要其中，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)p=f(v,T)p=f(v,T)，表示成隐函数形式为：，表示成隐函数形式为：，表示成隐函数形式为：，表示成隐函数形式为：f(p,v,T)=0f(p,v,T)=0f(p,v,T)=0f(p,v,T)=0。202、状态方程式状态参数之间的函数关系式称为状态方程。203 3、参数坐标图参数坐标图 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：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-vp-vp-v图、图、图、图、T-sT-sT-sT-s图及图及图及图及h-sh-sh-sh-s图等。图等。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。213、参数坐标图 热力工程中常用的参数坐标图二、热力过程二、热力过程 1 1、热力过程定义热力过程定义：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、热力过程分类热力过程分类l 按过程中系统内部状态特点分按过程中系统内部状态特点分按过程中系统内部状态特点分按过程中系统内部状态特点分：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平衡状态状态的过程。的过程。（准平衡过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连续实线续实线表示）表示）22二、热力过程 1、热力过程定义：热力学状态连续变化的历程。n n 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态准静态过程过程。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非平衡过程。只有准平衡过程才能用热力学方法进行分析研究。分析研究。23 实际过程按准平衡过程处理的条件：l按系统与外界作用产生的效果分按系统与外界作用产生的效果分按系统与外界作用产生的效果分按系统与外界作用产生的效果分：可逆过程与不可逆过程：可逆过程与不可逆过程：一个过程进行一个过程进行一个过程进行一个过程进行完以后，若能使其沿原路返回至初态，并使完以后，若能使其沿原路返回至初态，并使完以后，若能使其沿原路返回至初态，并使完以后，若能使其沿原路返回至初态，并使系系系系统统统统和和和和外界外界外界外界都不发生任何改变，则这一过程称为都不发生任何改变，则这一过程称为都不发生任何改变，则这一过程称为都不发生任何改变，则这一过程称为可逆过程可逆过程可逆过程可逆过程，否则称为，否则称为，否则称为，否则称为不可逆过程不可逆过程不可逆过程不可逆过程。24按系统与外界作用产生的效果分：24n 可逆过程的实现条件可逆过程的实现条件：1 1 1 1）过程必须是准平衡过程；）过程必须是准平衡过程；）过程必须是准平衡过程；）过程必须是准平衡过程；2 2 2 2）作机械运动时不存在摩擦；）作机械运动时不存在摩擦；）作机械运动时不存在摩擦；）作机械运动时不存在摩擦；3 3 3 3）传热无温差。）传热无温差。）传热无温差。）传热无温差。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25 可逆过程的实现条件：可逆过程准平衡过程无能量耗散25分析研究可逆过程的意义分析研究可逆过程的意义 可逆过程是一个理想过程可逆过程是一个理想过程可逆过程是一个理想过程可逆过程是一个理想过程，自然界中一切，自然界中一切，自然界中一切，自然界中一切实际过程（如传热、混合、扩散、渗透、溶解、实际过程（如传热、混合、扩散、渗透、溶解、实际过程（如传热、混合、扩散、渗透、溶解、实际过程（如传热、混合、扩散、渗透、溶解、燃烧、电加热等）均为不可逆过程。燃烧、电加热等）均为不可逆过程。燃烧、电加热等）均为不可逆过程。燃烧、电加热等）均为不可逆过程。可逆过程可逆过程可逆过程可逆过程是实际过程完善度的标准是实际过程完善度的标准是实际过程完善度的标准是实际过程完善度的标准。可逆过程的概念为。可逆过程的概念为。可逆过程的概念为。可逆过程的概念为热力学分析提供了很大的方便，利用这一概念热力学分析提供了很大的方便，利用这一概念热力学分析提供了很大的方便，利用这一概念热力学分析提供了很大的方便，利用这一概念可以将复杂的实际过程近似简化为一个理想的可以将复杂的实际过程近似简化为一个理想的可以将复杂的实际过程近似简化为一个理想的可以将复杂的实际过程近似简化为一个理想的可逆过程加以研究，然后再进行适当的修正，可逆过程加以研究，然后再进行适当的修正，可逆过程加以研究，然后再进行适当的修正，可逆过程加以研究，然后再进行适当的修正，所以研究可逆过程在理论上具有十分重要的意所以研究可逆过程在理论上具有十分重要的意所以研究可逆过程在理论上具有十分重要的意所以研究可逆过程在理论上具有十分重要的意义。义。义。义。26分析研究可逆过程的意义 可逆过程是一个理想1-4 1-4 功和热量功和热量 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：作功作功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）传热传热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）271-4 功和热量 热力系与外界进行能量交换有两种方式：271 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W WFxFx 热力学中对功的定义：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）一、气体的功一、气体的功功的正负规定：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。281、功的定义 一、气体的功功的正负规定：热力学中规定，膨胀2 2、功的符号和单位、功的符号和单位功的符号：功的符号：功的符号：功的符号：用用W W W W表示表示功的单位：功的单位：功的单位：功的单位：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）1J=1N.m1J=1N.m1J=1N.m1J=1N.m 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；1kWh=3600kJ1kWh=3600kJ1kWh=3600kJ1kWh=3600kJ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w w表表示，单位用示，单位用J/kgJ/kg或或kJ/kgkJ/kg。(w=W/mw=W/mw=W/mw=W/m)装机容量为装机容量为装机容量为装机容量为300MW300MW300MW300MW的汽轮发电机组连续工作一的汽轮发电机组连续工作一的汽轮发电机组连续工作一的汽轮发电机组连续工作一天的发电量是多少天的发电量是多少天的发电量是多少天的发电量是多少kWhkWhkWhkWh？7.2106kWh292、功的符号和单位比功：1kg气体与外界交换的功称为比功，用3 3、可逆过程的体积变化功计算与、可逆过程的体积变化功计算与p-vp-v图图303、可逆过程的体积变化功计算与p-v图30=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功与功与p-vp-v图图F结论结论结论结论：p-vp-v图又称为图又称为示功图示功图；功是过程量功是过程量功是过程量功是过程量。31=p-v图中的过程曲线在v坐标上的投影面积功与p-v图结论：二、热量二、热量1.1.热量的定义：热量的定义：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。n热量和热能不同，热量热量和热能不同，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，故热量也是过程量热量也是过程量；而；而热能热能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，是状态参数。于状态，是状态参数。n热量的正负规定：热量的正负规定：热力学中规定，工质从热力学中规定，工质从外界吸热，热量为正；工质向外界放热，外界吸热，热量为正；工质向外界放热，热量为负。热量为负。32二、热量1.热量的定义：工程热力学中把依靠温差而通过边界传递2.2.热量的符号与单位热量的符号与单位n n热量热量：用用Q Q表示，国际单位制中，热量的表示，国际单位制中，热量的单位是焦（耳），用单位是焦（耳），用J J表示。工程上常用表示。工程上常用千焦千焦（kJkJ）表示，表示，1kJ=1000J1kJ=1000Jn n比热量比热量：1kg1kg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。（。（q=Q/mq=Q/m）332.热量的符号与单位333 3.热量的计算热量的计算 既然可逆过程中体积的变化是作功的标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志，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。我们状态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就定义这个新的状态参数为“熵熵”,”,以符号以符号S S表示，而且这个参数具有下列性质：表示，而且这个参数具有下列性质：n n熵的定义式：熵的定义式：微元微元可逆过程可逆过程中，中，dS=dS=Q/TQ/T，单单位：位：kJ/kkJ/k或或J/kJ/kn n比熵：比熵：s=S/m,s=S/m,则则ds=ds=q/Tq/T，单位：单位：kJ/kJ/（kg.kkg.k）或）或J/J/（kg.kkg.k）343.热量的计算 既然可逆过程中体积的变化是作功的热量与热量与T-s图图 由熵的定义式：由熵的定义式：由熵的定义式：由熵的定义式：ds=ds=ds=ds=q/T q/T q/T q/T 可知，可知，可知，可知，所以所以所以所以在可逆过程中熵的变化可表示热流方向在可逆过程中熵的变化可表示热流方向在可逆过程中熵的变化可表示热流方向在可逆过程中熵的变化可表示热流方向，即，即，即，即 1 1 1 1）熵增加：表示系统吸收热量；）熵增加：表示系统吸收热量；）熵增加：表示系统吸收热量；）熵增加：表示系统吸收热量；2 2 2 2）熵减小：表示系统放出热量；）熵减小：表示系统放出热量；）熵减小：表示系统放出热量；）熵减小：表示系统放出热量；3 3 3 3）熵不变：表示系统与外界没有热量的传递。）熵不变：表示系统与外界没有热量的传递。）熵不变：表示系统与外界没有热量的传递。）熵不变：表示系统与外界没有热量的传递。F结论结论结论结论：过程中系统与外过程中系统与外过程中系统与外过程中系统与外界交换的热量可用界交换的热量可用界交换的热量可用界交换的热量可用T-sT-sT-sT-s图上图上图上图上过程曲线在过程曲线在过程曲线在过程曲线在s s s s坐标轴上的投坐标轴上的投坐标轴上的投坐标轴上的投影面积来表示，因此影面积来表示，因此影面积来表示，因此影面积来表示，因此T-sT-sT-sT-s图图图图又称为又称为又称为又称为示热图示热图示热图示热图。35热量与T-s图 结论：过程中系统与外界交换的功与热量的比较功与热量的比较 功功 热量热量性质性质 过程量过程量 过程量过程量推动力推动力 压力压力 p p 温度温度T T标志标志 d dV V,d,dv v d dS S,d,ds s公式公式条件条件 可逆过程可逆过程 可逆过程可逆过程36功与热量的比较 功 课堂作业课堂作业教材教材P31.P31.习题习题1-21-2、1-31-337课堂作业教材P31.习题1-2、1-337本章小结本章小结n n热机、工质、热源、冷源、热力系热机、工质、热源、冷源、热力系n 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 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 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 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38本章小结热机、工质、热源、冷源、热力系38热力学中两种常见热力系热力学中两种常见热力系39热力学中两种常见热力系39404041414242可逆过程可逆过程43可逆过程434444