第一讲-工程热力学概论和基本概念教学课件

第一讲第一讲 工程热力学概论和基本概念工程热力学概论和基本概念1、战鼓一响，法律无声。英国2、任何法律的根本；不，不成文法本身就是讲道理法律，也-即明示道理。爱科克3、法律是最保险的头盔。爱科克4、一个国家如果纲纪不正，其国风一定颓败。塞内加5、法律不能使人人平等，但是在法律面前人人是平等的。波洛克第二节第二节第二节第二节 热力学的发展概况和趋势热力学的发展概况和趋势热力学的发展概况和趋势热力学的发展概况和趋势一、热力学发展简史热力学的建立源于对热机效率的探索热力学第一定律的建立焦耳和迈尔测出热功当量热力学第二定律的建立1.卡诺循环和卡诺定理2.克劳修斯提出热力学温标3.波尔兹曼对热力学第二定律的统计学解释热力学第三定律和第零定律的建立6二、热力学的发展现状与趋势1.热力学理论不可逆过程热力学线性非平衡热力学、扩展不可逆过程热力学和耗散结构理论有限时间热力学分析过程进行的时间和速率问题，考察其净效应。统计热力学72.热力循环3.用分析4.热经济学5.节能技术6.低温工程7.边缘学科8第二章第二章第二章第二章 基本概念基本概念基本概念基本概念 第一节 热力系统一、系统、边界与外界系统：被划分出来的研究对象外界：系统之外的一切物体边界：系统与外界的分界面二、系统的类型1.按系统与外界交换的形式分类(1)开口系统：系统与外界有物质的交换，是否有物质和功的交换不限制。9(2)闭口系统控制质量系统，系统与外界没有物质交换。(3)绝热系统系统与外界没有热量交换(4)孤立系统系统与外界既没有物质交换也没有热和功的交换。1011实例分析122.按系统内部状况分(1)单相系和复相系相：系统中的工质物理和化学性质都一致的部分称为相。(2)单元系和多元系单元系：由一种化学成分组成，纯物质是单元系。多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统。(3)均匀系统与非均匀系统均匀系统：内部各部分化学成分和物理性质都均匀一致的系统。非均匀系统：由两个或两个以上的相组成的系统。13第二节第二节第二节第二节 热力状态及状态参数热力状态及状态参数热力状态及状态参数热力状态及状态参数一、状态与状态参数状态：热力系统在某一瞬间所处的宏观物理状态。状态参数：描述系统宏观特性的物理量。二、热力学平衡态1.平衡态在无外界影响的条件下，系统的状态不随时间变化。142.实现平衡态的条件热平衡的条件：温差的消失力学平衡的条件：力差的消失总结：系统内部不存在不平衡势差3.平衡与稳定、均匀的区别稳定不一定平衡，平衡必稳定。均匀必平衡，平衡不一定均匀。15三、热力状态参数常用状态参数：压力、温度、体积、热力学能、焓和熵。1.状态参数：状态的单值函数。尺度量：描述系统总体特征的状态参数，为各部分数值的总和。对于均匀系统，尺度量与系统的质量成正比。16强度量：描述系统内各点特征的状态参数。2.路径函数：变化量还与状态变化的过程有关，如功和热量。基本状态参数1.压力：工质指向系统表面单位面积上的垂直作用力。分子运动论的解释：气体的压力等于单位体积内的分子数与分子的平均移动动能乘积的2/3。17(1)压力的单位：帕(2)大气压力：随续度、高度以及空气的温度和水蒸气含量而变化。标准大气压：(3)表压力、真空度和绝对压力表压力=绝对压力-大气压力1819真空度=大气压力-绝对压力绝对压力：是系统的状态参数202.温度表示物体冷热程度的物理量(1)热平衡定律处于同一热平衡状态的所有热力系统必具有某一相同的宏观特性，这一特性即温度。两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则这两个系统之间必定处于热平衡。(2)温标摄氏温标21开尔文温标：水的三相点温度为273.16K3.比体积1 工质所占有的体积，称为比体积。四、状态公理独立变量的数目等于系统与外界进行能量交换方式的数目。22对于组元一定的闭口系统，可用准静态功的数目 ，加一个象征热传递方式的状态参数来确定。23第三节第三节第三节第三节 热力过程热力过程热力过程热力过程过程：从初始平衡到终了平衡所经历的一切状态称为过程。过程中所经历的过程为一系列非平衡态。一、准静态过程过程进行的时间远大于驰豫时间，则为准静态过程。24如果过程进行得足够缓慢，则封闭系统所经历的每一中间状态足够接近平衡态，这样的过程称为准静态过程。25二、可逆过程实际过程的不可逆因素：1.耗散效应通过磨擦使功变为热的现象2.有限温差下的热传递263.自由膨胀274.不同工质的混合28可逆过程的定义系统进行了一个过程以后，如系统和外界都能恢复到各自的初态，这样的过程称为可逆过程。也即系统内部平衡和无耗散效应的过程。三、状态方程和状态参数坐标图不考虑磁效应、电效应和表面效应的工质的封闭系统，其准静功只有体积功一种形式。此外还可能有热交换。只须两个独立的状态参数就可确定其状态。29基本状态参数的关系：30四、热力循环功能够自发地转换为热，而热不能自发地转换为功。工质从初态出发，经过一系列状态变化又回到初态，这种闭合过程称为循环。含有不可逆过程的循环称为不可逆循环，全部由可逆过程组成的循环称为可逆循环。31正向循环和逆向循环：动力循环：制冷循环和供热循环：32循环的经济性指标：工作系数=循环热效率：制冷系数：供热系数：3341、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。阿卜日法拉兹42、只有在人群中间，才能认识自己。德国43、重复别人所说的话，只需要教育；而要挑战别人所说的话，则需要头脑。玛丽佩蒂博恩普尔44、卓越的人一大优点是：在不利与艰难的遭遇里百折不饶。贝多芬45、自己的饭量自己知道。苏联