热力学第一章热力系统

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,第一章 基本概念,热机种类,:,发电（火力、核能）,蒸汽动力装置,车辆发动机（内燃机）,轮船发动机（燃气轮机,）,燃气动力装置,航空发动机,制冷、空调,1-1,热能在热机中转变成机械能的过程,1-2,热力系统,热力系统,(,热力系、系统,),：人为地,研究对象,外界,：系统以外的所有物质,1,、系统与边界,边界,(,界面,),：系统与外界的分界面,系统,与,外界,的作用都通过,边界,热力系统选取的人为性,锅,炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,只交换功,只交换热,既交换功,也交换热,边界特性,真实、虚构,固定、活动,2,、热力系统分类,以系统与外界关系划分：,有 无,是否传质,开口系 闭口系,是否传热 非绝热系,绝热系,是否传功 非绝功系 绝功系,是否传热、功、质 非孤立系,孤立系,1,2,3,4,m,Q,W,1,开口系,热力,系统,:,非孤立系相关外界,孤立系,1+2,闭口系,1+2+3,绝热闭口系,1+2+3+4,孤立系,3,、简单可压缩系统,最重要的,系统,简单可压缩系统,由可压缩流体构成的,系统与外界只交换,热量,和,容积变化功,容积变化功,压缩功膨胀功,1-3,工质的热力学状态和基本状态参数,状态：,某一瞬间热力系所呈现的宏观状况,状态参数：,描述热力系状态的物理量,状态参数的,特征,：,1,、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然,2,、,状态参数的积分特征,：,状态参数的,变化量,与路径无关，只与初终态有关,3,、,状态参数的微分特征,：全微分,状态参数的积分特征,状态参数变化量与路径无关，只与初终态有关。,数学上：,点函数,2,1,a,b,状态参数的微分特征,设,z,=,z,(,x,y,),可,判断是否是状态参数,强度参数与广延参数,强度参数：,与物质的量无关的参数,如,压力,p,、,温度,T,广延参数：,与物质的量有关的参数,可加性,如,质量,m,、,容积,V,、,内能,U,、,焓,H,、,熵,S,比参数：,比容,比,内能,比,焓,比,熵,单位：,/,kg,/,kmol,具有强度量的性质,基本状态参数,温度,T,、,压力,p,、,比容,v,（,容易测量）,1.,温度,T,传统：,冷热程度的度量。,微观：,标志物质分子热运动的激烈程度,T,0.5,m C,2,温度,T,的一般定义,:,热力学第零定律,温度的热力学定义,热力学第零定律,（,R.W. Fowler,）,如果两个系统分别与第三个系统处于,热平衡,，则两个系统彼此必然处于,热平衡,。,温度测量的理论基础,温度的热力学定义,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,温度,。,温度,是确定一个系统是否与其它系统处于,热平衡,的物理量,温度的测量,温度,计,物质 （,水银，铂电阻,）,特性 （,体积膨胀，阻值,）,基准点,刻度,温标,常用的温度计：,日常,：水银温度计,，,酒精温度计，,工业,：热电偶,，,热敏电阻,常用温标,绝对,K,摄氏,华氏F,朗肯R,100,373.15,0.01,273.16,0,273.15,-17.8,0,-273.15,212,671.67,37.8,100,0,32,-459.67,0,459.67,491.67,冰熔点,水三相点,盐水沸点,发烧,水沸点,559.67,温标的换算,物理中,压强,，,单位,:,Pa,N/m,2,常用单位：,1,bar,=,10,5,Pa,1,MPa,=,10,6,Pa,1,atm,=,760,mmHg,=,1.013,10,5,Pa,1,mmHg,=,133.3,Pa,1,at,=,735.6,mmHg,=,9.80665,10,4,Pa,2.,压力,p,高精度测量：,活塞式压力计,工业或一般科研测量：,压力传感器,当,p,p,b,表,压力,p,e,当,p,有足够时间恢复新平衡,准静态过程,准静态过程的工程应用,例：,活塞式内燃机,2000,转,/,分,曲柄,2,冲程,/,转，,0.15,米,/,冲程,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）,340,m/s,破坏平衡所需时间,（外部作用时间）,恢复平衡所需时间,（驰豫时间）,一般的工程过程都可认为是,准静态过程,具体工程问题具体分析。“,突然,”“,缓慢,”,2.,可逆过程与不可逆过程,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,。,注意：,可逆过程并不是指必须要回到初态的过程,只是指可能性。,可逆过程的定义：,可逆过程的实现,准静态过程,+,无耗散效应,=,可逆过程,无不平衡势差,通过摩擦使功,变热的效应,(,摩阻，电阻，非弹性变性，磁阻等）,不平衡势差,不可逆根源,耗散效应,：,耗散效应,典型的不可逆过程,不等温传热,T,1,T,2,T,1,T,2,Q,自由膨胀,真空,典型的不可逆过程,节流过程,(,阀门）,p,1,p,2,p,1,p,2,混合过程,引入可逆过程的意义,准静态过程是实际过程的,理想化,过程，,但并非,最优,过程，可逆过程是,最优,过程。,实际过程不是可逆过程，但为了研究方,便，先按,理想,情况（,可逆过程,）处理，,用系统参数加以分析，然后考虑不可逆,因素加以,修正。,1-6,过程功和热量,功的,力学,定义,:,力,在力方向上的,位移,功的,热力学,定义：,功是,热力系通过边界而传递的能量，且其全部的,效果可归结为举起重物,。,功是通过,有序,运动方式传递的能量,。,1.,功的定义：,注：热力学约定：系统对外界作功取,正,，而外界对系统作功取,负,。,d,x,p,p,外,A,质量为,m,kg,的气体工质在汽缸中进行可逆膨胀：,W,=,p,A,d,x,=,p,d,V,工质膨胀移动距离,dx,，反抗斥力所作的膨胀功为：,2.,可逆过程的功,示功图,p,V,.,1,2,.,p,p,外,2,1,m,kg,工质从状态,1,到状态,2,所作的膨胀功：,W,=,p,d,V,1,kg,工质：,w,=,p,d,v,W,容积变化功的说明,p,V,.,1,2,.,1,）,单位为,kJ,或,kJ/kg,2,）,p,-,V,图上用,面积,表示,3,）,功的大小与路径有关，功是过程量,(,见,P23.,例,1-2.,),4,）,统一规定：,d,V,0,，,膨胀 对外作功（,正,）,d,V, 0,d,S, 0,系统,放热,时,为,负,Q, 0,d,S, 0,4,、,用途：,判断热量方向,计算可逆过程的传热量,热量与容积变化功,能量传递方式,容积变化功 传热量,性质,过程量 过程量,推动力,压力,p,温度,T,标志,d,V,d,v,d,S,d,s,公式,条件,准静态或可逆,可逆,1-7,热力循环,要实现,连续,作功，必须构成,循环,循环定义：,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,热力循环,。,不可逆循环,分类：,循环,可逆循环,循环,逆向循环,正向循环,正循环,(,热动力循环,),p,V,T,S,净效应：,对外作功,净效应：,吸热,正向循环：顺时针方向,2,1,1,2,逆向循环,p,V,T,S,净效应：,对内作功,净效应：,放热,逆向循环：逆时针方向,2,1,1,2,热力循环的评价指标,正向循环：净效应（对外作功，吸热）,W,T,1,Q,1,Q,2,T,2,热动力循环：热效率,热力循环的评价指标,逆向循环：净效应（对内作功，放热）,W,T,0,Q,1,Q,2,T,2,制冷循环：制冷系数,热力循环的评价指标,逆循环：净效应（对内作功，放热）,W,T,1,Q,1,Q,2,T,0,制热循环：制热系数,第一章,小 结,基本概念：,热力系,平衡、稳定、均匀,准静态、可逆,过程量、状态量、状态参数,功、热量、熵,p-V,图、,T-S,图,循环、经济性指标,重点,:,热力系,热力系种类：,闭口系、开口系、绝热系、孤立系,热力系的选取取决于研究目的和方法，具有,随意,性，选取不当将不便于分析。,一旦取定系统，,沿边界,寻找相互作用。,作业：,P.32,1,2,，,1-3,，,1,7,，,1,16,。,第一章 完,