电厂工程热力学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 基 本 概 念,1,第一节,热力系统,一、工质：,实现热能向机械能转化的媒介物质就叫工质,二、热源和冷源,高温热源工质从中吸取热能的物体,低温热源接受工质排出热能的物体,2,热力系统,(热力系、系统),：人为分割出来、研究对象、能用热力学参数来描述的系统,外界（环境）,：系统以外的所有物质,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,三、热力系统,1、定义（系统与边界）,3,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,4,边界特性,固定、活动；真实、虚构,边界划分的不同，研究对象就不同，系统就不同。解决问题的繁简程度不同,。,5,2、,热力系统分类,系统通过边界与外界可以有能量的传递（功和热），也可以有物质的传递：,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,是否传能、质 非孤立系,孤立系,6,闭口系统,：一个热力系统，如果和外界,没有质量交换,而只有能量交换，则称为闭口系统。 又叫控制质量。,开口系统,：一个热力系统，如果和外界既有功或热等能量交换，又,有质量交换,，则称为开口系统。又叫控制容积（控制体）。,绝热系统,：一个热力系统，如果和外界,没有热量交换,，则称为绝热系统。,孤立系统,：一个热力系统，如果和外界,既没有功或热等能量交换,，又,没有质量交换,，则称为孤立系统。,7,1,2,3,4,m,Q,W,1,开口系,例如：,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,8,四、系统的内部状况（热力系统其它分类方式）,其它分类方式,物理化学性质,均匀系,非均匀系,工质种类,多元系,单元系,相态,多相,单相,9,1、均匀系与非均匀系：系统内各部分的,化学成分和物理性质,都均匀一致的系统，称为均匀系。,2、单相系与复相系：由,单一物相,组成的系统称为单相系。,3、单元系与多元系：由一种,均匀的和化学成分保持不变,的物质组成的系统称为单元系。（空气常可看作纯物质，属单元系）,10,第二节,状态和状态参数,一、状态和状态参数,状态：,某一瞬间热力系统所呈现的宏观物理状况称作工质的热力状态（状态）,状态参数：,描述热力系状态的宏观物理量,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、状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关；状态参数的循环积分等于零,3、状态参数是全微分,11,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。,1,2,a,b,例：温度变化,12,状态参数的微分特征,设,z,=,z,(,x,y,),d,z,是全微分,充要条件：,可判断是否是状态参数,13,B,T,= 0.5,mw,2,0.5,mw,2,是分子平移运动的平均动能,二、 基本状态参数,压力,p,、,温度,T,、,比容,v,（,可直接测量）,1、温度,1）温度的定义,传统：,温度是表征物体,冷热程度的物理量,微观：,衡量分子平均动能的量度，表征物质分子运动的激烈程度,14,2）热力学第零定律,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,B,温度计,如果两个系统的,温度,分别和第三个系统的,温度相等,，则两个系统的温度必然相等,。,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,15,3）常用温标：温度的数值标尺，称作温标,开尔文,K,摄氏,100,373.15,0.01,273.16,0,273.15,-17.8,0,-273.15,37.8,冰熔点,水三相点,水沸点,热力学温标：选取水的三相点为基本点，并定义为273.16,K,热力学摄氏温标,t=T-273.15 T=t+273.15,16,2、,压力,p,1),定义及单位:,单位面积上所受到的垂直作用力(,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,17,2)绝对压力和相对压力,绝对压力：以绝对真空为起点而测得的压力叫绝对压力。,P,是流体的真实压力,以当地大气压力（,B,）(,环境压力)为起点而测得的压力叫相对压力。,注意：,工程上,压力表,所显示的是相对压力,只有绝对压力,p,才,是,状态参数,当,PB,时,P,g,=P-B,表压力,当,P,恢复平衡所需时间,（驰豫时间）,33,三、可逆过程,系统经历某一过程后，如果能使,系统沿相同路径回复到初始状态，而系统所涉及的外界,同时,恢复到初始状态，不留下任何痕迹，则此过程为,可逆过程,。,注意：,可逆过程只是指,可能性,，并不是指必须要回到初态的过程。,1、定义,2、准静态过程和可逆过程,准只要求系统内部平衡,可还要求系统与外界平衡,无不平衡势差,无耗散效应,34,可逆过程,一定是,准静态过程,准静态过程,不一定是,可逆过程，它只是可逆过程的必要条件。,不平衡过程一定是不可逆过程,可逆过程,完全理想，以后均用,可逆过程,的概念。,准静态过程,很少用。,准静态过程 + 无耗散效应 = 可逆过程,通过摩擦使功变热的效应(摩阻，电阻，非弹性变形，磁阻等）,35,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,36,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,37,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。,38,功是系统与外界通过边界相互作用的一种方式（传递的一种能量）。当系统完成功时，它对外界的全部作用，可用在外界举起重物的效果来代替。在,力,的推动下，通过,有序,运动方式传递的能量,。,第五节 功,一、功的定义：,2、热力学定义,1、力学定义,:,力,在力方向上的位移,39,F= p,外,A=,p,A,p,外,=,p,ds,p,p,外,f,A,以汽缸中1,Kg,工质为系统 1经,可逆,变化到2,1,kg,工质发生容积变化对外界作的功,W,= m,p,A,d,s,=p,d,V,w,=Fds=p,A,d,s=pdv,二、容积功：因容积变化和外界发生作用,m,kg,工质,40,准静态过程的容积变化功,p,p,外,2,m,kg,工质：,W,=p,d,V,1,kg,工质：,w,=p,d,v,1,注意：,上式仅适用于准静态过程,41,示功图,p,V,.,1,2,.,p,p,外,2,1,m,kg,工质：,W,=p,d,V,1,kg,工质：,w,=p,d,v,W,42,准静态容积变化功的说明,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,w,4）,统一规定：,d,V,0,，,膨胀 对外作功（,正,）,d,V,0,，,压缩 外内作功（,负,）,5）,适于,准静态下,的,任何,工质（一般为流体）,6）,有无,f,，,只影响系统功与外界功的大小差别,43,摩擦损失的影响,若有,f,存在，就存在损失,p,p,外,2,1,系统对外作功,W,，,外界得到的功,W,W,若外界将得到的功,W,再返还给系统，系统得到的功,W 0,Q, 0,系统,放热,时,为,负,d,S, 0,Q,p,B,A,B,非准静态过程，非可逆过程,取,A,或,B,中气体为系统,不可逆热力学没法计算,相互有功的作用,取,AB,气体为系统，,无功,70,灵活处理功的计算,充气球,若,准静态过程,若取,进入气球的,气体,为,系统,但,pV,的关系不知,？,若看外部效果，,p,b,不变,外界得到功,p,b,V,=,气体作功,71,