工程热力学 第一章

,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,*,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,本章,基,基本,要,要求,：,：,掌握,工,工程,热,热力,学,学中,一,一些,基,基本,术,术语,和,和概,念,念：,热,热力,系,系、,平,平衡,态,态、,准,准平,衡,衡过,程,程、,可,可逆,过,过程,等,等。,掌握,状,状态,参,参数,的,的特,征,征，,基,基本,状,状态,参,参数,p,、,v,、,T,的定,义,义和,单,单位,等,等。,掌,掌握,热,热量,和,和功,量,量这,些,些过,程,程量,的,的特,征,征，,并,并会,用,用系,统,统的,状,状态,参,参数,对,对可,逆,逆过,程,程的,热,热量,、,、功,量,量进,行,行计,算,算。,了解,工,工程,热,热力,学,学分,析,析问,题,题的,特,特点,、,、方,法,法和,步,步骤,。,。,11,热,热能,在,在热,机,机中,转,转变,成,成机,械,械能,的,的过,程,程,热能,动,动力,装,装置,：,从燃,料,料燃,烧,烧中,得,得到,热,热能,，,，并,利,利用,热,热能,得,得到,动,动力,的,的设,备,备。,热能,动,动力,装,装置,分,分为,两,两大,类,类：,燃气,动,动力,装,装置,（,（内,燃,燃机,、,、燃,气,气轮,机,机）,蒸汽,动,动力,装,装置,（,（蒸,汽,汽轮,机,机）,热能,机械,能,能,化学,能,能,内燃,机,机的,工,工作,原,原理,图,图,活塞,曲柄,连,连杆,机,机构,气缸,两冲,程内,燃,燃机,工,工作,过,过程,进气,排气,四冲,程,程内,燃,燃机,工,工作,过,过程,进气,排气,内燃,机,机（,汽,汽油,机,机）,燃气,热能,机械,能,能,燃料,化学,能,能,排入,大,大气,压缩,燃烧,、,、膨,胀,胀,吸气,排气,工作,过,过程,：,：,能量,转,转换,：,：,工作,物,物质,：,：,燃气,蒸汽,动,动力,装,装置,流,流程,简,简图,蒸汽,动,动力,装,装置,流,流程,简,简图,550,过,热,器,锅,炉,给水,泵,泵,冷凝,器,器,冷,却,水,汽,轮,机,发电,机,机,Q,Q,1,2,W,20,高温,高,高压,蒸,蒸汽,W,p,蒸汽,动,动力,装,装置,1炉子2,炉,墙,墙3,沸,沸水,管,管4,汽,汽锅5,过,热,热器,6汽轮,机,机7,喷,喷嘴8,叶片9叶轮10,轴,轴,11发,电,电机12冷凝,器,器13,、,、14、16泵15,蓄,蓄水池,燃料在锅,炉,炉中燃烧,，,，加热沸,水,水管内的,水,水，使之,变,变为蒸汽,，,，并在过,热,热器内过,热,热，成为,过,过热蒸汽,，,，完成从,化,化学能转,变,变到热能,的,的过程；,高温高压,（,（相对于,环,环境）蒸,汽,汽膨胀推,动,动汽轮机,作,作功（机,械,械能）；,作功后的,乏,乏汽从汽,轮,轮机进入,冷,冷凝器，,被,被冷却水,冷,冷凝成水,，,，并由泵,加,加压送入,锅,锅炉加热,。,。,蒸汽动力,装,装置工作,过,过程：,不同点：,构,构造和工,作,作特性不,同,同。,相同点：,从高温热,源,源吸热(吸热过,程,程),将其中一,部,部分转变,为,为功(对外作,功,功过程),将其余部,分,分传给低,温,温热源(对外放,热,热过程),工质提高,压,压力需要,耗,耗功(消耗外,功,功),。,结论：,各种形式,的,的热机都,存,存在以下,几,几个相同,的,的热力过,程,程：吸热,、,、膨胀作,功,功和排热,。,。,比较上述,两,两种热机,名词定义,：,：,工质,：,实现热能,和,和机械能,相,相互转化,的,的媒介物,质,质。,热源（高温热源,）,）,：,工质从中吸取热,能,能的物系。,冷源（低温热源,）,）,：,接受工质排出热,能,能的物系。,工质从高温热源,吸,吸热，将其中一,部,部分转化为机械,能,能而作功，并把,余,余下部分传给低,温,温热源。,热能动力装置的,工,工作过程可概括,成,成：,热源,冷源,热机,作功,吸热,放热,12热力系,统,统,为了研究问题方,便,便，热力学中常,把,把分析对象从周,围,围物体中分割出,来,来，研究它与周,围,围物体之间的能,量,量和物质的传递,。,。,热力系统（热力,系,系）：,人为分割出来作,为,为热力学分析对,象,象的有限物质系,统,统,边界：,系统与外界之间,的,的分界面,外界：热力系统以外的,部,部分,边界可以是实在,的,的，也可以是假,想,想的；可以是固,定,定的，也可以是,移,移动的,一、基本概念,系统与边界：,以空间为系统，,进,进、出口边界均,为,为假想边界，系,统,统与外界有物质,交,交换,以气缸内气体为,系,系统，活塞表面,上,上的边界是移动,边,边界，系统与外,界,界没有物质交换,热,二、热力系统的,分,分类,物质,功,功,热,物质,物质,功,物质,绝热热力系,孤立热力系,闭口热力系,开口热力系,(一),根据系统与外界,物,物质交换、热量,交,交换的情况,：,1.闭口系,系统与外界无物,质,质交换，系统内,质,质量恒定不变，,也,也称控制质量,;,2.开口系,系统与外界有物,质,质交换，系统被,划,划定在一定容积,范,范围内，也称控,制,制容积,;,3.绝热系,系统与外界无热,量,量交换；,4.孤立系,系统与外界既无,能,能量交换，也无,物,物质交换。,闭口热力系,开口热力系,开口举例热力系,（,（管道）,稳定流动开口系,统,统,开口热力系,续15,开口热力系,（锅炉示意图,）,）,来自水泵,过热器,炉墙,蒸发管,去汽轮机,燃料与空气,锅炉,的简化热力学,分,分析模型,(主要考虑蒸,汽,汽的发生),热力系,热量,（热源）,(高温蒸汽),物质,(锅炉给水),物质,锅炉,的简化热力学,分,分析模型,开口热力系,汽轮机,去凝汽器,调速器,来自锅炉,喷管 叶片,汽,汽轮机,发电机,开口热力系,汽轮机,示意图,轴功,（水蒸汽）,物质,汽轮机,的简化热力学,分,分析模型,热力系,（水蒸汽）,物质,汽轮机,的简化热力学,分,分析模型,来自汽轮机的,水,水蒸汽,去水泵的凝结,水,水,冷却水,冷却水,开口热力系,（冷凝器）,(凝结水）,物质,蒸汽放热给冷,却,却水,冷凝器,的简化热力学,分,分析模型,热力系,（水蒸汽）,物质,冷凝器,的简化热力学,分,分析模型,(主要考虑蒸,汽,汽的凝结),蒸汽动力装置,流,流程简图,蒸汽动力装置,流,流程简图,冷却水带走热,量,量,（工质放热量,）,）,向外输出功,（汽轮机）,（水泵耗功）,（工质吸热量,）,）,蒸汽动力装置,的,的简化,热力学分析模,型,型,热力系,向系统输入功,热源供热,蒸汽动力装置,的,的简化热力学,分,分析模型,（二）按照系,统,统内部的情况,可,可划分,1.均匀热力,系,系:系统内部各,部,部分化学成分,和,和物理性质都,均,均,匀一致的系统,，,，它是由单相,组,组成的。,2.非均匀热,力,力系:由两个或两个,以,以上的相态组,成,成的热力系。,3.单元热力,系,系:由一种化学,成,成分组成的热,力,力系。,4.多元热力,系,系:由两种或两,种,种以上物质组,成,成的热力系。,5.可压缩系,统,统:由可压缩流,体,体组成的热力,系,系。,6.,简单热力系统：系统与外界,只,只有热量与一,种,种形式的准静,功,功交换。,7.简单可压,缩,缩系统:与外界只有,热,热量和机械功,交,交换的可压,缩系统。,热力学中大多,属,属于简单可压,缩,缩系统,热力系统的划,分,分要根据具体,要,要求而定，如,内,内燃机在气缸,进,进、排气门关,闭,闭时，取封闭,于,于气缸内的工,质,质为系统是闭,口,口系统；而把,内,内燃机进、排,气,气及燃烧膨胀,过,过程一起研究,时,时，取气缸为,划,划定的空间就,是,是开口系统。,13工质,的,的热力学状态,及,及其基本状态,参,参数,热力学状态,：,工质在热力变,化,化过程中某一,瞬,瞬间呈现出来,的,的宏观物理状,况,况，简称状态。,状态参数：,描述工质所处,状,状态的宏观物,理,理量。如温度,、,、压力等。,1）工程热力,学,学只从总体上,研,研究工质所处,的,的状态及其变,化,化，不从微观,角,角度研究个别,粒,粒子的行为和,特,特性，因而所,采,采用的物理量,都,都是宏观的物,理,理量。,2）状态参数,的,的全部或一部,分,分发生变化，,即,即表明物质的,状,状态发生变化,。,。物质的状态,变,变化也必然可,由,由参数的变化,标,标志出来。状,态,态参数一旦确,定,定，工质的状,态,态也完全确定,。,。因而状态参,数,数是热力系统,的,的单值函数，,其,其值只取决于,初,初终态，与过,程,程无关。,状态参数的特,性,性：,即满足：,3) 状态参,数,数是点函数，,其,其微分是全微,分,分。设,Zf(x,y),则：,反之，如能证,明,明某物理量具,有,有上述数学特,征,征，则该物理,量,量一定是状态,参,参数，全微分,是,是状态参数的,充,充要条件。,4）常用的状,态,态参数有:,压力P、温度T、体积V、,热,热力学能U、,焓,焓H和熵S，,其,其中压力、温,度,度和体积,可直接用仪器,测,测量,，称为,基本状态参数,。其余状态参,数,数可根据基本,状,状态参数间接,算,算得。,5）状态参数,有,有强度量与广,延,延量之分：,强度量,：与系统质量无,关,关，如P、T,。,。强度量不具,有,有可加性。,广延量,：与系统质量成,正,正比，如V、U、H、S。,广,广延量具有可,加,加性。广延量,的,的比参数（单,位,位质量工质的,体,体积、热力学,能,能等）具有强,度,度量的性质，,不,不具有可加性,。,。,热平衡定律（,热力学第零定,律,律,）,:,分别与第三个,系,系统处于热平,衡,衡（相互之间,没,没有热量传递,）,）的两个系统,，,，它们彼此也,必,必定处于热平,衡,衡。（这是由实验、,经,经验中得到的,，,，不可以由其,它,它定律推出。）既然两个（或,多,多个）独立的,系,系统各自处于,一,一定状态时是,热,热平衡的，那,么,么，这两个（,或,或多个）系统,具,具有一个共同,的,的宏观性质。,可,可以用一个物,理,理量温度来,描,描述。,一、温度,基本热力学参,数,数,温度的定义：,1）宏观上温,度,度是物体冷热,程,程度的标志,2）微观上温,度,度是物质分子,热,热运动剧烈程,度,度的标志,温度是描述热,力,力学平衡系统,的,的一个状态参,数,数，是强度量,。,。,测量温度的仪,器,器称做温度计，选作温度计,的,的感应元件的,物,物体应具备特,定,定的物理性质,：,：随物体的冷,热,热程度不同有,显,显著的变化。,定义：温标是指温度,的,的数值表示法,温标,测温物质及其,测,测温属性,基准点,分度方法,温标三要素：,任选一种物质,的,的某一测温属,性,性，采用以上,温,温标的规定所,得,得到的温标称,为,为经验温标，经验温标依,赖,赖于测温物质,的,的物理性质。,热,热力学理论指,出,出可以建立一,种,种不依赖于测,温,温物质的性质,的,的温标,即热,力,力学绝对温标。,热力学绝对温,标,标（热力学温,度,度或绝对温）,开尔文在热力,学,学第二定律的,基,基础上，从理,论,论上引入的与,测,测温物质性质,无,无关的温标。,它,它可作为标准,温,温标，一切经,验,验温标均可以,用,用此温标来校,正,正。,符号为,T,，单位为,K(,称,“,开尔文,”),。,规定水的三相,点,点为基准点，,并,并规定此点的,温,温度为,273.16,K,摄,氏,氏,温,温,标,标,1742,年,瑞,瑞,典,典,人,人,摄,摄,氏,氏,(Anderscelsius),提,出,出,的,的,。,。,他,他,把,把,一,一,个,个,大,大,气,气,压,压,下,下,纯,纯,水,水,的,的,冰,冰,点,点,取,取,为,为,0,度,，,，,沸,沸,点,点,取,取,为,为,100,度,，,，,中,中,间,间,100,等,分,分,作,作,为,为,温,温,标,标,。,。,符,符,号,号,t,、,单,单,位,位,。,1960,年,国,国,际,际,计,计,量,量,会,会,议,议,给,给,摄,摄,氏,氏,温,温,标,标,以,以,新,新,的,的,基,基,准,准,，,，,即,即,由,由,热,热,力,力,学,学,绝,绝,对,对,温,温,标,标,来,来,规,规,定,定,摄,摄,氏,氏,温,温,标,标,，,，,称,称,热,热,力,力,学,学,摄,摄,氏,氏,温,温,标,标,，,，,把,把,水,水,的,的,三,三,相,相,点,点,定,定,为,为2,73.16K,，,0.01,。则,0,273.15K,，,t()=T(K)-273.15,华氏温标：,1724,年由德国人华氏,（,（,cabridlD Fahrenheit,）提出。他把水,、,、冰和氯化铵的,混,混合物作为制冷,剂,剂而获得的当时,可,可得到的最低温,度,度作为,0,度，把人体的温,度,度作为,96,度，中间等分，,这,这样的数字是由,于,于当时广泛使用,12,进位法。符号t,F,，单位,F,。,华氏温标与摄氏,温,温标的换算关系,为,为：,t(,)=,0, = 32,o,F,100 =212,o,F,郎肯温标：是盎格鲁撒克逊,民,民族（欧洲）用,的,的温标。采用符,号,号,T,，单位用,r,。T(r)=9/5 T(K),常用温标,绝对K,摄氏,华氏F,100,373.15,0.01,273.16,0,273.15,-17.8,0,-273.15,212,37.8,100,0,32,-459.67,0,冰熔,点,点,水三,相,相点,盐水,熔,熔点,发烧,水沸,点,点,二、,压,压力,定义,：,：,单位,面,面积,上,上所,受,受的,垂,垂直,作,作用,力,力称,为,为压,力,力（,即,即压,强,强),压力,计,计,测量,工,工质,压,压力,的,的仪,器,器。,常,常见,的,的压,力,力计,有,有压,力,力表,和,和U,型,型管,。,。,由于,压,压力,计,计的,测,测压,元,元件,处,处于,某,某种,环,环境,压,压力,的,的作,用,用下,，,，因,此,此压,力,力计,所,所测,得,得的,压,压力,是,是工,质,质的,真,真实,压,压力,p,（或,称,称绝,对,对压,力,力）,与,与环,境,境压,力,力,p,b,之差,，,，叫,做,做表,压,压力,p,e,或真,空,空度,p,v,分子,运,运动,学,学说,认,认为,压,压力,是,是大,量,量气,体,体分,子,子撞,击,击器,壁,壁的,平,平均,结,结果,。,。,绝对,压,压力,、,、表,压,压力,、,、真,空,空度,及,及大,气,气压,力,力之,间,间的,关,关系,压力,的,的单,位,位,国际,标,标准,单,单位,：,：帕,斯,斯卡(简,称,称帕),符号：P,a,1P,a,=1N/m,2,标准大气压,（,（atm, 也称物,理,理大气压）,巴（bar,）,）,工程大气压,（,（at）,毫米汞柱（mmHg),毫米水柱（mmH,2,O),工程单位：,各压力单位,之,之间的换算,关,关系：,P,a,bar,atm,at,mmHg,mmH,2,O,P,a,1,1,10,-5,0.98692,10,-5,0.10197,10,-4,7.5006,10,-2,0.1019712,bar,110,5,1,0.98692,1.01972,750.062,10197.2,atm,101325,1.01325,1,1.03323,760,10332.3,at,98066.5,0.98066,0.96784,1,735.559,10000,mmHg,133.322,133.322,10,-5,1.31579,10,-3,1.35951,10,-3,1,13.5951,mmH,2,O,9.80665,9.80665,10,-5,9.07841,10,-5,110,-4,735.559,10,-4,1,三、比体积,和,和密度,v,与,互成倒数,，,，即：,v,1,比体积,单位质量,物,物质所占,的,的体积,密度,单位体积,物,物质的质,量,量,单位：kg/m,3,单位：m,3,/kg,14,平,平衡状态,、,、状态方,程,程式、坐,标,标图,定义：,一、平衡,状,状态,一个热力,系,系统，,如果在不,受,受外界影,响,响的条件,下,下,，系统的,状,状态能够,始,始终保持,不,不变，则,系,系统的这,种,种状态称,为,为,平衡状态,。,如果系统,是,是在外界,作,作用下系,统,统的状态,保,保持不变,，,，则不属,于,于平衡状,态,态，如稳,态,态导热,系统内部,及,及系统与,外,外界之间,的,的一切不平,衡,衡势差（力差、,温,温差、化,学,学势差）,消,消失是系,统,统实现热,力,力平衡状,态,态的充要,条,条件。,实现平衡,的,的充要条,件,件,：,热平衡：,组成热力,系,系统的各,部,部分之间,没,没有热量,的,的传递,力平衡：,组成热力,系,系统的各,部,部分之间,没,没有相对,位,位移,热力平衡状态,满,满足：,此外还有化学,平,平衡、相平衡,等,等,自然界的物质,实,实际上都处于,非,非平衡状态，,平,平衡只是一种,极,极限的理想状,态,态,工程热力学通,常,常只研究平衡,状,状态,平衡与稳定,稳定：参数不随时间,变,变化,稳定不一定平,衡,衡，但平衡一,定,定稳定,平衡与均匀,平衡：时间上,均匀：空间上,平衡不一定均,匀,匀，单相平衡,态,态则一定是均,匀,匀的,思考题,平衡状态与均,匀,匀状态之间的,关,关系？,平衡状态与稳,定,定状态之间的,关,关系？,平衡状态是相,对,对时间而言的,，,，均匀状态是,相,相对空间而言,的,的,对于处于热力,平,平衡态下的气,体,体、液体（单,相,相），如果不,计,计重力的影响,，,，则系统内部,各,各处的性质是,均,均匀一致的，,各,各处的温度、,压,压力、比体积,等,等状态参数相,同,同。如果考虑,重,重力影响，则,系,系统中的压力,和,和密度将沿高,度,度而有所差别,。,。,对于气液两相,并,并存的热力平,衡,衡系统，气相,和,和液相的密度,不,不同，因而系,统,统不是均匀的,。,。,本书在未加特,别,别说明之处，,一,一律把平衡状,态,态下的单相物,系,系当作是均匀,的,的，各处的状,态,态参数相同。,平衡状态与均,匀,匀状态之间的,关,关系,就平衡而言，,不,不存在不平衡,势,势是其本质，,而,而状态参数不,随,随时间变化只,是,是其现象,平衡必稳定，,稳,稳定不一定平,衡,衡,平衡状态与稳,定,定状态之间的,关,关系,二、状态公理,与,与状态方程,热力系的平衡,状,状态可以用状,态,态参数来描述,，,，每一个状态,参,参数都是从某,一,一个角度来描,述,述系统的某一,方,方面宏观的性,质,质，但是这些,状,状态参数并不,都,都是独立的，,而,而是相互影响,的,的。,系统处于平衡,状,状态时，有几,个,个独立变量呢,？,？,状态公理,对于组成一定,的,的物质系统，,该,该系统平衡态,的,的独立状态参,数,数有,n,+1,n,表示系统与外,界,界进行准静功,交,交换的数目,1,表,表示,系,系统,与,与外,界,界的,热,热交,换,换,系统,与,与外,界,界由,于,于某,种,种不,平,平衡,势,势的,存,存在,，,，将,发,发生,相,相互,作,作用,，,，这,种,种作,用,用体,现,现于,某,某种,能,能量,的,的交,换,换，,那,那么,系,系统,的,的状,态,态就,要,要发,生,生变,化,化，,这,这种,变,变化,就,就使,这,这种,不,不平,衡,衡势,减,减小,，,，直,到,到消,失,失，,系,系统,相,相应,地,地达,到,到了,某,某种,平,平衡,，,，从,而,而就,得,得到,了,了一,种,种描,述,述这,一,一平,衡,衡性,质,质的,状,状态,参,参数,。,。例,如,如，,温,温度,不,不平,衡,衡势,导,导致,热,热量,的,的交,换,换，,导,导致,系,系统,状,状态,变,变化,，,，使,温,温度,不,不平,衡,衡势,消,消失,，,，从,而,而系,统,统达,到,到了,热,热平,衡,衡，,得,得到,描,描述,热,热平,衡,衡的,状,状态,参,参数T。,那,么,么,有,有,多,多,少,少,独,独,立,立,的,的,能,能,量,量,交,交,换,换,，,，,就,就,有,有,多,多,少,少,个,个,独,独,立,立,的,的,状,状,态,态,参,参,数,数,。,。,各,各,种,种,能,能,量,量,交,交,换,换,都,都,可,可,以,以,独,独,立,立,的,的,进,进,行,行,。,。,因,因,此,此,决,决,定,定,系,系,统,统,平,平,衡,衡,状,状,态,态,独,独,立,立,变,变,量,量,的,的,数,数,目,目,，,，,等,等,于,于,系,系,统,统,与,与,外,外,界,界,交,交,换,换,能,能,量,量,方,方,式,式,的,的,总,总,数,数,。,。,对于简,单,单可压,缩,缩系统,，,状态方,程,程式,简单可,对于基,本,本状态,参,参数之,称为状,态,态方程,式,式。,或,状态方,程,程式是,平,平衡状,态,态下基,本,本状态,参,参数p,、,、v、T之间,的,的关系,状态方,程,程式的,具,具体形,式,式取决,于,于工质,的,的性质,理想气,体,体的状,态,态方程,式,式为：,状态参,数,数坐标,图,图,对于简,单,单可压,系,系统，,由,由于独,立,立参数,只,只有两,个,个，可,用,用两个,独,独立状,态,态参数,组,组成二,维,维平面,坐,坐标系,，,，坐标,图,图中任,意,意一点,代,代表系,统,统某一,确,确定的,平,平衡状,态,态，任,意,意一平,衡,衡状态,也,也对应,图,图上一,个,个点，,这,这种图,称,称状态,参,参数坐,标,标图。,只,有平,衡,衡态,才,才能,在,在状,态,态坐,标,标图,上,上用,点,点表,示,示，,不,不平,衡,衡态,没,没有,确,确定,的,的热,力,力学,状,状态,参,参数,，,，无,法,法在,图,图上,表,表示,15,工,工质,的,的状,态,态变,化,化过,程,程,（,（热,力,力过,程,程）,就热,力,力系,本,本身,而,而言,，,，热,力,力学,仅,仅对,平,平衡,状,状态,进,进行,描,描述,，,，“,平,平衡,”,”意,味,味着,宏,宏观,是,是静,止,止的,，,，而,要,要实,现,现能,量,量交,换,换，,热,热力,系,系又,必,必须,通,通过,状,状态,的,的变,化,化即,过,过程,来,来完,成,成，,“,“过,程,程”,意,意味,着,着变,化,化，,意,意味,着,着平,衡,衡被,破,破坏,。,。“,平,平衡,”,”和,“,“过,程,程”,这,这两,个,个矛,盾,盾的,概,概念,怎,怎样,统,统一,起,起来,呢,呢？,这,这就,需,需要,引,引入,准,准平,衡,衡过,程,程。,1,1、,针,针阀,的,的开,度,度非,常,常小,（,（,p,0,）,），,内,内部,无,无压,差,差；,过程,实,实施,的,的假,设,设条,件,件：,4、,活,活塞,与,与汽,缸,缸壁,无,无摩,擦,擦；,5、,在,在任,何,何时,刻,刻，,工,工质1的,内,内部,是,是均,匀,匀的,。,。,2、,工,工质,内,内部,无,无温,差,差；,3、,工,工质,内,内部,无,无化,学,学反,应,应；,一、准平衡,过,过程（准静,态,态过程）,1,2,v,2,1,p,2,一、准平衡,过,过程（准静,态,态过程）,准静态过程:若过程进行,得,得很缓慢,工,工质在平衡,被,被破坏后自,动,动回复平衡,所,所需要的时,间,间(即所谓,的,的弛豫时间)又短,工,质,质有足够的,时,时间来恢复,平,平衡,随时,都,都不致于显,著,著偏离平衡,状,状态,这样,的,的过程称为,准,准静态过程,。,。,准静态过程,又,又称为准平衡过程。只有准静,态,态过程才能,在,在坐标图中,用,用连续曲线表示。,实际过程都,是,是不平衡的,。,。,实现准平衡,过,过程的条件,：,：,推动过程进,行,行的势差无,限,限小。（以,保,保证系统在,任,任意时刻都,无,无限接近于,平,平衡态）,T,建立准平衡,过,过程概念的,好,好处：,有确定的状,态,态参数变化,描,描述过程,在参数坐标,图,图上用一条,连,连续曲线表,示,示过程,准静态过程,有,有实际意义,吗,吗？,既是平衡，,又,又是变化,既可以用状,态,态参数描述,，,，又可进行,热,热功转换,疑问：理论上准静态应无限缓慢,，,，工程上怎样处理？,准静态过程,的,的工程条件,破坏平衡所,需,需时间,（外部作用,时,时间）,恢复平衡所,需,需时间,（驰豫时间,）,）,有足够时间,恢,恢复新平衡,准静态过程,准静态过程,的,的工程应用,例：活塞式内燃,机,机 2000转/分,曲柄 2冲,程,程/转，0.15米/,冲,冲程,活塞运动速,度,度=2000,2 0.15/60=10m/s,压力波恢复,平,平衡速度（,声,声速）350 m/s,破坏平衡所,需,需时间,（外部作用,时,时间）,恢复平衡所,需,需时间,（驰豫时间,）,）,一般的工程,过,过程都可认,为,为是准静态,过,过程,具体工程问,题,题具体分析,。,。“突然”,“,“缓慢”,二、可逆过,程,程与不可逆,过,过程,定义：,如果系统完,成,成某一热力,过,过程后，再,沿,沿原来路径,逆,逆向运行时,，,，能使,系统和外界,都返回到原,来,来的状态，,而,而不留下任,何,何变化，则,这,这一过程称,为,为可逆过程,，,，否则为不,可,可逆过程。,实现可逆过,程,程的条件：,首先应是准,平,平衡过程,过程中不存,在,在任何,耗散效应,通过摩擦、,电,电阻、磁阻,等,等使功变成,热,热的效应,典型的不可,逆,逆过程,不等温传热,节流过程,(阀门）,自由膨胀,混合过程,准平衡过程,与,与可逆过程,的,的区别：,准平衡过程,只,只要求系统,内,内部平衡，,而,而有无外部,机,机械摩擦对,系,系统内部平,衡,衡无影响，,所,所以准平衡,过,过程可以有耗散效应。,可逆过程则是分,析,析系统与外界作,用,用的总效果，不,仅,仅要求系统内部,平,平衡，而且要求,系,系统与外界的作,用,用可以无条件逆,复,复，过程时行时不能存在任何能,量,量上的耗散。,可逆过程必是准,平,平衡过程，准平,衡,衡过程是可逆过,程,程的必要条件。,16 功和热,量,量,一、功,功的力学定义,：,功是力和力方向,上,上位移的乘积。,功的热力学定义,：,功是热力系统通,过,过边界而传递的,能,能量，且其全部,效,效果可表现为举,起,起重物,功的正负,热力学中约定：,系统对外界作功,取,取为正，外界对,系,系统作功取为负,。,。,功的单位,焦耳（,J,）,比功与功率,比功：单位质,量,量物质所作的,功,功，,单,单位：,J/kg,功率：单位时,间,间内完成的功,，,，单位：,W（瓦）,二、可逆过程,的,的功,设有质量为m,的,的气体在气缸,中,中进行可逆膨,胀,胀，如图过程,线,线12。过,程,程中所作的膨,胀,胀功为：,如果工质为1kg，所作的,功,功为：,可逆过程的功,的,的计算,功的数值不仅,决,决定于工质的,初,初、终态，而,且,且还和过程的,中,中间途径有关,，,，因此功不是,状,状态参数，是,过程量,。,微元过程作功,过,过程量用,表示，如微,功量用,w,（状态参数微,增,增量，用,d,表示，如,dp,、,dv,、,dT,）,膨胀功、压缩,功,功均是通过工,质,质体积变化与,外,外界交换的功,，,，统称为体积,变,变化功。体积,变,变化功只与气,体,体的压力及体,积,积的变化量有,关,关，与形状无,关,关。,有关功的说明,有用功,系统在膨胀过,程,程中所作出的,功,功，可能一部,分,分被摩擦耗散,，,，一部用以排,斥,斥大气、反抗,大,大气压力作用,，,，余下的才是,可,可被利用的功,，,，称为,有用功,（有用功膨,胀,胀功排斥大,气,气功耗散功,）,）,其中排斥大气,功,功：,对于可逆过程,，,，有用功为：,三、热量,热量的定义：,热力系统与外,界,界之间仅仅由,于,于温度不同而,通,通过边界传递,的,的能量，用,Q,表示（比热量,为,为,q,）,热量的正负：,热力学中约定,：,：系统吸热为,正,正，放热为负,热量的单位：,国际单位：,J,（焦耳），工,程,程单位：,kJ,（千焦）,可逆过程中热,量,量的计算：,s,T,2,1,思考题,功与热量相同,与,与不同之处？,功与热相同之,处,处,功与热都是系,统,统与外界通过,边,边界交换的能,量,量；功与热均,为,为过程量,功与热不同之,处,处,功是系统与外,界,界在力差的推,动,动下，通过宏,观,观的有序运动,来,来传递能量，,作,作功与物体的,宏,宏观位移有关,；,；,热量是系统与,外,外界在温差的,推,推动下，通过,微,微观粒子的无,序,序运动来传递,能,能量，传热量,无,无需物体的宏,观,观移动。,思考题解答,1-7 热力,循,循环,一、热力循环,热力循环定义,工质由某一初,态,态出发，经历,一,一系列热力状,态,态变化后，又,回,回到原来初态,的,的封闭热力过,程,程称为热力循,环,环，简称,循环,显然循环的目,的,的是为了实现,预,预期连续的能,量,量转换，而不,可,可能是为了获,得,得工质状态的,变,变化。,循,环,环,的,的,经,经,济,济,性,性,可,逆,逆,循,循,环,环,与,与,不,不,可,可,逆,逆,循,循,环,环,全,部,部,由,由,可,可,逆,逆,过,过,程,程,组,组,成,成,的,的,循,循,环,环,为,为,可逆循环,；循环中,有,有一个过,程,程不可逆,，,，即为,不可逆循,环,环,。可逆循,环,环在状态,参,参数坐标,图,图上为一,封,封闭的曲,线,线。,二、正向,循,循环,定义,把热能转,化,化为机械,能,能的循环,叫,叫,正向循环,，也叫,动力循环,，它使外,界,界得到功,。,。,热源,冷源,热机,Q,2,Q,1,正向循环,分,分析,正向循环,的,的经济性,热效率,：,：,三、逆向,循,循环,定义,把热量从,低,低温热源,传,传给高温,热,热源的循,环,环叫,逆向循环,，也叫,制冷循环,或,或热泵循,环,环,，它消耗,外,外界的功,热源,冷源,热机,Q,2,Q,1,逆向循环,分,分析,热泵循环,的,的经济性,热泵系,数,数：,制冷循环,的,的经济性,制冷系,数,数：,