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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,第一篇,工程热力学,1,第一章,基,基本概,念,念,掌握热力,系,系统、平,衡,衡状态、,准,准静态过,程,程、可逆,过,过程等基,本,本概念。,掌握状态,参,参数的特,征,征，基本,状,状态参数p，v，T的定义,和,和单位等,。,。掌握热,量,量和功量,过,过程量的,特,特征。,2,1-1热,力,力系统（system）,热力系统(热力系,、,、系统)-,人,人为分离,出,出来的研,究,究对象。,外界,-surrounding ：,与系统发,生,生质、能,交,交换的物,系,系。,边界,（,boundary,）,）：,系统与外,界,界的分界,面,面（线）,。,。,3,a.边界,特,特性,假想的、,实,实际的、,固,固定的、,运,运动的、,可,可变形的,4,b.系统,选,选取的人,为,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,5,2,、,Classification of system,热力系统,分,分类,A、以系,统,统与外界,关,关系划分,：,：,6,边界,闭口系统,（1）闭口系统,与外界无,物,物质交换,的,的系统。,系,系统的质,量,量始终保,持,持恒定，,也,也称为控制质量,系,系统,。,外界,7,（2）开口系统,与外界有,物,物质交换,的,的系统。,系,系统的容,积,积始终保,持,持不变，,也,也称为控制容积,系,系统,。,进口,出口,（3）绝热系统,与外界没,有,有热量交,换,换的系统,。,。,（4）孤立系统,与外界既,无,无能量（,功,功、热量,）,）交换又,无,无物质交,换,换的系统,。,。,8,1+2,闭口系,1+2+3,绝热闭口,系,系,1,2,3,4,m,Q,W,1,开口系,非孤立系,相关外,界,界,孤立系,1+2+3+4,孤立系,系统划分,图,图例说明,9,热机,：,能将热能,转,转换为机,械,械能的机,器,器。如蒸汽机、蒸,汽,汽轮机、燃气,轮,轮机、内燃机,和,和喷气发动机,等,等。,工质,：,实现热能和机,械,械能之间转换,的,的媒介物质。,例如空气、燃,气,气、水蒸气等,。,。,10,热源,：,本身热容量很,大,大，且在放出,或,或吸收有限量,热,热量时自身温,度,度及其它热力,学,学参数没有明,显,显变化的物体,。,。,例如锅炉、循,环,环水池、大气,等,等。,提供热量的热,源,源称为高温热源；吸收热量的,热,热源称为低温热源。,11,1-2,状态和基本状,态,态参数,1. 热力状,态,态和平衡状态,（1）热力状,态,态（,State,）,系统在某一瞬,间,间所呈现的宏,观,观物理状况称,为,为系统的热力状态，简称状态,。,（2）平衡状,态,态（,Equilibrium）,在不受外界影,响,响的条件下（,重,重力场除外）,，,，如果系统的,状,状态参数不随,时,时间变化，则,该,该系统处于平,衡,衡状态。,12,平衡的类型,Thermal equilibrium （热平衡,）,）-temperature,Mechanical equilibrium（力,平,平衡）-pressure,Phaseequilibrium,（,（相平衡）,Chemical equilibrium（化学平,衡,衡）-no chemical,reactions,系统内部不存,在,在热量传递，,即,即各处的温度,均,均匀一致的状,态,态称为热平衡,状,状态。,13,平衡的实质,不存在,不平衡势,温差 （,Temperaturedifferential,） 热不平,衡,衡势,压差 力,不,不平衡势,相变 ,相,相不平衡势,化学反应 ,化,化学不平衡,势,势,14,状态参数的特,点,点：,（3）状态参,数,数,用于描述系统,平,平衡状态的物,理,理量称为状态参数，如温度、压,力,力、比体积等,。,。,状态确定，则,状,状态参数也确,定,定，反之亦然,状态参数的积,分,分特征：状态参数的变,化,化量与路径（path）无,关,关，只与初终,态,态（state）有关,状态参数的微,分,分特征：全微,分,分,15,状态参数的分,类,类,Intensive properties强度参数,：,：,与物质的量无,关,关的参数。如,压,压力,p,、,温度,T,Extensive properties广延参数,：,：,与物质的量有,关,关的参数,可加性,。,如质量,m,、,容积,V,、,内能,U,、,焓,H,、,熵,S,比参数：具有,强度参数,的性质，,其单位：/kg /kmol,16,区分参数类型,的,的判据,m,V,T,P, m, V,T,P, m, V,T,P,Extensive properties,Intensive properties,17,2. 基本状,态,态参数,工程热力学中,常,常用的状态参,数,数有压力、温度、比体积、比热力学能、比焓、比熵等，其中可以,直,直接测量的状,态,态参数有压力、温度、比体积，称为基本状态参数,。,18,（1）压力,（,（,Pressure）,单位面积上所,受,受到的垂直作,用,用力（即压强,）,）,单位:Pa（帕），1Pa=1N/ m,2，,1MPa= 10,3,kPa=10,6,Pa,19,Pressure measurement 压力的,测,测量,绝对压力、表,压,压力与真空度,Absolute pressure、gage pressure andvacuumpressure,当,p,Pb,表压力,Pe,当,p,Pb,真空度,Pv,Pb,Pe,p,Pv,p,20,绝对压力,p,、,大气压力,p,b,、表压力,p,e,、,真空度,p,v,只有绝对压力,p,才是状态参数,。,。,21,常用非SI压,力,力单位,：,1bar（巴） = 10,5,Pa,1atm,（标准大气压）,= 1.013,10,5,Pa,1at,（工程大气压）,= 0.981,10,5,Pa,1mmH,2,O,（毫米水柱）,= 9.81Pa,1mmHg,（毫米汞柱）,= 133.3Pa,22,（2）比体积,定义：,单位质量的工,质,质所占有的体,积,积，用符号,v,表示，单位为,m,3,/kg,。,密度：,单位体积工质,的,的质量，用符,号,号,表示,，,单位为,kg/ m,3,。,比体积和密度二者相关，通,常,常以比体积作,为,为状态参数,。,。,23,（3）温度,温度是反映物,体,体冷热程度的,物,物理量。温度,的,的高低反映物,体,体内部微观粒,子,子热运动的强,弱,弱。,当两个温度不,同,同的物体相互,接,接触时，它们,之,之间将发生热,量,量传递，如果,没,没有其它物体,影,影响，这两个,物,物体的温度将,逐,逐渐趋于一致,，,，最终将达到热平衡（即温度相等,）,）。所以,温度是热平衡,的,的判据,。,1）温度的物,理,理意义,温度相等,热平衡,24,2）热力学第,零,零定律,：,如果两个物体,中,中的每一个都,分,分别与第三个,物,物体处于热平,衡,衡，则这两个,物,物体彼此也必,处,处于热平衡。,热力学第零定,律,律是温度测量,的,的理论依据,。,A,B,C,3）温标,：,温度的数值表,示,示法。,建立温标的三,个,个要素：,a . 选择,温,温度的固定点,，,，规定其数值,；,；b. 确定,温,温度标尺的分,度,度方法和单位,；,；c. 选择,某,某随温度变化,的,的物性作为温,度,度测量的 依,据,据。,25,摄氏温标:,在标准大气压,下,下，纯水的冰,点,点温度为0,，纯水的,沸点温度为,100,，,纯水的三相点,（,（固、液、汽,三,三相平衡共存,的,的状态点）温,度,度为,0.01,。,瑞典天文学家,摄,摄尔修斯（Celsius,）,）于1742,年,年建立。用摄,氏,氏温标确定的,温,温度称为摄氏温度,，用符号,t,表示，单位为,。,选择水银的体,积,积作为温度测,量,量的物性，认,为,为其随温度线,性,性变化，并将0,100,温度下的体积,差,差均分成,100,份，每份对应1,。,26,用热力学温标,确,确定的温度称,为,为热力学温度，用符号,T,表示，单位为,K,（开）。,热力学温标（,绝,绝对温标）:,英国物理学,家,家开尔文（Kelvin),在热力学第,二,二定律基础,上,上建立，也,称,称,开尔文温标,。,。,热力学温标,取,取水的三相,点,点为基准点,，,，并定义其,温,温度为,273.16K,。温差,1K相当于,水的三相点,温,温度的,1/273.16,。,热力学温标与摄氏温标的关系：,温差:,1 K =1,t,=,T,273.15K,27,国际单位制,（,（SI）采,用,用热力学温,度,度,T,作为基本状,态,态参数。,4)温度的测量,a.接触式,水银温度计,、,、酒精温度,计,计,热电偶、电,阻,阻温度计等,。,。,b.非接触式,光学辐射高,温,温计,激光全息干,涉,涉仪,CARS（,相,相干反斯托,克,克斯喇曼光,谱,谱）法,28,1-3,状态方程、,参,参数坐标图,一、状态方,程,程,对于由气体,工,工质所组成,的,的热力系，,当,当处于平衡,状,状态时，热,力,力系内各部,分,分将具有相,同,同的压力、,温,温度和比容,等,等参数。,29,实验：酒瓶,受,受热,啤酒瓶受热,爆,爆炸,红酒瓶木塞,受,受热向子弹,一,一样发射,30,维持气体的,比,比容不变，,加,加热后，压,力,力将随温度,的,的升高而增,大,大；,当压力不变,时,时，气体的,比,比容随温度,的,的升高而加,大,大；,如果比容和,压,压力保持不,变,变，则温度,是,是个定值,实验结论,31,（2）状态,方,方程式,表示,状态参数之,间,间关系的方,程,程式称为,状态方程式。如：,例：理想气,体,体状态方程,上式称为状,态,态方程，它,们,们的具体形,式,式取决于工,质,质的性质，,一,一般由实验,求,求出，也可,由,由理论分析,求,求得。,32,（1）状态,公,公理,对于和外界,只,只有热量和,体,体积变化功,（,（膨胀功或,压,压缩功）的,简,简单可压缩,系,系统，只需,两,两个独立的,参,参数（如,p,、,v,，,p,、,T,或,v,、,T,）,便可确定它,的,的平衡状态。,二、状态参,数,数坐标图,33,在以两个独,立,立状态参数,为,为坐标的平,面,面坐标图上,，,，每一点都,代,代表一个平衡状态。,以独立状态,参,参数为坐标,的,的坐标图。,（2）参数,坐,坐标图,34,课后作业,思考题1、2、3,练习题1、2、3、4,35,
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