工程热力学多媒体教学课件 华北电力大学能源与动力工程学院(可编辑)

工程热力学多媒体教学课件华北电力大学能源与动力工程学院多媒体教学课件华北电力大学能源与动力工程学院第1章基本概念第1章基本概念什么是工质定义实现能量转化的媒介物质制冷工程中又称为制冷剂对工质的要求1）膨胀性2）流动性3）热容量4）稳定性，安全性5）对环境友善6）价廉，易大量获取物质三态中气态最适宜作为工质工质的举例火力发电、核电等水蒸气太阳能、地热发电、制冷设备等低沸点物质氨、氟里昂内燃机、燃气轮机燃气和空气什么是热力系统被人为地分割出来，作为热力学研究对象的有限物质系统外界系统以外的所有物质边界界面系统与外界的分界面系统、外界和边界边界特性固定、活动真实、虚构划分热力系统举例1锅炉；2汽轮机；3凝汽器；4水泵A）以锅炉为热力系统；B）以汽轮机为热力系统；C）以整个蒸汽动力装置为热力系统热力系统分类以系统与外界关系划分有无有无质量传递开口系闭口系有无热量传递非绝热系绝热系有无能量、物质传递非孤立系孤立系热力系统其他分类关于热力系统重点掌握开口系、闭口系、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。系统与外界的作用都通过边界，看是否有质量交换、热量传递、功的传递及其他形式能量传递。简单可压缩系统工程热力学中最常见、最重要的热力系统因为热能动力装置常用工质都是可压缩流体（水蒸气、空气、燃气等）系统与外界只交换热量和一种准静态的体积变化功（膨胀功和压缩功）体积变化功只与工质的压力和体积的变化量有关工程热力学中讨论的大部分系统都是简单可压缩系统第1章基本概念定义状态某一瞬间工质所呈现的宏观物理状况状态参数描述工质所处状态的宏观物理量工程热力学中常用状态参数基本状态参数温度T、压力P、体积V、热力学能U、焓H、熵S涉及化学反应化学势、亥姆赫兹自由能F、吉布斯自由能G状态参数的特征状态确定，则状态参数也确定，反之亦然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，如温度、压力状态参数的微分特征设DZ是全微分基本状态参数温度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为温度热平衡热力系相互接触时，相互间无宏观热量传递，称它们处于热平衡状态宏观表示物体的冷热程度微观标志物质分子热运动的激烈程度，是衡量分子平均动能的量度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。1930年由福勒（ER）正式提出温度测量的理论基础温度单位开氏（绝对）温标TK摄氏温标T华氏温标TF温标换算关系基本状态参数压力单位面积上承受的垂直作用力物理中压强，单位PA，N/M2常用单位1KPA103PA（千帕）1MPA106PA（兆帕）1BAR105PA（巴）1ATM760MMHG101325105PA（标准大气压）1MMHG1333PA（毫米汞柱）1MMH2O981PA（毫米水柱）1AT1KGF/CM2981104PA（工程大气压）绝对压力与相对压力绝对压力P真实压力相对压力绝对压力P与环境压力PB之差是否高于环境压力表压力PG、真空度PV相对压力表压力与真空度环境压力与大气压力环境压力指压力表所处环境的压力大气压力指当地大气的压力环境压力一般为大气压，但不绝对大气压随时间、地点变化在计算时绝对压力时要看清楚环境压力是否为大气压力温度和压力都是强度量压力的变化速度快，以音速传播温度的变化慢，随着热量的传递而改变压力的改变具有即时性温度的改变具有滞后性基本状态参数比体积单位质量物质所占的体积，V（M3/KG）表征工质聚集的疏密程度物理中常用的是密度，（KG/M3）在热力学中使用比体积更方便第1章基本概念平衡状态定义在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态引起不平衡的因素温差存在热不平衡压差存在力不平衡相变存在相不平衡化学反应存在化学不平衡平衡的本质不存在任何不平衡作用达到热平衡、力平衡、相平衡、化学平衡平衡状态特点有确定的状态参数，能够在坐标图上用一点表示（如T、P、V等）非平衡状态能够自发地趋于平衡状态（热二律，熵增原理使之趋于平衡状态）举例铁块、气体混合平衡状态是静态，没有能量交换，那么如何描述非平衡状态平衡与稳定稳定参数不随时间变化（铜棒）稳定但存在不平衡势差，若去掉外界影响，则状态变化（去掉热源、冷源）平衡一定稳定，稳定不一定平衡平衡与均匀平衡时间上均匀空间上状态方程平衡状态可用一组状态参数描述其状态简单可压缩系状态方程简单可压缩系（仅体积变化功）N112状态方程描述基本状态参数（P,V,T之间的关系的方程，具体形式取决于工质的形式，如理想气体、实际气体状态参数坐标图简单可压缩系N2，是平面坐标图第1章基本概念如何描述非平衡过程一般过程准平衡过程准平衡过程有实际意义吗准平衡过程的工程条件可逆过程可逆过程的实现典型的不可逆过程典型的不可逆过程关于可逆过程可逆过程必然是准平衡过程，同时过程中不存在任何耗散效应可逆过程可用状态参数图上的连续实线表示实际过程都是不可逆的，可逆过程是不引起任何热力学损失的理想过程。对于实际过程应尽量减少不可逆因素，使其尽可能接近可逆过程可逆过程完全理想化，对于工程热力学的研究范围内用可逆过程的概念，而准平衡过程很少用除典型不可逆如节流、自由膨胀等外，本书所有热力过程都可看成可逆过程第1章基本概念功的定义力学定义力乘以在力方向上的位移热力学定义功是热力系统通过边界而传递的能量，且其全部效果可表现为举起重物功是系统与外界相互作用的一种方式，在力的推动下，通过有序运动方式传递的能量。功的单位J、KJ；功率的单位W、KW规定系统对外界作功取为正，外界对系统作功取为负功的表达式示功图（PV图）可逆过程体积变化功的说明可在PV图（示功图）上用面积表示功是过程量，功的大小与路径有关体积变化功包括膨胀功和压缩功DV0膨胀对外作功（正）DV0压缩外内作功（负）适用于可逆过程下的任何工质（理想气体、水蒸气等）工程热力学中的功多指体积变化功热量定义热力系和外界之间仅仅由于温度不同而通过边界传递的能量热量是热力系与外界相互作用的另一种方式，在温差的推动下，以微观无序运动方式传递的能量。国际单位J，KJ，和功的单位相同非法定单位CAL，KCAL热功当量1CAL41868J规定系统吸热取为正，系统放热取为负热量如何表达熵的定义熵的说明熵是状态参数符号规定系统吸热时为正Q0DS0系统放热时为负Q0DS0熵的物理意义熵体现了可逆过程传热的大小与方向用途判断热量方向计算可逆过程的传热量示热图（TS图）第1章基本概念热力循环定义工质从某一初始状态出发，经过一系列中间过程又回到初始状态，称工质经历了一个热力循环要实现工质的连续作功，必须构成热力循环特点状态参数坐标图上为一闭合曲线分类可逆循环和不可逆循环可逆循环全部由可逆过程组成的循环不可逆循环循环中有部分过程或全部过程是不可逆的循环根据循环效果的不同，分为正向循环和逆向循环正向循环逆向循环热力循环的评价指标热力循环的评价指标例题某发电厂平均生产1度电需消耗350克标准煤，已知标准煤的热值为29308KJ/KG，试求这个电厂的平均热效率是多少解收益1度电1KWH1KJ/S3600S3600KJ代价350克标准煤发热035KG29308KJ/KG102578KJ效率课后思考题对于开口系统一定是非绝热系吗有人说，不可逆过程是无法恢复到初始状态的过程，这种说法对吗“工质吸热温度升高，放热温度降低”，这种说法对吗“高温物体所含热量多；低温物体所含热量少。”这种说法对吗为什么经过一个不可逆循环后，工质又回复到起始状态，那么，它的不可逆性表现在什么地方谢谢大家平衡不一定均匀，但单相平衡态一定是均匀的状态公设对组元一定的闭口系，独立状态参数数目NN1想确切描述某个热力系，是否需