《电厂工程热力学》PPT课件.ppt

第一章 基 本 概 念 1 第一节第一节 热力系统热力系统 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 12 34 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)dz是全微分 充要条件： 可判断是否 是状态参数 13 BT= 0.5mw 2 0.5mw 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 0.01273.16 0273.15 -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273.16K 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/m2 常用单位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665104 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, Pg=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 T1 T2 T1T2Q 自由膨 胀 真空 36 典型的不可逆过程 节流过程 (阀门） p1p2 p1p2 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= pAp外=p ds pp外 fA 以汽缸中1Kg工质为系统 1经可逆变化到2 1kg工质发生容积变化对外界作的功 W = m pA ds=pdV w =Fds=p A ds=pdv 二、容积功：因容积变化和外界发生作用 mkg工质 40 准静态过程的容积变化功 pp外 2 mkg工质：W =pdV 1kg工质： w =pdv 1 注意： 上式仅适用于 准静态过程41 示功图 p V . 1 2 . pp外 21 mkg工质： W =pdV 1kg工质 ： w =pdv 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：dV0，膨胀 对外作功（正） dV 0 Q