哈工大工程热力学.ppt

第一章基本概念,本章重点,：取热力系统、对工质状态的描述、状态与状态参数的关系、状态参数、平衡状态、状态方程、可逆过程。,1-1热力系统,热力系统(热力系、系统)：用界面分离出的研究对象。,外界：系统以外的所有物质,1、系统与边界,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,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,边界特性,真实、虚构,固定、活动,热力系统分类,以系统与外界关系划分：,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,是否传热、功、质非孤立系孤立系,1开口系,热力系统,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,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,简单可压缩系统,最重要的系统,简单可压缩系统,只交换热量和一种准静态的容积变化功,容积变化功,压缩功膨胀功,1-2状态和状态参数,状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况,状态参数：描述热力系状态的物理量,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、状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关,3、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。,数学上：,点函数、态函数,1,2,a,b,例：温度变化,山高度变化,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,强度参数与广延参数,强度参数：与物质的量无关的参数如压力p、温度T,广延参数：与物质的量有关的参数可加性如质量m、容积V、内能U、焓H、熵S,比参数：,比容,比内能,比焓,比熵,单位：/kg/kmol具有强度量的性质,1-3基本状态参数,压力p、温度T、比容v（容易测量）,1、压力p物理中压强，单位:Pa,N/m2,常用单位：1bar=105Pa1MPa=106Pa1atm=760mmHg=1.013105Pa1mmHg=133.3Pa1at=735.6mmHg=9.80665104Pa,压力p测量,示意图,一般是工质绝对压力与环境压力的相对值相对压力,注意：只有绝对压力p才是状态参数,绝对压力与相对压力,示意图,当ppb,表压力pe,当p,有足够时间恢复新平衡准静态过程,示功图,p,V,.,1,2,.,p,p外,2,1,mkg工质：,W=pdV,1kg工质：,w=pdv,W,可逆过程的定义,系统经历某一过程后，如果能使系统与外界同时恢复到初始状态，而不留下任何痕迹，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。,可逆过程的实现,准静态过程+无耗散效应=可逆过程,无不平衡势差,通过摩擦使功变热的效应(摩阻，电阻，非弹性变性，磁阻等）,不平衡势差不可逆根源耗散效应,耗散效应,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。,可逆过程的功与热完全可用系统内工质的状态参数表达，可不考虑系统与外界的复杂关系，易分析。,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。,完全可逆、内可逆与外可逆,完全可逆可逆内部可逆，外部不可逆外部可逆，内部不可逆,常见,90,0,例：,内可逆外不可逆,1-7功量,1、力学定义:力在力方向上的位移,2、热力学定义(外文参考书）a、当热力系与外界发生能量传递时，如果对外界的唯一效果可归结为取起重物，此即为热力系对外作功。,b、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。,例：火力发电装置,锅炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,功的表达式,功的一般表达式,热力学最常见的功容积变化功,其他准静态功：拉伸功，表面张力功，电功等,1-8热量与熵,1、热量定义：热力系通过边界与外界的交换的能量中，除了功的部分（不确切）。,另一定义：热量是热力系与外界相互作用的另一种方式，在温度的推动下，以微观无序运动方式传递的能量。,热量如何表达？,热量是否可以用类似于功的式子表示？,？,引入“熵”,热量与容积变化功,能量传递方式容积变化功传热量,性质过程量过程量,推动力压力p温度T,标志dV,dvdS,ds,公式,条件准静态或可逆可逆,熵（Entropy）的定义,reversible,熵的简单引入,比参数kJ/kg.K,ds:可逆过程qrev除以传热时的T所得的商,清华大学刘仙洲教授命名为“熵”,广延量kJ/K,熵的说明,1、熵是状态参数,3、熵的物理意义：熵体现了可逆过程传热的大小与方向,2、符号规定,系统吸热时为正Q0dS0系统放热时为负Q0dS0,4、用途：判断热量方向计算可逆过程的传热量,示功图与示热图,p,V,W,T,S,Q,示功图,温熵(示热)图,1-9热力循环,要实现连续作功，必须构成循环,定义：热力系统经过一系列变化回到初态，这一系列变化过程称为热力循环。,不可逆循环,分类：,可逆,过程,不可逆,循环,可逆循环,正循环,p,V,T,S,净效应：对外作功,净效应：吸热,正循环：顺时针方向,2,1,1,2,逆循环,p,V,T,S,净效应：对内作功,净效应：放热,逆循环：逆时针方向,2,1,1,2,热力循环的评价指标,正循环：净效应（对外作功，吸热）,W,T1,