工程热力学基本概念.ppt

第一章基本概念,1-1热力系统1-2工质的热力学状态及基本状态参数1-3平衡状态、状态方程式、坐标图1-4准静态过程和可逆过程1-5过程功和热量1-6热力循环,1-1热力系统,人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统,系统与外界之间的分界面,热力系统以外的部分,热力系统（热力系）,外界,界面（边界）,系统与外界通过边界进行相互作用,热力系的选取主要决定于研究任务。,选取热力系时注意：,边界可以是实际存在的，也可以是假想的。,边界可以是固定的，也可以是变动的。,热力系可以很大，但不能大到无限。,热力系可以很小，但不能小到只包含少量分子，以致不能遵守统计平均规律。,系统与外界通过边界进行相互作用。,物质交换,能量交换,热量交换,功量交换,根据热力系与外界的相互作用，热力系分为：,闭口系和外界无物质交换（控制质量）开口系和外界有物质交换（控制容积、控制体）绝热系和外界无热量交换孤立系和外界无任何相互作用,1开口系,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,例,判断题,1、系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系。,2、孤立系一定是绝热闭口系。,3、绝热闭口系一定是孤立系。,X,X,1-2工质的热力学状态及基本状态参数,状态：工质某一瞬间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,基本状态参数可直接测量,温度、压力、比体积、热力学能、焓、熵,热力学中常用的6个状态参数：,一、温度,宏观上：物体冷热程度的标志微观上：物质分子热运动激烈程度的标志,温度计：测量温度的仪器,温标：温度的数值表示法,摄氏温标,符号：t单位：,常用,热力学温标,（又称：绝对温标、开尔文温标）,符号：T单位：K(开尔文)规定水的三相点温度为273.16K,T=t+273.15温度间隔相等二者无实质差异，仅零点取值不同,其他温标，参见习题1-1、1-2,二、压力,压力（压强）：单位面积上所受的垂直作用力,压力计：测量工质压力的仪器。常见的有U型管压力计和弹簧管压力计。,标准大气压（atm,1atm=101325Pa）巴（bar,1bar=105Pa）工程大气压（at）毫米汞柱（mmHg)毫米水柱（mmH2O),工程单位：,帕斯卡(帕)Pa1Pa=1N/m2,国际单位：,单位变换参见表1-1,1kPa=103Pa1MPa=106Pa,压力计测压元件处于某种环境压力作用下，因此测得的压力是真实压力与环境压力之差。,绝对压力p工质的真实压力,表压力pepe=p-pb(ppb),真空度pvpv=pb-p(p,热力系有足够时间恢复被破坏的平衡,例：2冲程活塞式内燃机，活塞运动速度=10m/s，压力波恢复平衡速度（声速）350m/s。,二、可逆过程和不可逆过程,准平衡过程着眼于系统内部平衡，不排斥耗散效应。,引入一个更彻底的理想化过程,可逆过程,如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向运行时，能使系统和外界都返回到原来的状态，而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程，否则为不可逆过程。,可逆过程的特征：,实现可逆过程的条件：,1）准静态过程2）无耗散效应,II.有摩擦的准静态过程,III.无摩擦的准静态过程,不平衡势差无限小,实际过程都是不可逆过程,I.非平衡过程,准平衡过程只要求系统内部平衡，不排斥耗散效应。可逆过程不仅要求系统内部平衡，而且要求工质和外界可以无条件地逆复，过程进行时不存在任何能量耗散。,可逆过程必是准平衡过程。准平衡过程只是可逆过程的必要条件之一。无任何耗散效应的准静态过程是可逆过程，反之亦然。,准平衡过程与可逆过程的区别和联系：,实际过程非常复杂。热力学中先按可逆过程处理，然后考虑不可逆因素加以修正，即可得到实际过程的结果。,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。易于揭示过程规律和本质。,可逆过程是实际过程的理想极限，可作为实际过程的比较标准。,实际过程都是不可逆过程，那么研究可逆过程有何意义？,有人说，不可逆过程是热力系无法恢复到初始状态的过程，这种说法对吗？为什么？,思考题,X,1-5过程功和热量,一、准静态过程功,功：力和力方向上位移的乘积。,w=pdv,mkg工质:,W=pAdx=pdV,1kg工质:,体积变化功：通过工质体积变化而和外界交换的功包括膨胀功和压缩功,p,V,.,1,2,.,W,dV,准静态过程功可用p-V图中曲线下的面积表示。,功为过程量，因其不仅与初终态相关，且与过程相关。,过程量的微元用d表示，状态量的微元用d表示。积分后结果不同。,仅适用于准静态过程（包括可逆过程），非准静态过程不可用，虚线下面积亦非功。,p,V,.,1,2,.,示功图,dW,规定：热力系对外做功为正，外界对热力系做功为负。,功的单位：J,kJ;比功的单位：J/kg,kJ/kg,闭口系工质膨胀作出的功，一部分因摩擦而耗散，一部用以反抗大气压力作功，余下的才是可被利用的功，称为有用功。,其中排斥大气功：,对可逆过程，有用功：,p,p0,求两过程中气体的膨胀功。,两过程初、终态相同，但中间途径不同，因而膨胀功不同。,例,解,作业：1-16,二、过程热量,热力系统与外界之间由于温度不同而通过边界传递的能量。,规定：热力系吸热为正，放热为负。,对mkg工质，单位：J，kJ。用Q表示。对1kg工质，单位：J/kg，kJ/kg。用q表示。,可逆过程热量计算：,区分：过程量和状态量。,功和热量是过程量。只有在能量传递或转换过程中才有功和热量。,说物系在某状态下有多少功或多少热量是无意义的、错误的。,热量为过程量，因其不仅与初终态相关，且与过程相关。,可逆过程热量可用T-s图中曲线下面积表示。,思考题,1、温度高的物体比温度低的物体具有更多的热量，这种说法对吗？,3、温度、压力、体积、膨胀功、热量中，哪些是状态量，哪些是过程量？,X,2、热量是指储存于物体内部的热能量。,X,判断对错,1、某过程可在p-v图中用实线表示，则必为准静态过程2、某过程可在p-v图中用实线表示，则必为可逆过程。3、某过程如图所示，则曲线下面积表示膨胀功。4、工质经历一不可逆过程后不能回到原状态。5、可逆过程肯定是准静态过程。6、如右图所示，有,p,v,1,2,.,.,a,b,X,X,X,X,1-6热力循环,热力循环全部或部分由不可逆过程组成,可逆循环：,不可逆循环：,根据过程是否可逆：,热力循环全部由可逆过程组成,蒸汽动力装置,要实现连续作功，必须构成循环。,热力循环：热力系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。,循环分类：,正向循环,把热能转化为机械能的循环，又称热机循环,根据循环效果及进行方向：,热效率：,循环热经济性指标=收获/代价,正向循环；逆向循环,高温热源,