工程热力学1完整ppt课件

第一章基本概念、基本概念(Basicconceptsanddefinitions )、1-1热能动力装置(ThermalPowerPlant )、定义：从燃料燃烧中获得热能利用热能获得动力的一套设备。 分类、气体动力装置combustiongaspowerplant、蒸汽动力装置steampowerplant、内燃机、gasturbine、internalcombustionengine、jetpowerplant、燃气轮机、喷气动力装置、返回接着，下一页，返回，下一页，四冲程汽油引擎，四冲程柴油机，二冲程汽油引擎，返回，下一页，继续。 蒸汽动力装置(流程图)、锅炉、过热器、汽轮机、发电机、冷凝器、泵，继续，下一页、共同的本质：全部介质：1-2工程，热源，热系统， 根据定义：在实现热能和机械能的相互转换的媒介物质、对工质的要求：膨胀性、流动性、热容量、稳定性、安全性、环境性能、价格、物质三种状态中气体最佳，1 .工质(workingsubstance； workingmedium )、吸热、膨胀工作、排热、燃料燃烧产生的热能完成机械能的转换。 热源(heatsource； heatreservoir )在工程学上定义吸收或排出热能的物质系统。热源、温度高低、温度变化、高温热源(热源heatsource )、低温热源(冷热源heatsink )、恒温热源(constantheatreservoir )、热源(variationalheatreservoir )、3.1热系统(热系统、系统、系统) 系统(thermodynamicsystemorsystem )，人为分割，热力学研究对象有限物质；外界(surrounding )与系统发生能量和物质交换的物质、边界(boundary )系统与外界的边界线(面)，System，boundary，Surroundings，三者的关系：汽缸-活塞装置(闭口系例)， 汽车发动机(开口系例)，注意：系统和外部设定的人为性外界和环境介质边界可以是I刚性的或可变形的固定或可移动实际存在或假想的。3.2边界图，3.3热系统分类(1)，按组要素数：单元系统onecomponentsystem； puresystem多相系统multicomponentsystem相数：单相系统homogeneoussystem多相系统注意：1)忽略一定的外力场的影响2 )多相系统不一定不均匀(湿蒸汽也能均匀分布)。 3 )机组体系不一定均匀(汽液平衡分离)。 3.4热系统分类(2)根据系统与外界的质量交换的有无进行分类：开口系统(opensystem )通过体积(CV )与外界进行物质交换的闭口系统(closesystem )控制质量(CM )中没有物质交换。隔热系统adiabaticsystem与外部无热交换的孤立系统isolatedsystem与外部无能量交换、无物质交换的单纯可压缩系统simplecompressiblesystem由可压缩流体构成，无化学反应，与外部可逆功交换是体积变化功的注意：1)闭口系统和品质不变系统的不同2 )开口系统和绝热系统的关系3 )孤立系统和绝热系统的关系。 常见热常系统，3.5热系统示例图，刚性绝热缸-活塞系统，b侧加热电热线，红线内，闭口绝热系统，黄线内不含电热线，闭口系统，黄线内含电热线，闭口绝热系统，蓝线内孤立系统，3.6热系统示例图，刚性绝热喷嘴，红线系统-闭口系统， 喷嘴为系统-开口系统隔热系统，1-3工程的热状态和基本状态数，热力学状态stateofthermodynamicsystem系统在某一瞬间出现的宏物理状态的状态参数stateofproperties描述系统所在状态的宏物理量a ) .状态参数是宏量，大量的常用的形状参照p、t、v、u、h、s等，其中p、t、v称为基本状态参数。b )状态参数的特性：与状态的单一值函数物理性：过程无关的数学性：其微分为全微分，c )状态参数的分类：广延量-与系统质量的多少有关的extensiveproperties强度量-与系统质量的多少无关的intensiveproperties 举例来说，任何两个系统状态相同的充分条件是所有状态参数一对一等于。 两个简单的可压缩系统状态相同的满足条件是两个独立的状态参数各自相等。另一方面，温度(temperature )温度：物体的冷热程度热平衡：冷热程度相同时，两物体达到热平衡热力学第零定律热平衡定律(thezerothlawofthermodynamics )，若a和b、a和c热平衡， b和c测量热平衡-温度的依据是温度标度-温度的表示方法温度标度的组成：1.基准点、2 .刻度，华氏基准点：1atm的冰点以下为32F1atm的水蒸气点为212F刻度：基准点间1/180，热力学温度基准点：水的三相点为273.16K刻度：基准点温度的1/273.16摄氏温度坐标：基准点：1atm水温冰点为01atm水蒸气点为100刻度：基准点间1/100，热力学温度坐标和国际摄氏温度坐标(thermodynamicsscale； klvinabsoluteemperaturescaleandscelsiustemperaturescale ) t=t 273.15 k华氏温度标与摄氏温度标的关系华氏温度标与朗肯循环温度标的关系，经验温度标：与测温物质的特性有关。二、压力、压力：物理压力。 单位换算请参照表1-1(P15 )的压力测量：1.被测系统的压力高于外部压力时，使用压力计测量压力，一侧得到的结果称为表压力，其值为系统的压力与外部压力之差。 2 .被测量系统的压力低于外部压力时，用真空计测量的结果称为真空度，其值为外部压力与系统压力之差。 3 .大气压力的测定用大气压力计测定了大气的绝对压力。绝对压力absolutepressure表压力gaugepressure； manometerpressure真空度-vacuumpress当地大气压localatmosphericpressure，样品图，三，比容(specificvolume )，比容：单位质量物质所占的体积，每密度单位体积的物质的质量，两者的关系：两者相当注意：独立的状态参数不相互关联(可以独立改变)，如p，t。 作业：四版1-3、9三版1-3、8；1-4平衡状态，状态方程式，图表，讨论：平衡与稳定，平衡与均匀的关系，定义：在外部影响不变的条件下，系统的状态始终处于平衡状态。 另一方面，处于平衡状态的系统的状态参数随时间不变。系统处于平衡状态的条件：系统与外界之间、系统内部各部分之间同时达到热力平衡(相平衡、化学平衡等)。 热平衡(thermalequilibrium)温差零力平衡(mechanicalporium)-力也为零。稳定不平衡，平衡不均匀，反之如何？ 想一想！ 非平衡状态：有不平衡势！ 稳定与平衡、均匀与平衡、平衡状态可以用状态参数描述，不能形成非平衡状态。二，状态方程式，状态公理：例.1)单液性气体系统：2=1-1 2如p和t，p一定时，t不同，状态不同。 2 )液体或蒸汽状态的水：2=1-1 2。 饱和水和饱和水蒸气：1=1-2 2； 3 )水的三相点：0=1-3 2，状态方程式：基本状态参数p，v，t之间的关系式称为状态方程式。 T=T(p，v )、p=p(T，v )、v=v(p，t )的默认数的形式： F=F(p，v，t )这样的关系必然存在吗？ 状态公理可以回答这个问题。 三、状态参数的坐标图、简单的压缩系统只有两个独立的状态参数，因此可以在平面上以独立的状态参数为坐标轴绘制坐标图。 例如：p、v、p、t、t、s、h、t、p、h，坐标图上的点与系统的平衡状态一一对应。 非平衡状态不能用点表示在图表上。 因为没有确定的状态参数。、1-5工质的状态变化过程、热过程：工质状态变化、一、准平衡过程(quasi-staticprocess； quasi-equilibrium )，例如，放气：对比右侧：水，波向左传播，闭阀时：平衡，开阀： a )平衡破坏，状态变化，压力波像水波那样向左传播(假设界面内外有差异)，过程中，系统内部不均匀，处于统一状态b )当阀门的开度极小时，例如，一些分子出门时，过程非常慢，几乎不存在系统内部的不均匀性，并且可以在短时间内将其视为平衡状态。准平衡过程、定义：过程比较缓慢，只要有足够的时间恢复平衡，就不会随时明显脱离平衡状态，这一过程叫做准平衡过程。 特点：相对于弛豫时间，准平衡过程是无限缓慢进行的过程，从平衡状态变为无限小，随时可回归平衡状态，准平衡过程称为准静态过程。条件：不平衡势p，t无限小的过程无限缓慢的工程有恢复平衡的能力。 准静态过程可以由状态图中的连续实线表示。二、可逆和不可逆过程以及可逆过程(reversiblesibleprocess )使过程逆着原始路径返回到原始状态，而被定义为能够使系统恢复原始状态的相关外界也不会保持变化。例：气缸活塞系统，正，反，正，反，摩擦的影响：a )无摩擦，正过程，反过程，b )有摩擦，正过程，反过程，反过程使系统恢复，但外部消耗很多电力。 结论摩擦使过程不可逆。温差的影响：a )无温差，b )有温差(假设)，结论：温差使过程不可逆。 进一步分析的话，为了恢复q需要热泵，但是消耗一定的工作，是不可逆的(比较泵)。 但是，不返回q。 压力差的影响：压力差的过程是不可逆的。、正、反、正、反、p、f、f、非准静态过程nonequilibriumprocess、准静态过程、不可逆、准静态过程、可逆、准平衡过程与可逆过程的关系(自我研究、锻炼逻辑思维)、可逆过程、准平衡过程； 相反，准平衡过程，可逆过程。 不平衡过程，不可逆过程不平衡。 不可逆过程、原命题成立，逆命题未必成立。 反否定命题一定成立。 无耗散效应(摩擦、阻力等)的准静态过程是可逆过程。 即可逆过程=准静态过程没有耗散过程，2 .准平衡过程不仅从系统内部平衡的角度考虑问题的可逆过程平衡，还考虑耗散效果的问题(更全面)。 讨论：3 .所有实际过程都是不可逆的，4 .内部可逆过程外部可逆过程，5 .可逆过程可以用状态参数坐标图上的实线表示。1-6过程的功和热，一、功的热力学定义：p，功的定义：微要素过程(状态微小变化)，式中：微要素功； 换算压力是指考虑外部得到的效果。状态有限变化时，过程的工作是：这里：1-初始状态，2-结束状态，工作单位：焦点(j )； 功率单位：瓦特(w )。 工程常用单位为千焦(KJ )和千瓦(KW )。二，可逆的功能，当过程是可逆的过程时，示功图右：如果有的话，可逆的过程功能可以用示功图上通线下的面积来表示。 工作是过程量。 在某种状态下没有工作的概念。 (无)、工作的“正”和“负”的意思：膨胀、压缩、定容、系统向外部工作，例如1-2； 系统无法运作。 例如1-4，外部在系统上工作。 例如1-3。一些讨论：a )有学习(usefulwork )，pb，f，其中w-膨胀功(compression/expansion) wl-摩擦耗电wr-有拒绝大气功的Wu-学习。 例题一，b )使用外部参数计算不可逆过程的工作： 工作：四版1-12，16三版1-9，13，三，广义工作(不要求)如果没有声明“不要求”，一律自学，四，过程热，热(heat ) :系统和外界之间只有温度差别通过边界传递的能量。单位：焦耳(j )。 正负：系统吸热为“正”，散热为“负”。 计算公式及其在T-S图上的表示：因此，热是过程量。功与热的同样不同：1.双方都是过程量，传递的能量，2 .只有在能量传递过程中，功与热，3 .功的传递由压力差推进，比体积变化由功的标识热传递由温度差推进，比熵的变化由温度差推进4 .功传导改变宏观运动状态，常伴随能形式变化的热传导改变微粒子的热运动状态，不出现能形态变化。 5、工作、热、无条件、有条件和限制、1-7热循环、一、循环、定义：系统经过一定的过程，恢复原状。 特性：恢复系统的所有状态参数。 “可逆循环”(reversiblecycle ) :全部可逆循环(irreversiblecycle ) :其中一些或全