推荐热力学基本状态参数

1、 热力学基本状态参数 功和热量 1-1 工质和热力系 一、工质、热机、热源与冷源 1、热机（热力发动机）：实现热能转换为机械能的设备。 如:电厂中的汽轮机、燃气轮机和内燃机、航空发动机等。 2、工质:实现热能转换为机械能的媒介物质。 对工质的要求: 1）良好的膨胀性; 2）流动性好；3）热力性质稳定,热容量大；4）安全对环境友善；5）价廉，易大量获取。如电厂中的水蒸汽；制冷中的氨气等。 问题：为什么电厂采用水蒸汽作工质？ 3、高温热源：不断向工质提供热能的物体（热源）。 如电厂中的炉膛中的高温烟气 4、低温热源：不断接收工质排放热的物体（冷源） 如凝汽器中的冷却水 二、 热力系统 1、热力系统

2、和外界概念 热力系:人为划分的热力学研究对象(简称热力系）。 外界:系统外与之相关的一切其他物质。 边界:分割系统与外界的界面。在边界上可以判断系统与外界间所传递的能量和质量的形式和数量。边界可以是实际的、假想的、固定的，或活动的。 注意:热力系的划分，完全取决于分析问题的需要及分析方法的方便。它可以是一个设备（物体），也可以是多个设备组成的系统。 如：可以取汽轮机内的空间作为一个系统，也可取整个电厂的作为系统。 2、热力系统分类 按系统与外界的能量交换情况分 1）绝热系统：与外界无热量交换。 2）孤立系统：与外界既无能量（功量、热量）交换，又无质量交换的系统。 注意：实际中，绝对的绝热系和孤

3、立系统是不存在的，但在某些理想情况下可简化为这两种理想模型。这种科学的抽象给热力学的研究带来很大的方便。 如：在计算电厂中的汽轮机作功时，通常忽略汽缸壁的散热损失，可近似看作绝热系统。状态及基本状态参数 状态参数特点 u状态参数仅决定于状态，即对应某确定的状态，就有一组状态参数。反之，一组确定的 状态参数就可以确定一个状态。状态参数的变化量仅决定于过程的初终状态，而与达到该状态的途径无关。因此，状态参数的变化量可表示为（以压力p为例）： 二、基本状态参数 1.表压与真空 表压力：当气体的压力高于大气压力时（称为正压），压力表的读数（pg），如锅炉汽包、主蒸汽的压力等。 有:pg=p-pb p的

4、计算式： p=pg+pb 真空（度）：当气体的压力低于大气压力时（称为负压），负压表（真空表）的读数（pv），如凝汽器的压力、炉膛压力等。 有: pv=pb-p p的计算式：p=pb-pv 压力的单位 （1）国际制：1帕=1pa=1N/m2 1千帕=1kpa=103pa 1兆帕=1Mpa=106pa ; 1巴=1bar=105pa （2）工程中可用液柱高和工程大气压表示压力大小。 1mmHg133.3Pa 1工程大气压=1at=1kg/cm2 （3）标准大气压：将纬度45o海平面上的常年平均气压称之，（物理大气压） 1标准大气压=1atm=760mmHg=1.01325X105pa （4）标准

5、状态: 处于1标准大气压下，温度为0 oC的状态. 各种压力单位与帕的换算关系 2、温度 （1）概念： 传统：标志物体冷热程度的物理量。 微观：衡量分子平均动能的量度。 （2）温标：温度的数值标尺。温标的建立是确定其基准点和分度方法，常用的有摄氏温标和热力学温标。 1）摄氏温标（t，） ： 2）热力学温标（绝对温标、开尔文温标）（T， K）： 以水的三相点为基点，并定义为273.16 K,每1/273.16为1K。 3）相互关系：基准点不同，但分度一样 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。或表述为处于热平衡的物体必具有相同的温度。是温度测量的理

6、论基础。 温度的热力学定义：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温度。 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 测温仪表 日常：水银温度计，酒精温度计， 工业：热电偶、热电阻、辐射温度计 计量：铂电阻温度计 3、比体积v （比容） 比体积：单位质量工质所占有的容积。 v=V/m 单位： (m3/kg) 密度：单位容积内工质的质量。 =m/V 单位： (kg/m3) 相互关系： v=1 即互为倒数 例题分析 例题1-1：如图所示,用水银压力计测量凝汽器的压力，已知测压计读数为 706mmHg,当地大气压pb98.07kpa，求凝汽器的

7、绝对压 力、表压力和真空。 解：由于凝汽器内蒸汽的密度远小于水银的密度，忽略蒸汽高度产生的压力， 则凝汽器内真空:pv=706133.3 =94110(Pa) 绝对压力力ppb-pv98070941103960(Pa) 凝汽器的表压力pg=p-pb=3960-98070=94110(Pa) 说明：凝汽器内的表压力为负值称为负压，负压与真空的绝对数值是相等的。 例1-2 ? 一台型号HGl02118.2540540的锅炉，其中18.2指的是蒸汽的表压力为 18.2MPa，当地大气压为750mmHg，试求蒸汽的绝对压力为多少? 解：根据p=pb+pg，则绝对压力为 p=750133.3十18.2l

8、06=18.3106(Pa) 18 .3Mpa 1-3 平衡状态和热力过程 1平衡状态 （3）实现平衡的条件 热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的传递。 力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位移。 化学平衡：系统内各组成成分不再变化。 （4）平衡状态特点：1）只有平衡状态是可以描述的（有确定的状态参数）；2）平衡状态不会自行打破；3）非平衡状态会自动趋于平衡。 2、状态方程式 状态方程式：状态参数之间的函数关系式称为状态方程。 简单可压缩系统：系统和外界只有热量和体积变化功（膨胀功或压缩功）交换的系统。对这种系统只需两个独立的状态参数，便可确定它的平衡状态（由状态定理）。 3、状态参

9、数坐标图 两个独立的状态参数可以确定一个状态，这样由任意两个相互独立的状态参数构成一个直角坐标图称为状态参数坐标图。常用的有p-v图和T-s图等. 坐标图上的一个点表示工质所处的一个状态，线表示某个热力过程。 点状态（1、2） 线热力过程（12） 二、热力过程和准平衡过程 实际过程与准平衡过程 (2)按过程与外界产生的效果分 1)可逆过程：一个过程进行以后，若使其原路返回至原态，并使系统和外界不发生任何改变，则这一过程称为可可逆过程， 2)不可逆过程:否则称为不可逆过程。 实现可逆过程的充要条件 推动过程进行的势差无限小，如传热无温差，无压差； 不存在任何耗散效应，如作机械运动时不存在摩擦。

10、可逆运动与不可逆运动 平衡过程与可逆过程比较 1）都是理想化过程。 2）平衡指系统内部状态的平衡，可逆指与外界的效果。 3）可逆必平衡，平衡不一定可逆。但不平衡一定不可逆。 分析研究可逆过程的意义 ： 可逆过程是一个理想过程，自然界中一切实际过程（如传热、混合、扩散、渗透、溶解、燃烧、电加热等）均是不可逆过程。可逆过程的概念为热力学分析提供了很大的方便。利用这一概念可以将复杂的实际过程近似简化为一个理想的可逆过程加以研究，然后再加以适当的修正，所以研究可逆过程在理论上具有十分重要的意义。 1-4 功和热量 3、可逆过程的体积变化功与p-v图 （1）体积变化功：这种直接由系统容积变化与外界间发生

11、作用而传递的功称为体积变化功（膨胀功或压缩功）。 （1）体积变化功 对由气缸和活塞所包围的热力系统，进行的微元过程中，如活塞所受推力为F,位移为dx,则系统对外界作的膨胀功为： W=Fdx 对可逆过程，F=pA,所以有： （2）功的计算及P-V图 二、热量与T-S图 1热量的定义：工程热力学中把依靠温差而通过边界传递的能量称为热量。 热量和热能不同，热量不是状态参数，它不仅与过程初、终态有关，而且与过程如何进行密 切相关；热能则是物质热运动形态的反映，仅取决于状态，是状态参数。可见：热量是过程量；热量是传递的能量（瞬时量） 2热量的符号与单位 热量：用Q表示，国际单位制中，热量的单位是焦（耳）

12、，用J表示。工程上常用千焦（kJ）表示， 1kJ=1000J 比热量：1kg气体与外界交换的热量，用q表示，单位为J/kg。 热量正负:工程热力学中规定，工质从外界吸热，热量为正；工质向外界放热，热量为负。 3、热量的计算和T-S图 热力系与外界进行的各种能量交换所遵循的规律都是类似的，可以采用描述功的类似的方式来描述热量的传递。 热量与容积变化功 熵及TS图 可逆过程中比容的变化是做容积功的标志，那么在可逆传热过程中也应该存在某一状态参数可用来作为热量传递的标志。我们就定义这个新的状态参数为“熵”。以符号S表示. 熵的定义式：dS=dQ/T或 ds=dq/T 熵的单位：kJ/k或J/k 比熵

13、：s=S/m,比熵的单位：kJ/（kg.k）或J/（kg.k） 例1-4 如图所示，1kg气体经历了AB、BC、CA三个可逆过程，试求出每个过程的功量和整个过程的总功量。 解：计算各过程曲线下的面积 就是相应过程的功 WAB=1/2(P1+P2)(V2-V1)=- WBA WBC=0 WCA=p1(v1-v2)=-p1(v2-v1)= -WAC WABC=wAB+WCA =1/2(p2-p1)(v2-v1) 即整个过程的功是封闭三角形ABC的面积. 物 质化学符号 模 型相 态比热容量（基本） J/(kgK) 比热容量（25）J/(kgK) 14000 5190 2055 1030 3580

14、2460 2200 2200 2160 2000 2000 1730 1700 1500 1300 1100 1040 1030 1005 920 840 1040 900 840 氢 H 2 气 14300 氦 He 1 气5193.2 氨 NH3 4 气 2050 氖 Ne 1 气1030.1 锂 Li 1 固 3582 乙醇 CH3CH2OH 9 液 2440 汽油混 混 液 2220 石蜡 CnH2n+2 至62122 固2500 甲烷 CH4 5 气 2156 油 混 混 液2000 软木塞 混混 固2000 乙烷 C2H6 8 气 1729 尼龙 混 混 固 1720 乙炔 C2H

15、2 4 气1511 聚苯乙烯 CH2 3 固1300 硫化氢 H2S 3 气1105 氮N 2 气1042 空气（室温） 混混 气1012 、干燥、0）平面空气（海 混 混 气1035 氧O 2 气 918 二氧化碳 CO2 3 气 839 一氧化碳CO 2 气 1042 铝Al 1 固 897 石绵 混 混 固847 837陶840 823.98202F750750710720C石1659.1660CF4四氟甲5620600SO2二氧化384600玻520Cl25202509.1钻C50214504504444501Fe377380黄Cu,Zn3861Cu3852331Ag2351401Hg

16、139135Pt13511261Au1291281125Pb1850O水蒸（水31850418634200O10（水206032050 (O2 理论上说，常见液体和固体物质中，水的比热容最大 对上表中数值的解释：kJ/(kg)/ J/(kg)，两单位为千进制比热此表中单位为 (1) 1kJ/(kg)/=1*10³J/(kg) 水的比热较大，金属的比热更小一些 (2) c钢铅cc(3)c 铝铁 补充说明： ，因此，可以用比热是物质的一种属性不同的物质有不同的比热， 比热的不同来（粗略地）鉴别不同的物质（注意有部分物质比热相当接近） 如一杯水与一同一物质的比热一般不随质量、形状的变化而变化

17、。 桶水，它们的比热相同。，同一物质在同一状态下的比热是有关对同一物质，比热值与物态 一定的（忽略温度对比热的影响），但在不同的状态时，比热是不相同的。 例如水的比热与冰的比热不同。在温度改变时，比热容也有很小的变化，但一般情况下可以忽略。 比热容表中所给的比热数值是这些物质在常温下的平均值。气体的比热容和气体的热膨胀有密切关系，在体积恒定与压强恒定 时不同，故有定容比热容和定压比热容两个概念。但对固体和液体，二者 差别很小，一般就不再加以区分。 常见气体的比热容 （单位：kJ/(kgK)） Cv Cp 0.649 氧气 0.909 9.934 氢气 14.05 1.381 水蒸气1.842

18、0.741 1.038 氮气 什么是显热、潜热、热湿比及焓？ 什么是显热？比如空气干球温度主要表现在由于空气干球温度的变化而发生的热量转移，显热简单的理潜热的发生总会伴随着物质相态的变化，的升高或降低而引起的热量。在空调负所以，解就是水在沸腾的时候要吸收很多的热量而温度没多大的变化。 荷的计算时，因为空气里含有水蒸汽，所以就要计算其显热负荷和潜热负荷。显热对固态、液态或气态的物质加热，只要它的形态不变，则热量加进去后，物即不改变物质的形态而质的温度就升高，加进热量的多少在温度上能显示出来，它的如对液态的水加热，只要它还保持液态，引起其温度变化的热量称为显热。例如机显热只影响温度的变化面不引起物

19、质的形态的变化。温度就升高；因此， 房中、其计算机或程控交换机的发热量很大，它属于显热。 什么是潜热？对液态的水加热，水的温度升高，当达到沸点时，虽然热量不断的加入，但水的即由液态变为气加进的热量仅使水变成水蒸气，一直停留在沸点，温度不升高，如计算的热量称为潜热。又称相变这种不改变物质的温度而引起物态变化态。()机房中、工作人员人体发热以及换气带进来的空气含湿量，这些热量称为 潜热。(全热等于显热与潜热之和。) 如果要求的气温高于露点温度, 则没有水蒸汽的产生或者水珠的产生,即湿度没有变化,也就是所说的显热交换！如果要求的气温低于露点温度， 就会有潜热交换。 潜热，相变潜热的简称,指单位质量的物质在等温等压情况下,从一个相变化到另一个相吸收或放出的热量。这是物体在固、液、气三相之间以及不同的固相之间相互转变时具有的特点之一。固、液之间的潜热称为熔解热(或凝固热),液、气