工程热力学第一章基本概念ppt课件

1、A quantity of matter or a region in space chosen for study系统与外界的作用都经过边境锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器只交换功只交换功只交换热只交换热既交换功既交换功也交换热也交换热固定、活动固定、活动fixed 、 movablereal 、 imaginary以系统与外界关系划分：以系统与外界关系划分： 有 无能否传质 开口系 闭口系能否传热能否传热 非绝热系非绝热系 绝热系绝热系能否传功能否传功 非绝功系非绝功系 绝功系绝功系能否传热、功、质能否传热、功、质 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系1234

2、mQW1 开口系开口系非孤立系相关外界非孤立系相关外界孤立系孤立系1+2 闭口系闭口系1+2+3 绝热闭口系绝热闭口系1+2+3+4 孤立系孤立系最重要的系统最重要的系统 简单可紧缩系统简单可紧缩系统只交换热量和一种准静态的容积变化功只交换热量和一种准静态的容积变化功容积变化功容积变化功紧缩功膨紧缩功膨胀功胀功 其它分类方式物理化学性质物理化学性质 均匀系非均匀系工质种类工质种类单元系单元系多元系多元系相态相态单相系单相系复相系多相系复相系多相系形状State：某瞬间热力系所呈现的宏观情况形状参数State properties：描画热力形状的物理量形状参数的特征：1.形状参数是形状的函数，形

3、状确定时，形状参数有独一确定的值。2.工质形状变化时，形状参数的变化值仅与初、终形状相关，而与形状变化的途径无关。 形状参数的积分特征 0dz形状参数的数学特征是点函数。热力系统由形状1变化到形状2， z 为形状参数，那么有：常见形状参数：温度T，压力P，比容v，内能u，焓h，熵s等设设 z =z (x , y)dz是全微分是全微分yxzzdzdxdyxy充要条件：充要条件：22zzx yy x 可判别能否是形状参数可判别能否是形状参数强度参数：与物质的量无关的参数强度参数：与物质的量无关的参数 如压力如压力 p、温度、温度T广延参数：与物质的量有关的参数广延参数：与物质的量有关的参数可加性可

4、加性 如如 质量质量m、容积、容积 V、内能、内能 U、焓、焓 H、熵、熵S比参数：比参数：比容比容VvmUum比内能比内能Hhm比焓比焓Ssm比熵比熵单位：单位：/kg /kmol 具有强度量的性质具有强度量的性质根本形状参数：可以直接或间接地用仪表丈量的形状参数方便丈量。温度T压力P比容v或密度温度的普通解释：冷热程度的度量。温度的微观概念：大量分子热运动的剧烈程度。22mBT平均平动动能温度比例常数处于同一热平衡形状的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此一样，用于描画此宏观特征的物理量即为温度。温度的热力学定义：是确定一个系统能否与其它系统处于热平衡的物理量。热力学第零定律热力学第零定律T

5、he Zeroth Law of Thermodynamics假设两个系统分别与第三个系统处于热平衡，那假设两个系统分别与第三个系统处于热平衡，那么两个系统彼此必然处于热平衡。么两个系统彼此必然处于热平衡。温度丈量的实际根底温度丈量的实际根底热平衡热平衡Thermal equilibrium在没有外来影响的情况下，在没有外来影响的情况下，两物体相互作用最终到达一两物体相互作用最终到达一样的冷热情况。样的冷热情况。热力学第零定律热力学第零定律 1931年年 T热力学第一定律热力学第一定律 18401850年年 E热力学第二定律热力学第二定律 18541855年年 S热力学第三定律热力学第三定律

6、1906年年 S基准基准温标：温度的数值标尺。需规定根本定点和每一度的数值。热力学温标Kelvin scale：纯水三相点温度为273.16K，每1K为水三相点温度的1/273.16。摄氏温标Celsius scale： 1规范大气压下冰熔点温度为0，沸点温度为100。华氏温标Fahrenheit scale：将冰与盐混和后，所能到达的最低温度定为0 ，而概略的将人体温度定为100 。朗肯温标Rankine scale：以绝对零度为起点的华氏温标O 273.15T Kt CO5( 32)9t Ct F 459.67t Ft R222323mpnnBT微观概念：大量分子碰撞器壁的结果。单位面积上

7、的压力分子浓度平均平动动能热力学温度比例常数阐明了气体压力的本质，提示了气体压力与温度之间的内在联络。宏观定义：Fpf整个容器壁遭到的力容器壁的总面积气体的压力：通常用垂直作用于器壁单位面积上的力来表示压力的大小，也叫气体的绝对压力。温度计温度计物质物质 水银，铂电阻水银，铂电阻特性特性 体积膨胀，阻值体积膨胀，阻值基准点基准点刻度刻度温标温标热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，那么它们彼此之间也必然处于热平衡。平衡，那么它们彼此之间也必然处于热平衡。 1 kPa = 103 Pa 1bar = 105 Pa1 MPa = 10

8、6 Pa1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa1 mmHg = 133.3 Pa1 at = 1 kgf/cm2 = 9.80665104 PaSI规定压力单位为帕斯卡Pa，1Pa1N/m2常用压力单位有：巴bar，规范大气压atm，工程大气压at，毫米汞柱mmHg，毫米水柱mmH2O换算关系测压原理：测压仪表利用力平衡原理丈量气体的压力。压力计指示的压力是气体绝对压力absolute pressure与外界大气压力的差值，称为相对压力 relative pressure pbpeppvp表压力Gage pressure：气体绝对压力大于外界大气压力时，相对压力为正压，又

9、称表压力。真空度Vacuum pressure：气体绝对压力小于外界大气压力时，相对压力为负压，又称真空度。ppb时，p=pbpep有足够时间恢复新平衡有足够时间恢复新平衡 准静态过程准静态过程Relaxation time例：活塞式内燃机例：活塞式内燃机 2000转转/分曲柄分曲柄 2冲程冲程/转，转，0.15米米/冲程冲程活塞运动速度活塞运动速度=20002 0.15/60=10 m/s压力波恢复平衡速度声速压力波恢复平衡速度声速350 m/s破坏平衡所需时间破坏平衡所需时间外部作用时间外部作用时间恢复平衡所需时间恢复平衡所需时间驰豫时间驰豫时间普通的工程过程都可以为是准静态过程普通的工程

10、过程都可以为是准静态过程定义：系统阅历某一过程后，假设能使系统与外界同时恢复到初始形状，而不留下任何痕迹，那么此过程为可逆过程。A process that can reversed without leaving any trace on the surroundings. That is, both the system and the surroundings are returned to their initial states at the end of the reverse process.可逆过程只是指能够性，并不是可逆过程只是指能够性，并不是指必需求回到初态的过程。指必需求

11、回到初态的过程。经过摩擦使功变热经过摩擦使功变热的效应的效应(摩阻，电阻，摩阻，电阻，非弹性变形，磁阻非弹性变形，磁阻等等准静态过程准静态过程 + 无耗散效应无耗散效应 = 可逆过程可逆过程无不平衡势差无不平衡势差 不平衡势差不平衡势差不可逆根源不可逆根源 耗散效应耗散效应 耗散效应耗散效应irreversibilityDissipative effect不等温传热Heat transfer节流过程(阀门混合过程混合过程Mixing processMixing process自在膨胀自在膨胀Unrestrained Unrestrained expansionexpansion 准静态过程是实

12、践过程的理想化过程，但并非最优过准静态过程是实践过程的理想化过程，但并非最优过程，可逆过程是最优过程。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形状参数表可逆过程的功与热完全可用系统内工质的形状参数表达，可不思索系统与外界的复杂关系，易分析。达，可不思索系统与外界的复杂关系，易分析。 实践过程不是可逆过程，但为了研讨方便，先按理想实践过程不是可逆过程，但为了研讨方便，先按理想情况可逆过程处置，用系统参数加以分析，然后情况可逆过程处置，用系统参数加以分析，然后思索不可逆要素加以修正。思索不可逆要素加以修正。可逆过程一定是准静态过程可逆过程一定是准静态过程准静态过程不一定是可逆

13、过程准静态过程不一定是可逆过程可逆过程准静态过程无耗散可逆过程准静态过程无耗散可逆过程完全理想，热力过程分析时经常运用可可逆过程完全理想，热力过程分析时经常运用可逆过程的概念。准静态过程很少用。逆过程的概念。准静态过程很少用。平衡形状平衡形状形状不变化形状不变化能量不能转换能量不能转换非平衡形状非平衡形状无法简单描画无法简单描画热力学引入准静态准平衡过程热力学引入准静态准平衡过程物理学中的功：功力物理学中的功：功力 在力方向上的位移在力方向上的位移 功功 广义力广义力 广义位广义位移移wFdxFpf可逆过程可逆过程wpfdxpdv功的定义功的定义wpdv21wpdv可逆过程的膨胀功可逆过程的膨

14、胀功是过程量，是过程量，不是形状量不是形状量符号规定：系统对外做功，符号规定：系统对外做功，w w0,0,外界对系统做功，外界对系统做功，w w0 0图1-12热量：热量是热力系与外界相互作用的另一种方式，热量：热量是热力系与外界相互作用的另一种方式，在温度的推进下，以微观无序运动方式传送的能量。在温度的推进下，以微观无序运动方式传送的能量。 热量热量 广义力广义力 广义位移广义位移qTds可逆过程传送的热量可逆过程传送的热量是过程量，是过程量，不是形状量不是形状量21qTds符号规定：系统吸热，符号规定：系统吸热，q q0,ds0,ds0 0；系统放热，；系统放热，q q0,ds0,ds0

15、0图1-13能量传送方式能量传送方式 容积变化功容积变化功 传热量传热量 性质性质 过程量过程量 过程量过程量 推进力推进力 压力压力 p 温度温度 T 标志标志 dV , dv dS , ds 公式公式pdvw Tdsq pdvw Tdsq 条件条件 准静态或可逆准静态或可逆 可逆可逆pdVWTdSQp-v图也叫示功图，T-s图也叫示热图要实现延续作功，必需构成循环要实现延续作功，必需构成循环定义：定义： 热力系统经过一系列变化回到初态，这一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，简称循环。系列变化过程称为热力循环，简称循环。A system is said to have undergone a cycle if it returns to its initial state at the end of the process循环由过程构成循环由过程构成不可逆循环不可逆循环可逆可逆过程过程不可逆不可逆循环循环可逆循环可逆循环净效应：对外作功净效应：对外作功净效应：吸热净