热力学第一章基本概念

1、热力系统：系统、边界和外界热力状态：状态、状态参数、平衡态、状态 公理及状态方程热力过程：准静态过程、可逆过程及可逆 过程的功和热量热力循环：正循环（动力循环）和逆循环 （制冷循环）第一章 基本概念1-1 1-1 热力系统热力系统一、热力系统及选取方法一、热力系统及选取方法1. 1. 热力系统热力系统: : 系统系统(system):(system):根据研究需要，人为根据研究需要，人为选取的研究对象。选取的研究对象。 外界外界(surrounding)(surrounding)：系统以外的所系统以外的所有物质。有物质。 边界边界( (界面界面)(boundary)(boundary)：系统与

2、外系统与外界的分界面。界的分界面。2.2.热力系统的选取热力系统的选取原则原则: a.: a.突出所关心的主要问题；突出所关心的主要问题； b.b.便于分析；便于分析； c.c.足够大，满足宏观假定足够大，满足宏观假定。方法：边界可以是真实或虚构；固定方法：边界可以是真实或虚构；固定 或运动；也可以是两种及两或运动；也可以是两种及两 种以上的组合。种以上的组合。例例1-11-1：热力系统的选取：热力系统的选取a.a.真实、包括可移动真实、包括可移动边界的系统边界的系统b.b.全部边界固定，全部边界固定，但包括假象边界的但包括假象边界的系统系统边界系统外界二、热力系统分类二、热力系统分类系统与外

3、界的关系系统与外界的关系 外界外界 孤孤 立立 系系 统统 绝绝 热热 系系 统统 开、闭开、闭 口口 系系 统统热量热量质量质量能量能量系统1234mQW1 1 开口系开口系1+2 1+2 闭口系闭口系1+2+3 1+2+3 绝热闭口系绝热闭口系1+2+3+4 1+2+3+4 孤立系孤立系结论：系统的选取具结论：系统的选取具 有相对性有相对性 其它分类方式其它分类方式 单元系单元系 工质种类工质种类 多元系多元系 多相多相 相态相态 单相单相 物理化学性质物理化学性质 均匀系均匀系 非均匀系非均匀系最重要的系统最重要的系统 简单可压缩系统简单可压缩系统由可压缩流体构成，与外界只存在准静态由可

4、压缩流体构成，与外界只存在准静态容积变化功容积变化功容积变化功容积变化功 压缩或膨压缩或膨胀功胀功状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况状态：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：描述热力系状态的物理量状态参数的特征：状态参数的特征：1 1、状态一定，则状态参数确定，反之亦然、状态一定，则状态参数确定，反之亦然2 2、状态参数变化量与路径无关，只与初终态、状态参数变化量与路径无关，只与初终态有关有关3 3、状态参数的微分特征、状态参数的微分特征1-2 1-2 状态和状态参数状态和状态参数说明：说明：1、状态参数变化量与路径无关状态参数变化量与路径无关 点函数、态

5、函数点函数、态函数 12ab 0dz212, 12, 112abzzdzdzdz说明：说明：2 2、状态参数的、状态参数的微分特征微分特征设设 z z =z z (x , y)dz z是全微分是全微分充要条件：充要条件：dyyzdxxzdzxy)/()/(xyzyxz/22强度量强度量：与物质的量无关的参数与物质的量无关的参数,如如 p、T 广延量：广延量：与物质的量有关的参数与物质的量有关的参数可加性可加性 如如 m、 V、 U、 H、S比参数比参数：v =V/m 比容比容 u =U/m 比内能 h =H/m 比焓 s =S/m 比熵 每kg 或每kmol 具有强度量性质具有强度量性质状态参

6、数的分类状态参数的分类 压力压力 p、温度温度 T、比容比容 v一、压力一、压力(pressure) (pressure) p 物理中压强物理中压强，单位单位: Pa , N/m21-3 基本状态参数基本状态参数常用单位：常用单位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013 105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa压力的测量压力的测量图1-3 压力测量示意图p p(a)(a)液位计测表压；液位计测表压；(b)(b)液位计测真空度；液位计测真空度； (c)(c)弹簧式压力表测表压弹簧式压力表测表压(1)p pb p = p

7、b+ pg ; (2) p 恢复平衡所需时间恢复平衡所需时间 （外部作用时间）（外部作用时间） （驰豫时间）（驰豫时间） 有足够时间恢复新平衡有足够时间恢复新平衡 准静态准静态例：例：内燃机内燃机 2000转转/分分 曲柄曲柄 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=2000 2 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/s1 1、定义、定义系统经历某一过程系统经历某一过程后，令其反向进行，后，令其反向进行，若能使若能使系统系统与与外界外界同时同时恢复到初始状恢复到初始状态，而态，而不留不留下任何下任何痕迹痕迹，则此过

8、程为，则此过程为可逆过程可逆过程。三、三、可逆过程可逆过程(reversible process)图1-5 可逆过程示意图例：弹性小球与刚性地面的碰撞；无摩擦的单摆例：弹性小球与刚性地面的碰撞；无摩擦的单摆 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耗散效应：通过摩擦使功变耗散效应：通过摩擦使功变 热的效应热的效应 无势差无势差实现可逆条件实现可逆条件 无耗散效应无耗散效应： 2 2、实现可逆过程的条件、实现可逆过程的条件 3、典型的不可逆过程举例、典型的不可逆过程举例a. a. 温差传热温差传热b. 气体自由膨胀气体自由膨胀c. 混合过程混合

9、过程d. 节流节流4.4.可逆过程的可逆过程的体积功（膨胀功）体积功（膨胀功）根据力平衡：根据力平衡：P A= p外外 A + f如果是可逆过程，如果是可逆过程，f可忽可忽略不计，则此时略不计，则此时 p = p外外 f过程过程 1 2 , 可逆过程容积变化功可逆过程容积变化功m kg: 1 kg:pdVdlApW21d VpW21d vpwvpwdf可逆过程体积功可逆过程体积功特点特点：1、单位为、单位为 kJ 或或 kJ/kg 2、 p-v 图上用图上用面积面积表示表示3、功是过程量，与路径、功是过程量，与路径有关有关4、规定、规定： dv0，膨胀，膨胀 对外作功对外作功（正）（正） dv

10、 0 外界对系统作功为负外界对系统作功为负 w 0 dS 0 系统放热时系统放热时为负为负 Q 0 dS 0用途：用途：判断热量方向判断热量方向 计算可逆过程的传热量计算可逆过程的传热量熵体现了可逆过程传热的大小与方向熵体现了可逆过程传热的大小与方向 温熵温熵(示热示热)图图准静态过程准静态过程可逆过程可逆过程TdSQpdVW 示功图示功图要实现连续作功，必须构成要实现连续作功，必须构成1 1、定义：、定义： 热力系统经过一系列变化回到初态，这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一系列变化过程称为。1-9 循循 环环(Cycle)2 2、分类：、分类： 正（动力）正（动力） 可

11、逆循环可逆循环 输出功输出功 逆（制冷）逆（制冷） 不可逆循环不可逆循环 消耗功消耗功蒸汽动力装置蒸汽动力装置正循环：顺时针方向正循环：顺时针方向逆循环：逆时针方向逆循环：逆时针方向消耗功消耗功制冷循环制冷循环压压缩缩机机冷冷凝凝器器膨膨胀胀阀阀蒸蒸发发器器冷冷却却水水3 3、评价指标、评价指标效率效率 = = 收益收益 / / 代价代价正循环：正循环： 热效率热效率 = = 输出功输出功 / / 消耗的热量消耗的热量逆循环：逆循环： 制冷系数制冷系数 = = 制冷量制冷量 / /输入功输入功 供热系数热系数 = = 供热量供热量 / / 输入功输入功基本概念：基本概念：热力系（平衡、稳定、均匀）热力系（平衡、稳定、均匀）准静态、可逆准静态、可逆过程量、状态量、状态参数过程量、状态量、状态参数功、热量、熵功、热量、熵P-VP-V图、图、T-ST-S图图循环、工作系数循环、工作系数第一章第一章 小小 结结小测验小测验11.实现平衡、可逆的条件？2