工程热力学课程现状及今后发展方向

1、第 1 章 根本概念1 1 本章根本要求 深刻理解热力系统、外界、热力平衡状态、准静态过程、 可逆过程、 热力循环的概念，掌握温度、压力、比容的物理意义，掌握状态参 数的特 点。1 2 本章难点 1热力系统概念，它与环境的相互作用，三种分类方法及其 特点，以 及它们之间的相互关系。2引入准静态过程和可逆过程的必要性， 以及它们在实际应用时的条 件。 3系统的选择取决于研究目的与任务，随边界而定，具有随意性。选取不当将不便于分析。 选定系统后需要精心确定系统与外界之间的各种相 互作用 以及系统本身能量的变化 , 否那么很难获得正确的结论。4稳定状态与平衡状态的区分： 稳定状态时状态参数虽然不随时

2、间改 变， 但是靠外界影响来的。平衡状态是系统不受外界影响时，参数不随时 间变化的 状态。二者既有所区别，又有联系。平衡必稳定 , 稳定未必平衡。5. 注意状态参数的特性及状态参数与过程参数的区别1. 3例题例1:绝热刚性容器内的气体通过阀门向气缸充气。开始时气缸内没有气体，如图1.1所示。气缸充气后，气体推动气缸内的活塞向上移动，如图1.2 所示。设管道阀门以及气缸均可认为是绝热的。 假设分别选取开口系统与 闭口系 统，试说明它们的边界应该如何划定？这些系统与外界交换的功量与 热量又如 何？解：假设以容器内原有的气体作为分析对象，属于闭口系统。容器放气前，边界如图1.1中的虚线所示。放气后边

3、界如图1.2中的虚线所示。气 体对活塞作的功W是闭口系统与外界交换的功量。气体通过活塞与外界交换的热量Q是此闭口系统的传热量图1.3 2假设以容器放气后残留在容器内的气体作为分析对象，同样也是闭 口系统。这时放气前的边界如图 1.3 中的虚线所示。放气后的边界如图 1.4 的虚 线表示。残留气体对离开容器的那局部放逸气体所作的功，是本闭口 系统与外 界交换的功，残留气体与放逸气体之间交换的热量是本系统的传 热量。 3 类似地假设以放逸气体为分析对象，同样也是闭口系统。其边界 将如 图 1.3 和图 1.4 中的点划线所示。此闭口系统与外界交换的功量除了与 残留气 体之间的功量 大小与第二种情况

4、的相同，方向相反 外，还应包括 对活塞 所作的功。同样，除了与残留气体之间的传热量 大小与第二种情况 的相同， 方向相反 外，还应包括通过活塞与外界交换的热量。4假设以容器或气缸为分析对象，那么均属开口系统，容器的壁面或气缸与活塞的壁面为其边界。前者以对放逸气体作出的流动功与传热量为系 统与外界 交换的功量与热量，后者以对活塞及管道内气体的功量与热量为 系统与外界交 换的功量与热量。例 2: 温度为 100C 的热源，非常缓慢地把热量加给处于平衡状态下的0C的冰水混合物，试问： 1、冰水混合物经历的是准静态过程吗？ 2、加热 过程是 否可逆？解：此热力过程为准静态过程，因为此热力过程的弛豫时间

5、很短，热 源非 常缓慢地把热量加给冰水混合物，那么冰水混合物重建热力平衡的时间 远远小于 传热过程对冰水混合物平衡状态的破坏，所以可以近似地把此热 力过程看作是 准静态过程。分析此热力过程，取为系统的冰水混合物和作 为外界的热源之间 存在有温差，100C的高质能通过传热过程转换为0C的低质能，有能量的耗散， 所以此热力过程不能被假设为可逆过程。例 3: 表压力或真空度为什么不能当作工质的压力？工质的压力不变 化， 测量它的压力表或真空表的读数是否会变化？解：作为工质状态参数的压力是绝对压力，测得的表压力或真空度都 是工 质的绝对压力与大气压力的相对值，因此不能作为工质的压力；因为测得的是工质绝

6、对压力与大气压力的相对值，即使工质的压力不变，当大 力改变时也会引起压力表或真空表读数的变化气压例4: 一刚性绝热容器内充有水和水蒸气混 合物，它们的温度与压力分别相等，不随时间变 化。试问 汽水混合物是否已处于平衡态？汽水混 合物的各种参数量是否到处均匀？解：如图1.5所示的刚性绝热容器内，水和水 蒸气的压力相同，温度相等，均不随时间变化， 而 且不受外界的影响，因此该汽水混合物已处于 平衡 态。ss水憲 ssssS 養V.5555555555$处于平衡态的汽水的混合物中，汽相与液相的密度显然不同。因此即使处于平衡态的系统内部，各种参数并不一定均 匀。说明：系统内部各种参数均匀的必定平衡；反

7、之平衡时未必各种参数都是均匀，即均匀必平衡，平衡未必均匀。1.4思考及练习题1 ?名词解释闭口系统、开口系统、绝热系统、孤立系统、热力平衡状态、准静态 过程、 可逆过程、热力循环2 ?判断以下过程是否为可逆过程：1对刚性容器内的水加热使其在恒温下蒸发。2对刚性容器内的水作功使其在恒温下蒸发。3对刚性容器中的空气缓慢加热使其从 50 C升温到100C4定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸和活塞中被慢慢压缩51000的蒸汽流与25C的水流绝热混合。6锅炉中的水蒸汽定压发生过程温度、压力保持不变。7高压气体突然膨胀至低压。8摩托车发动机气缸中的热燃气随活塞迅速移动而膨胀。9 气缸中充有水，水上面有无摩

8、擦的活塞，缓慢地对水加热使之蒸发3? 试判断以下表达是否正确，说明理由。1平衡态是系统的热力状态参数不随时间变化的状态。2不可逆的热力过程是指工质逆过程无法恢复到初始状态的过程。3 由于准静态过程都是微小偏离平衡态的过程，故从本质上说属于可逆 过程。4工质发生热量交换，状态参数中只有一个参数必然要发生变化，这个参 数就是温度。5任何可逆过程都是准静态过程。6封闭系统是指系统内的工质不发生宏观位移的那些系统。4.有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程。这种说法对吗？5?铁棒一端浸入冰水混合物中，另一端浸入沸水中，经过一段时间，铁棒各点温度保持恒定，试问，铁棒是否处于平衡状态？6. 知道两个参数就可以确定气体的状态，从而可决定其它参数，例如，已知压力和比容就可确定内能和焓，但理想气体的内能和焓只决定于温度，与压力、比容无关，前后是否矛盾，如何理解？7. 表述状态参数的特性。8. 某容器中气体压力估计在3MPa左右，现只有两只最大刻度为2MPa勺压力表。 试问，能否用来测定容器中气体的压力？9. 容器自压缩空气总管充气如图 1.6 ，假设要分析充气前后容器中气体状态的变化情况，首先要选取系统。图1.6a按开口系统考虑如何选取系统？b按闭口系统考虑如何选取系统？c什么情况下可抽象