热力学第一章

1、上节复习第一章第一章 基本状态参数基本状态参数 平衡状态、状态方程式、坐标图平衡状态、状态方程式、坐标图 1-5 工质的状态变化过程工质的状态变化过程平衡状态平衡状态状态不变化状态不变化能量不能转换能量不能转换非平衡状态非平衡状态无法简单描述无法简单描述热力学引入热力学引入准静态准静态（准平衡准平衡）过程过程一般过程一般过程p1 = p0+ +重物重物p，Tp0T1 = T0突然去掉重物突然去掉重物最终最终p2 = p0T2 = T0pv12. . .准静态过程准静态过程p1 = p0+ +重物重物p，Tp0T1 = T0假如重物有无限多层假如重物有无限多层每次只去掉无限薄一层每次只去掉无限薄

2、一层pv12. . . .系统系统随时随时接近于平衡态接近于平衡态准静态过程有实际意义吗？准静态过程有实际意义吗？疑问：疑问：理论上理论上准静态准静态应无限应无限缓慢，缓慢，工程上工程上怎样处理？怎样处理？准静态过程的工程条件准静态过程的工程条件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）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准静态过程的工程应用准静态过程的工程应用例：例：活塞式内燃机活塞式内燃机 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=

3、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/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）一般的工程过程都可认为是一般的工程过程都可认为是准静态过程准静态过程习题中注意习题中注意“突然突然”“”“缓缓慢慢”可逆过程的定义可逆过程的定义 当完成了当完成了某一过程后，如果能使工质沿某一过程后，如果能使工质沿相同的路径逆行而回复到原来状态，并使相互相同的路径逆行而回复到原来状态，并使相互作用中所涉及到的作用中所涉及到的外界外界同时同时恢复到原来状态，恢复到原来状态

4、，而不留下任何改变，则此过程为而不留下任何改变，则此过程为可逆过程可逆过程。注意注意可逆过程只是指可能性，并不可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初态的过程。是指必须要回到初态的过程。可逆过程的特点可逆过程的特点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通过摩擦使功通过摩擦使功变热的效应变热的效应(摩阻，电阻，摩阻，电阻，非弹性变形，非弹性变形，磁阻等）磁阻等）耗散效应耗散效应温差传热；自由膨胀；混合过程；温差传热；自由膨胀；混合过程；节流过程；摩擦生热；节流过程；摩擦生热；粘性流体；粘性流体；阻尼振动；电阻热效应；燃烧过程；阻尼振动；电阻

5、热效应；燃烧过程；非弹性形变；磁滞损耗非弹性形变；磁滞损耗等等常见的不可逆过程常见的不可逆过程常见的不可逆过程常见的不可逆过程不等温传热不等温传热T1T2T1T2Q节流过程节流过程 ( (阀门）阀门）p1p2p1p2常见的不可逆过程常见的不可逆过程混合过程混合过程自由膨胀自由膨胀真空真空引入可逆过程的意义引入可逆过程的意义 准静态过程是实际过程的准静态过程是实际过程的理想化理想化过程，过程， 但并非但并非最优最优过程，可逆过程是过程，可逆过程是最优最优过程。过程。 可逆过程的功与热可逆过程的功与热完全完全可用可用系统内系统内工质工质 的的状态参数状态参数表达，可不考虑系统与外界表达，可不考虑系

6、统与外界 的复杂关系，易分析。的复杂关系，易分析。 实际过程不是可逆过程，但为了研究方实际过程不是可逆过程，但为了研究方 便，先按便，先按理想理想情况（情况（可逆过程可逆过程）处理，）处理， 用系统参数加以分析，然后考虑不可逆用系统参数加以分析，然后考虑不可逆 因素加以因素加以修正。修正。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1-6 过程功和热量过程功和热量力学力学定义定义: : 力力 在力方向上的在力方向上的位移位移功的热力学定义功的热力学定义 功是热力系统通过边界而传递的能量，功是热力系统通过边界而传递的能量，且其全部效果可表现为且其全部效果可表现为举起重物举

7、起重物。 并非真的举起重物，而是强调其能量并非真的举起重物，而是强调其能量形式可以全部用来做形式可以全部用来做（力学）（力学）功。功。功的单位功的单位 功的单位：焦耳功的单位：焦耳 1J1Nm单位质量的物质所做的功称为比功，单位质量的物质所做的功称为比功，J/kg。单位时间内完成的功称为功率，单位单位时间内完成的功称为功率，单位W，即，即1W=1J/sWwmJ/kg 1kW=1kJ/s； 1马力=0.735kW；1kW=1.36马力；功的单位：千瓦功的单位：千瓦时（度）时（度） 1kWh=3600kJ；可逆过程的功可逆过程的功功功的一般表达式的一般表达式Fdxw Fdxw可逆过程的功p p2

8、2p pextext2 22 2WFdxpAdxpdVp p1 1p pextext1 11 121Wp d VA活塞面积；dV工质体积微元变化量。工质从状态工质从状态1 1变化到状态变化到状态2 2，所作的膨胀功为：，所作的膨胀功为：说 明1wpdVpdvm21 21wpdv12 12wpdv pf V1. 如已知可逆的膨胀过程1-2的方程式， 即可由积分求得膨胀过程功的数值；2. 膨胀功在图上可用过程线下方的面积表示，因此pV 图也叫示功图。3. 如果工质是1kg，则所做的功为4. 过程反方向21进行时，同理可得21WpdV应用功量公式应注意1. 功量正负号规定系统对外做功，功为正；外界对

9、系统做功，功为负。系统对外做功，功为正；外界对系统做功，功为负。2. 功量的大小可以用图上过程线下方的面积表示，过程经历的途径不同时，功量的大小也各不相同。所以功量是一个过程量，微分形式不是全微分，用表示。3. 容积变化功的公式只适用于准静态过程和可逆过程。4. 此公式适用于任何工质。应用功量公式应注意5. 5. 闭口系工质在膨胀过程中所作的功并不全部用来闭口系工质在膨胀过程中所作的功并不全部用来输出作有用功，它一部分因摩擦而耗散输出作有用功，它一部分因摩擦而耗散Wr，一部，一部分用以排斥大气做功分用以排斥大气做功W1，余下的才是可被利用的，余下的才是可被利用的功，称作有用功。功，称作有用功。

10、 1urWWWW过程热量过程热量 热力学定义：热力学定义：热量热量是热力系与外界之间仅仅由于温度不是热力系与外界之间仅仅由于温度不同而通过边界传递的能量。同而通过边界传递的能量。 热量的单位：热量的单位：J J，焦耳，焦耳 质量为质量为m的工质过程中与外界交换的热量的工质过程中与外界交换的热量Q Q，J J单位质量的工质过程中与外界交换的热量单位质量的工质过程中与外界交换的热量q q，J/kgJ/kg 约定：系统吸热为正；放热为负约定：系统吸热为正；放热为负热热 量量 如如 何何 计计 算算 ？热量是否可以用类似于功的式子表示热量是否可以用类似于功的式子表示？引入引入“熵熵”熵的定义熵的定义r

11、evQdSTrevqdsT比参数比参数 kJ/kg.K定义定义: 可逆过程可逆过程 qrev除以传热时的除以传热时的T所得的所得的商商 广延量广延量 kJ/K熵的说明熵的说明1 1、熵熵是是状态参数状态参数 3、熵熵的物理意义：的物理意义：熵熵体现了体现了可逆过程可逆过程 传热的传热的大小大小与与方向方向2、符号符号规定规定系统系统吸热吸热时为时为正正 Q 0 dS 0系统系统放热放热时为时为负负 Q 0 dS 04、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热量与容积变化功热量与容积变化功能量传递方式能量传递方式 容积变化功容积变化功 传热量传热量性质性质

12、 过程量过程量 过程量过程量推动力推动力 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 可逆可逆示功图与示热图示功图与示热图pVWTSQ 示功图示功图温熵温熵(示热示热)图图pdVWTdSQ1-7 热力循环热力循环要实现要实现连续连续作功，必须构成作功，必须构成循环循环定义：定义： 热力系统经过一系列变化回到初态，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这一系列变化过程称为热力循环热力循环。循环和过程循环和过程pv123Ts12344循环由过程构成循环由过程构成不可逆循环不可逆循环

13、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正向循环正向循环pVTS净效应：净效应：对外作功对外作功净效应：净效应：吸热吸热顺时针方向顺时针方向2112热动力循环热动力循环逆向循环逆向循环pVTS净效应：净效应：对内作功对内作功净效应：净效应：放热放热逆时针方向逆时针方向2112制冷循环制冷循环热力循环的评价指标热力循环的评价指标正循环：净效应（对外作功，吸热）正循环：净效应（对外作功，吸热）1WQ收 益代 价净 功吸 热WT1Q1Q2T2动力循环：热效率动力循环：热效率热力循环的评价指标热力循环的评价指标逆循环：净效应（对内作功，放热）逆循环：净效应（对内作功，放热）2QW收 益吸

14、热代 价耗 功WT0Q1Q2T2制冷循环：制冷系数制冷循环：制冷系数制热循环：制热系数制热循环：制热系数WQ1耗功吸热代价收益课后作业1-121-19、1-21第一章小结第一章小结1.11.1热能动力装置热能动力装置工质从高温热源吸取热能，将其中的一部分转工质从高温热源吸取热能，将其中的一部分转化为机械能而做功，并把余下的另一部分排向化为机械能而做功，并把余下的另一部分排向低温环境的一整套设备（包括辅助设备），通低温环境的一整套设备（包括辅助设备），通称为热能动力装置称为热能动力装置 蒸汽动力装置内燃机燃气动力装置燃气轮机1.2热力系统闭口系统开口系统绝热系统孤立系统外界外界边界边界热力系统热力系统热力系统热力系统边界边界要学会判断系统开口系、闭口系判断基准是否有质量跨越边界绝热系判断基准系统与外界之间是否由于温度不同而传递了能量真空孤立系1.3状态参数SHUVTp12ppp12XXX0121badp0121badX1ab2pv1ab2YX温度与压力温度与压力273.15TtK ebpppvbppp常用单位之间的换算关系常用单位之间的换算关系1.5热力过程准平衡过程实现的条件势差足够小足够小地偏离平衡状态实现条件变化速度足够慢足够的时间恢复平衡可逆过程实现的条件可逆过程实现的条件准静