工程热力学第一章 3

1、1 热力系统热力系统2 状态状态 、 状态参数、平衡状态状态参数、平衡状态3 状态方程、状态参数坐标图状态方程、状态参数坐标图4 过程和循环过程和循环5 功和热量功和热量 能将热能转换为机械能的机器。能将热能转换为机械能的机器。 共同本质：由媒介物通过吸热共同本质：由媒介物通过吸热膨胀作功膨胀作功排热排热 分类分类气体动力装置气体动力装置 内燃机内燃机 燃气轮机装置燃气轮机装置 喷气发动机喷气发动机 蒸气动力装置蒸气动力装置 定义：实现热能和机械能相互转化的媒定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。介物质。对工质的要求对工质的要求:物质三态中物质三态中气态最适宜气态最适宜。 1）膨胀性）膨胀

2、性 2）流动性）流动性 3）热容量）热容量 4）稳定性，安全性）稳定性，安全性 5）对环境友善）对环境友善 6）价廉，易大量获取）价廉，易大量获取 本身热容量很大，且在放出或吸收有本身热容量很大，且在放出或吸收有限量热量时自身温度及其它热力学参数没限量热量时自身温度及其它热力学参数没有明显变化的物体。有明显变化的物体。 真实、虚构真实、虚构固定、活动固定、活动系统及边界示例系统及边界示例 汽车发动机汽车发动机 移动和虚构边界移动和虚构边界 汽缸汽缸- -活塞装置活塞装置 1）系统与外界的人为性）系统与外界的人为性 2）外界与环境介质）外界与环境介质 3）边界可以是：）边界可以是： a）刚性的或

3、可变形的或有弹性的刚性的或可变形的或有弹性的 b）固定的或可移动的固定的或可移动的 c）实际的或虚拟的实际的或虚拟的注意注意： （控制质量（控制质量CM） 没有质量越过边界没有质量越过边界 按系统与外界质量交换按系统与外界质量交换 （控制体积（控制体积CV） 通过边界与外界有质量交换通过边界与外界有质量交换 1）闭口系与系统内质量不变的区别；）闭口系与系统内质量不变的区别； 2）开口系与绝热系的关系；）开口系与绝热系的关系； 3）孤立系与绝热系的关系。）孤立系与绝热系的关系。注意：注意： 有有 无无是否传质是否传质 开口系开口系 闭口系闭口系是否传热是否传热 非绝热系非绝热系 绝热系绝热系是否

4、传功是否传功 非绝功系非绝功系 绝功系绝功系是否传热、功、质是否传热、功、质 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系归纳：归纳：1234mQW1 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 其它分类方式其它分类方式物理化学性质物理化学性质 均匀系均匀系 非均匀系非均匀系工质种类工质种类多元系多元系单元系单元系相态相态多相多相单相单相热力系示例热力系示例 1刚性绝热气缸刚性绝热气缸-活塞系统，活塞系统，B侧设有电热丝侧设有电热丝 红线内红线内闭口绝热系闭口绝热系黄线内黄线内不包含电热丝不包含电热丝闭口系闭口系黄

5、线内黄线内包含电热丝包含电热丝闭口绝热系闭口绝热系兰线内兰线内孤立系孤立系热力系宏观性质随时间变化的状态。热力系宏观性质随时间变化的状态。 系统两个状态相同的充要条件：系统两个状态相同的充要条件： 所有所有状态参数一一对应相等状态参数一一对应相等 简单可压缩系两状态相同的充要条件：简单可压缩系两状态相同的充要条件： 两个独立的两个独立的状态参数对应相等状态参数对应相等SHUTVp, 与状态一一对应与状态一一对应，完全取决于状态。，完全取决于状态。 3）状态变化时，状态参数只取决于初、终两）状态变化时，状态参数只取决于初、终两态态，与变化路径无关。，与变化路径无关。分类分类1）强度参数强度参数：

6、与质量无关，且不可相加：与质量无关，且不可相加的状态参数。如比焓的状态参数。如比焓h、比熵、比熵s、比体积、比体积（比容）、比热力学能（比容）、比热力学能u（内能）（内能）2）广延参数广延参数：与质量成正比且可以相加：与质量成正比且可以相加的状态参数。如体积的状态参数。如体积V、热力学能、热力学能U、熵、熵S广延量的比性质具有强度量特性，如比体积广延量的比性质具有强度量特性，如比体积mVv FpA 1 MPa = 103 kPa =106 Pa 该公式计算的是工质的真正压力，也称该公式计算的是工质的真正压力，也称绝对压力。绝对压力。 微观上看：工质的压力是物质微观粒子微观上看：工质的压力是物质

7、微观粒子对器壁撞击的总效果。对器壁撞击的总效果。： 1 bar（巴巴） = 105 Pa 1 atm（标准大气压标准大气压） = 1.013 105 Pa 1 at （工程大气压工程大气压） = 0.981 105 Pa 1 mmH2O（毫米水柱毫米水柱） = 9.81 Pa1 mmHg （毫米汞柱毫米汞柱） = 133.3 Pa 注意：注意：只有只有绝对压力绝对压力 p 才是才是状态参数状态参数当当 p pb表压力表压力 pg当当 p 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

8、/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/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具体工程问题具体分析。具体工程问题具体分析。pp外外f初始：初始：p A = p外外 A + +fA如果如果 p外外微小微小 可视为可视为准静态过程准静态过程dx以汽缸中以汽缸中mkg工质为系统工质为系统mkg工质发生容积变工质发生容积变化对外界作的功化对外界作的功

9、W = p A dx =pdV1kg工质工质 w =pdvdx 很小很小，近似认为近似认为 p 不变不变pp外外2mkg工质：工质： W =pdV1kg工质：工质： w =pdv121WpdV21wpdv注意：注意：上式仅适用于上式仅适用于准静态过程准静态过程pV. .12. .pp外外21mkg工质：工质： W =pdV21WpdV1kg工质：工质： w =pdv21wpdvWpV. .12. .2） p-V 图上用图上用面积面积表示表示3）功的大小与路径有关，功的大小与路径有关， 过程量过程量4）统一规定：统一规定：dV0，膨胀，膨胀 对外作功（对外作功（正正） dV 0 dS 0系统系统放热放热时为时为负负 Q 0 dS pBAB非准静态过程，非可逆过程非准静态过程，非可逆过程取取A或或B中气体为系统中气体为系统可逆热力学可逆热力学没法计算没法计算相