工程热力学第一章 基本概念ppt课件

1、第一章第一章 根本概念根本概念1-1 热能在热机中转变成机械能的过程热能在热机中转变成机械能的过程热能动力安装热能动力安装从燃料熄灭中得到热能，以及利用热能得到从燃料熄灭中得到热能，以及利用热能得到动力的整套设备包括辅助设备统称为热动力的整套设备包括辅助设备统称为热能动力安装能动力安装燃气动力安装燃气动力安装内燃机，由气缸和活塞组成内燃机，由气缸和活塞组成蒸气动力安装，由锅炉、汽轮机、冷凝器、蒸气动力安装，由锅炉、汽轮机、冷凝器、泵等组成泵等组成共性：用某种媒介物质工质从某个能源共性：用某种媒介物质工质从某个能源高温热源获取热能，从而具备作功才干高温热源获取热能，从而具备作功才干并对机器作功，

2、最后又把余下的热能排向环并对机器作功，最后又把余下的热能排向环境介质低温热源境介质低温热源根本过程：吸热、膨胀作功、排热根本过程：吸热、膨胀作功、排热1-2 热力系统热力系统热力系统热力系统被人为分割出来作为热力学分析对象的有限被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统，周围物体统称外物质系统叫做热力系统，周围物体统称外界，系统和外界之间的分界面叫做边境界，系统和外界之间的分界面叫做边境闭口系统：系统和外界只需能量交换而无物闭口系统：系统和外界只需能量交换而无物质交换质交换开口系统：系统和外界不仅有能量交换而且开口系统：系统和外界不仅有能量交换而且有物质交换有物质交换绝热系统：

3、系统和外界间无热量交换绝热系统：系统和外界间无热量交换孤立系统：系统和外界既无能量交换又无物孤立系统：系统和外界既无能量交换又无物质交换质交换简单可紧缩系：热力系由可紧缩流体如水简单可紧缩系：热力系由可紧缩流体如水蒸气、空气、燃气等构成，且与外界可蒸气、空气、燃气等构成，且与外界可逆的功交换只需体积变化功膨胀功或紧逆的功交换只需体积变化功膨胀功或紧缩功一种方式缩功一种方式1-3 工质的热力学形状及其根本形状参数工质的热力学形状及其根本形状参数热力学形状热力学形状工质在热力变化过程中的某一瞬间所呈现的工质在热力变化过程中的某一瞬间所呈现的宏观物理情况称为工质的热力学形状，简称宏观物理情况称为工质

4、的热力学形状，简称形状形状形状参数形状参数用来描画工质所处形状的宏观物理量称为形用来描画工质所处形状的宏观物理量称为形状参数状参数形状参数是热力系统形状的单值函数，其值形状参数是热力系统形状的单值函数，其值取决于给定的形状，而与如何到达这一形状取决于给定的形状，而与如何到达这一形状的途径无关的途径无关根本形状参数：压力、温度、体积等，可直接用根本形状参数：压力、温度、体积等，可直接用仪器丈量仪器丈量强度量：与系统质量无关，如压力、温度强度量：与系统质量无关，如压力、温度广延量：与系统质量成正比，具有可加性，如体广延量：与系统质量成正比，具有可加性，如体积、热力学能、焓和熵积、热力学能、焓和熵广

5、延量的比参数是强度量，不具有可加性，如比广延量的比参数是强度量，不具有可加性，如比体积、比热力学能、比焓和比熵体积、比热力学能、比焓和比熵温度温度温度是描画平衡热力系统冷热情况的物理量温度是描画平衡热力系统冷热情况的物理量温度标志物质分子热运动的猛烈程度，对于温度标志物质分子热运动的猛烈程度，对于气体，它是大量分子平挪动能平均值的量度：气体，它是大量分子平挪动能平均值的量度： 热力学温度热力学温度BTcm22TkB23k是玻尔兹曼常数是玻尔兹曼常数c分子挪动的均方根速度温标：温度的数值表示法摄氏温标：在规范大气压下纯水的冰点是0，汽点是100 ，其它温度的数值由作为温度标志的物理量的线性函数来

6、确定热力学温标：将水的三相点温度，即水的固相、液相、气相平衡共存形状的温度作为单一基准点，规定为273.16K。热力学温度单位“开尔文是水的三相点温度的1/273.16摄氏温度与热力学温度的关系： t为摄氏温度，单位为摄氏度，符号为 T为热力学温度，单位为开尔文，符号为K15.273Tt压力压力压力是单位面积上所受的垂直作用力压力是单位面积上所受的垂直作用力压力计所测得的压力是工质的绝对压力与环压力计所测得的压力是工质的绝对压力与环境介质压力之差，叫做表压力或真空度境介质压力之差，叫做表压力或真空度工质绝对压力工质绝对压力p与大气压力与大气压力pb及表压力及表压力pe或或真空度真空度pv的关系

7、：的关系： 当绝对压力大于大气压力时当绝对压力大于大气压力时 p = pb + pe 当绝对压力小于大气压力时当绝对压力小于大气压力时 p = pb pv压力的法定计量单位是帕斯卡，符号为压力的法定计量单位是帕斯卡，符号为Pa，工程上常采用工程上常采用Mpa，1MPa = 106Pa。其它。其它压力单位还有规范大气压压力单位还有规范大气压atm、巴、巴bar、工程、工程大气压大气压at、毫米汞柱、毫米汞柱mmHg和毫米水柱和毫米水柱mmH2O比体积及密度比体积及密度比体积比体积单位质量物质所占的体积单位质量物质所占的体积 v = V/m v为比体积，为比体积，m3/kg m为物质的质量，为物质

8、的质量，kg V为物质的体积，为物质的体积，m3密度密度单位体积物质的质量单位体积物质的质量 = m/V 为密度，为密度，kg/m31-4 平衡形状、形状方程式、坐标图平衡形状、形状方程式、坐标图平衡形状平衡形状在不受外界影响的条件下，系统的形状可在不受外界影响的条件下，系统的形状可以一直坚持不变，那么系统的这种形状以一直坚持不变，那么系统的这种形状称为平衡形状包括热平衡、力平衡、称为平衡形状包括热平衡、力平衡、化学平衡化学平衡不平衡形状的系统在没有外界条件的影响不平衡形状的系统在没有外界条件的影响下总会自发地趋于平衡形状下总会自发地趋于平衡形状只需在系统内或系统与外界之间一切不平只需在系统内

9、或系统与外界之间一切不平衡的作用都不存在时，系统的一切宏观衡的作用都不存在时，系统的一切宏观变化方可停顿，热力系统所处的形状才变化方可停顿，热力系统所处的形状才是平衡形状是平衡形状均匀并非系统处于平衡形状之必要条件均匀并非系统处于平衡形状之必要条件对于简单可紧缩系，只需两个独立形状参对于简单可紧缩系，只需两个独立形状参数对应一样，即可断定该两形状一样数对应一样，即可断定该两形状一样形状方程式形状方程式处于平衡形状的简单可紧缩系，各部分具有处于平衡形状的简单可紧缩系，各部分具有一样的压力、温度和比体积等参数，且这些一样的压力、温度和比体积等参数，且这些参数服从一定关系式，这样的关系式叫做形参数服

10、从一定关系式，这样的关系式叫做形状方程式，即状方程式，即 T=T(p,v)，p=p(T,v)，v=v(p,T) 也可以写作隐函数方式也可以写作隐函数方式 F=F(p,v,T)形状参数坐标图形状参数坐标图由热力系形状参数所组成的坐标图称做热力由热力系形状参数所组成的坐标图称做热力形状坐标图形状坐标图由恣意两个独立的形状参数所组成的坐标图由恣意两个独立的形状参数所组成的坐标图上的恣意一点，都相应于热力系某一确定的上的恣意一点，都相应于热力系某一确定的平衡形状平衡形状热力系每一平衡形状总可在坐标图上用一点热力系每一平衡形状总可在坐标图上用一点表示表示压容压容p-v图和温熵图和温熵T-s图图p p0

11、0p pv vv v压容图压容图111T Ts s0 0T T2 2s s温熵图温熵图221-5 工质的形状变化过程工质的形状变化过程准平衡过程准平衡过程工质的形状变化过程进展的相对缓慢，工质工质的形状变化过程进展的相对缓慢，工质在平衡被破坏后自动回复平衡的时间又很短，在平衡被破坏后自动回复平衡的时间又很短，随时都不致显著偏离平衡形状，这样的过程随时都不致显著偏离平衡形状，这样的过程就叫做准平衡过程就叫做准平衡过程气体工质在压力差作用下实现准平衡过程的气体工质在压力差作用下实现准平衡过程的条件是，工质和外界之间的压力差为无限小，条件是，工质和外界之间的压力差为无限小，即即 p-(pext+F/

12、A)0 或或 ppext+F/A气体工质在温差作用下实现准平衡过程的条气体工质在温差作用下实现准平衡过程的条件是，工质和外界之间的温差为无限小，即件是，工质和外界之间的温差为无限小，即 T=(T-Text)0 或或 TText只需准平衡过程在坐标图中可以用延续曲线只需准平衡过程在坐标图中可以用延续曲线表示表示可逆过程和不可逆过程可逆过程和不可逆过程当完成了某一过程之后，假设有能够使工质当完成了某一过程之后，假设有能够使工质沿一样的途径逆行而回复到原来形状，并使沿一样的途径逆行而回复到原来形状，并使相互作用中所涉及到的外界亦回复到原来形相互作用中所涉及到的外界亦回复到原来形状而不留下任何改动，这

13、一过程就叫做可逆状而不留下任何改动，这一过程就叫做可逆过程过程不满足上述条件的过程为不可逆过程不满足上述条件的过程为不可逆过程可逆过程的根本特征：是准平衡过程，满足可逆过程的根本特征：是准平衡过程，满足热的和力的平衡条件，同时过程中没有任何热的和力的平衡条件，同时过程中没有任何耗散效应耗散效应可逆过程是一真实践过程的理想极限，是一可逆过程是一真实践过程的理想极限，是一切热力设备内过程力求接近的目的切热力设备内过程力求接近的目的1-6 过程功和热量过程功和热量功的热力学定义功的热力学定义功是热力系统经过边境而传送的能量，且功是热力系统经过边境而传送的能量，且其全部效果可表现为举起重物其全部效果可

14、表现为举起重物系统对外界作功取为正，外界对系统作功系统对外界作功取为正，外界对系统作功取为负取为负功的单位为焦耳，符号为功的单位为焦耳，符号为J单位质量物质所做的功称为比功，单位为单位质量物质所做的功称为比功，单位为J/kg w=W/m 单位时间内完成的功称为功率，单位为单位时间内完成的功称为功率，单位为W瓦瓦 1W=1J/s 1kW=1kJ/s可逆过程的功可逆过程的功质量为质量为m的气体工质在气缸中进展可逆膨胀，的气体工质在气缸中进展可逆膨胀，从形状从形状1到形状到形状2的膨胀过程中，所作的膨胀的膨胀过程中，所作的膨胀功为功为 单位质量的工质所作的功为单位质量的工质所作的功为工程热力学中商定

15、：气体膨胀所作的功为正工程热力学中商定：气体膨胀所作的功为正值，外力紧缩气体所耗费的功为负值值，外力紧缩气体所耗费的功为负值2121pdVW2121pdvwpdVpAdxFdxWpdvpdVmw1功不是形状参数而是过程量，功的数值不仅决议功不是形状参数而是过程量，功的数值不仅决议于工质的初态和终态，还和过程的中间途径有关于工质的初态和终态，还和过程的中间途径有关闭口系工质在膨胀过程中所作的功一部分因摩擦闭口系工质在膨胀过程中所作的功一部分因摩擦而耗散，一部分对抗大气压力作功，余下部分才而耗散，一部分对抗大气压力作功，余下部分才是可被利用的功是可被利用的功 大气压力可作定值，故大气压力可作定值，

16、故 可逆过程不包含任何耗散效应，可逆过程不包含任何耗散效应， lruWWWWVpVVpWr01200lW12021,VVppdVWreu例例1-2 要点：可逆过程膨胀功的计算公式要点：可逆过程膨胀功的计算公式例例1-3 要点：要点：1.因求罐内气体最低初压力，故充气终了时罐内压力至少因求罐内气体最低初压力，故充气终了时罐内压力至少应与大气压力相等应与大气压力相等2.取全部气体为热力系，利用理想气体形状方程取全部气体为热力系，利用理想气体形状方程3.气球排斥大气作功，界面上反力为恒值，可用如下公式气球排斥大气作功，界面上反力为恒值，可用如下公式计算计算2121pdVW21211min, 1TRV

17、VpTRVpmgBg120VVpW过程热量过程热量热力学中把热量定义为热力系和外界之间仅热力学中把热量定义为热力系和外界之间仅仅由于温度不同而经过边境传送的能量仅由于温度不同而经过边境传送的能量热量的单位是热量的单位是J焦尔，工程上常用焦尔，工程上常用kJ千焦千焦工程热力学中商定：体系吸热为正，放热为工程热力学中商定：体系吸热为正，放热为负负系统在可逆过程中与外界交换的热量由下式系统在可逆过程中与外界交换的热量由下式计算计算 热量也是过程量而非形状参数热量也是过程量而非形状参数功转变成热是无条件的，而热转变胜利是有功转变成热是无条件的，而热转变胜利是有条件的，功是比热更高质量的能量条件的，功是

18、比热更高质量的能量Tdsq 2121Tdsq1-7 热力循环热力循环循环概说循环概说工质在阅历了一系列形状变化过程后再回工质在阅历了一系列形状变化过程后再回到原来形状的一系列过程的综合叫做热到原来形状的一系列过程的综合叫做热力循环，简称循环力循环，简称循环可逆循环：全部由可逆过程构成的循环可逆循环：全部由可逆过程构成的循环不可逆循环：循环中有部分过程或全部过不可逆循环：循环中有部分过程或全部过程是不可逆的程是不可逆的正向循环：将热能转化为机械能，使外界得到功正向循环：将热能转化为机械能，使外界得到功逆向循环：将热量从低温热源传给高温热源，耗逆向循环：将热量从低温热源传给高温热源，耗费外功费外功循环经济性目的的原那么性定义循环经济性目的的原那么性定义 花费的代价花费的代价得到的收获得到的收获经济性指标经济性指标正向循环热动力循环正向循环热动力循环循环净功循环净功wnet就是工质沿一个循环过程所就是工质沿一个循环过程所作功的代数和作功的代数和循环净热量循环净热量