湖南大学工程热力学-第一章

1、 陈敬炜陈敬炜 助理教授2 2第一章第一章 基本概念基本概念Basic Concepts and Definition1-1 热能和机械能相互转换过程热能和机械能相互转换过程1-2 热力系统热力系统 1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数工质的热力学状态及其基本状态参数1-4 平衡状态平衡状态1-5 工质的状态变化过程工质的状态变化过程1-6 功和热量功和热量1-7 热力循环热力循环3 34 4一、热能动力装置一、热能动力装置(Thermal power plant) 定义定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力的整套设备到动力的整套设备。分分类类燃气动

2、力装置燃气动力装置(combustion gas power plant) 内燃机内燃机(internal combustion gas engine) 燃气轮机装置燃气轮机装置(gas turbine power plant) 喷气发动机喷气发动机(jet power plant) 蒸气动力装置蒸气动力装置 (steam power plant)1-1 热能和机械能相互转换的过程热能和机械能相互转换的过程 热能热能机械能机械能化学能化学能5 5内燃机装置内燃机装置6 6燃气轮机装置燃气轮机装置7 7燃气轮机装置燃气轮机装置8 8小型燃气轮机装置小型燃气轮机装置9 9喷气发动机喷气发动机101

3、0蒸汽轮机装置蒸汽轮机装置1111核核电电厂厂汽汽轮轮机机1212电厂俯瞰图电厂俯瞰图1313工作物质：工作物质：燃气燃气燃气燃气热能热能机械能机械能燃料燃料化学能化学能排入大气排入大气n燃烧、膨胀燃烧、膨胀n排气排气n吸气吸气n压缩压缩工作过程：工作过程：能量转换：能量转换：14141515161617171587624391锅炉锅炉2沸水管沸水管3汽锅汽锅4过热器过热器 5汽汽轮机轮机6发电机发电机7冷凝器冷凝器8泵泵9蓄水池蓄水池1818高温热源高温热源吸热吸热Q1热机热机作功作功W机械能放热放热Q2低温热源低温热源锅锅炉炉汽轮机汽轮机冷凝器冷凝器冷却水冷却水循环水循环水1919为使热能

4、源源不断地转化为机械能必须：为使热能源源不断地转化为机械能必须：1.1. 凭借工质作为媒介物质；凭借工质作为媒介物质；2.2. 工质源源不断地从高温热源吸收热量；工质源源不断地从高温热源吸收热量；3.3. 工质热力学状态发生循环往复的连续变化；工质热力学状态发生循环往复的连续变化；4.4. 向温度较低的热源排出一部分热量。向温度较低的热源排出一部分热量。2020工质：工质：实现热能与机械能相互转化的媒介物质实现热能与机械能相互转化的媒介物质热源：热源：工质从中吸取热能的物系，或称高温热源工质从中吸取热能的物系，或称高温热源冷源：接受工质排出热能的物系，或称低温热源冷源：接受工质排出热能的物系，

5、或称低温热源 热能热能吸热吸热 膨胀膨胀 作功作功 排气排气机械能机械能热动力装置的工作过程：工质自高温热源吸热，将热动力装置的工作过程：工质自高温热源吸热，将其中一部分转化为机械能而做功，并把余下部分传其中一部分转化为机械能而做功，并把余下部分传给低温热源给低温热源 热源热源2121二、工质二、工质(working substance)定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。对工质的要求对工质的要求:物质三态中物质三态中气态气态最适宜最适宜。 1）膨胀性）膨胀性 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

6、友善）对环境友善 6）价廉，易大量获取）价廉，易大量获取工质是实现能量转换必不可少的内部条件工质是实现能量转换必不可少的内部条件2222三、热源三、热源(heat source; heat reservoir)定义定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。 高温热源高温热源热源热源 （ heat source ） 低温热源低温热源冷源（冷源（heat sink） 恒温热源恒温热源(constant heat reservoir) 变温热源变温热源热动力装置工作可以概括为：热动力装置工作可以概括为：工质工质从高温热源吸取热能，将其中一部分转化为从高温热源

7、吸取热能，将其中一部分转化为机械能，把另一部分热能传给低温热源。机械能，把另一部分热能传给低温热源。23231-2 热力系统（热力系、系统、体系）热力系统（热力系、系统、体系） 外界和边界外界和边界人为分割出来，作为热力学人为分割出来，作为热力学研究对象的有限物质系统。研究对象的有限物质系统。 外界外界(surrounding )：与体系发生质、能交换的物系。与体系发生质、能交换的物系。 边界边界(boundary)：系统与外界的分界面（线）。系统与外界的分界面（线）。一、定义一、定义 系统系统(thermodynamic system, system) 2424二、系统及边界示例二、系统及边

8、界示例 汽车发动机汽车发动机2525 汽缸汽缸-活塞装置（闭口系例）活塞装置（闭口系例） 2626 移动和虚构边界移动和虚构边界2727真实、虚构真实、虚构固定、活动固定、活动2828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只交换功只交换功只交换热只交换热既交换功既交换功也交换热也交换热29291.系统与外界的作用都通过边界，不画边界进行热系统与外界的作用都通过边界，不画边界进行热力学研究无意义。力学研究无意义。2.热力系统的选取，取决于所提出的研究任务，但热力系统的选取，取决于所提出的研究任务，但不能小到只包含少量的分子，以至不能遵守统计平不能小到只包含少量的分子

9、，以至不能遵守统计平均规律。均规律。3.边界可以是：边界可以是： a）刚性的或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3030三、热力系分类三、热力系分类 按组元数按组元数 单元系单元系(one component system;pure substance system) 多元系多元系(multicomponent system)按相数按相数 单相系单相系(homogeneous system) 复相系复相系(heterogeneous system)注意：注意：1）不计恒外力场影响；）不计恒外力场影响； 2）复相系

10、未必不均匀）复相系未必不均匀湿蒸汽；湿蒸汽； 单元系未必均匀单元系未必均匀气液平衡分离状态。气液平衡分离状态。 1. 按组元和相分按组元和相分3131 闭口系（闭口系（closed system） （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 2. 按系统与外界质量交换按系统与外界质量交换3232开口系统的分类：开口系统的分类：(1)不稳定流动开口系(2)稳定流动开口系统稳定流动开口系统稳定流动开口系统中的质量及状态参数不随时间变化。稳定流动开口系统中的质量及状态参数不随时间变化。开口系（开口系（open system）（控制体积（控制体积CV）通过通过边界与外界有质量交换边界与

11、外界有质量交换3333绝热系（绝热系（adiabatic system） 与外界无热量交换与外界无热量交换; 孤立系（孤立系（isolated system） 与外界无任何形式的质能交换。与外界无任何形式的质能交换。3. 按能量交换按能量交换方式方式3434最重要的系统最重要的系统 只交换只交换热量热量和和一种一种准静态的准静态的容积变化功容积变化功容积变化功容积变化功压缩功压缩功膨胀功膨胀功4. 简单可压缩系（简单可压缩系（simple compressible system） 由可压缩物质组成，无化学反应、与外界有由可压缩物质组成，无化学反应、与外界有交交 换容积变化功的有限物质系统。换容

12、积变化功的有限物质系统。3535注意：注意：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；稳定流动开口系统稳定流动开口系统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。孤立系统孤立系统= =系统系统+ +相关外界相关外界= =各相互作用的子系统之和各相互作用的子系统之和 = =一切热力系统连同相互作用的一切热力系统连同相互作用的外界外界孤立系统一定是闭口系；反之则不然。孤立系统孤立系统一定是闭口系；反之则不然。孤立系统一定是绝热系统；绝热系统不一定是孤立系统。一定是绝热系统；绝热系统不一定是孤立系统。3636以系统与外界

13、关系划分：以系统与外界关系划分：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3737四、热力系示例四、热力系示例例例1：刚性刚性绝热气缸绝热气缸-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不包含电热丝丝闭口闭口系系黄线内黄线内包含电热丝包含电热丝闭口闭口 绝热绝热系系兰线内兰线内孤立系孤立系3838闭口系闭口系例例2：刚性绝热喷管刚性绝热喷管取红线为系统取红线为系统取喷管为系统取喷管为

14、系统 开口系绝热系开口系绝热系3939例例：A、B两部落两部落“鸡、犬之声相闻鸡、犬之声相闻，民，民至至老老死不相往来死不相往来”ABA部落为系统部落为系统A+B部落为部落为系统系统 闭口系闭口系孤立系孤立系40401-3 工质的热力学状态和基本状态参数工质的热力学状态和基本状态参数 热力学状态（热力学状态（state of thermodynamic system） 系统宏观物理状况的综合系统宏观物理状况的综合 状态参数（状态参数（state properties） 描述物系所处状态的宏观物理量描述物系所处状态的宏观物理量 1状态参数是宏观量状态参数是宏观量，是大量粒子的统计平均，是大量粒子

15、的统计平均效应效应，只有只有平衡态平衡态才有状态参数，系统有才有状态参数，系统有多多个状态参数，如个状态参数，如一、热力学状态和状态参数一、热力学状态和状态参数二、状态参数的特性和分类二、状态参数的特性和分类压力压力 p、温度、温度 T、比容、比容 v41412状态的单值函数状态的单值函数 物理上物理上与过程无关与过程无关； 数学上数学上其微量是全微分其微量是全微分。状态参数的微分特征状态参数的微分特征设设 z =z (x , y)dz是全微分是全微分充要条件：充要条件：可判断是否是状态参数可判断是否是状态参数1 21 2d0ddbaxxx42423状态参数分类状态参数分类 (1)广延量广延量

16、（extensive property）: 与系统的量有关，有可加性；如体积、与系统的量有关，有可加性；如体积、热力学能热力学能、动能、位能动能、位能等等； (2)强度量强度量（intensive property ）：）： 与系统与系统的量无关，无可加性，如温度、的量无关，无可加性，如温度、压力压力、速、速度度等等。 又：又：广延量的比性质具有强度量特性，广延量的比性质具有强度量特性，如比体积如比体积工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数。工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数。比参数：比参数：比比容容比比内能内能比比焓焓比比熵熵vuhs4343工程工程热力学中常用的状态参数有热力学中常

17、用的状态参数有压力、温度、比体积、压力、温度、比体积、比热力学能、比焓、比熵比热力学能、比焓、比熵等，其中可以直接测量的状等，其中可以直接测量的状态参数有态参数有压力、温度、比体积，压力、温度、比体积，称为称为基本状态参数。基本状态参数。基本状态参数基本状态参数压力压力 p、温度、温度 T、比容、比容 v按是否直接或按是否直接或容易测量分容易测量分非基本状态参数非基本状态参数内能内能U、焓、焓 H、熵、熵S4444系统状态系统状态相同的充分必要条件相同的充分必要条件系统系统两个状态相同的充要条件：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简单可压缩系两状态相

18、同的充要条件：可压缩系两状态相同的充要条件： 两两个独立的个独立的状态参数对应相等状态参数对应相等4545（一）温度和温标（一）温度和温标（temperature and temperature scale）温度是反映物体冷热程度的物理量。温度的高低反映物体内部微观粒子热运动的强弱。当两个温度不同的物体相互接触时，它们之间将当两个温度不同的物体相互接触时，它们之间将发生热量传递，如果没有其它物体影响，这两个物体发生热量传递，如果没有其它物体影响，这两个物体的温度将逐渐趋于一致，最终将达到的温度将逐渐趋于一致，最终将达到热平衡热平衡（即温度（即温度相等）。所以温度是热平衡的判据相等）。所以温度是

19、热平衡的判据 。（1）温度的物理意义）温度的物理意义温度相等温度相等热平衡热平衡 4646（2）热力学第零定律：）热力学第零定律： (zeroth law of thermodynamics)如果两个物体中的每一如果两个物体中的每一个都分别与第三个物体处于个都分别与第三个物体处于热平衡，则这两个物体彼此热平衡，则这两个物体彼此也必处于热平衡。也必处于热平衡。热力学第零定律是温度测量的理论依据热力学第零定律是温度测量的理论依据 。C温度：温度：可以确定一个系统是否与其他系统处于可以确定一个系统是否与其他系统处于热平衡的物理量。是一个热平衡的物理量。是一个强度量强度量。4747热力学第零定律热力学

20、第零定律热力学第热力学第零零定律定律 1931年年 T热力学第热力学第一一定律定律 1840 1850年年 E热力学第热力学第二二定律定律 1854 1855年年 S热力学第热力学第三三定律定律 1906年年 S基准基准4848（3）温标：）温标：温度的数值表示法。温度的数值表示法。 建立温标的三个要素：建立温标的三个要素：a . 选择温度的固定点，规定其数值；选择温度的固定点，规定其数值；b. 确定温度标尺的分度方法和单位；确定温度标尺的分度方法和单位；c. 选择某随温度变化的物性作为温度测量的选择某随温度变化的物性作为温度测量的依据。依据。4949摄氏温标摄氏温标:2、固定点：、固定点：在

21、在标准大气压下，纯水的冰点温度标准大气压下，纯水的冰点温度为为0 ，纯水的沸点温度为，纯水的沸点温度为100，纯水的三相点（固、，纯水的三相点（固、液、汽三相平衡共存的状态点）温度为液、汽三相平衡共存的状态点）温度为0.01 。1、单位、单位：瑞典瑞典天文学家摄尔修斯（天文学家摄尔修斯（Celsius）于于1742年建立。用摄氏温标确定的温度称为年建立。用摄氏温标确定的温度称为摄氏摄氏温度温度，用符号，用符号t 表示，单位为表示，单位为。 3、物性及分度：、物性及分度：选择选择水银的体积作为温度测水银的体积作为温度测量的物性，认为其随温度线性变化，并将量的物性，认为其随温度线性变化，并将0 和

22、和100温度下的体积差均分温度下的体积差均分100份，每份对应份，每份对应1。5050华氏温标：华氏温标： 1、单位、物性：单位、物性： 1714年德国物理学家华伦海特利年德国物理学家华伦海特利用水银随温度的涨缩做为指示器，并在管子上设一用水银随温度的涨缩做为指示器，并在管子上设一个等级刻度表，使温度可以定量地读出。用符号个等级刻度表，使温度可以定量地读出。用符号 2、固定点：、固定点：他他把在实验室所得到的最低温度设为把在实验室所得到的最低温度设为零，这是由盐和水的混合液测量得到的，而后他将零，这是由盐和水的混合液测量得到的，而后他将纯水的冰点设为纯水的冰点设为32度，沸点设为度，沸点设为2

23、12度。度。 3、分、分度：度：有有两个好处：第一、水的液态范围为两个好处：第一、水的液态范围为180度，很自然和度联想在一起，因为半圆恰好是度，很自然和度联想在一起，因为半圆恰好是180度。度。第二、人体的温度精确值为第二、人体的温度精确值为98.6华氏度，约接近华氏度，约接近100华氏度。华氏度。Fo5151用用热力学温标确定的温度称为热力学温标确定的温度称为热力学温度热力学温度，用符，用符号号T 表示，单位为表示，单位为 K（开）。（开）。热力学温标（绝对温标）热力学温标（绝对温标）: 英国物理学家开尔文（英国物理学家开尔文（Kelvin)在热力学第二定在热力学第二定律基础上建立，也称开

24、尔文温标。律基础上建立，也称开尔文温标。热力学温标热力学温标取水的三相点为基准点，并定义其温取水的三相点为基准点，并定义其温度为度为273.16K。温差。温差1K相当于水的三相点温度的相当于水的三相点温度的1/273.16。热力学温标热力学温标与与摄氏温标摄氏温标的关系：的关系：温差温差:1 K = 1 t = T 273.15 K5252绝对绝对K摄氏摄氏 华氏华氏F朗肯朗肯R100373.150.01273.160273.15-17.80-273.15212671.6737.8100032-459.670459.67491.67冰熔点冰熔点水三相点水三相点盐水熔点盐水熔点发烧发烧水沸点水沸

25、点559.675353温度温度计计物质物质 （水银，铂电阻水银，铂电阻）特性特性 （体积膨胀，阻值体积膨胀，阻值）基准点基准点刻度刻度温标温标国际单位制（国际单位制（SI）采用）采用热力学温热力学温T度作度作为基本状态参数。为基本状态参数。5454温度的测量方法温度的测量方法a. 接触式接触式:水银温度计、酒精温度计水银温度计、酒精温度计热电偶、电阻温度计等。热电偶、电阻温度计等。b. 非接触式非接触式:光学辐射高温计光学辐射高温计激光全息干涉仪激光全息干涉仪CARS（相干反斯托克斯喇曼光谱）法（相干反斯托克斯喇曼光谱）法5555极极寒寒 40或低于此值或低于此值 奇奇寒寒 3539.9 酷寒

26、酷寒 3034.9 严寒严寒 2029.9 深深寒寒 1519.9 大寒大寒 1014.9 小寒小寒 59.9 轻轻寒寒 4.90 微微寒寒 04.9 科科学学家家给给地地球球上上的的气气温温划划分分了了等等级级凉凉 59.9 温凉温凉 1011.9 微温凉微温凉 1213.9 温和温和 1415.9 微温和微温和 1617.9 温暖温暖 1819.9 暖暖2021.9 热热 2224.9 炎热炎热 2527.9 暑热暑热 2829.9 酷热酷热 3034.9 奇热奇热 3539 极热高于极热高于405656定义：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）定义：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强

27、）（二）压力（二）压力(pressure)单位单位 : Pa （帕帕），），1 Pa =1 N/ m21 MPa = 103 kPa =106 Pa ： 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 气体分子撞击器壁的统计（平均）效果气体分子撞击器壁的统计（平均）效果5757一般是工质绝对压力与环境压力的相对值一般是工质绝对压力与环境压力的相对值 相对压力相对压

28、力注意：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5858高精度测量高精度测量： 活塞活塞式压力计式压力计工业或一般科研测量：工业或一般科研测量：压力传感器压力传感器压力表压力表5959压力计测压原理压力计测压原理6060当当 p pb表压力表压力 peebppp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7878容器为刚性绝热，抽去隔板，容器为刚性绝热，抽去隔板，重又平衡，过程性质。重又平衡，过程性质。逐个抽去隔板，又如何？逐个抽去隔板，又如何？79793. 已知活塞式发动机每分钟已知活塞式发动机每分钟2000转，曲柄每转，曲柄每转转2冲程，每冲

29、程位移冲程，每冲程位移0.15米，判断活塞式发米，判断活塞式发动机在工作状况下是否可以视为准静态过程。动机在工作状况下是否可以视为准静态过程。8080解：活塞运动速度解：活塞运动速度cf=2000*2*0.15/60=10m/s；压；压力波恢复平衡速度可以按声速处理，压力波恢力波恢复平衡速度可以按声速处理，压力波恢复平衡速度复平衡速度a350 m/s；在一定的位移；在一定的位移x下，下，1=x/10，0=x/350，则，则1/0=351。 因此，活塞式发动机在工作状况下可以视为准因此，活塞式发动机在工作状况下可以视为准静态过程。静态过程。一般地，工程上的热力过程都可认为是准静态一般地，工程上的

30、热力过程都可认为是准静态过程。过程。8181二、可逆过程二、可逆过程( reversible process) 系统系统经历某一过程后，如果能使经历某一过程后，如果能使系统系统与与外界外界同时同时恢复到初始状态，而不留下任何痕恢复到初始状态，而不留下任何痕迹，则此过程为迹，则此过程为可逆过程可逆过程。(1)可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初态可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初态的过程。的过程。(2)可逆过程是一个理想过程。实际过程都是可逆过程是一个理想过程。实际过程都是不可逆过不可逆过程程，如传热、混合、扩散、渗透、溶解、燃烧、电加，如传热、混合、扩散、渗透、溶解、燃烧、电加热

31、等。热等。注意：注意：8282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，非弹性变性，非弹性变性，磁阻等）磁阻等） 不平衡不平衡势差势差不可逆根源不可逆根源 耗散耗散效应（有序变成无序）效应（有序变成无序） 耗散效应耗散效应 准静态着眼于系统内部平衡，可逆着眼于系统内准静态着眼于系统内部平衡，可逆着眼于系统内部及系统与外界作用的总效果部及系统与外界作用的总效果8383不等温传热不等温传热自由膨胀自由膨胀T1T2T1T2Q真空真空8484节流过程节流过程 (阀门）阀门）混合过程混

32、合过程p1p2p1p28585(1)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,但并非但并非最最优优过程，可逆过程是过程，可逆过程是最优最优过程过程。 (2)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的工质的状状态参数态参数表达，可不考虑系统与外界的复杂关系，表达，可不考虑系统与外界的复杂关系，易分析。易分析。 (3)实际过程不是可逆过程，但为了研究方便，先实际过程不是可逆过程，但为了研究方便，先按按理想理想情况（情况（可逆过程可逆过程）处理，用系统参数加以分）处理，用系统参数加以分析，然后考虑不可逆因素加以析，然后考虑不可逆因素加以修正。修正。86

33、86可逆可逆完全可逆完全可逆内部可逆，外部不可逆内部可逆，外部不可逆外部可逆，内部不可逆外部可逆，内部不可逆常见的形式常见的形式8787以冰水混合物为热力系90 0 缓慢加热外部温差传热外部温差传热准静态过程系统内部等温传热，无耗散内可逆外不可逆外不可逆8888带活塞的气缸内，水被缓慢的加热缓慢加热，每一时刻水有确定的温度准静态过程水与火有温差外不可逆外不可逆以水为系统内可逆内可逆以水+活塞为系统活塞与壁面无摩擦内可逆内可逆活塞与壁面有摩擦内不可逆内不可逆8989是否是否准静态准静态，看加热快慢，看加热快慢电或重物带动搅拌器加热容器中气体电功电功热机械功机械功热但不可逆但不可逆耗散9090准静

34、态过程准静态过程 + 无耗散效应无耗散效应 = 可逆过程可逆过程可逆过程一定是准静态过程可逆过程一定是准静态过程准静态过程不一定是可逆过程准静态过程不一定是可逆过程可逆过程完全理想，以后均用可逆过程的概念可逆过程完全理想，以后均用可逆过程的概念准静态过程很少用（就是为了引出可逆过程）准静态过程很少用（就是为了引出可逆过程）9191一、功一、功(work)的定义和可逆过程的功的定义和可逆过程的功1功的力学定义功的力学定义:力在力的方向上的位移力在力的方向上的位移 2功的热力学定义：功的热力学定义：通过边界传递的能量其全部通过边界传递的能量其全部效果可表现为举起重物。效果可表现为举起重物。 （定义

35、二：通过有序运动方式定义二：通过有序运动方式传递的能量）传递的能量）3功的一般表达式功的一般表达式1-6 过程功和热量过程功和热量 wF dx外wF dx外热力学最常见的功热力学最常见的功容积变化功（容积变化功（可逆、准静态过程可逆、准静态过程） pdvw pdvw9292解释解释可逆过程可逆过程功的表达式来源功的表达式来源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1、准静态过程的容积变化功以气缸中以气缸中mkg工质为系统工质为系统初始：初始：A+fP A P 外如果：如果：P外微 小pdl很小 ，近似认为 不变可视为准静态过程可视为准静态过程mkg工质发生容积变工质

36、发生容积变化对外界作的功化对外界作的功pp外外21fdlA dl=pdV1kgwpdvWp工质9393pV12Wpp外外21mkg工质：工质： W =pdV21WpdV1kg工质：工质： w =pdv可逆过程的功可逆过程的功功是过程量功是过程量功可以用功可以用p-V图上过程线图上过程线与与v轴包围的面积表示轴包围的面积表示进入：状态方程及坐标图2211=-wwvwpd9494 系统系统对外作功为对外作功为“+”外界外界对系统作功为对系统作功为“-”5功和功率的单位：功和功率的单位：JkJ或J /sWk J /sk W附：附：1kW h3600kJ4功的符号约定：功的符号约定：单位质量工质所作的

37、功，用单位质量工质所作的功，用w表示，单位：表示，单位：J/kg95956讨论讨论有用功有用功(useful work)概念概念pluWWWW其中其中:W膨胀功膨胀功(compression/expansion work)； Wl 摩擦耗功；摩擦耗功； Wp排斥大气功。排斥大气功。pbf9696思考题思考题：1kg 某种气态工质，从初态某种气态工质，从初态1可逆膨胀到达终可逆膨胀到达终态态2的过程中分别遵循：的过程中分别遵循：求：两过程中各作功多少（求：两过程中各作功多少（a、b、c为常数）为常数）解：解：（1）2222212111d()d()2awp vavcvvvc vv（2）21dwp

38、v可用面积可用面积1A2MN1表示表示可用面积可用面积1B2MN1表示表示功与初、终态及中间过程有关！功与初、终态及中间过程有关！222111ddlnvbwp vvbvv9797灵活计算功：用外部参数计算不可逆过程的功灵活计算功：用外部参数计算不可逆过程的功21dWpVVpAHpW00?9898二、广义功二、广义功(generalized work)简介简介弹性力功弹性力功表面张力功表面张力功 电极化功及磁化功等电极化功及磁化功等9999三、热量（三、热量（heat）1定义：热量是热力系与外界相互作定义：热量是热力系与外界相互作用的另一种方式，在温度的推动下，用的另一种方式，在温度的推动下，以

39、以微观无序运动方式传递的能量微观无序运动方式传递的能量。2符号约定：系统吸热符号约定：系统吸热“+”； 放热放热“-”3单位：单位： J ()kJ4计算式及状态参数图计算式及状态参数图21d(dQT SQT S可逆过程）热量是过程量热量是过程量（T-S图上）表示图上）表示100100熵的初步了解：熵的初步了解：P，T为强度量，V广延量熵熵S为广延量，单位：为广延量，单位：J/K比熵比熵s，单位：，单位：J/(kgK）熵的定义式：熵的定义式：TQSrevd热量与容积变化功比较热量与容积变化功比较过程量过程量可逆过程公式可逆过程公式过程推动力过程推动力过程标志过程标志WVpWdpdVQTdS准静态

40、也可以准静态也可以仅可逆仅可逆1011011、熵是状态参数、熵是状态参数熵的说明熵的说明2、符号规定、符号规定系统系统吸热吸热时为正时为正0,d0QS系统系统放热放热时为负时为负0,d0QS3、熵的物理意义：体现了可逆过程传热的大小和、熵的物理意义：体现了可逆过程传热的大小和方向方向4、用途：用途：判断热量方向，计算可逆过程的传热量判断热量方向，计算可逆过程的传热量102102pVWTSQ 示功图温熵图QTdS103103四、热量与功的异同：四、热量与功的异同： 1.均为通过边界传递的能量；均为通过边界传递的能量； 3.功传递由压力差推动，体积变化是作功标志；功传递由压力差推动，体积变化是作功

41、标志； 热量传递由温差推动，熵变化是传热的标志；热量传递由温差推动，熵变化是传热的标志； 4.功是物系间通过宏观运动发生相互作用传递的功是物系间通过宏观运动发生相互作用传递的能量；能量； 热是物系间通过紊乱的微粒运动发生相互作用而热是物系间通过紊乱的微粒运动发生相互作用而传递的能量。传递的能量。功功2.均为过程量；均为过程量；热是无条件的；热是无条件的；热热功功是有条件、限度的。是有条件、限度的。不同点 相同点104104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，这一系列变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化过程称为

42、热力循环热力循环。分类：分类：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封闭的热力过程，特性封闭的热力过程，特性：一切状态参数恢复原值一切状态参数恢复原值，即即0d x不不可逆可逆循环循环105105pVTS净效应：净效应：对外作功对外作功净效应：净效应：吸热吸热正向循环：顺时针方向正向循环：顺时针方向2112 0Q106 0WpVTS净效应：净效应：对内作功对内作功净效应：净效应：放热放热逆向循环：逆时针方向逆向循环：逆时针方向2112 0Q22:361071QWt吸热净功代价收益1、正向正向循环：净效应循环：净效应（对外作功，吸热）（对外作功，吸热）WT1Q1Q2T2动力循环：热

43、效率动力循环：热效率10t数值范围：数值范围：22:361081082、逆向逆向循环：净效应循环：净效应（对内作功，放热）（对内作功，放热）2QW收益代价吸热耗功制冷循环：制冷系数制冷循环：制冷系数WT0Q1Q2T2数值：数值：01091093、逆向逆向循环：净效应循环：净效应（对内作功，放热）（对内作功，放热）1QW收益代价放热耗功制热循环：供热系数制热循环：供热系数或热泵系数或热泵系数WT1Q1Q2T0数值：数值：1110110 代价收益动力循环：动力循环： 热效率热效率(thermal efficiency)nett11wq逆向循环：逆向循环： 制冷系数制冷系数(coefficient of performance for the refrigeration cycle)2netor1qw供热系数供热系数(coefficient of performance fo