工程热力学与传热学中文第1章基本概念

工程热力学与传热工程热力第一 基本概第一章基本概内容要求掌握热力系统的基本概念和分掌握平衡状态的基本概念的充要条件熟悉基本状态参数：压力，温度和比体掌握准静态过程和可逆过程的基本概念和特征掌握过程功和过程热量1— 热力热能在热机中转化成机械能的过热力发（热机凡是能将热能转换为机械能的机器工质实现热能和机械能转化的媒介物质热源低温热源：接受工质排除热能的举例：蒸汽动力装置中热能转变为机械能的过1过热6锅

汽轮 机高温热源高温热源低温热源给水 器

冷却热能动力装置的工作过程把余下部传低温热热力系热力系热力学中，选取一定的工质或空间作为研究对象热力系热力系边 环（boundry）

热力系边闭口系统示意

开口系统示意

出热力系统的系统与外界是否进行物质交换a：闭口系统（closed系统与外界之间没有物质交换，只有能量交换热力系（控制质量系热力系b:开口系统（open

边闭口系统示意系统与外界之间既有物质交换，又有能量交换（控制容积系统）热力系边开口系统示意 出系统与外界之间进行能量交换情a:简单系统（simple系统与外界只交换热量和一种形式的功b:绝热系统（adiabatic系统与外界之间完全没有热量交换c:孤立系统（isolated系统与外界之间既无物质，又量交换绝热系气体或液分分孤立系相关孤立系相关外环环孤立系热力工程中 简单可压缩系（simplecompressible思思题孤立系统一定是闭口的,反之则不然孤立系统的热力学状态不能发生变1—2衡状态及状态参工质工质的热力学状态（thermodynamic系统热力学系统热力学状态参数（state说描述工质所处状态的宏观物理量 说状态参数是热力系统状态的单值函状态参数的值只取决于给定的状态，与如何达到这一状态的途径无关平衡状态（equilibrium平衡状态说说描述系统所处的状态c:工程热力学只研究平衡状充要条热平衡组成热力系统的各部分之间没有热量传递是否存在温度差是判断系统处于热平衡的条件力平衡组成热力系统的各部分之间没有相对位移是否存在压力差是判断系统处于力平衡的条件化学平衡相平结论只有在系统和系统与外界之间一切不平衡的势差都时，系统的一切宏观变化才可停止，思思两个不同概“平衡”和“均匀基本状态参温温度是标志物体冷热程度的热力学第零定律（thezerothlawof温标（temperature温度的数值表示热力学温标（thermodynamicscaleof热力学温标基准点水的三相点取水的三相点（triplepoint）（纯水固、液、气三相水的三相点定义其温度为273.16K定义：t=T– 摄氏温度0热力学温度水的三相点温t0.01压力压力：单位面积上所受的垂直作用力，用p表示单位国际单位制，单位面积上所受的力表示Pa,大气压的倍数表示atm,液柱的高度表示mH2O,例如一个标准大气压 1.013105HH

H

1000

10mH2O 1.013105HHgH

13.6103

绝对压力，表压力和绝对压力（absolute表压力（gage是以大气压为基准测量得到的压力用Pe表P0P0P0P0绝对压力，表压力，真空度，大气压力之间的关当p＞pb p=pb+ 当p＜pb pp=pb-pv比体积及密比体积（specific单位质量的物质所占的体积，单位m3/kg。用v表示。密度单位体积物质的质量。用表v=摄氏温度的零点相当于热力学温度的273.15K 状态方程式与状态参数坐标状态公理于简单可压缩系统，只需两个独立的状态参数，便可确定它的平衡状pfv,Tvfp,TTfvpFF(p,v,T)=表示状态参数之间关系的方程式由热力系的状态参数所组成的坐常用坐标图压容图（p-v图）图（T-s图）压焓图（p-h图121p121p1pp2 pv

Ts

ph思思题1—4静态过程和可逆过热力过（thermodynamic系统由一个状态到达另一个状态的变化过平衡状平衡状平衡状变化过对实际过程简的思准平衡过程（quasistatic准平衡过程（准静态过程）假设：汽缸中有1kg的气体，其参数为p1,v1.T1p1pext1选取：汽缸p1pext1F气体膨胀过11pext1Fp122pext21212v v

膨胀过程若p1Apext1A+为初始平衡状态突然减小pext1——则p1Apext2A活塞右中间状态：不平衡状中间过程：不平衡过当p2Apext2A+思考：若过程行的思考：若过程行的无限缓实现条件：驰豫时间（relaxation驰豫时间（relaxation特点好处可用确切的状态参数描述过程可在参数坐标图上用一条连续曲线表示过程可逆过程（reversible可逆过程当系统完成某一路径（path）后，如果全过程（system,surrounding）都恢复到原来的状态而不留实现条件是无耗散的准静态耗散效应通过摩擦，粘性扰动，温差传等消耗功或潜在作功能力的损失

p

pextF准静态只着眼于工质的平衡，有无外部的机械摩擦（耗散）对工质的平衡并无影响可逆过程分析工质与外界作用所产生的总效果不仅强调工质的平衡，而且要求工质与外思思题不平衡过程，一定是不可逆过实际过程都是不可逆过程1—5程功和过程热功1.功的定力学的定义力和沿力的方向位移的乘积2WF 热力学的定义体积变化通过工积的变化而与外界交换的功膨胀功：工质在体积膨胀时所作的功压缩功：工质受压缩时外界对工质所作p对准平衡p系统在整个过程中作WW21Jw2J1比膨胀功：w2J1示功图对一个可逆过程，体积变化功可在p-v图上用12pvp过程线下12pvpww 2w1规定 系统对外作功，取正dv>0,w>外界对系统作dv<0,w<功是过程量 与初、终态有关，与过程有关

示功热量热量用表示，单位J,kJ, J/kg,kJ/kg可逆过程中系统与外界交换的热量q2q11Q211示热图可逆过程中，热量在T-s图上用过程线下面面积表

221Ts2规定

q10 系统吸热：热量为正，q0系统放热：热量为负，q<0系统绝热q=0可逆绝热ds热量是过程量：与初终状态，过程有

示热共同点（1）都是能量传递的度量，都是过程量（2）只有在传递过程中才有功，热量区递，传热过程中不出现能量形态的变化思思题功可以全部转变为热，但热不能全部转变质量相同的物体A和B，若TA>TB，则物体Ａ