工程热力学第1章

第一章根本概念BasicConceptsandDefinition1-1热能和机械能相互转换过程1-2热力系统1-3工质的热力学形状及其根本形状参数1-4平衡形状1-5工质的形状变化过程1-6功和热量1-7热力循环1一、热能动力安装(Thermalpowerplant)定义：从燃料熄灭中获得热能并利用热能得到动力的整套设备。分类共同本质：由媒介物经过吸热—膨胀作功—排热气体动力安装(combustiongaspowerplant)内燃机(internalcombustiongasengine)燃气轮机安装(gasturbinepowerplant)喷气发动机(jetpowerplant)……蒸气动力安装(steampowerplant)1-1热能和机械能相互转换的过程2二、工质(workingsubstance;workingmedium)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:物质三态中气态最适宜。1〕膨胀性2〕流动性3〕热容量4〕稳定性，平安性5〕对环境友善6〕价廉，易大量获取3三、热源(heatsource;heatreservoir)定义：工质从中汲取或向之排出热能的物质系统。•高温热源—热源〔heatsource〕低温热源—冷源〔heatsink〕•恒温热源(constantheatreservoir)变温热源41-2热力系统〔热力系、系统、体系〕外界和边境•系统(thermodynamicsystem,system)人为分割出来，作为热力学研讨对象的有限物质系统。•外界(surrounding)：与体系发生质、能交换的物系。•边境(boundary)：系统与外界的分界面〔线〕。一、定义5二、系统及边境例如•汽车发动机6•汽缸-活塞安装〔闭口系例〕7•挪动和虚拟边境81〕系统与外界的人为性2〕外界与环境介质3〕边境可以是：a〕刚性的或可变形的或有弹性的b〕固定的或可挪动的c〕实践的或虚拟的留意：9三、热力系分类按组元数单元系(onecomponentsystem;puresubstancesystem)多元系(multicomponentsystem)按相数单相系(homogeneoussystem)复相系(heterogeneoussystem)留意：1〕不计恒外力场影响；2〕复相系未必不均匀—湿蒸汽；单元系未必均匀—气液平衡分别形状。1.按组元和相10闭口系〔closedsystem〕〔控制质量CM〕—没有质量越过边境开口系〔opensystem〕〔控制体积CV〕—经过边境与外界有质量交换2.按系统与外界质量交换111〕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；3〕孤立系与绝热系的关系。留意：4.简单可紧缩系〔simplecompressiblesystem〕—由可紧缩物质组成，无化学反响、与外界有交换容积变化功的有限物质系统。绝热系〔adiabaticsystem〕—与外界无热量交换;孤立系〔isolatedsystem〕—与外界无任何方式的质能交换。3.按能量交换12四、热力系例如1．刚性绝热气缸-活塞系统，B侧设有电热丝

红线内——闭口绝热系黄线内不包含电热丝——闭口系黄线内包含电热丝——闭口绝热系兰线内——孤立系13闭口系2．刚性绝热喷管取红线为系统—取喷管为系统—开口系绝热系?14３．A、B两部落“鸡、犬之声相闻，民至老死不相往来〞ABA部落为系统A+B部落为系统—孤立系—闭口系151-3工质的热力学形状和根本形状参数热力学形状〔stateofthermodynamicsystem〕—系统宏观物理情况的综合形状参数〔stateproperties〕—描画物系所处形状的宏观物理量

1．形状参数是宏观量，是大量粒子的统计平均效应，只需平衡态才有状参，系统有多个形状参数，如一、热力学形状和形状参数二、形状参数的特性和分类162．形状的单值函数。物理上—与过程无关；数学上—其微量是全微分。3．形状参数分类广延量〔extensiveproperty〕强度量〔intensiveproperty〕又：广延量的比性质具有强度量特性，如比体积工程热力学商定用小写字母表示单位质量参数。17三、系统形状一样的充分必要条件系统两个形状一样的充要条件：一切形状参数一一对应相等简单可紧缩系两形状一样的充要条件：两个独立的形状参数对应相等18四、温度和温标〔temperatureandtemperaturescale〕温度的定义：测温的根底—热力学零定律(zerothlawofthermodynamics)热力学温标和国际摄氏温标(thermodynamicsscale;Kelvinscale;absolutetemperaturescaleandinternalCelsiustemperaturescale)19华氏温标和朗肯温标华氏温标和摄氏温标附：{T}°R={t}℉+459.67{t}℃=5/9[{t}℉-32]{t}℉=9/5{t}℃+3220五、压力(pressure)绝对压力p(absolutepressure)表压力pe〔pg〕(gaugepressure;manometerpressure)真空度pv(vacuum;vacuumpressure)当地大气压pb(localatmosphericpressure)21常用压力单位：例A4001441例A400277122六、比体积和密度比体积(specificvolume)单位质量工质的体积密度(density)单位体积工质的质量两者关系:231-4平衡形状1．定义：无外界影响系统坚持形状参数不随时间而改动的形状•热平衡〔thermalequilibrium〕：在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界处处温度相等。•力平衡〔mechanicalequilibrium〕：在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界处处压力相等。•热力平衡的充要条件—系统同时到达热平衡和力平衡。一、平衡形状〔thermodynamicequilibriumstate〕24讨论：1〕系统平衡与均匀2〕平衡与稳定—平衡可不均匀—稳定未必平衡25*二、形状公设〔statepostulate〕n—系统独立的形状参数数；f—系统与外界交换功方式数。简单可紧缩系与外界仅有容积变化功一种方式26三、纯物质的形状方程〔puresubstancestateequation〕形状方程1．理想气体形状方程〔ideal-gasequation;Clapeyron’sequation〕Rg—气体常数〔gasconstant〕R—通用气体常数〔universal(molargasconstant)摩尔质量27２．实践气体(realgas;imperfectgas)的形状方程范德瓦尔方程〔a,b为物性常数〕R-K方程〔a,b为物性常数〕28BWR方程维里型方程29四、形状参数坐标图〔parametriccoordinates〕一简单可紧缩系只需两个独立参数，所以可用平面坐标上一点确定其形状，反之任一形状可在平面坐标上找到对应点，如：pv1p1v1Ts2T2s2pT3p3T3OOO30附：纯物质的p-v-T图31水p-v-T图32一、准静态过程(quasi-staticprocess;quasi-equilibriumprocess)定义：偏离平衡态无穷小，随时恢复平衡的形状变化过程。进展条件：破坏平衡的势—过程进展无限缓慢工质有恢复平衡的才干准静态过程可在形状参数图上用延续实线表示无穷小1-5工质的形状变化过程33二、可逆过程(reversibleprocess)定义：系统可经原途径前往原来状态而在外界不留下任何变化的过程。可逆过程与准静态过程的关系非准静态不可逆准静态可逆●单纯传热过程34非准静态过程(nonequilibriumprocess)准静态过程，不可逆准静态过程，可逆●作功过程pFfpb351.可逆=准静态+没有耗散效应2.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3.一真实践过程不可逆4.内部可逆过程的概念5.可逆过程可用形状参数图上实线表示讨论：36一、功(work)的定义和可逆过程的功1．功的力学定义2．功的热力学定义：经过边境传送的能量其全部效果可表现为举起重物。3．可逆过程功的计算▲功是过程量▲功可以用p-v图上过程线与v轴包围的面积表示1-6功和热量37

系统对外作功为“+〞外界对系统作功为“-〞5．功和功率的单位：附：4．功的符号商定：386．讨论有用功(usefulwork)概念其中:W—膨胀功(compression/expansionwork)；Wl—摩擦耗功；Wp＿排斥大气功。pbf例A700133139用外部参数计算不可逆过程的功?40二、广义功(generalizedwork)简介弹性力功外表张力功电极化功及磁化功等41三、热量〔heat〕1．定义：仅仅由于温差而经过边境传送的能量。2．符号商定：系统吸热“+〞；放热“-〞3．单位：4．计算式及形状参数图热量是过程量〔T-s图上〕表示42四、热量与功的异同：1.均为经过边境传送的能量；3.功传送由压力差推进，比体积变化是作功标志；热量传送由温差推进，比熵变化是传热的标志；4.功是物系间经过宏观运动发生相互作用传送的能量；热是物系间经过紊乱的微粒运动发生相互作用而传送的能量。功2.均为过程量；热是无条件的；热功是有条件、限制的。43思索题：容器为刚性绝热，抽去隔板，重又平衡，过程性质。逐个抽去隔板，又