第一章 基本概念

第一章

热力学基本概念辽宁工程技术大学第一节热力系统、状态及状态参数一、热力系统定义

热力系统：根据研究工作的需要人为划定的热力学研究对象，简称“系统”或“热力系”。

外界：热力系以外的物质称为外界。

边界：热力系与外界的分界面称为边界。热源外界外界热力系统边界工质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。物质三态中气态最适宜。固定、假想汽轮机活塞汽缸真实、变动注意：边界可以是真实存在的或假想的；可以是固定不变的或变动的。

分类方法：系统与外界的相互作用关系能量交换物质交换热量交换功量交换二、热力系统分类分类：开口系统－存在物质交换(1)闭口系统－无物质交换绝热系统－无热量交换非绝热系统－无物质交换(2)(3)孤立系统－无物质交换、无能量交换非孤立系统

1）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。注意：高温热源低温热源可压缩系统—由可压缩流体构成的热力系统。简单可压缩系—由可压缩物质组成，无化学反应、与外界有交换容积变化功（膨胀功或压缩功）的有限物质系统。热源：具有无限大热容量的系统，在放出和吸收有限热量时不改变系统自身的温度三、热力学状态和状态参数（一）（工质的热力学）状态：热力系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。（二）状态参数：描述热力系统所处状态的宏观物理量

★定义：无外界影响，系统保持状态参数不随时间而改变的状态•热平衡（thermalequilibrium）：处处温度相等（即没有热量传递）•力平衡（mechanicalequilibrium）：处处压力相等。•热力平衡的充要条件

—系统同时达到热平衡和力平衡。（三）平衡状态四、状态参数的特性和分类（一）特征：1、状态参数是状态的单值函数

2、状态参数的变化只与工质的初

终状态有关，而与状态变化的途径无关，可以表示为（二）常见的状态参数

压力、温度、比体积、热力学能、焓、熵

压力、温度和比体积为三个基本状态参数（可直接用仪器测量）（三）系统状态相同的充分必要条件

系统两个状态相同的充要条件：

所有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：

两个独立的状态参数对应相等（四）基本状态参数

1.比体积（v）和密度（

） 比体积：单位质量的工质所占的体积密度：单位体积内所包含的工质的质量

比体积和密度都是用来描述工质聚集的疏密程度。

注意：v

=1，两者不是独立参数。

2.压力（p）

定义：单位面积上所承受的垂直作用力。按分子运动学说，气体的压力是气体的大量分子向容器壁面撞击所产生的平均结果。 压力的常用单位换算：

巴：1bar=105Pa；兆帕：1MPa=106Pa

工程大气压：1at=1kgf/cm2=98066.5Pa

标准大气压：1atm=760mmHg=101325Pa1mmH2O=9.80665Pa

1mmHg=133.322Pa3、压力测量和表示

环境压力表压力绝对压力p>pb真空环境压力绝对压力p<pb

注意：表压力和真空不是状态参数，绝对压力才是状态参数4.温度

定义：物体冷热程度的标志

温标：衡量温度的标尺

热力学温标：T

（K）摄氏温标：

t（℃）

热力学温度与摄氏温度的关系

1.状态方程

状态方程：基本状态参数之间的关系

对于简单可压缩系统，可由两个相互独立的参数确定其平衡状态。

v=v(p,T)

p=p(T,v)

T=T(p,v)

F(p,v,T)=0理想气体：pv=RgT五、状态方程及参数坐标图2.参数坐标图

参数坐标图：由两个彼此独立的状态参数为横纵坐标所构成的坐标图.常用的状态参数坐标图：p－v图、T－s图、h－s图

注意：参数坐标图上的一点描述一个平衡状态。

非平衡状态无法在坐标图中表示。11

一、热力过程

热能和机械能的相互转化必须通过工质的状态变化才能实现。热力系统由一个状态向另一个状态变化时所经历的全部状态的总和称为热力过程，简称过程。

就热力系本身而言，热力学仅可对平衡状态进行描述，“平衡”就意为这宏观是静止的；而要实现能量的转换，热力系又必须通过状态的变化即过程来完成，“过程”就意味着变化，意味这平衡被破坏。“平衡”和“过程”这两个矛盾的概念怎样统一起来呢？这就要靠准平衡过程。第二节热力过程、功和热二、准平衡过程定义：若过程进行的相对缓慢，工质在平衡被破坏后自动回复平衡所需的时间很短，工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不致显著偏离平衡状态。进行条件：

破坏平衡的势—过程进行无限缓慢工质有恢复平衡的能力无穷小，

注意：准平衡过程可在状态参数图上用连续实线表示1pv2三、可逆过程

（一）定义：热力系统经历一个过程之后，可经原途径返回原来状态,而使外界恢复到初始状态而不留下任何痕迹。气缸活塞飞轮热源21pv

（二）条件：1、推动过程进行的势差为无限小2、不存在任何耗散效应（三）可逆过程和准平衡过程的关系

1、可逆=准静态+没有耗散效应

2、可逆过程必然是准平衡过程，但准平衡过程却不一定是可逆过程。3、一切实际过程不可逆4、可逆过程可用状态参数图上实线表示

四、可逆过程的体积变化功

（一）体积变化功（W）：系统体积变化时通过边界与外界交换的功。

J或kJ

（二）比功（w）：单位质量工质所作的体积变化功。J/kg或kJ/k

（三）规定：热力系统对外界作功，功量为正

外界对热力系统作功，功量为负

注意：功量是过程量，功量的大小不仅取决于初终状态，

还与过程途径有关。▲功可以用p-v图上过程线与v轴包围的面积表示▲功的计算式中符号是工质参数（示功图）（四）可逆过程功的计算

五、可逆过程的热量

（一）热量（Q）：热力系统与外界之间依靠温差传递的能量。J或kJ

（二）比热量（q）：单位质量工质所传递的热量。J/kg或kJ/k

（三）规定：系统吸收热量，热量为正

系统放出热量，热量为负（T-s图上）表示▲可逆过程热量可以在T-S图上用过程线下方的的面积表示（示热图）

注意：热量是过程量，热量的大小不仅取决于初终状态，

还与过程途径有关。(四）计算式及状态参数图熵（S）是状态参数，J/K或kJ/K。比熵（s）为单位质量工质的熵，J/(kg·K)或kJ/(kg·K)温度：工质温度。热量：可逆过程交换的热量可逆过程（五）熵

一、热力循环

(一)定义：简称循环，是指工质从某一初始状态出发，经历一系列热力状态变化之后，又回到初始状态的封闭热力过程。特性：一切状态参数恢复原值，即（二）分类可逆循环不可逆循环1、正向循环逆向循环2、第三节热力循环q1w0q2T1T2vp1324W0（+）定义：将热能转化为机械能的循环叫正向循环，它使外界得