机械设计基础 基本概念.ppt

1、第二章 基本概念,第一节 热力系统 第二节 热力状态及状态参数 第三节 热力过程 第四节 热力循环,第一节 热力系统,F3,a,m1,m3,m2,方法：分别隔离出m1 m1+m2 m1+m2 +m3 为研究对象可计算,F2,F1,引出：求F1 F2 F3 大小,锅炉产汽热能利用问题 热能转换为机械能的效率问题 蒸汽冷凝时的热能转移问题,以上问题应分别以锅炉、汽轮机、凝汽器为研究对象，可见热力学中研究对象选择的必要性和重要性。,一、 系统、边界与外界,系统：热设备中分离出来作为热力学研究对象的物体。 外界：系统之外与系统有关的物体。 边界：系统与外界的分界面。,边界可以是假想的，也可以是实际存在

2、的，可以是固定的，也可以是移动的。通常用虚线标出。（虚设边界、真实边界、固定边界、移动边界）,二、系统的类型,1）开口系统：系统与外界有物质交换,2）封闭系统：系统与外界无物质交换,封闭系统具有恒定质量，但具有恒定质量的系统不 一定都是封闭系统（如稳定流动的开口系统）,3）绝热系统：系统与外界没有热量交换（如人体穿着很厚的棉衣，越接近绝热系统）,4）孤立系统：系统与外界既没有物质交换，也没有热和功的交换,三. 系统选择的依据 取决于研究目的与任务，随边界而定，具有随意性，但选择不当不便于分析。 选定系统后需要精心确定系统与外界之间的各种相互作用，以及系统本身的能量变化，否则不能得出正确的结论。

3、,课堂练习题： 绝热刚性容器内的气体通过阀门向气缸充气，开始时气缸内没有气体。如图所示，气缸充气后，气体推动气缸内的活塞向上移动。设管道和阀门均绝热。以： 放气前容器内原有的气体 放气后残留在容器中的气体 放逸气体 容器 气缸 分别作为热力系统，判断它们各属于什么系统。,2.按系统内部状况分类,第二节 热力状态及状态参数,一、状态及状态参数 状态：热力系统在某一瞬间所处的宏观物理状况 状态参数：描述系统宏观特性的物理量,二、热力学平衡态,1.平衡态：在无外界影响的条件下，如果系统的状态不随时间而变化，则该系统所处的状态称为热力学平衡态。,2.系统实现平衡态的条件 在不发生化学反应的系统内,如同

4、时满足力学平衡条件和热平衡条件,则系统处于热力学平衡态。,3.平衡与稳定、均匀的差别 平衡必稳定，稳定未必平衡 均匀必平衡，平衡未必均匀,三、热力状态参数,1.常用状态参数：压力、温度、体积、热力学能、焓和熵。,2.状态参数分类,强度参数与广延参数,强度参数：与物质的量无关的参数 如压力 p、温度T,广延参数：与物质的量有关的参数可加性 如 质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S,比参数：,比容,比内能,比焓,比熵,单位：/kg /kmol 具有强度量的性质,3.基本状态参数,a.压力：系统表面单位面积上的垂直作用力。,压力的单位：1N/m2 = 1Pa(帕） 1MPa = 106Pa ；

5、1bar = 105Pa,(2)大气压力:Pb 标准大气压（atm)：1atm=0.101325MPa,(3)绝对压力P 、表压力Pg、真空度Pv,Pg=PPbPv= Pb P 当PgPb时，取Pb =0.1MPa,b.温度：表征物体冷热程度的物理量。,(1)热平衡定律(热力学第零定律),两个系统分别与第三个系统处于热平衡,这两个系 统彼此之间必定处于热平衡。(温度测量的理论基础),(2)温标 ： 温度的数值表示法,Temperature scale: Celsius: ; Kelvin: K; Fahrenheit: F;,比体积：单位质量工质的体积 m3/kg 密度：单位体积工质的质量 k

6、g / m3 =1/v,c.比体积和密度,四、状态公理,对于一定组元的封闭系统，当其处于平衡状态时，可以用与该系统有关的准静态功形式的数量n加上一个象征传热方式的独立状态参数，即（n+1）个独立状态参数来确定。,第三节 热力过程,热力过程:系统从初始平衡态变化到终了平衡态所经历的全部状态，简称 “过程”。,一、准静态过程（准平衡过程）,弛豫时间：恢复平衡所需要的时间,如过程进行的足够缓慢，则封闭系统所经历的每一中间状态足够接近平衡态，这样的过程称为准静态过程。,二、可逆过程,系统进行了一个过程后，如系统和外界均能恢复到各自的初态，则这样的过程称为可逆过程。,可逆过程必定是准静态过程，准静态过程不一定可逆。,无任何不可逆因素的准静态过程为可逆过程。,过程的不可逆因素： 1）耗散效应 2）有限温差传热 3）自由膨胀（作功为零）,4）不同工质混合,三、状态方程和状态参数坐标图,1,2,1.状态方程,2.状态参数坐标图,其他状态参数坐标图：P-v T-s P-h h-s,第四节 热力循环,工质从初态出发，经过一系列状态变化又回到初态，这种闭合的过程称为循环。,循