工学热力学基本概念PPT学习课件

1、1 第一章第一章 基本概念基本概念 Basic Concepts and Definition 1-1 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 2 一、热能动力装置一、热能动力装置(Thermal power plant) 定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力的整套设备定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力的整套设备。 分类分类 共同本质：共同本质：

2、由媒介物通过吸热由媒介物通过吸热膨胀作功膨胀作功排热排热 气体动力装置气体动力装置(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 3 燃气轮机装置示意图燃气轮机装置示意图 4 5 二、工质二、工质(working substance; working medium) 定义：实现

3、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）对环境友善）对环境友善 6）价廉，易大量获取）价廉，易大量获取 6 三、热源三、热源(heat source; heat reservoir) 定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。定义：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

4、恒温热源(constant heat reservoir) 变温热源变温热源 7 1-2 热力系统（热力系、系统、体系） 外界和边界 系统系统(thermodynamic system, system) 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 8 二、系统及边界示例二、系统及边界示例 汽车发动机汽车发动机 9 汽缸汽缸- -活塞装置（闭

5、口系例）活塞装置（闭口系例） 10 移动和虚构边界移动和虚构边界 11 1）系统与外界的人为性）系统与外界的人为性 2）外界与环境介质）外界与环境介质 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 注意：注意： 12 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 sy

6、stem) 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. 按组元和相按组元和相 13 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 开口系（开口系（open system） （控制体积（控制体积CV） 通过边界与外界有质量交换通过边界与外界有质量交换 2. 按系统与外界质量交换按系统与外界质量交换 14 1）闭口系与系统内质量不变的区别；）

7、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；）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。 注意：注意： 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、与外界有交由可压缩物质组成，无化学反应、与外界有交 换容积变化功的有限物质系统。换容积变化功的有限物质系统。 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

8、换 15 热力系统分类热力系统分类 以系统与外界关系划分： 有 无 是否传质 开口系 闭口系 是否传热 非绝热系 绝热系 是否传功 非绝功系 绝功系 是否传热、功、质 非孤立系 孤立系 16 四、热力系示例四、热力系示例 1刚性绝热气缸刚性绝热气缸-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丝不包含电热丝 闭口系闭口系 黄线内黄线内包含电热丝包含电热丝 闭口绝热系闭口绝热系 兰线内兰线内 孤立系孤立系 17 闭口系闭口系 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系统开口系绝热系开口系绝热系? 18

9、 A、B两部落两部落“鸡、犬之声相闻，鸡、犬之声相闻， 民至老死不相往来民至老死不相往来” A B A部落为系统部落为系统 A+B部落为系统部落为系统孤立系孤立系 闭口系闭口系 19 1-3 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 SHUTVp, 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效，是大量粒子的统计平均效 应，只有应，只有平衡态平衡态才

10、有状参，系统有才有状参，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 20 2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。 1 21 2 d0dd ba xxx 3状态参数分类状态参数分类 广延量广延量（extensive property） 强度量强度量（intensive property ） m V v 又：广延量的比性质具有强度量特性，如比体积又：广延量的比性质具有强度量特性，如比体积 工程热力学约定用小写字母表示单位质量

11、参数。工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数。 21 状态参数的积分特征状态参数的积分特征 状态参数变化量与路径无关，只与初终态有关。 数学上：点函数、态函数 1 2 a b 0dz 2 1 2 , 1 2 , 1 12 ab zzdzdzdz 例：温度变化 山高度变化 22 状态参数的微分特征状态参数的微分特征 设 z z =z z (x , y)dz z是全微分 y x zz dzdxdy xy 充要条件： 22 zz x yy x 可判断是否是状态参数 23 强度参数与广延参数强度参数与广延参数 强度参数：与物质的量无关的参数强度参数：与物质的量无关的参数 如压力如压力 p p、温度温

12、度T T 广延参数：与物质的量有关的参数广延参数：与物质的量有关的参数可加性可加性 如如 质量质量m m、容积容积 V V、内能内能 U U、焓焓 H H、熵熵S S 比参数：比参数： 比容比容 V v m U u m 比内能比内能 H h m 比比焓焓 S s m 比比熵熵 单位：单位：/kg /kmol /kg /kmol 具有强度量的性质具有强度量的性质 24 强度量与广延量强度量与广延量 速度速度动能动能 高度高度 位能位能 内能内能温度温度 应力应力摩尔数摩尔数 （强）（强） （强）（强） （强）（强） （强）（强） （广）（广） （广）（广） （广）（广） （广）（广） 25 热力

13、学第零定律热力学第零定律 温度的热力学定义温度的热力学定义 热力学第零定律热力学第零定律（R.W. FowlerR.W. Fowler） 如果两个系统分别与第三个系统处于如果两个系统分别与第三个系统处于 热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。 温度测量的理论基础温度测量的理论基础 温度计温度计 26 四、温度和温标（四、温度和温标（temperature and temperature scale） 温度的定义：温度的定义： 测温的基础测温的基础热力学零定律热力学零定律 (zeroth law of thermodynamics) 热力学温标和国际摄氏温标热

14、力学温标和国际摄氏温标 (thermodynamics scale; Kelvin scale;absolute temperature scale and internal Celsius temperature scale) CK 2 7 3 .1 5tT 27 温度的热力学定义温度的热力学定义 处于同一处于同一热平衡热平衡状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此相同，用于描述此宏观特征的物理量状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此相同，用于描述此宏观特征的物理量 温度温度。 温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量 28 温度

15、的测量温度的测量 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 29 华氏温标和朗肯温标华氏温标和朗肯温标 华氏温标和摄氏温标华氏温标和摄氏温标 附：附： T R=t +459.67 t =5/9t - -32 t =9/5t + +32 30 温度测量方法温度测量方法 日常日常：水银温度计：水银温度计，酒精温度计，酒精温度计， 水温度计水温度计 工业工业：热电偶：热电偶，热敏电阻热敏电阻 计量计量：铂电阻温度计：铂电阻温度计 31 五、压力五、压力(pressure) 绝对压力绝对压力 p(abso

16、lute pressure) 表压力表压力 pe（pg）(gauge pressure; manometer pressure) 真空度真空度 pv(vacuum; vacuum pressure) bvb ()ppppp 当地大气压当地大气压pb(local atmospheric pressure) beb ()ppppp 32 常用压力单位：常用压力单位： 63 2 5 2 N 1Pa11M Pa110 Pa1kPa110 Pa m 1bar110 Pa 1atm101325Pa760m m H g 1m m H g133.32Pa 1m m H O9.80665Pa 33 其它压力测量

17、方法其它压力测量方法 高精度测量：高精度测量：活塞式压力计活塞式压力计 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 34 六、比体积和密度六、比体积和密度 比体积比体积(specific volume) m V v 单位质量工质的体积单位质量工质的体积 密度密度(density) m V 单位体积工质的质量单位体积工质的质量 1 v 3 m/ k g 3 k g /m 两者关系两者关系: 35 1-4 平衡状态平衡状态 1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 热平衡热平衡（thermal equilibriu

18、m） ： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界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。处处温度相等。 力平衡力平衡（mechanical equilibrium）：）： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外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。界处处压力相等。 热力平衡的热力平衡的充要条件充要条件 系统同时达到热平衡和力平衡系统同时达到热平衡和力平衡。 一、平衡状态一、平衡状态（thermodynamic equilibrium state） 36 为什么引入平衡概念？为什么引入平衡概念？ 如果系统平衡，可用一组确切的参数（压力、温度）描述如果系

19、统平衡，可用一组确切的参数（压力、温度）描述 但平衡状态是但平衡状态是死态死态，没有能量交换，没有能量交换 能量交换能量交换状态变化状态变化 破坏平衡破坏平衡如何描述如何描述 37 讨论：讨论： 1）系统平衡与均匀）系统平衡与均匀2）平衡与稳定平衡与稳定 平衡可不均匀平衡可不均匀 稳定未必平衡稳定未必平衡 38 系统状态相同的充分必要条件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：系统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 简单可压缩系两状态相同的充要条件：简单可压缩系两状态相同的充要条件： 两个独立的两个独立的状态参数对应相等状态参数对应相等

20、39 * 二、二、 状态公设（状态公设（state postulate） 1 fn n系统独立的状态参数数系统独立的状态参数数； f系统与外界交换功形式数系统与外界交换功形式数。 简单可压缩系简单可压缩系与外界仅有容积变化功一种形式与外界仅有容积变化功一种形式 211n 40 状态公理状态公理 闭口系： 而而不平衡势差彼此独立不平衡势差彼此独立 独立参数数目独立参数数目N N= =不平衡势差数不平衡势差数 = = 能量转换方式的数目能量转换方式的数目 = =各种功的方各种功的方 式式+ +热量热量= = n n+1+1 n n 容积变化功、电功、拉伸功、表面张力功等容积变化功、电功、拉伸功、表

21、面张力功等 不平衡势差不平衡势差 状态变化状态变化 能量传递能量传递 消除一种消除一种 达到某一达到某一 消除一种能量消除一种能量 不平衡势差不平衡势差 方面平衡方面平衡 传递方式传递方式 41 三、纯物质的状态方程三、纯物质的状态方程 （pure substance state equation） 状态方程状态方程 0,Tvpf 1理想气体状态方程理想气体状态方程 （ideal-gas equation; Clapeyrons equation） g p vRT 23 PaN/mm /kgKpvT g pVm R TnRTpV Rg 气体常数气体常数 （gas constant） R通用气体

22、常数通用气体常数 （universal(molargas constant ) J/(kgK ) 8.3145J/(m ol K )R g RM R 摩尔质量摩尔质量 42 实际气体实际气体(real gas; imperfect gas)的状态方程的状态方程 范德瓦尔方程范德瓦尔方程 g 2 R T a p vbv （a,b为物性常数为物性常数） R-K方程方程 g 0.5 () R T a p vbTv vb （a,b为物性常数为物性常数） 43 BWR方程方程 2 g 0 0g0g 223 2 / 623 11 1/ 1 v R T C pB R TAbR Ta vTvv cv a e

23、vTv 维里型方程维里型方程 23 g 2 1 1 pvBCD z R Tvvv B pC p 44 四、四、 状态参数坐标图（状态参数坐标图（parametric coordinates） 一简单可压缩系只有两个独立参数，所以可用平面坐标上一点确定其状态，反之任一状态可在一简单可压缩系只有两个独立参数，所以可用平面坐标上一点确定其状态，反之任一状态可在 平面坐标上找到对应点，如：平面坐标上找到对应点，如： p v 1 p1 v1 T s 2 T2 s2 p T 3 p3 T3OO O 45 附：纯物质的附：纯物质的p-v-T图图 46 水水p-v-T图图 47 平衡状态平衡状态状态不变化状态

24、不变化 能量不能转换能量不能转换 非平衡状态非平衡状态无法简单描述无法简单描述 热力学引入准静态（准平衡）过程热力学引入准静态（准平衡）过程 48 一、准静态过程一、准静态过程(quasi-static process; quasi-equilibrium process) 定义：定义：偏离平衡态无穷小，随时偏离平衡态无穷小，随时 恢复平衡的状态变化过程恢复平衡的状态变化过程。 进行条件进行条件： 破坏平衡的势破坏平衡的势 Tp , 过程进行无限缓慢过程进行无限缓慢 工质有恢复平衡的能力工质有恢复平衡的能力 准静态过程可在状态参数图上用准静态过程可在状态参数图上用连续实线连续实线表示表示 无穷

25、小无穷小 1-5 工质的状态变化过程 49 准静态过程有实际意义吗？准静态过程有实际意义吗？ 疑问：疑问：理论上理论上准静态准静态应无限缓慢，应无限缓慢，工程工程 上上怎样处理？怎样处理？ 50 准静态过程的工程条件准静态过程的工程条件 破坏平衡所需时间破坏平衡所需时间 （外部作用时间）（外部作用时间） 恢复平衡所需时间恢复平衡所需时间 （驰豫时间）（驰豫时间） 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 51 准静态过程的工程应用准静态过程的工程应用 例：活塞式内燃机例：活塞式内燃机 20002000转转/ /分分 曲柄曲柄 2 2冲程冲程/ /转，转，0.150.15米

26、米/ /冲程冲程 活塞运动速度活塞运动速度=2000=2000 2 2 0.15/60=10 m/s0.15/60=10 m/s 压力波恢复平衡速度（声速）压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s350 m/s 破坏平衡所需时间破坏平衡所需时间 （外部作用时间）（外部作用时间） 恢复平衡所需时间恢复平衡所需时间 （驰豫时间）（驰豫时间） 一般的工程过程都可认为是准静态过程一般的工程过程都可认为是准静态过程 具体工程问题具体分析。具体工程问题具体分析。“突然突然”“”“缓慢缓慢” 52 准静态过程的容积变化功准静态过程的容积变化功 p pp p外 外 f f 初始：初始：p p A A = =

27、p p外 外 A A + +f f A A 如果如果 p p外 外微小 微小 可视为准静态过程可视为准静态过程 d dl l 以汽缸中以汽缸中m mkgkg工质为系统工质为系统 m mkgkg工质发生容积变化对外界作的功工质发生容积变化对外界作的功 W W = = p p A A d dl l =p =pd dV V 1kg1kg工质工质 w w =p=pd dv v d dl l 很小很小，近似认为近似认为 p p 不变不变 53 准静态过程的容积变化功准静态过程的容积变化功 p pp p外 外 2 2 m mkgkg工质：工质： W W =p =pd dV V 1kg1kg工质：工质： w

28、 w =p=pd dv v 1 1 2 1 WpdV 2 1 wpdv 注意：注意： 上式仅适用于准静态过程上式仅适用于准静态过程 54 示功图示功图 p V V . . 1 1 2 2 . . p pp p外 外 2 21 1 m mkgkg工质：工质： W W =p =pd dV V 2 1 WpdV 1kg1kg工质：工质： w w =p=pd dv v 2 1 wpdv W W 55 准静态容积变化功的说明准静态容积变化功的说明 p V . . 1 2 . . 2） p-V 图上用面积表示 3）功的大小与路径有关， 功是过程量 4）统一规定：dV0，膨胀 对外作功（正） dV0，压缩

29、外内作功（负） 5）适于准静态下的任何工质（一般为流体） 6）外力无限制，功的表达式只是系统内部参数 7）有无f，只影响系统功与外界功的大小差别 1）单位为 kJ 或 kJ/kg W w 56 摩擦损失的影响摩擦损失的影响 若有f 存在，就存在损失 pp外 21 系统对外作功W，外界得到的功W W 若外界将得到的功W 再返还给系统，系统得到的功WT2Q 节流过程 ( (阀门） p1p2 p1p2 61 典型的不可逆过程典型的不可逆过程 混合过程 自由膨胀 真空 62 引入可逆过程的意义引入可逆过程的意义 准静态过程是实际过程的理想化过程， 但并非最优过程，可逆过程是最优过程。 可逆过程的功与热

30、完全可用系统内工质 的状态参数表达，可不考虑系统与外界 的复杂关系，易分析。 实际过程不是可逆过程，但为了研究方 便，先按理想情况（可逆过程）处理， 用系统参数加以分析，然后考虑不可逆 因素加以修正。 63 完全可逆、内可逆与外可逆完全可逆、内可逆与外可逆 完全可逆完全可逆 可逆可逆 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 常见常见 90 0 例：例： 内可逆内可逆 外不可逆外不可逆 冰和水冰和水 64 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 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

31、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。 3可逆过程功的计算可逆过程功的计算 2 1 22 11 dd WW pA xp V 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 1-6 功和热量 65 系统对外作功为系统对外作功为“+ +” 外界对系统作功为外界对系统作功为“- -” 5功和功率的单位：功和功率的单位： Jk J或 J / sW k J / sk W 附：附： 1 k W h3 6 0 0 k J 4功的符号约定：功的符号约定： 66 6讨论讨论 有用功有用功(useful work)概

32、念概念 plu WWWW 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。 pb f 67 用外部参数计算不可逆过程的功用外部参数计算不可逆过程的功 2 1 dWpV VpAHpW 00 ? 68 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 69 三、热量（三、热量（heat） 1定义：定义：仅仅由于温差而仅仅由于温差而 通过边界传递的能量通过边界传递的能量。 2符号约定：系统吸热符号约定：系统吸热“+”；

33、 放热放热“-” 3单位：单位： JkJ 4计算式及状态参数图计算式及状态参数图 2 1 d( d QTS QTS 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 70 四、四、热量与功的异同：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，比体积变化是作功标志；功传递由压力差推动，比体积变化是作功标志； 热量传递由温差推动，比熵变化是传热的标志；热量传递由温差推动，比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能量；功是物系间通过宏观运动发生相互作用传递的能量； 热是物系间通过紊乱的微粒运动发生

34、相互作用而传递的能量。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。 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； 热热功是有条件、限度的。功是有条件、限度的。 71 思考题：思考题： 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？ 72 1-7 热力循环 一、一、定义定义： 封闭的热力过程封闭的热力过程 特性特性：一切状态参数恢复原值一切状态参数恢复原值，即 d0 x 二、二、可逆循环与不可逆循环可逆循环与不可逆循环(reversible cycle and irreve

35、rsible cycle ) 73 三、动力循环（正向循环）（动力循环（正向循环）（power cycle; direct cycle ） 输出净功；输出净功； 在在pv图及图及Ts图上顺时针进行；图上顺时针进行； 膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方。膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方。 74 四、四、逆向循环逆向循环(reverse cycle) 制冷循环制冷循环(refrigeration cycle) 热泵循环热泵循环(heat-pump cycle) 一般地讲：输入净功；一般地讲：输入净功； 在状态参数图逆时针运行；在状态参数图逆时针运行； 吸热小于放热。吸热小于放热。 75

36、代价 收益 动力循环：动力循环： 热效率热效率(thermal efficiency) net t 1 1 w q 逆向循环：逆向循环： 制冷系数制冷系数(coefficient of performance for the refrigeration cycle) 2 net or1 q w 供暖系数供暖系数(coefficient of performance for the heat-pump cycle) 1 net 1 q w 五、循环五、循环经济性指标：经济性指标： 76 第一章第一章 小小 结结 基本概念：基本概念： 热力系热力系 平衡、稳定、均匀平衡、稳定、均匀 准静态、可逆准

37、静态、可逆 过程量、状态量、状态参数过程量、状态量、状态参数 功、热量、熵功、热量、熵 p-Vp-V图、图、T-ST-S图图 循环、平价指标循环、平价指标 77 第一章第一章 讨论课讨论课 热力系热力系 种类：种类： 闭口系、开口系、绝热系、孤立系闭口系、开口系、绝热系、孤立系 热力系的选取取决于研究目的和方法，具有随意性，选取不当将不便于分析。热力系的选取取决于研究目的和方法，具有随意性，选取不当将不便于分析。 一旦取定系统，一旦取定系统，沿边界沿边界寻找相互作用。寻找相互作用。 78 例例1：绝热刚性容器向气缸充气：绝热刚性容器向气缸充气 试分别选取试分别选取闭口系闭口系和和开口系开口系，

38、画出充气前后，画出充气前后边界边界，标明，标明功功和和热热的方向。的方向。 79 (1)以容器内原有气体为系统以容器内原有气体为系统 闭口系闭口系 功量：功量： 气体对活塞作功气体对活塞作功W W W Q 热量：热量： 气体通过活塞从外界吸热气体通过活塞从外界吸热Q Q 80 (2)以容器内残留的气体为系统以容器内残留的气体为系统 闭口系闭口系 功量：功量：残留气体对放逸气体作功残留气体对放逸气体作功W W W Q 热量：热量： 残留气体从放逸气体吸热残留气体从放逸气体吸热Q Q 81 (3)以放逸气体为系统以放逸气体为系统 闭口系闭口系 功量：功量：W W + + W W 热量：热量： Q

39、Q + + Q Q W Q WQ 82 (4)以容器为系统以容器为系统 开口系开口系 功量：功量：W W 热量：热量：Q Q W Q 83 (5)以气缸活塞为系统以气缸活塞为系统 开口系开口系 功量：功量：W W + + W W 热量：热量：Q Q + + Q Q W Q W Q 84 思考题思考题 有人说，不可逆过程是无法恢复到初始状态的过程，这种说法对吗？有人说，不可逆过程是无法恢复到初始状态的过程，这种说法对吗？ 不对。关键看是否引起外界变化。不对。关键看是否引起外界变化。 可逆过程指若系统回到初态，外界同时恢复到初态。可逆过程指若系统回到初态，外界同时恢复到初态。 可逆过程并不是指系统

40、必须回到初态的过程。可逆过程并不是指系统必须回到初态的过程。 85 可逆过程与准静态过程的区别和联系可逆过程与准静态过程的区别和联系 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 可逆过程准静态过程无耗散可逆过程准静态过程无耗散 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。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。 86 判断是否准静态与可逆（判断是否准静态与可逆（1） 以冰水混合物为热力系以冰水混合物为热力系 90 90 0 0 缓慢加热缓慢加热 外部温差传热外部温差传热 准静态过程准静态过程 系统内

41、部等温传热，无耗散系统内部等温传热，无耗散内可逆内可逆 外不可逆外不可逆 87 判断是否准静态与可逆（判断是否准静态与可逆（2 2） 蒸汽流经减压阀进入汽轮机蒸汽流经减压阀进入汽轮机 典型的不可逆过程，因有漩涡，产生耗散典型的不可逆过程，因有漩涡，产生耗散 是不是准静态，取决于开度是不是准静态，取决于开度 88 判断是否准静态与可逆（判断是否准静态与可逆（3 3） 带活塞的气缸中，水被缓慢加热带活塞的气缸中，水被缓慢加热 缓慢加热，每一时刻水有确定的温度缓慢加热，每一时刻水有确定的温度 准静态加热准静态加热 火与水有温差火与水有温差 外不可逆外不可逆 以以水水为系统为系统 内可逆内可逆 以以水

42、活塞水活塞为系统为系统 活塞与壁面无摩擦活塞与壁面无摩擦内可逆内可逆 活塞与壁面有摩擦活塞与壁面有摩擦内不可逆内不可逆 89 判断是否准静态与可逆（判断是否准静态与可逆（4 4） 电或重物电或重物 电或重物带动搅拌器加热容器中气体电或重物带动搅拌器加热容器中气体 电功电功 热热 机械功机械功 热热 耗散耗散 是否是否准静态准静态，看加热快慢，看加热快慢 但但不可逆不可逆 90 有用功有用功 气缸中气体膨胀对外作功，气缸中气体膨胀对外作功，准静态过程准静态过程 气体对外作功气体对外作功 若不考虑摩擦，外界得到功若不考虑摩擦，外界得到功 但外界得到的有用功但外界得到的有用功 p pb b p p

43、WpdV b ppVW 重物 （） b WWpV 有用 91 可逆过程与准静态过程的功可逆过程与准静态过程的功 加热加热A A腔中气体，腔中气体，B B被压缩，被压缩，B B中理想气体中理想气体 B BA A 1 1）以）以B B中气体为系统中气体为系统 绝热，无摩擦绝热，无摩擦 缓慢压缩缓慢压缩 准静态准静态 无摩擦无摩擦可逆可逆 B B中气体（理想气体，可逆，绝热）中气体（理想气体，可逆，绝热） k pVConst B B得到的功得到的功 B k C WpdVdV V 遵循遵循 BA WW 92 可逆过程与准静态过程的功可逆过程与准静态过程的功 加热加热A A腔中气体，腔中气体，B B被压缩，被压缩，B B中理想气体中理想气体 B BA A 2 2）以）以A A中气体为系统中气体为系统 绝热，无摩擦绝热，无摩擦 缓慢加热缓慢加热 准静态准静态 无摩擦无摩擦内可逆内可逆 3 3）以）以A A腔为系统腔为系统 4 4）以）以A AB B腔为系统腔为系统 电功耗散为热电功耗散为热 不可逆不可逆 电功耗散为热电功耗散为热 不可逆不可逆 93 自由膨胀过程自由膨胀过程 刚性，绝热刚性，绝热 真空真空 A A B B B B中没有气体，不能取