清华大学工程热力学讲义PPT学习教案

1、会计学1清华大学工程热力学讲义清华大学工程热力学讲义Basic Concepts第1页/共62页热力系统(热力系、系统)：人为地 研究对象1、系统的定义Thermodynamic systemsystemA quantity of matter or a region in space chosen for study第2页/共62页外界：系统以外的所有物质2、系统、外界与边界边界(界面)：系统与外界的分界面系统与外界的作用都通过边界surroundingsboundary第3页/共62页锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器只交换功只交换热既交换功也交换热第4页/共62页固定、活动fixed 、

2、 movable real 、imaginary第5页/共62页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 孤立系第6页/共62页开口系绝热系孤立系Closed systemControl massIsolated systemOpen system Control volume闭口系Adiabatic system第7页/共62页1234mQW1 开口系非孤立系相关外界孤立系1+2 闭口系1+2+3 绝热闭口系1+2+3+4 孤立系第8页/共62页 其它分类方式物理化学性质 均匀系 非均匀系工质种类多元

3、系单元系相态多相单相第9页/共62页最重要的系统 只交换热量和一种准静态的容积变化功容积变化功压缩功膨胀功Simple compressible systemMoving Boundary WorkCompression WorkExpansion Work第10页/共62页状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况状态参数：描述热力系状态的物理量状态参数的特征：1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量 与路径无关，只与初终态有关3、状态参数的微分特征：全微分State and state properties第11页/共62页 状态参数变化量与路径无关，只与

4、初终态有关。数学上：点函数、态函数1 2ab 0dz212, 12, 112abzzdzdzdz例：温度变化山高度变化point function第12页/共62页设 z =z (x , y)dz是全微分yxzzdzdxdyxy充要条件：22zzx yy x 可判断是否是状态参数Total differentials第13页/共62页强度参数：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VvmUum比内能Hhm比焓Ssm比熵单位：/kg /kmol 具有强度参数的性质Intensive propertie

5、s Extensive properties 第14页/共62页速度动能高度 位能 内能温度应力摩尔数（强）（强）（强）（强）（广）（广）（广）（广）Velocity Kinetic EnergyHeight Potential EnergyTemperature Internal EnergyStressMol第15页/共62页压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）1、压力 p ( pressure ) 物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2常用单位Units： 1 kPa = 103 Pa 1bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760

6、 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg = 133.3 Pa 1 at = 1 kgf/cm2 = 9.80665104 PaBasic state properties第16页/共62页示意图绝对压力与环境压力的相对值 相对压力注意：只有绝对压力 p 才是状态参数U-tube manometerBourdon Tube第17页/共62页示意图当 p pb表压力 peebppp当 p 有足够时间恢复新平衡 准静态过程Relaxation time第53页/共62页例：活塞式内燃机 2000转/分 曲柄 2冲程/转，0.15米/冲程活塞运动速度=20002 0.15/60=10 m

7、/s压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s破坏平衡所需时间（外部作用时间）恢复平衡所需时间（驰豫时间）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。“突然”“缓慢”第54页/共62页pp外f初始：pA = p外A +fA如果 p外微小可视为准静态过程dl以汽缸中mkg工质为系统mkg工质发生容积变化对外界作的功W = pA dl =pdV1kg工质w =pdvdl 很小，近似认为 p 不变Moving Boundary Work第55页/共62页pp外2mkg工质：W =pdV1kg工质：w =pdv121WpdV21wpdv注意：上式仅适用于准静态过程第56页/共62页pV.12

8、.pp外21mkg工质：W =pdV21WpdV1kg工质：w =pdv21wpdvW第57页/共62页pV.12.2） p-V 图上用面积表示3）功的大小与路径有关， 过程量Path function4）统一规定：dV0，膨胀 对外作功（正） dV0，压缩 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/kgWw第58页/共62页若有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WW则外界、活塞、系统不能同时恢复原态。第59页/共62页若 f 0pp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 再返还给系统则外界、活塞、系统同时恢复原态。第60页/共62页 系统经历某一过程后，如果能使系统与外界同时恢复到初始状态，而不留下任何痕迹，则此过程为可逆过程。A process that can reversed without leaving any trace on the surroundings. That is, both the