工程传热学-第一章 基本概念及定义

1、第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义u1.1热力学系统热力学系统1.1.1系统、外界、边界的定义系统、外界、边界的定义 系统系统：被人为划分出来的，做：被人为划分出来的，做为工程热力学的研究对象。为工程热力学的研究对象。外界外界：系统之外与系统发生作：系统之外与系统发生作用的物质，统称为外界。用的物质，统称为外界。边界边界：系统与外界的分界面。：系统与外界的分界面。系统可以是工质，也可以是空系统可以是工质，也可以是空间。边界可以是具体的，也可以是间。边界可以是具体的，也可以是假设的，可以是固定的，也可以是假设的，可以是固定的，也可以是移动的。移动的。1.1.2 系统的分类系统的分类u1根

2、据系统与外界的物质交换情况分类：根据系统与外界的物质交换情况分类：开口系统开口系统控制容积控制容积 有质量交换系统有质量交换系统闭口系统闭口系统控制质量控制质量 无质量交换无质量交换u2根据系统与外界的能量和质量交换情况分类：根据系统与外界的能量和质量交换情况分类：绝热系统：系统与外界无热量交换绝热系统：系统与外界无热量交换孤立系统：既无能量交换又无物质交换系统孤立系统：既无能量交换又无物质交换系统 简单热力系统：只交换热量及一种形式的功简单热力系统：只交换热量及一种形式的功复杂热力系统：交换热量及两种形式以上的功复杂热力系统：交换热量及两种形式以上的功u在简单热力系统中，工质若是可压缩流体，

3、并在简单热力系统中，工质若是可压缩流体，并且系统与外界交换的功的形式是容积变化功且系统与外界交换的功的形式是容积变化功(膨膨胀功或压缩功胀功或压缩功)，则此热力系统称为，则此热力系统称为简单可压简单可压缩系统缩系统。工程热力学所讨论的大部份系统都是。工程热力学所讨论的大部份系统都是简单可压缩系统。简单可压缩系统。1.2 热力学系统的状态及状态参数热力学系统的状态及状态参数u1.2.1定义定义1状态：指系统在某一瞬间呈现的宏观物状态：指系统在某一瞬间呈现的宏观物理状况。理状况。2平衡状态：系统在平衡状态：系统在不受外界影响不受外界影响的条件的条件下，系统的宏观性质下，系统的宏观性质不随时间变化不

4、随时间变化的状态。的状态。3状态参数：对任意给定的平衡热力系，状态参数：对任意给定的平衡热力系，可以用确定的物理量进行描述，这些用来可以用确定的物理量进行描述，这些用来描述热力系统平衡状态的物理量称为状态描述热力系统平衡状态的物理量称为状态参数。参数。1.2.2 状态参数的性质状态参数的性质u1由状态所确定，是状态的单值函数。系统状由状态所确定，是状态的单值函数。系统状态一定，则状态参数的数值也一定，与怎样达态一定，则状态参数的数值也一定，与怎样达到此状态无关。到此状态无关。 u2由状态参数所确定的参数称为状态量，也具由状态参数所确定的参数称为状态量，也具有状态参数的性质。有状态参数的性质。

5、2112pppdp0dpVm11.2.3 基本状态参数基本状态参数 u工程热力学中常用的状态参数有六个：工程热力学中常用的状态参数有六个：p、T、v、u、h、s，其中，其中p、T、v三个可以直接测量，也比三个可以直接测量，也比较直观，称为较直观，称为基本状态参数基本状态参数。 1.2.3.1 比容比容 u单位质量物质所拥有的容积。单位质量物质所拥有的容积。u密度密度 ：kgmm/Vv3 3/1mkgVmv 1.2.3.2 压力压力(压强压强)u力学定义：力学定义： F为垂直作用力；为垂直作用力； A为面积。为面积。 p 单位面积上承受的垂直作用力。单位面积上承受的垂直作用力。 单位：单位： A

6、Fp amP1N12 u压力单位换算压力单位换算:(单位换算见附表单位换算见附表A-7) 1MPa=106Pa=103kPa 其它单位：其它单位：1bar=105Pa标准大气压标准大气压1atm1.013105Pa工程大气压工程大气压1at =1kgf/cm2=9.8104PammHg 、mH2O ghpsi(磅力磅力/英寸英寸2,1bf/in2)u压力是物质的分子运动对容器壁的撞击所引起的。压力是物质的分子运动对容器壁的撞击所引起的。压力是表征热力系统是否处于压力是表征热力系统是否处于力平衡力平衡的物理量。的物理量。u绝对压力绝对压力p：工质直接作用于受压面上的压力。也称：工质直接作用于受压

7、面上的压力。也称系统的真实压力。系统的真实压力。u表压力表压力pe：由于测压仪表常处于大气压力作用之下，：由于测压仪表常处于大气压力作用之下，表上所指示的压力是绝对压力表上所指示的压力是绝对压力P与当时当地大气压与当时当地大气压Pb的差值，这个表上指示的压力称表压力。的差值，这个表上指示的压力称表压力。 (1)ppb时时 p=pe+pb (2)p0 膨胀作功膨胀作功 dV0 被压缩被压缩,消耗外界功量。消耗外界功量。 W表示无限小功量，不是功量的无限小增量。表示无限小功量，不是功量的无限小增量。pdVpAdxdx FW 2121pdVW 2121pdvwup-V图也称为图也称为示功图示功图。

8、up-V图中过程线下方阴图中过程线下方阴影面积为功量大小。影面积为功量大小。1.7 热量热量u1.7.1 定义定义：热量是系统和外界之间仅仅由于有了：热量是系统和外界之间仅仅由于有了温度差异而通过边界传递的能量。温度差异而通过边界传递的能量。u1.7.2 热量与功的本质区别热量与功的本质区别： 热量：紊乱的分子运动热量：紊乱的分子运动(无序无序) ; 功量：有规则的宏观、微观运动功量：有规则的宏观、微观运动(有序有序)。u1.7.3 符号规定符号规定：系统吸热为正，放热为负。：系统吸热为正，放热为负。 是过程量。是过程量。 q)Q()(Q2-12-1 ，qu1.7.4 热量的计算热量的计算u功

9、和热量的类比：功是系统和外界通过宏观运动传递的能功和热量的类比：功是系统和外界通过宏观运动传递的能量；热量是通过微观热运动传递的能量。量；热量是通过微观热运动传递的能量。u功：功： p是与外界作功的推动力；是与外界作功的推动力； dv是系统与外界作功与否的标志。是系统与外界作功与否的标志。u热：热： T与外界传递热量的推动力；与外界传递热量的推动力； ds系统与外界传递热量与否的标志。系统与外界传递热量与否的标志。pdv w Tds q u熵的定义熵的定义：在微元可逆过程中，系统熵的增量等于系统与：在微元可逆过程中，系统熵的增量等于系统与外界传递的热量除以传热时的热力学温度。单位外界传递的热量除以传热时的热力学温度。单位 kJ/K ， J/K 。u比熵比熵：单位质量工质的熵。单位：单位质量工质的熵。单位 kJ/kg.K、J/kg.Ku熵是状态参数熵是状态参数，不可逆过程熵的计算假设可逆过程进行计，不可逆过程熵的计算假设可逆过程进行计算。算。 2121Tdsq 21TqsTqds 或或u1.7.5 温熵图温熵图(示热图示热图) 过程线下方阴影面积代表热量大小。过程线下方阴影面积代表热量大小。放放热热吸吸热热 0;0 d