工程热力学第一章基本概念

1、多媒体教学课件华北电力大学能源与动力工程学院第1章 基本概念2第1章 基本概念3什么是工质？冷工程中又称为制冷剂v对工质的要求:1）膨胀性2）流动性3）热容量4）稳定性，安全性5）对环境友善6）价廉，易大量获取v物质三态中气态最适宜作为工质4工质的举例热发电、制冷设备等 低沸点物质：氨、氟里昂v内燃机、燃气轮机 燃气和空气5什么是热力系统？究对象的有限物质系统v外界：系统以外的所有物质v边界(界面)：系统与外界的分界面6系统、外界和边界7边界特性8划分热力系统举例9热力系统分类无有无质量传递开口系闭口系有无热量传递非绝热系绝热系有无能量、物质传递非孤立系孤立系10热力系统其他分类11关于热力系

2、统v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。v一旦取定系统，沿边界寻找相互作用。v系统与外界的作用都通过边界，看是否有质量交换、热量传递、功的传递及其他形式能量传递。12简单可压缩系统 力系统 因为热能动力装置常用工质都是可压缩流体（水蒸气、空气、燃气等） 系统与外界只交换热量和一种准静态的体积变化功（膨胀功和压缩功） 体积变化功只与工质的压力和体积的变化量有关 工程热力学中讨论的大部分系统都是简单可压缩系统13第1章 基本概念14定义15状态参数的特征v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v状态参数的微分特征：全微分16状态参数的积分特征

3、有关，如温度、压力2222111,1,abdzdzdzzz0dz 17状态参数的微分特征,zz x yyxzzdzdxdyMdxNdyxyyxMNyx18基本状态参数：温度个热力系，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为温度 热平衡：热力系相互接触时，相互间无宏观热量传递，称它们处于热平衡状态v宏观：表示物体的冷热程度v微观：标志物质分子热运动的激烈程度，是衡量分子平均动能的量度19热力学第零定律热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。 1930年由福勒（R.H.Fowler）正式提出 温度测量的理论基础20温度单位t()v华氏温标：t(F)v温标换算关系0273.15T Kt

4、 C05( 32)9t Ct F21基本状态参数：压力压强，单位Pa，N/m2v常用单位： 1 kPa = 103 Pa（千帕） 1 MPa = 106 Pa （兆帕） 1 bar = 105 Pa （巴） 1 atm = 760 mmHg = 1.01325105Pa （标准大气压） 1 mmHg = 133.3 Pa （毫米汞柱） 1 mmH2O = 9.81Pa （毫米水柱） 1 at = 1 kgf/cm2= 9.81 104 Pa （工程大气压）22绝对压力与相对压力压力p与环境压力pb之差 是否高于环境压力：表压力pg、真空度pv23相对压力：表压力与真空度gbpppbvppp24

5、环境压力与大气压力力v大气压力指当地大气的压力 环境压力一般为大气压，但不绝对 大气压随时间、地点变化v在计算时绝对压力时要看清楚环境压力是否为大气压力25温度和压力音速传播v温度的变化慢，随着热量的传递而改变v压力的改变具有即时性v温度的改变具有滞后性26基本状态参数：比体积g）v表征工质聚集的疏密程度v物理中常用的是密度，（kg/m3）v在热力学中使用比体积更方便Vvm1v27第1章 基本概念28平衡状态场除外），如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态v引起不平衡的因素： 温差 存在热不平衡 压差 存在力不平衡 相变 存在相不平衡 化学反应 存在化学不平衡v平衡的本质：不存在

6、任何不平衡作用 达到热平衡、力平衡、相平衡、化学平衡29平衡状态特点一点表示（如T、p、v等）v非平衡状态能够自发地趋于平衡状态（热二律，熵增原理使之趋于平衡状态） 举例：铁块、气体混合v平衡状态是静态，没有能量交换，那么如何描述非平衡状态？30平衡与稳定存在不平衡势差，若去掉外界影响，则状态变化（去掉热源、冷源）v平衡一定稳定，稳定不一定平衡31平衡与均匀32状态方程33简单可压缩系状态方程1+1=2v状态方程：描述基本状态参数（p,v,T)之间的关系的方程，具体形式取决于工质的形式，如理想气体、实际气体gpvR T),( Tpfv( , )Tf p v( , )pf T v34状态参数坐标

7、图图35第1章 基本概念36如何描述非平衡过程37一般过程38准平衡过程39准平衡过程有实际意义吗？40准平衡过程的工程条件41可逆过程42可逆过程的实现43典型的不可逆过程44典型的不可逆过程45关于可逆过程不存在任何耗散效应v可逆过程可用状态参数图上的连续实线表示v实际过程都是不可逆的，可逆过程是不引起任何热力学损失的理想过程。对于实际过程应尽量减少不可逆因素，使其尽可能接近可逆过程v可逆过程完全理想化，对于工程热力学的研究范围内用可逆过程的概念，而准平衡过程很少用v除典型不可逆(如节流、自由膨胀等)外，本书所有热力过程都可看成可逆过程46第1章 基本概念47功的定义v热力学定义：功是热力

8、系统通过边界而传递的能量，且其全部效果可表现为举起重物v功是系统与外界相互作用的一种方式，在力的推动下，通过有序运动方式传递的能量。v功的单位：J、kJ；功率的单位：W、kWv规定系统对外界作功取为正，外界对系统作功取为负48功的表达式WFdxWFdxWpdVWpdV49示功图（p-V图）21WpdV21wpdv50可逆过程体积变化功的说明51热量不同而通过边界传递的能量v热量是热力系与外界相互作用的另一种方式，在温差的推动下，以微观无序运动方式传递的能量。v国际单位：J，kJ，和功的单位相同v非法定单位：cal，kcalv热功当量：1cal=4.1868Jv规定系统吸热取为正，系统放热取为负

9、52热量如何表达？53熵的定义revQdSTrevqdsT54熵的说明Q0 dS0 系统放热时为负Q0 dS0v熵的物理意义：熵体现了可逆过程传热的大小与方向v用途：判断热量方向计算可逆过程的传热量55示热图（T-s图）21QT dS56第1章 基本概念57热力循环58正向循环59逆向循环60热力循环的评价指标1tWQ收 益代 价净 功吸 热61热力循环的评价指标2QW收益吸热代价耗功1QW 收益放热代价耗功62例题350克标准煤，已知标准煤的热值为29308kJ/kg，试求这个电厂的平均热效率是多少？解：收益：1度电=1kWh=1kJ/s*3600s=3600kJ代价：350克标准煤发热=0.35kg*29308kJ/kg=10257.8kJ效率：%1 .358 .1025