热力学基础- 1章13-9-9

1、热能工程教研室1-1 1-1 热能和机械能互相转换的过程热能和机械能互相转换的过程热能热能动力装置：从燃料燃烧中动力装置：从燃料燃烧中得到得到热能，及利用热能热能，及利用热能得到得到动力的整套设备。动力的整套设备。 其主要分为其主要分为燃气动力装置燃气动力装置和和蒸汽动力装置蒸汽动力装置两大类。两大类。1、内燃机主要部分有汽缸、活塞。、内燃机主要部分有汽缸、活塞。 燃料和空气在汽缸内燃烧，释放大量的燃料和空气在汽缸内燃烧，释放大量的热能，热能，燃气膨胀作燃气膨胀作功，推动活塞，通过连杆曲轴转变成飞轮的动能。功，推动活塞，通过连杆曲轴转变成飞轮的动能。第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义热

2、能工程教研室热能工程教研室q从火力发电厂的生产过程中，就其能量转换可以分为两大部分：从火力发电厂的生产过程中，就其能量转换可以分为两大部分：1.从燃料的化学能转为机械能；从燃料的化学能转为机械能；2.从机械能转为电能。从机械能转为电能。q前者称为发电厂的热力部分，后者称为发电厂的电气部分。前者称为发电厂的热力部分，后者称为发电厂的电气部分。热力部分包括锅炉、汽轮机、凝汽器、水泵、加热器等热力设热力部分包括锅炉、汽轮机、凝汽器、水泵、加热器等热力设备以及连接它们构成的热力系统。备以及连接它们构成的热力系统。 热能工程教研室q在火电厂中，由于工质连续不断地流过热力设备而膨胀作功在火电厂中，由于工质

3、连续不断地流过热力设备而膨胀作功，因此要求其工质具有（共同性质）：，因此要求其工质具有（共同性质）：良好的良好的膨胀膨胀性和性和流动流动性，性，其热力性能稳定、无腐蚀性、价廉等。其热力性能稳定、无腐蚀性、价廉等。因此，目前火电厂中采用因此，目前火电厂中采用水蒸气水蒸气作为作为工质工质。 水在锅炉中水在锅炉中吸热吸热生成蒸汽，然后在汽轮机中生成蒸汽，然后在汽轮机中膨胀膨胀推动叶片推动叶片旋转旋转对外作功对外作功，作功后的乏汽作功后的乏汽在凝汽器中向冷却水在凝汽器中向冷却水放热放热又凝结又凝结成水。成水。 热能工程教研室工质、热源和冷源工质、热源和冷源q概括看无论哪种动力装置概括看无论哪种动力装置

4、,总是利用某介质从某一总是利用某介质从某一 能源获得热能，能源获得热能，从而具备作功能力。这些过程包含：从而具备作功能力。这些过程包含： 吸热、膨胀作功、排热，它对任何动力装置都是吸热、膨胀作功、排热，它对任何动力装置都是共同共同和和本质本质的。的。q实现实现热能热能与与机械能相互转换机械能相互转换的媒介物质称为的媒介物质称为工质。工质。q把把工质工质从中从中吸取热能的物系吸取热能的物系叫做叫做热源。热源。q把接受把接受工质工质排出热能的物系排出热能的物系叫做叫做冷源。冷源。 不同性质的工质对能量转换的效果有直接影响，原则上气、液不同性质的工质对能量转换的效果有直接影响，原则上气、液、固三态物

5、质都可作为工质，但热力学中热能与机械能之间的相互、固三态物质都可作为工质，但热力学中热能与机械能之间的相互转换是通过物质的转换是通过物质的体积变化体积变化来实现的，为使能量能有效而迅速的转来实现的，为使能量能有效而迅速的转换，常选换，常选气态气态物质作为物质作为工质工质。热能工程教研室1-2 1-2 热力系统热力系统热力系统热力系统（简称简称 热力系、系统热力系、系统）：人为特定的人为特定的研究对象研究对象（为了研究问题方便引入的）（为了研究问题方便引入的）外界外界：系统以外的所有物质系统系统以外的所有物质系统一、系统与边界一、系统与边界边界边界（界面）（界面）：系统与外界的分界面系统与外界的

6、分界面系统系统与与外界外界的作用都通过的作用都通过边界边界来完成来完成热能工程教研室二、 热力系统选取的人为性锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器只交换只交换功功只交换只交换热热既交换既交换功功也交换也交换热热热能工程教研室三、三、 边界特性边界特性真实与假定固固定定与与活动活动如如管道中管道中流动的流体流动的流体如如封闭封闭在在气缸气缸中的气体中的气体固定活塞固定活塞时，时，边界边界即即固定固定热能工程教研室热力系统分类热力系统分类1. 以系统与外界关系划分：以系统与外界关系划分：是否传输工质是否传输工质 开口系开口系 闭口系闭口系 有有 无无是否传功是否传功

7、 非绝功系非绝功系 绝功系绝功系是否传热是否传热 非绝热系非绝热系 绝热系绝热系是否传热、功、质是否传热、功、质 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系热能工程教研室2.2. 热力系统其它分类方式热力系统其它分类方式 其它分类方式其它分类方式 物理化学性质物理化学性质 均匀系均匀系 非均匀系非均匀系工质组成工质组成多组分系多组分系单组分系单组分系相态相态多相多相单相单相3 3、系统分类示例系统分类示例（1）房间内的空气）房间内的空气（2）密闭房间内的空气）密闭房间内的空气（3）绝热密闭房间内的空气）绝热密闭房间内的空气单相、多组分、绝热闭口系单相、多组分、绝热闭口系单相、多组分闭口系单相、多组分闭口系

8、单相、多组分开口系单相、多组分开口系热能工程教研室 简单的可压缩系统简单的可压缩系统最重要的最重要的系统系统 简单可压缩系统简单可压缩系统只只交换交换热量热量和和一种一种准静态的准静态的容积变化容积变化功功容积变化功容积变化功压缩功压缩功膨胀功膨胀功有关 准静态、容积功 等概念在后续章节将要介绍体积变化体积变化功功本课程本课程讨论的讨论的大部分大部分系统系统即是即是热能工程教研室1-3 1-3 工质的热力学状态及基本状态参数工质的热力学状态及基本状态参数状态：状态：某一瞬间热力系所呈现的某一瞬间热力系所呈现的宏观状况宏观状况状态参数：状态参数：描述热力系状态的描述热力系状态的宏观物理量宏观物理

9、量状态参数的状态参数的特征特征： 1、单值性单值性：状态确定，则状态参数也确定，反之亦然。：状态确定，则状态参数也确定，反之亦然。 2、状态参数的变化量、状态参数的变化量与路径无关与路径无关，只与初终态有关。，只与初终态有关。热能工程教研室 状态和状态参数状态和状态参数1 1、温度、温度 T其他三个状态参数为：其他三个状态参数为：1、热力学能、热力学能 U；2、焓、焓 H；3、熵、熵 S2 2、压力、压力 p3 3、比容、比容 v基本状态参数：可直接用仪表测量，使用最多。基本状态参数：可直接用仪表测量，使用最多。热能工程教研室一、温度一、温度T传统定义：传统定义：物体冷热程度的度量。物体冷热程

10、度的度量。微观定义：微观定义：衡量分子平均动能的量度衡量分子平均动能的量度 T 0.50.5 m c 2 对于气体，它是大量对于气体，它是大量分子平移动能平均值的量度分子平移动能平均值的量度,其关系式：其关系式： m c 2 /2 = BT （1-1）式中：式中：T是热力学温度；是热力学温度； B =3k/2，k=（1.3800580.000012）10 -23 J/K 是玻尔兹曼常数；是玻尔兹曼常数；c是是分子移动的均方根速度。分子移动的均方根速度。 1960年国际计量大会上，规定热力学温标作为测量温度的最年国际计量大会上，规定热力学温标作为测量温度的最基本温标。规定基本温标。规定摄氏温度摄

11、氏温度： t = T - 273.15 K （1-2）热能工程教研室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温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡热平衡的物理量的物理量。 热力学第热力学第零零定律定律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热平衡，则两个系统彼此，则两个系统彼此必然处于必然处于热平衡热平衡。热能工程教研室热力学第热力学第零零定律定律

12、是是温度测量的温度测量的理论基础理论基础热力学第热力学第零零定律定律 1931年年 T热力学第热力学第一一定律定律 1840 1850年年 E热力学第热力学第二二定律定律 1854 1855年年 S热力学第热力学第三三定律定律 1906年年 S基准基准通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零。通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零。 热能工程教研室常用温标常用温标绝对绝对K K摄氏摄氏 100373.150.01273.160273.15-17.80-273.1537.8冰熔点冰熔点水三相水三相点点水沸点水沸点t = T - 273.15 K （1-2）热能工程教研室

13、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、酒精温度计等酒精温度计等工业工业：热电偶：热电偶、热敏电阻、电子（集成块）温度传感器热敏电阻、电子（集成块）温度传感器计量计量：铂电阻温度计：铂电阻温度计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度温度标标尺尺热能工程教研室二、压力二、压力 p常用单位的关系见表1-1： 1 巴bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 物理大气压atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 毫米汞柱mmHg =133.3 Pa 1 工程大气压at=7

14、35.6 mmHg = 9.80665104 Pa物理中物理中压强压强：分子运动学把气体的压力看成是大量气体分子撞击器壁的平分子运动学把气体的压力看成是大量气体分子撞击器壁的平均结果。均结果。压力单位压力单位: 1Pa = 1 N/m2热能工程教研室绝对压力绝对压力p与相对表压力与相对表压力p e p14当当 p pb大气压力大气压力表压力表压力 pe当当 p pb大气压力大气压力热能工程教研室环境压力与大气压力环境压力与大气压力环境压力环境压力指压力表所处环境指压力表所处环境的压力。工程计算中，选的压力。工程计算中，选取的压力必须是取的压力必须是绝对压力绝对压力。注意：注意：环境压力环境压力

15、一般为一般为大气压大气压，但不一定。但不一定。精确严格来说，精确严格来说，大气压大气压是是随时间、地点随时间、地点的海拔高度的海拔高度h而而变化。变化。物理大气压物理大气压 1atm=760mmHg，当当h变化不大，变化不大， 常数常数 ，1mmHg = g h = 133.322Pa当当h变化大，变化大， (h) ()ph g d h热能工程教研室三三 、 比体积比体积v及密度及密度m3/kg （1-5）Vvm比比体积体积v表示单位物质所占的体积表示单位物质所占的体积物理上常用物理上常用密度密度 kg/m3 （1-6）1v热能工程教研室1-4 1-4 平衡状态、状态方程式、坐标系平衡状态、状

16、态方程式、坐标系一、一、平衡状态平衡状态定义：定义：在在不受外界影响不受外界影响的条件下（重力场除外），如果一个热力系的条件下（重力场除外），如果一个热力系统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态。统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态。 平衡是指的平衡是指的宏观的宏观的动态平衡动态平衡，只是系统的宏观状态不随时间，只是系统的宏观状态不随时间而变化，而内部而变化，而内部微观粒子还在运动微观粒子还在运动。 平衡的平衡的本质本质：不存在不平衡势。：不存在不平衡势。 温差温差 热不平衡势热不平衡势 压差压差 力不平衡势力不平衡势 化学反应化学反应 化学不平衡势化学不平衡势不平衡势不平衡

17、势热能工程教研室1.平衡、稳定与均匀平衡、稳定与均匀平衡：时间上平衡：时间上均匀：空间上均匀：空间上平衡不一定均匀，单相态物质的平衡态则一定是均匀的。平衡不一定均匀，单相态物质的平衡态则一定是均匀的。稳定：稳定：参数不随时间变化。参数不随时间变化。稳定不一定平衡，但平衡一定稳定。稳定不一定平衡，但平衡一定稳定。工程热力学通常只研究平衡状态。工程热力学通常只研究平衡状态。热能工程教研室2 2、常见的不平衡势、常见的不平衡势 温差温差 热热不平衡势不平衡势 压差压差 力力不平衡势不平衡势 化学反应化学反应 化学化学不平衡势不平衡势平衡态的平衡态的本质本质：不存在不平衡势不存在不平衡势不平衡势不平衡

18、势那么，为什么引入那么，为什么引入平衡态平衡态的概念？的概念？ 如果如果系统平衡系统平衡，可用，可用一组一组确切的参数（确切的参数（压力压力、温度温度）来）来描述。描述。 如果系统不处于平衡状态，则无法用统一确定的状态参如果系统不处于平衡状态，则无法用统一确定的状态参数来描述系统的状态。数来描述系统的状态。系统各处的状态参数均不同。系统各处的状态参数均不同。系统各处的状态参数相同。系统各处的状态参数相同。热能工程教研室3 3、平衡条件、平衡条件热热 平平 衡：衡：力力 平平 衡：衡：相相 平平 衡：衡：化学平衡：化学平衡：温度相等温度相等若系统内各处温度不等，若系统内各处温度不等，如何？如何？

19、压力相等压力相等若系统内各处压力不若系统内各处压力不等，如何？等，如何？各相间化学位相等各相间化学位相等反应物与生成物化学位相等反应物与生成物化学位相等反应物与生成物的组分不随时间而变化反应物与生成物的组分不随时间而变化热力平衡热力平衡热能工程教研室为什么引入平衡概念？为什么引入平衡概念？如果如果系统平衡系统平衡，可用，可用一组一组确切的参数（确切的参数（压力压力、温度等温度等）来）来描述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？热能工程教研室热力过程热力过程 当当系统与外界之间系统与外界之间存在某种

20、存在某种不平衡势差不平衡势差（如（如温差）时，系统将与外界发生能量或物质交换，温差）时，系统将与外界发生能量或物质交换，原有平衡被打破，系统经过一系列状态变化后，原有平衡被打破，系统经过一系列状态变化后，建立起新的平衡态建立起新的平衡态。则则 系统工质系统工质状态变化状态变化的的历程历程叫作叫作热力过程热力过程。热能工程教研室二二. . 状态方程式状态方程式平衡状态平衡状态可用可用一组一组状态参数描述，那么状态参数描述，那么想确切描述某个热力系，需要想确切描述某个热力系，需要所有所有状态参数吗？状态参数吗？至少需至少需多少个多少个状态参数？状态参数？一热力系若其一热力系若其2 2个状态相同，则

21、其所有状态参数个状态相同，则其所有状态参数一一对应相等。反之，也是如此。一一对应相等。反之，也是如此。对于简单可压缩系，描述平衡态只需对于简单可压缩系，描述平衡态只需2 2个独立状个独立状态参数。只要态参数。只要2 2个独立状态参数对应相等，即可个独立状态参数对应相等，即可判定该判定该2 2个状态完全相同。个状态完全相同。工程热力学通常只研究工程热力学通常只研究平衡状态平衡状态。热能工程教研室二、状态方程式二、状态方程式简单可压缩系统：当其处于平衡时，各部分具有相同的压力简单可压缩系统：当其处于平衡时，各部分具有相同的压力p 、温度温度T、比体积、比体积v等等参数，且它们服从一定的关系式，该关

22、系式称参数，且它们服从一定的关系式，该关系式称状态方程式，状态方程式，即即 T = T（ p 、v ），）， p = p （T, , v ），）， v = v （p ， T）状态方程状态方程 基本状态参数（基本状态参数（p, v, T ) 之间的关系。之间的关系。该关系也可以写成隐函数形式：该关系也可以写成隐函数形式： F = F （ p 、v 、T ）理想气体的状态方程：理想气体的状态方程： p v = Rg T ; p V=m Rg T; p V=n R T (1-7) 实际工质的状态方程？以后介绍。实际工质的状态方程？以后介绍。热能工程教研室三、三、状态参数状态参数坐标图坐标图2 2个个

23、参数可以完全确定参数可以完全确定简单可压缩系简单可压缩系的的平衡状态平衡状态。由由热力热力系系状态参数所组成的状态参数所组成的坐标图称为坐标图称为热力热力状态状态坐坐标图标图。其特点：。其特点：pv1）热力热力系统任何平衡态可系统任何平衡态可 表示在坐标图上表示在坐标图上2）过程线中任意一点为平过程线中任意一点为平衡态衡态3）不平衡不平衡态无法在图上态无法在图上用用实线实线表示表示常见常见p-v图和图和T-s图图热能工程教研室 1-5 1-5 工质的状态变化准静态过程工质的状态变化准静态过程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热力学引入准静态准静态（准平衡准平衡）过程过程平衡

24、状态平衡状态状态不变化状态不变化能量不能转换能量不能转换一、一、准准平衡（平衡（静态）过程静态）过程热能工程教研室准准平衡平衡过程的工程条件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 准平衡（静态）过程准平衡（静态）过程如过程进行得相对缓慢，工质在平衡被破坏后恢复平如过程进行得相对缓慢，工质在平衡被破坏后恢复平衡所需时间很短，不衡所需时间很短，不显著显著偏离平衡状态，该过程称偏离平衡状态，该过程称准准平衡过程。平衡过程。指一系列内部的瞬指一系列内部的瞬时无限接近平

25、衡态时无限接近平衡态的连续过程的连续过程热能工程教研室准静态过程有实际意义吗？准静态过程时，工质参数虽时时变化，但又相对均匀准静态过程时，工质参数虽时时变化，但又相对均匀一致，即处于相对内部平衡之中。一致，即处于相对内部平衡之中。故准静态过程既有平衡，又有变化；故准静态过程既有平衡，又有变化；既可以用既可以用状态参数描述状态参数描述，又可进行，又可进行热功转换热功转换；要求要求一切不平衡势无限小一切不平衡势无限小，故过程，故过程疑问疑问：理论上理论上准静态准静态应无限缓慢，那应无限缓慢，那工程上工程上怎样处理？怎样处理？只要只要系统状态变化的速度系统状态变化的速度小于小于系统恢复平衡的系统恢复

26、平衡的速度速度，即可视为即可视为准静态过程准静态过程。热能工程教研室一般过程一般过程p1 = p0 ( (大气压大气压) )+ +重物重物T1 = T0突然去掉重物突然去掉重物最终最终p2 = p0T2 = T0pv12. . .p0p1，T1重物重物热能工程教研室准准平衡（平衡（静态）过程静态）过程p1 = p0+ +重物重物T1 = T0假如重物有无限多层假如重物有无限多层每次只去掉无限薄的一层每次只去掉无限薄的一层系统系统随时随时接近于平衡态接近于平衡态vp12. . . .p0p1，T1重物重物热能工程教研室一一 、准平衡（静态）过程、准平衡（静态）过程图图1-11，以汽缸中工质为系统

27、，以汽缸中工质为系统，初始：初始：p A = p外外 A +F如果如果p外外微小，微小，dl l很小很小，p近似认为不变，即可视为近似认为不变，即可视为准平衡过程准平衡过程气体在点气体在点1、2、3是平衡状态，中间是平衡状态，中间经历过程的状态是不平衡的。经历过程的状态是不平衡的。气体工质在压力差作用下实现气体工质在压力差作用下实现准平准平衡过程的条件之一，力的平衡：衡过程的条件之一，力的平衡：p （ p外外ext +F/A） 0p外外extpAdlpv12. . . .3图1-11 气体膨胀工程F热能工程教研室 当然在该过程中还需要当然在该过程中还需要热的平衡热的平衡。只有当传热时热。只有当

28、传热时热源和工质的温度差始终无限小，才是准平衡的。源和工质的温度差始终无限小，才是准平衡的。气体工质在温度差作用下实现准平衡过程的条件之二，气体工质在温度差作用下实现准平衡过程的条件之二，热的平衡：热的平衡： （TText ） 0 热的平衡和力的平衡是互相关联，只有工质与外界热的平衡和力的平衡是互相关联，只有工质与外界的的压差压差和和温差温差均为均为无限小的过程，才是无限小的过程，才是准平衡过程准平衡过程。准平衡（静态）过程准平衡（静态）过程热能工程教研室准静态过程的工程应用准静态过程的工程应用例：例：活塞式内燃机活塞式内燃机 2000转转/分分 曲柄曲柄 2冲程冲程/转，转，0.15米米/冲

29、程冲程活塞运动速度活塞运动速度=2000 2 0.15/60=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/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一般的工程过程都可认为是准平衡（静态）过程，准平衡（静态）过程，这这样可以方便样可以方便分析和简单处理。分析和简单处理。热能工程教研室可逆过程的定义可逆过程的定义:系统经历某一过程后，如果能使系统经历某一过程后，如果能使系统系统与与外界外界同时同时恢复到初始恢复到初始状态，而不留下任何痕迹，则此过程为状态，而不留

30、下任何痕迹，则此过程为可逆过程可逆过程。注意：注意：可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初态的过程。可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初态的过程。二、可逆过程二、可逆过程若若摩擦摩擦 f 0,系统对外作功系统对外作功W，外界得到的功，外界得到的功W W若外界将得到的功若外界将得到的功W 再返还给系再返还给系统统, 则则外界外界、活塞活塞、系统系统同时恢复同时恢复原态。原态。pp外外21f=0热能工程教研室若有摩擦若有摩擦 f 存在，就存在损失。存在，就存在损失。系统对外作功系统对外作功W，外界得到的功，外界得到的功W W若外界将得到的功若外界将得到的功W 再返还给系统，系统得到的功再

31、返还给系统，系统得到的功WT2Q自由膨胀自由膨胀真空真空实际过程实际过程均是均是不可逆过程不可逆过程，可逆过程可逆过程是不引起任何热力损失是不引起任何热力损失的的理想过程。理想过程。凡是凡是自发的过程自发的过程均是均是不可逆过程。不可逆过程。不平衡势？不平衡势？不平衡势？不平衡势？温差温差压力差压力差自由膨胀、扩散自由膨胀、扩散热能工程教研室4、典型的不可逆过程（2）节流过程节流过程 ( (阀门）阀门）p1p2p1p2混合过程混合过程因有漩涡，产生因有漩涡，产生耗散耗散耗散？耗散？能量损失能量损失不平衡势？不平衡势？浓度差浓度差热能工程教研室1-6 过程的功和热量过程的功和热量一一 、功的热力

32、学定义、功的热力学定义 p21热能工程教研室二、二、可逆可逆过程的功过程的功VF ext 质量为质量为m的气体工质在气缸中进行的气体工质在气缸中进行可逆可逆膨膨胀，其过程如图胀，其过程如图1-9中的连续曲线中的连续曲线1 - 2表示。表示。按力学定义，工质推动活塞移动按力学定义，工质推动活塞移动dx时所作的膨时所作的膨胀功：胀功：W = FW = F dx = p（A dx ）= p（dV） （1-8）A是活塞面积，活塞面积， dV是工质体积微元变化量。工质体积微元变化量。工质从状态工质从状态12的所作的膨胀功：的所作的膨胀功： （1-9） pW12mnd VFdxpdvwW1-2221V图图

33、1-13 可逆工程的功可逆工程的功热能工程教研室可逆可逆过程的功过程的功如果工质是如果工质是1kg,则所作的功则所作的功 W = p /m（d V） =p d v （1-10） （1-11）热力学约定：正值代表气体膨胀对外作的功，负值表示而外力压热力学约定：正值代表气体膨胀对外作的功，负值表示而外力压缩气体所消耗的功。缩气体所消耗的功。有用功有用功Wu 、摩擦功、摩擦功W l、排斥大气功、排斥大气功W r的关系式：的关系式： Wu = W W l W r (1-12)大气压力可作定值大气压力可作定值 W r = P0 (V2-V1) = P0 (V) (1-13)pdvwW1-2221热能工程

34、教研室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 （1-8）可逆过程不考虑摩擦和耗散，可逆过程不考虑摩擦和耗散，外界得到的有用功外界得到的有用功W有用=W- P0 (V2 -V1 ) p0pWpdV热能工程教研室功的表达式功的表达式功功的一般表达式的一般表达式Fdxw Fdxw热力学最常见的功热力学最常见的功 容积变化功容积变化功 pdvwpdvw其他准静态功：其他准静态功：拉伸功，表面张力功，电功拉伸功，表面张力功，电功等等热能工程教研室热能工程教研室热能工程教研室热量定义热量定义：热力系热力系和和外界外界之间仅仅由于之间仅仅由于

35、温度温度不同而不同而通过边界与通过边界与外界外界传递的传递的能量能量。另一定义：另一定义：热量热量是热力系与外界相互作用的另一种方式，在是热力系与外界相互作用的另一种方式，在温温度度的推动下，以微观的推动下，以微观无序无序运动方式传递的运动方式传递的能量能量。热量热量的单位是的单位是J J 。工程热力学约定：。工程热力学约定：体系吸热，体系吸热，热量热量为正；为正；反之反之体系放热体系放热为负。为负。 系统在系统在可逆过程可逆过程与与外界外界交换的交换的热量热量按按下式计算：下式计算： q= Tds （1-201-20） （1-211-21）四、过程四、过程热量热量TdSQq1-2212TSQ

36、图图1-17 过程热量过程热量(温熵温熵)ds1s1s2T热能工程教研室热量与容积变化功热量与容积变化功能量传递方式能量传递方式 容积变化功容积变化功 传热量传热量性质性质 过程量过程量 过程量过程量推动力推动力 压力压力 p 温度温度 T标志标志 dV , dv dS , ds公式公式pdvw Tdsq pdvwTdsq条件条件 准静态或可逆准静态或可逆 可逆可逆热能工程教研室示功图与示热图示功图与示热图pVW 压容压容(示功示功)图图TSQ温熵温熵(过程热量过程热量)图图pdVWTdSQ功和热的不同：功和热的不同：功是有规则的宏观运动能量的传递，作功过程功是有规则的宏观运动能量的传递，作功

37、过程有有能量形式的转化；能量形式的转化；热量是大量微粒子热运动的能量的传递，传热过程热量是大量微粒子热运动的能量的传递，传热过程不不出现能量形式的转化。出现能量形式的转化。功功转变成转变成热量热量是是无条件无条件的，而的，而热热转变成转变成功功是是有条件有条件的。的。热能工程教研室五、示功图（五、示功图（ p-V p-V 图）图）pV. .12. .pp外外21mkg工质：工质： W =pdV21WpdV1kg工质：工质： w =pdv21wpdvWdVpdV热能工程教研室六、准静态容积变化功的说明六、准静态容积变化功的说明pV. .12. .1）单位为单位为 kJ 或或 kJ/kg2） p-

38、V 图上用图上用面积面积表示表示3）功的大小与路径有关，功的大小与路径有关， 功是过程量功是过程量4）统一规定统一规定：dV0，膨胀，膨胀 对外作功（对外作功（正正） dV0，压缩，压缩 对内作功（对内作功（负负）5）适于适于准静态下准静态下的的任何任何工质（一般为流体）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外力无限制，功的表达式只是系统内部参数7）有无有无f，只影响系统功与外界功的大小差别，只影响系统功与外界功的大小差别热能工程教研室七、摩擦损失的影响若有若有f 存在，就存在损失存在，就存在损失pp外外21系统对外作功系统对外作功W，外界得到的功，外界得到的功W W若外

39、界将得到的功若外界将得到的功W再返还给系统，系再返还给系统，系统得到的功统得到的功WpBAB非准静态过程，非可逆过程非准静态过程，非可逆过程（因为过程不缓慢）（因为过程不缓慢）取取A或或B中气体为系统中气体为系统可逆热力学可逆热力学没法计算没法计算相互有功的作用相互有功的作用取取AB气体为系统，气体为系统，无功无功 为何？为何？总体积不变。总体积不变。热能工程教研室 作业作业 1 思考题思考题（P30）1-1、1-2、1-4、1-12习题习题（P32） 1-4、 1-6、 1-9 1-15、 1-19、 1-21热能工程教研室第一章 完热能工程教研室第一章第一章 小小 结结基本概念：基本概念：

40、 热力系热力系 准静态过程、可逆过程准静态过程、可逆过程 过程量、状态量、状态参数过程量、状态量、状态参数 功、热量功、热量 p-V图、图、T-S图图 循环、工作系数循环、工作系数热能工程教研室第一章第一章 讨论课讨论课 热力系热力系种种类类闭口系、开口系、绝热系、闭口系、开口系、绝热系、绝功系、孤立系绝功系、孤立系热力系的选取取决于研究目的和方法，热力系的选取取决于研究目的和方法，具有具有随意随意性，选取不当将不便于分析。性，选取不当将不便于分析。热能工程教研室状态量与过程量状态量与过程量q状态量：状态量：q 描述工质状态，工质的状态一定，状态参数一定。描述工质状态，工质的状态一定，状态参数

41、一定。q 具有物理上势函数的特征具有物理上势函数的特征q 状态参数的变化与过程无关，状态参数的全微分是恰当微分，状态参数的变化与过程无关，状态参数的全微分是恰当微分，微元量用符号微元量用符号dz表示。表示。q过程量（功和热）过程量（功和热）q 只有在热力过程中通过边界才能实现交换和传递。只有在热力过程中通过边界才能实现交换和传递。q 没有过程就不会有迁移的能量没有过程就不会有迁移的能量功和热。功和热。q 不能说不能说“系统具有多少功量或热量系统具有多少功量或热量”q 功量和热量的大小不仅和系统的初、终态有关，而且与系统经功量和热量的大小不仅和系统的初、终态有关，而且与系统经历的过程有关。历的过

42、程有关。q 不是恰当微分，微元过程写成不是恰当微分，微元过程写成“ W”和和“ Q” 热能工程教研室思考题思考题有人说，不可逆过程是无法恢复到初有人说，不可逆过程是无法恢复到初始状态的过程，这种说法对吗？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。可逆过程指可逆过程指若若系统回到初态，外界系统回到初态，外界同时恢复到初态。同时恢复到初态。可逆过程并不是指系统必须回到初可逆过程并不是指系统必须回到初态的过程。态的过程。热能工程教研室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可逆过程一定是一定是准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程不一定是不一定是可逆过程可逆过程可逆过程可逆过程准静态过程准静态过程无耗散无耗散可逆过程可逆过程完全理想，以后均用完全理想，以后均用可逆可逆过程过程的概念。的概念。准静态过程准静态过程很少用。很少用。热能工程教研室有用功有用功气缸中气体膨胀对外作功，