(2)热力学第一章2

1、上节复习绪论绪论第一章第一章 热能动力装置的工作过程热能动力装置的工作过程 热力系统热力系统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种类工质种类多元系多元系单元系单元系相态相态多相多相单相单相简单可压缩系统简单可压缩系统最重要的最重要的系统系统 ： 与外界可逆的功交换只有体积变化功与外界可逆的功交换只有体积变化功一种形式，该系统称为简单可压缩系统。一种形式，该系统称为简单可压缩系统。工程热力学中常见的热力系统是由可压缩工程热力学中常见的热力系统是由可压缩流体构成的。流体构成的。可压缩流体：水蒸气、空气、燃气等

2、可压缩流体：水蒸气、空气、燃气等1-3 工质的热力学状态及其工质的热力学状态及其基本状态参数基本状态参数热力学状态：热力学状态：工质在热力变化过程中的某工质在热力变化过程中的某一瞬间所呈现的宏观物理状况，称为工质一瞬间所呈现的宏观物理状况，称为工质的热力学状态，简称状态。的热力学状态，简称状态。状态参数：状态参数：描述工质所处状态的宏观物理描述工质所处状态的宏观物理量称为状态参数。量称为状态参数。状态参数的状态参数的特征特征：1、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、状态参数的积分特征状态参数的积分特征：状态参数的变化量：状态参数的变化量 与路径无关，只

3、与初终态有关与路径无关，只与初终态有关3、状态参数的微分特征状态参数的微分特征：全微分：全微分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，只与状态参数变化量与路径无关，只与初终态有关。初终态有关。数学上：数学上：点函数、状态函数点函数、状态函数1 2ab 0dz212, 12, 112abzzdzdzdz例：温度变化例：温度变化山高度变化山高度变化状态参数的微分特征状态参数的微分特征设设 z z =z z (x , y)dz z是全微分是全微分yxzzdzdxdyxy充要条件：充要条件：22zzx yy x 可判断是否可判断是否是状态参数是状态参数工质常用状态参数状态参数的

4、分类 pTVUHS压力温度可直接用仪器测量，可测参数，基本状态参数；体积内能焓通过热力学方法由基本参数推导而来，不可测参数。熵强度量与广延量强度量与广延量强度量：强度量：与系统质量无关的参数与系统质量无关的参数 如如压力压力 p、温度温度T广延量：广延量：与系统质量有关的参数与系统质量有关的参数可加性可加性 如如 体积体积 V、内能内能 U、焓焓 H、熵熵S比参数：比参数：比体积比体积VvmUum比比内能内能Hhm比比焓焓Ssm比比熵熵单位：单位：/kg /kmol 具有强度参数的性质具有强度参数的性质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（强）（强）

5、（强）（强）（强）（强）（广）（广）（广）（广）（广）（广）速度、高度速度、高度力学状态参数（外参数）力学状态参数（外参数）习 题判断下列参数哪些是强度量，哪些是广延量，判断下列参数哪些是强度量，哪些是广延量，哪些是比参量？哪些是比参量？ 速度，动能，高度，位能，速度，动能，高度，位能，密度，密度，内能内能基本状态参数基本状态参数1 1、温度温度 T传统：传统：物体冷热程度的标志。物体冷热程度的标志。温度的定义：温度的定义：物质具备某种宏观性质。当各物物质具备某种宏观性质。当各物质的这一性质不同时，它们若相互接触，其间质的这一性质不同时，它们若相互接触，其间将有净能流传递；当这一性质相同时，它

6、们之将有净能流传递；当这一性质相同时，它们之间达到热平衡。这一宏观物理性质就是温度。间达到热平衡。这一宏观物理性质就是温度。微观：微观：标志物质分子热运动的激烈程度。标志物质分子热运动的激烈程度。对于气体，温度是衡量分子平均动能的量度，对于气体，温度是衡量分子平均动能的量度， 存在如下关系：存在如下关系：T 0.5 m w 2温度测量温度测量热力学第零定律热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931）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，则两个系统彼此必然处于，则两个系统彼此必然处于热平衡热平衡。温度测量的温度测量的理论基础理论基础温度计温度计

7、为什么叫做热力学第零定律为什么叫做热力学第零定律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 绝对零度绝对零度热力学第热力学第零零定律定律 1931年年 T温度测量n原理：根据热力学第零定律提出的理论为基础，原理：根据热力学第零定律提出的理论为基础，让温度计与物体接触而达到热平衡，则温度计让温度计与物体接触而达到热平衡，则温度计中的测温物质将与被测物体有相同的温度。中的测温物质将与被测物体有相同的温度。n测量温度的仪器称为温度计测量温度的仪器称为温度计n温度计感应元件的物体应具备某种物

8、理性质，它温度计感应元件的物体应具备某种物理性质，它随物体的冷热程度不同有显著的变化。随物体的冷热程度不同有显著的变化。温度计温度计测温属性测温属性气体温度计气体温度计液体温度计液体温度计电阻温度计电阻温度计热电偶热电偶磁温度计磁温度计光学温度计光学温度计压力或体积压力或体积体积体积电阻电阻热电动势热电动势磁化率磁化率辐射强度辐射强度几种类型的温度计及其测量属性几种类型的温度计及其测量属性温温 标标温标就是温标就是温度温度的数值表示法。的数值表示法。经验温标：由选定的任意一种测量物质的经验温标：由选定的任意一种测量物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规某种物理性质，采用任意一种温度标定规则

9、所得到的温标。则所得到的温标。任何一种经验温标不能任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。作为度量温度的标准。热力学温标热力学温标是根据热力学第二定律的基本原理制定的，热力学温标是根据热力学第二定律的基本原理制定的，与测温物质的特性无关，可以作为度量温度的标准。与测温物质的特性无关，可以作为度量温度的标准。 国际上规定热力学温标作为测量温度的最基本温标。国际上规定热力学温标作为测量温度的最基本温标。n热力学温标的温度单位是开尔文，符号为热力学温标的温度单位是开尔文，符号为K(K(开），把开），把水的三相点的温度，即水的固相、液相、气相平衡共水的三相点的温度，即水的固相、液相、气相平衡共存状态的

10、温度作为单一基准点，并规定为存状态的温度作为单一基准点，并规定为273.16K273.16Kn因此，热力学温度单位因此，热力学温度单位“开尔文开尔文”是水的三相点温度是水的三相点温度的的1/273.161/273.16。热力学温标n目前通用的是国际实用温标，它对开尔文温度和摄氏目前通用的是国际实用温标，它对开尔文温度和摄氏温度进行定义和规定：温度进行定义和规定：t t 摄氏温度，摄氏温度，；T T 热力学温度，热力学温度，K.K.273.15tTK两种温标之间的对应关系两种温标之间的对应关系绝对绝对K摄氏摄氏 100373.150.01273.160273.150-273.15冰熔点冰熔点水三

11、相点水三相点水沸点水沸点习题若用摄氏温度计和华式温度计测量同一个物体若用摄氏温度计和华式温度计测量同一个物体的温度，有人认为这两种温度计的读数不可能的温度，有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况，对么？若可能，读数相出现数值相同的情况，对么？若可能，读数相同的温度应是多少？同的温度应是多少？O5( 32)9tCt F答案：t-402 2、压力压力 p：单位面积上所受的垂直作用单位面积上所受的垂直作用力称为压力力称为压力 物理中物理中压强压强，单位单位: Pa, N/m2基本状态参数基本状态参数绝对压力与相对压力绝对压力与相对压力当当 p pb表压力表压力 peebppp当当 p 有

12、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静态过程准静态过程习题中注意习题中注意“突然突然”“”“缓缓慢慢”可逆过程的定义可逆过程的

13、定义 当完成了当完成了某一过程后，如果能使工质沿某一过程后，如果能使工质沿相同的路径逆行而回复到原来状态，并使相互相同的路径逆行而回复到原来状态，并使相互作用中所涉及到的作用中所涉及到的外界外界同时同时恢复到原来状态，恢复到原来状态，而不留下任何改变，则此过程为而不留下任何改变，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，并不可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初态的过程。是指必须要回到初态的过程。可逆过程的特点可逆过程的特点准静态过程准静态过程 + 无耗散效应无耗散效应 = 可逆过程可逆过程无不平衡势差无不平衡势差通过摩擦使功通过摩擦使功变热的效应变热的效应(摩阻，电阻，摩

14、阻，电阻，非弹性变形，非弹性变形，磁阻等）磁阻等）耗散效应耗散效应温差传热；自由膨胀；混合过程；温差传热；自由膨胀；混合过程；节流过程；摩擦生热；节流过程；摩擦生热；粘性流体；粘性流体；阻尼振动；电阻热效应；燃烧过程；阻尼振动；电阻热效应；燃烧过程；非弹性形变；磁滞损耗非弹性形变；磁滞损耗等等常见的不可逆过程常见的不可逆过程常见的不可逆过程常见的不可逆过程不等温传热不等温传热T1T2T1T2Q节流过程节流过程 ( (阀门）阀门）p1p2p1p2常见的不可逆过程常见的不可逆过程混合过程混合过程自由膨胀自由膨胀真空真空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准静态过程是实际过程的理想化理想化过程，过程， 但并非但并非最优最优过程，可逆过程是过程，可逆过程是最优最优过程。过程。 可逆过程的功与热可逆过程的功与热完全完全可用可用系统内系统内工质工质 的的状态参数状态参数表达，可不考虑系统与外界表达，可不考虑系统与外界 的复杂关系，易分析