工程热力学-基本概念-1

1、第一章 基本概念Basic Concepts and Definition主要内容1-1 热能和机械能相互转换过程1-2 热力系统 1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数1-4 平衡状态1-5 工质的状态变化过程1-6 功和热量1-7 热力循环1-1 热能和机械能相互转换的过程 一、热能动力装置一、热能动力装置(Thermal power plant) 定义：从燃料燃烧中得到热能以及利用热能得到定义：从燃料燃烧中得到热能以及利用热能得到动力的整套设备动力的整套设备(包括辅助设备包括辅助设备)。分分类类共同本质：共同本质：由媒介物通过吸热由媒介物通过吸热膨胀作功膨胀作功排热排热 燃气动力装置燃

2、气动力装置(combustion gas power plant) 内燃机内燃机(internal combustion gas engine) 燃气轮机装置燃气轮机装置(gas turbine power plant) 喷气发动机喷气发动机(jet engine) 蒸汽动力装置蒸汽动力装置 (steam power plant)内燃机1-1 热能和机械能相互转换的过程 1-1 热能和机械能相互转换的过程 二、工质二、工质(working substance; working medium)对工质的要求对工质的要求:物质三态中物质三态中气态气态最适宜最适宜。 1）膨胀性）膨胀性 2）流动性）流

3、动性 3）热容量）热容量 4）稳定性，安全性）稳定性，安全性 5）对环境友善）对环境友善 6）价廉，易大量获取）价廉，易大量获取 定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。1-1 热能和机械能相互转换的过程 三、热源三、热源(heat source; heat reservoir) 定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。 高温热源高温热源 热源热源 ( heat source) 低温热源低温热源 冷源冷源(heat sink) 恒温热源恒温热源(constant heat reservoir) 变温热源

4、变温热源1-2热力系统 系统系统(thermodynamic system, system) 人为分割出来，作为热力学研究对象的有人为分割出来，作为热力学研究对象的有限物质系统。限物质系统。 外界外界(surrounding )：与系统发生质、能交换的物体统称。与系统发生质、能交换的物体统称。 边界边界(boundary)：系统与外界的分界面（线），可以系统与外界的分界面（线），可以实际存在，也可以是假想的。实际存在，也可以是假想的。一、定义一、定义1-2热力系统二、系统及边界示例二、系统及边界示例 汽车发动机汽车发动机边界特性边界特性真实、虚构真实、虚构固定、活动热力系统选取的人为性热力系统

5、选取的人为性锅炉汽轮机发电机水泵凝汽器过热器只交换功只交换热既交换功也交换热功二、闭口系统和开口系统(按系统与外界有无物质交换)1.闭口系统：系统内外无物质交换, 也称控制质量。（M一定 研究一定质量的物质）2.开口系统：系统内外有物质交换, 也称控制体积。（V 一定 研究一定空间范围的物质） 闭口系（闭口系（closed system） （控制质量（控制质量CM） 没有质量越过边界没有质量越过边界 开口系（开口系（open system） （控制体积（控制体积CV） 通过边界与外界有质量交换通过边界与外界有质量交换2. 按系统与外界质量交换按系统与外界质量交换1-2热力系统 汽缸汽缸- -活

6、塞装置（闭口系例）活塞装置（闭口系例） 1）闭口系与系统内质量不变的区别；）闭口系与系统内质量不变的区别； 2）开口系与绝热系的关系；）开口系与绝热系的关系； 3）孤立系与绝热系的关系。）孤立系与绝热系的关系。注意：注意：绝热系（绝热系（adiabatic system） 与外界无与外界无交换交换;孤立系（孤立系（isolated system） 与外界无任何形式的质能交换。与外界无任何形式的质能交换。3. 按能量交换按能量交换容积变化功压缩功膨胀功4. 简单可压缩系（简单可压缩系（simple compressible system）（单相、单（单相、单元、均匀）元、均匀） 由可压缩物质组成

7、，无化学反应、与外界有交由可压缩物质组成，无化学反应、与外界有交 换容积变化功的有限物质系统。换容积变化功的有限物质系统。热力系统分类热力系统分类1234mQW1 开口系 热力系统选择原则热力系统选择原则 系统的选取方法仅影响解决问题系统的选取方法仅影响解决问题的繁复程度，与研究问题的结果无关。的繁复程度，与研究问题的结果无关。 思考题：思考题： 孤立系统一定是闭口系统吗。反之怎样。孤立系统一定是闭口系统吗。反之怎样。 孤立系统是否一定绝热。孤立系统是否一定绝热。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 孤立系闭口系统闭口系统孤立系统 开口系统 热力系统其它分类

8、方式热力系统其它分类方式 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系单元系相态多相单相 移动和虚构边界移动和虚构边界 1）系统与外界的人为性）系统与外界的人为性 2）外界与环境介质）外界与环境介质 3）边界可以是：）边界可以是： a）刚性的或可变形的或有弹性的刚性的或可变形的或有弹性的 b）固定的或可移动的固定的或可移动的 c）实际的或虚拟的实际的或虚拟的注意：注意：三、热力系分类三、热力系分类 按组元数按组元数: 单元系单元系(one component system; pure substance system) 多元系多元系(multicomponent system)按

9、相数按相数: 单相系单相系(homogeneous system) 复相系复相系(heterogeneous system)注意：注意：1）不计恒外力场影响；）不计恒外力场影响； 2）复相系未必不均匀）复相系未必不均匀湿蒸汽湿蒸汽； 单元系也未必均匀单元系也未必均匀气液平衡分离状态气液平衡分离状态。 1. 按组元和相按组元和相四、热力系示例四、热力系示例 1刚性绝热气缸刚性绝热气缸-活塞系统，活塞系统，B侧设有电热丝侧设有电热丝 红线内红线内闭口绝热系闭口绝热系黄线内黄线内不包含电热丝不包含电热丝闭口系闭口系黄线内黄线内包含电热丝包含电热丝闭口绝热系闭口绝热系蓝线内蓝线内孤立系孤立系闭口系闭口

10、系2刚性绝热喷管刚性绝热喷管取红线为系统取红线为系统取喷管为系统取喷管为系统开口系绝热系开口系绝热系?3. A、B两部落两部落“鸡、犬之声相闻，民至老死不相往来鸡、犬之声相闻，民至老死不相往来”ABA部落为系统部落为系统A+B部落为系统部落为系统孤立系孤立系闭口系闭口系1-3工质的热力学状态和基本状态参数 能量的转化（移）是通过物质状态的改能量的转化（移）是通过物质状态的改变来实现的变来实现的要研究物质的热力性质。这要研究物质的热力性质。这里先提出工质的概念里先提出工质的概念 工质工质定义定义：参与能量转换的物质。参与能量转换的物质。用来实用来实现能量转化的工作现能量转化的工作媒介媒介物质。物

11、质。 工质可以理解为能量的载体。例：水，水工质可以理解为能量的载体。例：水，水蒸气，空气、蒸气，空气、液氨液氨等，工程上一般采用气等，工程上一般采用气态物质作为工质。态物质作为工质。体积变化灵活，对外体积变化灵活，对外膨胀做工，流动性好。膨胀做工，流动性好。状态：某一瞬间热力系中所呈现的工质热力性 质的总状况（宏观状况）状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称 为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、 比容（）或密度（）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、基本状态参数：可直接或间接地用仪表测量出来的状态参数。 如：温度T、压力P、比容或密度状态参数的特征：）2、状态参数的积分特征： 3、状态

12、参数的微分特征：全微分，环积分1212xxdx 0dx工质在热力过程中发生状态变化时，由初状态经过不同路径，最后到达终点，其参数的变化值，仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。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，只与初终态有关。数学上：点函数1 2ab 0dz212, 12, 112abzzdzdzdz爬山时高度变化强度参数与广延参数强度参数与广延参数强度参数：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

13、强度量的性质广延性参数：系统的广延性参数：系统的V. u. H. S等等 特点：与强度性参数相反。特点：与强度性参数相反。 整个系统参数整个系统参数=各单位参数。各单位参数。 参数与参数与m有关、有可加性有关、有可加性 在热力学过程中，广延性参数的变化起着类似力学中在热力学过程中，广延性参数的变化起着类似力学中的位移作用，称广义位移。的位移作用，称广义位移。 例：例：QS，PV 比参数比参数=广延性参数广延性参数/总质量。总质量。v. u. H. S.等等 除比容除比容v外常将外常将“比比”省略，称内能，焓，熵等。省略，称内能，焓，熵等。 比参数比参数 无可加性。无可加性。1 温度温度： 宏观

14、上，是描述系统热力平衡状宏观上，是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量。况时冷热程度的物理量。 微观上微观上,是大量分子热运动强烈程是大量分子热运动强烈程度的量度度的量度 温度的概念起源于人们对冷热的感温度的概念起源于人们对冷热的感觉。但感觉不准确。同温的棉、金属感觉。但感觉不准确。同温的棉、金属感觉不同，这就要需用量表示温度。觉不同，这就要需用量表示温度。 而而温度的测量是以热力学第零定律为基础温度的测量是以热力学第零定律为基础的。的。BTwm22m是一个分子的质量，W2是分子平移运动的均方根速度；B比例常数；T气体的热力学温度。热力学第零定律热力学第零定律如果两个系统(物体）分别与第三个

15、系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。热平衡：两系统无温差T1=T2，无传热。温度测量的理论基础B 相当 温度计（标定过，带数字标尺） 据上述理论，人们就可选择一个参考系统据上述理论，人们就可选择一个参考系统温度计，当被测系统与温度计达到热平衡温度计，当被测系统与温度计达到热平衡时，温度计指示的温度就等于被测系统的温时，温度计指示的温度就等于被测系统的温度。度。温度的数值标尺，简称温标温度的数值标尺，简称温标。目前法定。目前法定计算温度的温标有两种：计算温度的温标有两种： 理论温标（热力学温标）理论温标（热力学温标）T表示，单位表示，单位K 实用温标（摄氏温标）实用温标（摄氏温标） t

16、表示，表示， 单位单位 工程上两种温标换算工程上两种温标换算(绝对零度为绝对零度为-273 ） T273t 两种温标的基准点不同，但温度间隔同（分两种温标的基准点不同，但温度间隔同（分度值同）对于同一工质，用度值同）对于同一工质，用K表示的温差也表示的温差也可用可用表示：表示：Tt CK273.15tT温度的热力学定义温度的热力学定义处于同一热平衡状态的各个热力系，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 温度。温度是描述热力平衡系冷热状况的物理量. 温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量1-3 工质的热力学状态和基本状态参数华氏温标和朗肯温标华氏温标和朗肯温标华氏温

17、标和摄氏温标华氏温标和摄氏温标附：附：T R=t +459.67t =5/9t - -32t =9/5t + +322、压力 p 垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。 单位: Pa , N/m2常用单位： 1 MPa = 106 Pa（标准的） 1 atm = 760 mmHg = 1.01325105 Pa 1 mmHg =133.3 22Pa 1 at= 9.80665104 PafFp 压力压力p测量测量 相对压力： 相对于大气环境所测得的压力。 如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力 即为相对压力。 绝对压力：用定义计算的压力 相对压力是工质绝对压力与环境压力的相对值注

18、意：只有绝对压力 p 才是状态参数精密压力表04pa压力真空表-0.10.9Mpa精密压力表（真空表） -0.10Mpa压力压力p测量测量注意：只有绝对压力 p 才是状态参数U形压力计测压 绝对压力绝对压力P与相对与相对(表）压力表）压力Pg当 p B 出口表压力 pg当 p 有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疑问：疑问：理论上理论上准静态准静态应无限缓慢，应无限缓慢，工程上工程上怎样处理？怎样处理？准静态过程有实际意义吗？准静态过程有实际意义吗？工程上相对热力学时间标尺工程上相对热力学时间标尺,过程都很慢过程都很慢总结 准静态过程准静态过程(quasi-stati

19、c process; quasi-equilibrium process) 定义：定义：偏离平衡态无穷小，随时偏离平衡态无穷小，随时 恢复平衡的状态变化过程恢复平衡的状态变化过程。进行条件进行条件： 破坏平衡的势破坏平衡的势 Tp ,过程进行无限缓慢过程进行无限缓慢工质有恢复平衡的能力工质有恢复平衡的能力准静态过程可在状态参数图上用准静态过程可在状态参数图上用连续实线连续实线表示表示无穷小无穷小 在分析系统与外界传递能量在分析系统与外界传递能量(QW)(QW)的实际效果时的实际效果时, ,只只考虑系统内部状态变化过程是不够的考虑系统内部状态变化过程是不够的, ,因为有摩阻因为有摩阻 存存在使功

20、变热的效应在使功变热的效应, ,部分功变为热部分功变为热, ,能量总量没变能量总量没变, ,但但可用功减少了可用功减少了, ,品位降低了品位降低了.(.(耗散效应耗散效应) ) 为便于计算理论分析时为便于计算理论分析时 设想无耗散效的理想过程设想无耗散效的理想过程- -可逆过程可逆过程 系统经历某一过程后，如果能使系统与外界同时恢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，则此过程为可逆过复到初始状态，而不留下任何痕迹，则此过程为可逆过程。程。注意：可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初注意：可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初态的过程态的过程。例：下

21、图例：下图 所示装置，取汽缸中的工质作为系所示装置，取汽缸中的工质作为系统。设飞轮、活塞及工质没有任何耗散损失统。设飞轮、活塞及工质没有任何耗散损失（热损失）。设工质进行绝热膨胀，对外做（热损失）。设工质进行绝热膨胀，对外做功，工质经历功，工质经历A1234B的准静态的准静态过程。过程。B 压缩过程终了将使工质及机器都回到各自的初始状态，对压缩过程终了将使工质及机器都回到各自的初始状态，对外界环境没有留下任何影响，既没得到功，也没有消耗功。这外界环境没有留下任何影响，既没得到功，也没有消耗功。这种没有热力损失的过程，其正向效果与逆向效果恰好相互抵消，种没有热力损失的过程，其正向效果与逆向效果恰

22、好相互抵消，为可逆过程。为可逆过程。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(摩摩阻，电阻，非阻，电阻，非弹性变性，磁弹性变性，磁阻等）阻等） 不平衡势差不平衡势差不可逆根源不可逆根源 耗散效应耗散效应 耗散效应耗散效应1 过程无势差过程无势差 (传热无温差，作传热无温差，作功无力差功无力差)2 过程无耗散效应。过程无耗散效应。可逆过程概念的要领在于，强调系统与可逆过程概念的要领在于，强调系统与外界可以外界可以无条件的逆复无条件的逆复，同时过程进行时，同时过程进行时不不存在任何能量的损耗存在任何能量

23、的损耗。 无能量的损耗是可逆过程区别于其他过无能量的损耗是可逆过程区别于其他过程的核心。如准静态过程和其他过程都能按程的核心。如准静态过程和其他过程都能按逆向返回原态，当过程中有能量损耗时，工逆向返回原态，当过程中有能量损耗时，工质逆回到原态时就需要外界补充相应的能量，质逆回到原态时就需要外界补充相应的能量，只有可逆过程的逆回是无条件的。只有可逆过程的逆回是无条件的。 准静态过程与可逆过程的异同：准静态过程与可逆过程的异同： 同：（同：（1）都是由一系列平衡状态组成，都要求保持力平衡和）都是由一系列平衡状态组成，都要求保持力平衡和 热平衡。热平衡。 （2）状态坐标图上都能用连续的曲线表示）状态

24、坐标图上都能用连续的曲线表示 异：（异：（1）可逆过程没有势差，随时与外界保持热平衡与力平衡，）可逆过程没有势差，随时与外界保持热平衡与力平衡，没有任何能量的不可逆损失；准静态过程可以有势差的存在，但没有任何能量的不可逆损失；准静态过程可以有势差的存在，但能及时恢复，保持接近平衡的状态能及时恢复，保持接近平衡的状态 （2）准静态过程是针对系统内部的状态变化而言的；）准静态过程是针对系统内部的状态变化而言的； 可逆过程是针对过程中系统所引起的外部效果而言的。可逆过程是针对过程中系统所引起的外部效果而言的。 联系：联系：准静态过程是可逆过程的必要条件（不是充分条件）准静态过程是可逆过程的必要条件（

25、不是充分条件） 以后说的过程多指可逆过程以后说的过程多指可逆过程 可逆过程中，闭口系统与外界的可逆过程中，闭口系统与外界的能量交换方式能量交换方式（途径）有两（途径）有两种：种： A功量（功量（V变化功）变化功） B热量热量 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。的复杂关系，易分析。 实际过程不是可逆过程，但为了研究方实际过程不是可

26、逆过程，但为了研究方 便，先按便，先按理想理想情况（情况（可逆过程可逆过程）处理，）处理， 用系统参数加以分析，然后考虑不可逆用系统参数加以分析，然后考虑不可逆 因素加以因素加以修正。修正。1-6功和热量 一、功一、功(work)的定义和可逆过程的功的定义和可逆过程的功 1功的力学定义：功的力学定义： 力和力方向上位移的乘积力和力方向上位移的乘积 2功的热力学定义：功的热力学定义：通过边界传递的能量其全部通过边界传递的能量其全部效果可表现为举起重物。效果可表现为举起重物。3可逆过程功的计算可逆过程功的计算212211ddWWpA xp V功是过程量功是过程量功可以用功可以用p- -v图上过程线

27、图上过程线与与v轴包围的面积表示轴包围的面积表示1-6功和热量 系统对外作功为系统对外作功为“+ +” 外界对系统作功为外界对系统作功为“- -”5功和功率的单位：功和功率的单位：JkJ或J /sWk J /sk W附：附：1kW h3600kJ4功的符号约定：功的符号约定：1 1、力学力学定义定义: : 力力 在力方向上的在力方向上的位移位移2 2、热力学热力学定义定义 功是系统与外界相互作用的一种方式，功是系统与外界相互作用的一种方式，在在力力的推动下，通过的推动下，通过有序有序运动方式传递的运动方式传递的能量能量。（在热力学过程中，功量是系统与外界相在热力学过程中，功量是系统与外界相互作

28、用所传递能量的一种形式）互作用所传递能量的一种形式） 功量、热量的转换是在热力过程中进行的，功量、热量的转换是在热力过程中进行的，是过程量，是过程量，与过程性质有关。在数学上不具有与过程性质有关。在数学上不具有全微分性质，只能表示成全微分性质，只能表示成w, Q (w, Q (与状态参数与状态参数不同不同) )系统与外界的系统与外界的能量交换方式能量交换方式有两种：功量、热量有两种：功量、热量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3.可逆过程的膨胀功可逆过程的膨胀功 (容积功容积功)系统容积发生变化而通过界面向外传递的机械功。容积功用W表示，单位：焦耳。1Kg工质

29、传递的容积功w表示，W=mw J/kg 21pdvw规定规定: 系统对外做功(膨胀)为正， 外界对系统作功(压缩)为负。问题：问题： 初终态相同的情况下，比较不可逆过程的膨胀功与可逆过程膨胀功大小？J/kgpV2. .12. .pp外外mkg工质：工质： W =pdV21WpdV1kg工质：工质： w =pdv21wpdvW12dVV1VpV2. .12. .pp外外W12dVV1V以汽缸、活塞所包围的闭口系统为以汽缸、活塞所包围的闭口系统为例：设汽缸中有例：设汽缸中有1Kg1Kg质量的气体，质量的气体，取其为系统。系统经一个可逆膨胀取其为系统。系统经一个可逆膨胀过程，活塞由过程，活塞由1 1

30、移动到移动到2 2。该过程表。该过程表示在示在PVPV图上，如图所示：当工质图上，如图所示：当工质克服外力克服外力F F推动活塞移动微小距离推动活塞移动微小距离dsds时，工质将对外作出微小的膨胀时，工质将对外作出微小的膨胀功：功： w=Fdsw=Fds因为，假设过程可逆，内外无势差，因为，假设过程可逆，内外无势差，存在力平衡，作用在活塞上的外力存在力平衡，作用在活塞上的外力与工质作用在活塞上的力相等，外与工质作用在活塞上的力相等，外力力F F可用系统内部状态参数表示：可用系统内部状态参数表示：F=P f F=P f P P绝压绝压 ， f f 活塞截面积活塞截面积dsdspV2. .12.

31、.pp外外1kg工质：工质： w =pdv21wpdvW12dVV1V所以，单位质量工质在微元热所以，单位质量工质在微元热力过程中克服外力所作微元功力过程中克服外力所作微元功为：为：w=Pfds=Pdv w=Pfds=Pdv J/KgJ/Kg在在P-VP-V图中图中ww以微元面积表示以微元面积表示dsdswwpV2. .12. .WV1V在在PVPV图中过程曲线图中过程曲线12 12 下下侧的面积，即为过程作的功，侧的面积，即为过程作的功，w=w=面积面积12v12v1 1v v2 21 1。 所以，所以，PVPV图也叫示功图。图也叫示功图。在初终态相同的情况下，如在初终态相同的情况下，如果过

32、程经历的途径不同，过程果过程经历的途径不同，过程曲线的形状就不同，其下侧面曲线的形状就不同，其下侧面积就不同，即功量就不同。所积就不同，即功量就不同。所以，功是过程量，不仅和初终以，功是过程量，不仅和初终态有关，还和过程有关。（而态有关，还和过程有关。（而状态参数的变化量与过程无关）状态参数的变化量与过程无关）用数学语言表达用数学语言表达 微元功微元功ww是微小功量，而不是微小增量是微小功量，而不是微小增量dw(dw(全微分全微分) ) wW2-W1wW2-W1ww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功及热的单位

33、功及热的单位: 1j=1w.s 1J=1N.m1 1、热量热量定义：热力系通过边界与外界的交换的定义：热力系通过边界与外界的交换的能能量量中，除了中，除了功功的部分的部分. . 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是热力系与外界相互作用的另一种方式，在种方式，在温度温度的推动下，以微观的推动下，以微观无序无序运动方式传运动方式传递的递的能量能量。Q Q和和W W虽是能量交换的不同形式，但有许多共同点：虽是能量交换的不同形式，但有许多共同点：都是过程量，都不是状态参数，都是系统与外界通都是过程量，都不是状态参数，都是系统与外界通过交换的能量。通过类比，过交换的能量。通过类比，

34、Q Q计算有类似于计算有类似于W W的计算的计算公式。可逆过程传热量：公式。可逆过程传热量： 21Tdsq 热量是系统与外界相互作用所传递能量的另一种形式。热量是系统与外界相互作用所传递能量的另一种形式。当系统与外界存在温差时，热量就从高温侧传向低温侧。当当系统与外界存在温差时，热量就从高温侧传向低温侧。当T=0达到热平衡过程就停止了，热量传递也就随之停止了。达到热平衡过程就停止了，热量传递也就随之停止了。所以，所以，Q与与W一样都是过程量，不是状态参数。所以，不能讲一样都是过程量，不是状态参数。所以，不能讲某系统有多少热量（功）只能讲某系统在某一过程中和外界交某系统有多少热量（功）只能讲某系

35、统在某一过程中和外界交换了多少热量（功）换了多少热量（功） 功和热量的区别：功和热量的区别： 功是系统和外界间通过宏观运动传递的能量。功是系统和外界间通过宏观运动传递的能量。 热量是系统和外界间通过微观运动传递的能量热量是系统和外界间通过微观运动传递的能量 热能是指物体分子运动所具有的能量。它可储存于物体热能是指物体分子运动所具有的能量。它可储存于物体 的内部。的内部。 热量是在传热过程中，物体内部热能改变的结果。热量一旦传热量是在传热过程中，物体内部热能改变的结果。热量一旦传入系统就会变成系统所具有的一部分能量储存起来。所以，不入系统就会变成系统所具有的一部分能量储存起来。所以，不能讲某系统

36、具有多少热量，可以讲某系统具有多少热能。能讲某系统具有多少热量，可以讲某系统具有多少热能。热量是否可以用类似于功的式子热量是否可以用类似于功的式子表示表示？引入引入“熵熵”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 pdvw Tdsq公式公式条件条件 准静态或可逆准静态或可逆 可逆可逆 规定规定:系统系统吸热吸热时时为为正正 Q 0 系统系统放热放热时时为为负负 Q 0 dS 0系统放热时系统放热时为负为负 Q 0 dS 0 系统放热系

37、统放热 ds0 S与与q同号同号 绝热过程绝热过程 ds=0 熵的单位：对单位质量工质，也称比熵熵的单位：对单位质量工质，也称比熵 J/（kg.k） 符号符号s 对系统总质量工质，也称熵对系统总质量工质，也称熵 J/k 符符号号S 熵是一个很重要的状态参数，微观上代表系统内部分子运动熵是一个很重要的状态参数，微观上代表系统内部分子运动的混乱程度，是分子无序度的度量。其意义在第五章讲。通的混乱程度，是分子无序度的度量。其意义在第五章讲。通过过ds可判别系统与外界有无热量交换，及其交换方向可判别系统与外界有无热量交换，及其交换方向21TdsqpVWTSQ p-v 示功图示功图T-S 示热图示热图p

38、dVWTdSQ点：表示状态，平衡状态点：表示状态，平衡状态线：过程线，实线表示准静态、可逆过程线：过程线，实线表示准静态、可逆过程面积：曲线与面积：曲线与s s坐标所围面积表示过程交换的热量坐标所围面积表示过程交换的热量Q Q方向：过程熵增大方向：过程熵增大dSdS0 0表示吸热，熵减小表示吸热，熵减小dSdS0 0表示吸热表示吸热T-S 示热图示热图pVWTSQ p-v 示功图示功图pdVW点：表示状态，平衡状态点：表示状态，平衡状态线：过程线，实线表示准静态、可逆过程线：过程线，实线表示准静态、可逆过程面积：曲线与面积：曲线与v v坐标所围面积表示体积功坐标所围面积表示体积功w w（过程不

39、同，功不同）（过程不同，功不同）方向：方向： dvdv0 0 功为正功为正 dvdv0 0功为做功的标志是体积变化。功为做功的标志是体积变化。 要实现要实现连续连续作功，必须构成循环作功，必须构成循环循环定义：循环定义：工质从某一初态开始，经历一系工质从某一初态开始，经历一系列状态变化，最后又回复到初始状态的全部列状态变化，最后又回复到初始状态的全部过程称为热力循环，简称循环。过程称为热力循环，简称循环。不可逆循环不可逆循环分类分类：循环工作目的分循环工作目的分循环性质分循环性质分可逆循环可逆循环正循环正循环逆循环逆循环图1-14 任意循环在vp 任意循环在图上的表示任意循环在图上的表示正循环

40、（正循环（顺时针方向进行）顺时针方向进行）： 将热能转换为机械能的循环。将热能转换为机械能的循环。 循环中膨胀功大于压缩功（总效果对外作功）。循环中膨胀功大于压缩功（总效果对外作功）。逆循环（逆时针方向进行）：逆循环（逆时针方向进行）： 消耗机械能将热能从低温物体取出传至高温物体的循环。消耗机械能将热能从低温物体取出传至高温物体的循环。 循环中压缩功大于膨胀功（对内作功）。循环中压缩功大于膨胀功（对内作功）。逆循环逆循环正循环正循环图1-14 任意循环在图上的表示(a)正循环 ； (b)逆循环 ( (a)a)正循环正循环 设1kg工质在气缸中进行一个正循环1-2-3-4-1。过程1-2-3表示

41、膨胀过程，所以膨胀功在p-v图上为面积123561。为使工质回复到处态，必须对工质进行压缩，此时所消耗的压缩功为面积341653。正循环所做净功w0为膨胀功与压缩功之差，即循环所包含的面积12341 对正循环1-2-3-4-1，在膨胀功1-2-3中工质从热源吸热q1，在压缩过程3-4-1中工质向冷源放热q2。由于在循环过程中，工质回复到初态，工质的状态没有变化，因此，工质内部所具有的能量也没有变化。循环过程中工质从热源吸收的热量q1与向冷源放出的热量q2的差值，必然等于循环1-2-3-4-1所做的净功w0,即w0=q1-q2。 正循环热力循环的评价指标正循环热力循环的评价指标正循环：净效应（对

42、外作功，吸热）正循环：净效应（对外作功，吸热）1WQ收 益代 价净 功吸 热W机械能机械能T1热源热源Q1吸吸Q2放放T2冷源冷源动力循环：热效率动力循环：热效率正循环正循环中的热转换功的经济性指标用循环热效中的热转换功的经济性指标用循环热效率：率： 循环热效率循环热效率= =循环中转换为功的热量循环中转换为功的热量/ /工质工质从热源吸收的总热量从热源吸收的总热量 12121101qqqqqqwt式中式中q q1 1工质从热源吸热工质从热源吸热q q2 2工质向冷源放热；工质向冷源放热； w w0 0循环所作的净功。循环所作的净功。pVTS净效应：净效应：对内作功对内作功净效应：净效应：放热

43、放热逆循环：逆时针方向逆循环：逆时针方向2112( (b)b)逆循环逆循环 如图所示，热力循环按逆时针进行如图所示，热力循环按逆时针进行（即循环（即循环1-4-3-2-11-4-3-2-1）时，就成了逆）时，就成了逆循环。由循环。由p-vp-v图可知，逆循环的净功图可知，逆循环的净功为负值，即为负值，即逆循环需要消耗功逆循环需要消耗功。工程。工程上逆循环有上逆循环有两种用途两种用途：如以：如以获得制冷获得制冷量量为目的，称为为目的，称为致冷循环致冷循环，这时致冷，这时致冷工质从冷源吸收热量工质从冷源吸收热量q q2 2（或称冷量）。（或称冷量）。 如以获得热量为目的，则称为热泵循环，这时工如以

44、获得热量为目的，则称为热泵循环，这时工质将从冷源吸取热量质将从冷源吸取热量q q2 2连同循环中消耗的净功连同循环中消耗的净功w w0 0，一并，一并向较高温度的供热系统供给热量向较高温度的供热系统供给热量q q1 1（q q1 1=q=q2 2+w+w0 0）2QW收 益代 价吸 热耗 功W耗耗T0高温环境高温环境Q1Q2吸吸T2低温（制冷处）低温（制冷处）制冷循环：制冷系数制冷循环：制冷系数212021qqqwq1QW收 益代 价放 热耗 功W耗耗T1高温（制热处）高温（制热处）Q1Q2T0低温环境低温环境制热循环：制热系数制热循环：制热系数211012qqqwq式中：式中：q1工质向热源

45、放出热量工质向热源放出热量q工质从冷源吸取热量；工质从冷源吸取热量；w循环所作的净功。循环所作的净功。212021qqqwq211012qqqwq逆循环逆循环以获取制冷量为目的：以获取制冷量为目的： 致冷致冷系数：系数：逆循环以获取制热量为目的逆循环以获取制热量为目的供热供热系数：系数：本章应注意问题：本章应注意问题：1热力系统概念，它与环境的相互作用，三种分类方法及其特热力系统概念，它与环境的相互作用，三种分类方法及其特点，以及它们之间的相互关系。点，以及它们之间的相互关系。2引入准静态过程和可逆过程的必要性，以及它们在实际应用引入准静态过程和可逆过程的必要性，以及它们在实际应用时的条件。时的条件。3系统的选择取决于研究目的与任务，随边界而定，具有随意系统的选择取决于研究目的与任务，随边界而定，具有随意性。选取不当将不便于分析。选定系统后需要精心确定系统性。选取