热力系统第二部分

热力系统第二部分第1页，共34页，2023年，2月20日，星期日一般过程Processp1

=p0+重物p，Tp0T1

=T0突然去掉重物最终p2

=p0T2

=T0pv12..第2页，共34页，2023年，2月20日，星期日准平衡过程Quasi-staticprocessp1

=p0+重物p，Tp0T1

=T0假如重物有无限多层每次只去掉无限薄一层pv12...系统随时接近于平衡态第3页，共34页，2023年，2月20日，星期日准平衡过程（准静态过程）：定义——若过程进行的相对缓慢，工质在平衡被破坏后自动回复平衡所需的时间很短，工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不显著偏离平衡状态。——由一系列连续的平衡态组成的过程第4页，共34页，2023年，2月20日，星期日实现条件1、压力差的作用2、温差的作用P1Pext1AP1A若f=0，ΔP=（P1-Pext1）

0若f≠0，ΔP=（P1-（Pext1+f/A）)

0ΔT=（T1-Text1）

0第5页，共34页，2023年，2月20日，星期日实际工程都是不平衡过程，准平衡过程是一种理想状态实际过程中哪些过程可近似看做准平衡过程呢？

分析准平衡过程的特点第6页，共34页，2023年，2月20日，星期日特点——准平衡过程是实际过程进行的足够缓慢的极限过程

由不平衡建立新平衡所需的时间＜＜过程进行所用的时间破坏平衡所需时间（外部作用时间）恢复平衡所需时间（驰豫时间）第7页，共34页，2023年，2月20日，星期日准平衡过程的工程应用例：活塞式内燃机2000转/分曲柄2冲程/转，0.15米/冲程活塞运动速度=200020.15/60=10m/s压力波恢复平衡速度（声速）350m/s破坏平衡所需时间（外部作用时间）>>恢复平衡所需时间（驰豫时间）一般的工程过程都可认为是准静态过程具体工程问题具体分析。“突然”“缓慢”第8页，共34页，2023年，2月20日，星期日可逆过程1、可逆过程：（1）工质沿相同的路径进行；（2）回复到原来状态（3）外界也回复到原来状态而不留下任何变化准平衡过程有：（P1-（Pext1+f/A）)

0（T1-Text1）

0ppext1212得功W耗功Wf=0pv12第9页，共34页，2023年，2月20日，星期日

1、可逆过程的条件（1）准平衡过程；（2）过程中没有任何耗散（f=0、无热阻、无电阻等）准平衡过程+无耗散效应=可逆过程第10页，共34页，2023年，2月20日，星期日引入可逆过程的意义

准平衡过程是实际过程的理想化过程，但并非最优过程，可逆过程是最优过程。可逆过程的功与热完全可用系统内工质的状态参数表达，可不考虑系统与外界的复杂关系，易分析。实际过程不是可逆过程，但为了研究方便，先按理想情况（可逆过程）处理，用系统参数加以分析，然后考虑不可逆因素加以修正。第11页，共34页，2023年，2月20日，星期日例判断下面哪些过程是可逆的？哪些是不可逆的？哪些是可以可逆的？说明理由。1、对刚性容器内的水加热，使水在恒温下蒸发。2、对刚性容器内的水做功，使水在恒温下蒸发。3、对刚性容器中的空气缓慢加热，使空气从50℃升高到100℃。第12页，共34页，2023年，2月20日，星期日Heattransfer常见的不可逆过程不等温传热T1T2T1>T2Q节流过程

(阀门）p1p2p1>p2FrequentlyencounteredirreversibilitiesThrottler第13页，共34页，2023年，2月20日，星期日常见的不可逆过程混合过程•••••••••••••••••★★★★★★★★★★★★★★自由膨胀真空••••••••••••FrequentlyencounteredirreversibilitiesUnrestrainedexpansionMixingprocess第14页，共34页，2023年，2月20日，星期日2、过程功ppextdx过程功：δW=Fdxpv12可逆过程，∴δW=Fdx=pAdx=pdV∴δW=pdV微功形式——过程功形式——可逆过程第15页，共34页，2023年，2月20日，星期日2、过程功pv12dv示功图2）

p-V图上用面积表示3）功的大小与路径有关，

过程量Pathfunction4）统一规定：dV>0，膨胀对外作功（正）

dV<0，压缩外内作功（负）5）适于准平衡下的任何工质（一般为流体）6）外力无限制，功的表达式只是系统内部参数7）有无f，只影响系统功与外界功的大小差别1）单位为[kJ]或[kJ/kg]Ww第16页，共34页，2023年，2月20日，星期日示功图indicator(p-V)diagrampV.12.pp外21mkg工质：W=pdV1kg工质：w=pdvW第17页，共34页，2023年，2月20日，星期日热力学最常见的功容积变化功

其他准平衡功：拉伸功，表面张力功，电功等第18页，共34页，2023年，2月20日，星期日3、过程热量与熵HeatandEntropy

热量定义：热量是热力系与外界相互作用的另一种方式，在温度的推动下，以微观无序运动方式传递的能量。可逆过程中：过程功：过程热量：示热图S12dST热量与途径相关第19页，共34页，2023年，2月20日，星期日过成功和过程热量比较能量传递方式容积变化功传热量性质过程量过程量推动力压力p

温度T标志

dV,dv

dS

,ds公式条件准平衡或可逆可逆第20页，共34页，2023年，2月20日，星期日熵（Entropy）的定义reversible比参数

[kJ/kg.K]ds:

可逆过程

qrev除以传热时的T所得的熵

清华大学刘仙洲教授命名为“熵”广延量

[kJ/K]mkg工质：1kg工质：第21页，共34页，2023年，2月20日，星期日熵的说明1、熵是状态参数

3、熵的物理意义：熵体现了可逆过程

传热的大小与方向2、符号规定系统吸热时为正

Q>0dS>0系统放热时为负

Q<0dS<04、用途：判断热量方向计算可逆过程的传热量第22页，共34页，2023年，2月20日，星期日示功图与示热图pVWTSQ

示功图示热图第23页，共34页，2023年，2月20日，星期日4、热力循环Cycle要实现连续作功，必须构成循环定义：热力系统中的工质经过一系列变化回到初态的闭合过程，称为热力循环。锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器pv132循环中所有过程均可逆循环由过程构成不可逆循环可逆过程不可逆循环可逆循环逆向循环循环正向循环第24页，共34页，2023年，2月20日，星期日正循环动力循环Powercycle顺时针循环v134p2s7T586净效应：对外作功净效应：吸热第25页，共34页，2023年，2月20日，星期日顺时针循环wnet高温热源q1q2低温热源锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器q1q2第26页，共34页，2023年，2月20日，星期日逆循环动力循环Powercycle逆时针循环v132p4s7T568净效应：对内作功净效应：放热第27页，共34页，2023年，2月20日，星期日逆时针循环wnet高温热源q1q2低温热源第28页，共34页，2023年，2月20日，星期日第一章小结Summary基本概念：热力系平衡态准平衡过程、可逆过程过程量、状态量、状态参数功量、热量、熵

p-V图、T-S图循环、评价指标第29页，共34页，2023年，2月20日，星期日重点与难点1、热力系统与工质2、平衡状态和状态参数3、准平衡过程4、可逆过程5、过程功：6、过程热量：7、热力循环第30页，共34页，2023年，2月20日，星期日可逆过程与平衡过程的区别和联系可逆过程一定是平衡过程平衡过程不一定是可逆过程可逆过程＝平衡过程＋无耗散可逆过程完全理想，以后均用可逆过程的概念。准平衡过程很少用。第31页，共34页，2023年，2月20日，星期日例二一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量D=180×103kg/h，输出功率P=5500KW，全厂耗