传热学基本概念

传热学基本概念第1页，课件共140页，创作于2023年2月1－1热能在热机中转变成机械能的过程

热力工程利用矿物燃料的化学能燃烧产生热能转变为机械能蒸汽动力装置上述整套设备为热动力装置内燃动力装置第2页，课件共140页，创作于2023年2月在当今热力工程所利用的热源物质主要是矿物燃料。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（包括辅助设备），统称热能动力装置。第3页，课件共140页，创作于2023年2月内燃机的主要部分为气缸、活塞（图1-1）内燃机工作时，活塞作往复运动．由于这一运动并借助于连杆和曲柄使内燃机曲轴转动，以带动工作机器。图1-1气缸与活塞第4页，课件共140页，创作于2023年2月燃料和空气的混合物在气缸中燃烧，释放热能，燃气的温度、压力大大高于周围介质的温度和压力而具备作功的能力。第5页，课件共140页，创作于2023年2月它在气缸中膨胀作功；推动活塞，气体的能量通过曲柄连杆机构传给装在内燃机曲轴上的飞轮，转变成飞轮的动能；飞轮的转动带动曲轴，向外输出轴功，同时完成活塞的逆向运动，排出废气，为下一轮进气作好准备。第6页，课件共140页，创作于2023年2月每经过一定的时间间隔，空气和燃料即被送入气缸中，并在其中燃烧、膨胀，推动活塞作功。活塞不断地往复运动，曲轴则连续回转。飞轮从气体那里所得到的能量，除了部分作为带动活塞逆向运动所需的能量外，其余部分传递给工作机械加以利用。第7页，课件共140页，创作于2023年2月排出的废气把一部分燃料化学能转换来的热能排向环境大气。第8页，课件共140页，创作于2023年2月蒸汽动力装置的系统简图如图1-2所示。这是由锅炉、汽轮机、冷凝器、泵等组成的一套热力设备。燃料在锅炉中燃烧，使化学能转变为热能，锅炉沸水管内的水吸热后变为蒸汽，并且在过热器内过热，成为过热蒸汽。此时蒸汽的温度、压力比外界介质（空气）的温度及压力高，具有作功的能力。当它被导入汽轮机后，先通过喷管膨胀，速度增大，热力学能转变成动能。第9页，课件共140页，创作于2023年2月蒸汽动力装置基本特点锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器

1、热源，冷源2、工质（水，蒸汽）3、膨胀做功4、循环

(加压、加热、膨胀做功、放热)图1-2蒸汽动力装置第10页，课件共140页，创作于2023年2月具有一定动能的蒸汽推动叶片，使轴转动作功。作功后的乏汽从汽轮机进人冷凝器，被冷却水冷凝成水，并由泵加压送入锅炉加热。如此周而复始，通过锅炉、汽轮机、冷凝器等不断把燃料中的化学能转变而来的热能中的一部分转变成功，其余部分则排向环境介质。第11页，课件共140页，创作于2023年2月工程热力学不深入研究各种热机的具体结构和各自的特性，而是抽取所有热机的共同问题进行探讨。从上述两种热机的工作情况看出，它们构造不同，工作特性不同。例如，1.活塞式内燃机的燃烧、膨胀、压缩和排气都发生在气缸内，而且可以说气体的膨胀过程发生在气体无宏观运动的状况下；第12页，课件共140页，创作于2023年2月内燃机装置空气、油废气吸气压缩点火膨胀排气internalcombustionengine第13页，课件共140页，创作于2023年2月内燃机装置基本特点1、热源，冷源2、工质（燃气）3、膨胀做功4、循环

(加压、加热、膨胀做功、放热)第14页，课件共140页，创作于2023年2月蒸汽动力装置中：工质的吸热、膨胀、冷凝等过程分别发生在不同的设备里，而且蒸汽虽然在进入喷管时速度较低(20～50m/s)，但膨胀后冲出喷管时蒸汽的速度却很大(500～1200m/s)，因此蒸汽的膨胀过程是发生在有宏观运动时。第15页，课件共140页，创作于2023年2月火力发电装置基本特点锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器

1、热源，冷源2、工质（水，蒸汽）3、膨胀做功4、循环

(加压、加热、膨胀做功、放热)第16页，课件共140页，创作于2023年2月其他型式的热机可能还有另外的方式和特性。但是概括地看来，无论哪一种动力装置，总是用某种媒介物质从某个能源获取热能从而具备作功能力并对机器作功，最后又把余下的热能排向环境介质。第17页，课件共140页，创作于2023年2月燃气装置基本特点1、热源，冷源2、工质（燃气）3、膨胀做功4、循环

(加压、加热、膨胀做功、放热)压气机燃气轮机燃烧室空气废气第18页，课件共140页，创作于2023年2月制冷空调装置基本特点1、热源，冷源2、工质（制冷剂）3、得到容积变化功4、循环

(加压、放热、膨胀、吸热)第19页，课件共140页，创作于2023年2月5.上述这些过程———吸热、膨胀作功、排热对任何一种热能动力装置都是共同的，也是本质性的。工质———我们把实现热能和机械能相互转化的媒介物质叫做工质；热源———把工质从中吸取热能的物系叫做热源，或称高温热源；把接受工质排出热能的物系叫做冷源，或称低温热源。热源和冷源可以是恒温的，也可以是变温的。第20页，课件共140页，创作于2023年2月如利用燃气轮机的高温排气作热源在余热锅炉里加热水，由于热源的热容量不是无穷大，故而热源（燃气轮机的排气）的温度不断下降，是变温热源。又如用环境大气作冷源，由于其热容量非常大，故可以认为是恒温热源。第21页，课件共140页，创作于2023年2月热能动力装置的工作过程可概括成：工质自高温热源吸热，将其中一部分转化为机械能而作功，并把余下部分传给低温热源。第22页，课件共140页，创作于2023年2月热机

高温热源低温热源Q1Q2W动力循环简图热效率Thermalefficiency第23页，课件共140页，创作于2023年2月1－2热力系统工质——实现热能和机械能互相转化的媒介物质。热源——向给定系统提供式获取热量的物体，其作用就是一个热源或冷源(又称低温热源)热力系统——被一封闭边界面包围的物质的任一集合或空间的任一区域(控制体)第24页，课件共140页，创作于2023年2月热力系统：为分析问题方便，和力学中取分离体一样，热力学中常把分析的对象从周围物体中分割出来，研究它与周围物体之间的能量和物质的传递。这种被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统，周围物体统称外界。系统和外界之间的分界面叫做边界。边界可以是实际存在的，也可以是假想的。第25页，课件共140页，创作于2023年2月热力系统系统：用界面从周围的环境中分割出来的研究对象，或空间内物体的总和。外界：与系统相互作用的环境。界面：假想的、实际的、固定的、运动的、变形的。第26页，课件共140页，创作于2023年2月依据：系统与外界的关系，系统与外界的作用：热交换、功交换、质交换。第27页，课件共140页，创作于2023年2月常见的热力系统有四类:(1)闭口系统——系统内质量保持恒定不变(2)开口系统——系统与外界有能量和物质交换(3)绝热系统——系统与外界仅限于无热量交换(4)孤立系统——系统与外界即无能量交换又无物质交换第28页，课件共140页，创作于2023年2月根据热力系统和外界之间的能量和物质交换情况，热力系统可分为四种类型。(1)闭口系统——系统内质量保持恒定不变闭口系统的特点：1.该热力系统和外界只有能量交换而无物质交换，2.闭口系统内的质量保持恒定不变，所以闭口系统又叫做控制质量。第29页，课件共140页，创作于2023年2月(2)开口系统——系统与外界有能量和物质交换开口系统的特点：开口系统中的能量和质量都可以变化，但这种变化通常是在某一划定的空间范围内进行的，所以开口系统又叫做控制容积，或控制体。第30页，课件共140页，创作于2023年2月闭口系统和开口系统(按系统与外界有无物质交换)闭口系统：系统内外无物质交换,称控制质量。开口系统：系统内外有物质交换,称控制体积。第31页，课件共140页，创作于2023年2月(3)绝热系统——系统与外界无热量交换当热力系统和外界间无热量交换时，该系统称为绝热系统。第32页，课件共140页，创作于2023年2月(4)孤立系统——系统与外界即无能量交换又无物质交换孤立系统的特点：热力系统和外界无能量交换，热力系统和外界也无物质交换。孤立系统的一切相互作用都发生在系统内部。第33页，课件共140页，创作于2023年2月绝热系统与孤立系统绝热系统：系统内外无热量交换(系统传递的热量可忽略不计时，可认为绝热)孤立系统：系统与外界既无能量传递也无物质交换=系统+相关外界=各相互作用的子系统之和=一切热力系统连同相互作用的外界

第34页，课件共140页，创作于2023年2月第35页，课件共140页，创作于2023年2月系统划分的方法1.把整个蒸汽动力装置划作一个热力系统，计算它在一段时间内从外界投入的燃料，向外界输出的功，以及冷却水带走的热量等。这时整个蒸汽动力装置中工质的质量不变，是闭口系统第36页，课件共140页，创作于2023年2月2.倘若只分析其中某个设备，如汽轮机或锅炉中的工作过程，它们不仅有吸热作功等能量交换过程，而且有工质流进流出的物质交换过程。这时如取汽轮机或锅炉为划定的空间就组成开口系统。第37页，课件共140页，创作于2023年2月同样的研究对象内燃机：1.内燃机在气缸进废气阀门都关闭时，取封闭于气缸内的工质为系统就是闭口系统；2.把内燃机进、排气及燃烧膨胀过程一起研究时，取气缸为划定的空间就是开口系统。第38页，课件共140页，创作于2023年2月简单可压缩系：在热力工程中，热力系是由可压缩流体（如水蒸气、空气、燃气等）构成的。这类热力系若与外界可逆的功交换只有体积变化功（膨胀功或压缩功）一种形式，则该系统称为简单可压缩系。工程热力学讨论的大部分系统都是简单可压缩系。第39页，课件共140页，创作于2023年2月根据系统内部状况划分：可压缩系统：由可压缩流体组成的系统。简单可压缩系统：与外界只有热量及准静态容积变化。均匀系统：内部各部分化学成分和物理性质都均匀一致的系统，是由单相组成的。非均匀系统：由两个或两个以上的相所组成的系统。第40页，课件共140页，创作于2023年2月单元系统：一种均匀的和化学成分不变的物质组成的系统。多元系统：由两种或两种以上物质组成的系统。单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。第41页，课件共140页，创作于2023年2月注意: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。第42页，课件共140页，创作于2023年2月1－3状态及状态参数1.状态——某一时刻，热力系统中工质所处的某种宏观状况，是全部宏观性质的综合，又称热力学状态2.状态参数——从各个不同方面描述工质状态的物理量第43页，课件共140页，创作于2023年2月状态参数的特征特征：状态参数的微分是一个全微分状态参数的这一特性表现在数学上是点函数，其微元差是全微分，而全微分沿闭合路线的积分等于零。第44页，课件共140页，创作于2023年2月1.状态参数一旦完全确定，工质的状态也就确定了。2.状态参数是热力系统状态的单值函数，它的值取决于给定的状态，而与如何达到这一状态的途径无关。第45页，课件共140页，创作于2023年2月基本状态参数1.研究热力过程时，常用的状态参数有压力p、温度T、体积V、热力学能（以前称为内能）U、焓H和熵S，2.其中压力、温度及体积可直接用仪器测量，使用最多，称为基本状态参数。第46页，课件共140页，创作于2023年2月强度量和广延量压力和温度这两个参数与系统质量的多少无关，称为强度量。体积、热力学能、焓和熵等与系统质量成正比，具有可加性，称为广延量。第47页，课件共140页，创作于2023年2月但广延量的比参数，例如比体积、比热力学能、比焓和比熵，即单位质量工质的体积、热力学能、焓和熵，又具有强度量的性质，不具有可加性。第48页，课件共140页，创作于2023年2月基本状态参数介绍一.温度及热力学第零定律热力学第零定律:无论多少个物体互相接触都能达到热平衡。温标:表示温度高低的尺度叫温度标尺，简称温标。第49页，课件共140页，创作于2023年2月温度是物体冷热程度的标志经验告诉我们，若令冷热程度不同的两个物体A和B相互接触，它们之间将发生能量交换，净能流将从较热的物体流向较冷的物体。经过一段时间后．它们达到相同的冷热程度，不再有净能量交换，这时物体A和物体B达到热平衡。当物体C同时与物体A和B接触而达到热平衡时，物体A和B也一定热平衡。第50页，课件共140页，创作于2023年2月当这一性质相同时，它们之间达到热平衡。这一宏观物理性质称为温度。从微观上看，温度标志物质分子热运动的激烈程度。对于气体，它是大量分子平移动能平均值的量度，其关系式为：（1-1）式中：T是热力学温度；B=(3/2)k，k=(1.380058+0.000012)×10-23J/K是玻尔兹曼常数；是分子移动的均方根速度。第51页，课件共140页，创作于2023年2月热能交换的机理两个物体接触时，通过接触面上分子的碰撞进行动能交换，能量从平均动能较大的一方，即温度较高的物体，传到了平均动能较小的一方，即温度较低的物体。这种微观的动能交换就是热能的交换。第52页，课件共140页，创作于2023年2月热能传递的方向总是由温度高的物体传向温度低的物体。第53页，课件共140页，创作于2023年2月温度计测量温度的仪器称做温度计，选作温度计的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(如金属丝的电阻、封在细管中的水银柱的高度等)。为了给温度确定数值，还应建立温标——温度的数值表示法。第54页，课件共140页，创作于2023年2月温标的建立：1)确定温标的基准点。2)确定温度的方法。热力学绝对温标在SI制中，其符号为开(K),1开尔文为水的三相点的热力学温度的1/273.16第55页，课件共140页，创作于2023年2月摄氏温标规定：在标准大气压下纯水的冰点是0℃，汽点是100℃，而其他温度的数值由作为温度标志的物理量（金属丝电阻、水银柱高度等）的线性函数来确定。第56页，课件共140页，创作于2023年2月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则所得到的温标称为经验温标。第57页，课件共140页，创作于2023年2月由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，如冰点和汽点外，其他温度的测定值可能有微小的差异，因而任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。第58页，课件共140页，创作于2023年2月热力学温标国际上规定热力学温标作为测量温度的最基本温标，它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，可以成为度量温度的标准。第59页，课件共140页，创作于2023年2月热力学温标的温度单位是开尔文，符号为K（开）,把水的三相点的温度，即水的固相、液相、气相平衡共存状态的温度作为单一基准点，并规定为273.16K。因此，热力学温度单位“开尔文”是水的三相点温度的1/273.16。第60页，课件共140页，创作于2023年2月1960年，国际计量大会通过决议，规定摄氏温度由热力学温度移动零点来获得，即：

t=T-273.15K（1-2）式中：t为摄氏温度，其单位为摄氏度，符号为℃；T为热力学温度。这样规定的摄氏温标称为热力学摄氏温标。第61页，课件共140页，创作于2023年2月由式(1-2）可知，摄氏温标和热力学温标并无实质差异，而仅仅只是零点取值的不同。第62页，课件共140页，创作于2023年2月工程上除热力学温标外，还常用下列三种温标：摄氏温标t=T－273.15华氏温标t°F=9/5t°C＋32°朗肯温标T(°R)=t(°F)+459.67第63页，课件共140页，创作于2023年2月二、压力

单位面积上所受的垂直作用力称为压力(即压强)。分子运动学说把气体的压力看作是大量气体分子撞击器壁的平均结果。热力系统中工质施加到单位面积上的垂直作用力(即压强)称为压力。第64页，课件共140页，创作于2023年2月压力计测量工质压力的仪器称为压力计由于压力计的测压元件处于某种环境压力的作用下，因此压力计所测得的压力是工质的真实压力（或称绝对压力）与环境介质压力之差，叫做表压力或真空度。第65页，课件共140页，创作于2023年2月1)压力的表示:绝对压力p、表压力pg、真空度pv。气体的真实压力即为绝对压力，用p表示。令大气压力为pb表压力为pg(测压计上测出的压力)第66页，课件共140页，创作于2023年2月当p>pb时则:p=pg+pb当p<pb时则:p=pb－pvpv表示测得的差数，称为真空度作为工质状态参数的压力必需为绝对压力。第67页，课件共140页，创作于2023年2月第68页，课件共140页，创作于2023年2月第69页，课件共140页，创作于2023年2月压力单位SI制N/m2Pa

(帕)常用兆帕1MPa＝106Pa暂用单位巴(bar)1bar＝105Pa其他单位毫米汞柱mmHg(00C)＝133.3Pa第70页，课件共140页，创作于2023年2月标准大气压atm1atm＝760mmHg＝1.013×105Pa工程大气压at1at＝735.6mmHg＝0.981×105Pa毫米汞柱mmH2O(40C)1mmH2O＝9.81Pa第71页，课件共140页，创作于2023年2月例1-1测得容器内气体的表压力为0.25MPa，当地大气压为755mmHg，求容器内气体的绝对压力p，并分别用(1)MPa(兆帕)、(2)bar(巴)、(3)atm(物理大气压)、(4)at(工程大气压)表示。解：p=pe+pb

，1mmHg=133.3224Pa

p=0.25×106＋133.322=0.3057×106Pa(1)Mpa第72页，课件共140页，创作于2023年2月(2)bar(3)atm(4)at第73页，课件共140页，创作于2023年2月三、比体积及密度比体积—单位质量物质所占的体积密度—单位体积物质的质量显见：

第74页，课件共140页，创作于2023年2月1－4平衡状态、状态方程式、坐标图一、平衡状态——热力系统，如果在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变，则系统的这种状态称为平衡状态。第75页，课件共140页，创作于2023年2月倘若组成热力系统的各部分之间没有热量的传递，系统就处于热的平衡；各部分之间没有相对位移，系统就处于力的平衡。同时具备了热和力的平衡的系统就处于热力平衡状态。第76页，课件共140页，创作于2023年2月如果系统内还存在化学反应，则尚应包括化学平衡。处于热力平衡状态的系统，只要不受外界影响，它的状态就不会随时间改变，平衡也不会自发地破坏。第77页，课件共140页，创作于2023年2月

对于气液两相并存的热力平衡系统，气相的密度和液相的密度不同，所以整个系统不是均匀的。因此，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。当把平衡状态下单相物系当作是均匀的，物系中各处的状态参数应相同。第78页，课件共140页，创作于2023年2月某热力系，若其两个状态相同，则其所有状态参数均一一对应相等。反之，也只有所有状态参数均对应相等，才可说该热力系的两状态相同。对于简单可压缩系，只要两个独立状态参数对应相同，即可判定该两状态相同。只要有两个独立的状态参数即可确定一个状态，所有其他状态参数均可表示为这两个独立状态参数的函数。工程热力学通常只研究平衡状态。第79页，课件共140页，创作于2023年2月二、状态方程式对于简单可压缩热力系统，当它处于平衡状态时，各部分具有相同的压力、温度和比体积等参数，且这些参数服从一定关系式，这样的关系式叫做状态方程式，即：T＝T(p，v)p＝p(T，v)v＝v(p，T)也可写成隐函数形式气体状态方程式：F＝F(p，v，T)第80页，课件共140页，创作于2023年2月三、状态参数坐标图

由于两个参数可以完全确定简单可压缩系的平衡状态，所以由任意两个独立的状态参数所组成的平面坐标图上的任意一点，都相应于热力系的某一确定的平衡状态。第81页，课件共140页，创作于2023年2月热力系每一平衡状态总可在这样的坐标图上用一点来表示。这种由热力系状态参数所组成的坐标图称做热力状态坐标图。常用的这类坐标图有：压容(p-v)图温熵（T-s）图第82页，课件共140页，创作于2023年2月

表示功量表示热量2Ts1pv12状态参数坐标图如下：用于描述平衡状态，有p－v，T－s图第83页，课件共140页，创作于2023年2月1－5工质的状态变化过程一、准平衡过程——在过程中工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不致远离平衡状态第84页，课件共140页，创作于2023年2月准平衡过程：若过程进行得相对缓慢，工质在平衡被破坏后自动回复平衡所需的时间，即所谓弛豫时间又很短，工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不致显著偏离平衡状态，那么这样的过程就叫做准平衡过程。第85页，课件共140页，创作于2023年2月实现准平衡过程的条件：气体工质在压力差作用下实现准平衡过程的条件是：气体工质和外界之间的压力差为无限小，第86页，课件共140页，创作于2023年2月气体工质在平衡过程中还需要热的平衡，即工质的温度也必须时刻一致。第87页，课件共140页，创作于2023年2月热的平衡和力的平衡是相互关联的，只有工质与外界的压差和温差均为无限小的过程才是准平衡过程。只有准平衡过程在坐标图中可用连续曲线表示。准平衡过程是实际过程的理想化。第88页，课件共140页，创作于2023年2月由于实际过程都是在有限的温差和压差作用下进行的，因而都是不平衡过程，但是在适当的条件下可以把实际设备中进行的过程当作准平衡过程处理。第89页，课件共140页，创作于2023年2月二、可逆过程和不可逆过程1.可逆过程——某工质热力过程从初态到终态。该工质再按原过程逆向从终态到初态。系统与外界都完全恢复到原来的初态而不留下任何余痕的过程。2.不可逆过程——上述反之(1)与(2)的关系:可逆过程必然是准平衡过程，而准平衡过程只是可逆过程的条件之一。第90页，课件共140页，创作于2023年2月工质进行了一个不平衡过程后必将产生不可回复的后遗效果。例如热能自高温热源转移到低温热源和机械能转化为热能等，虽可以使热能自低温热源返回高温热源，但这要付出一定的代价。这样的不平衡过程必定是不可逆过程。第91页，课件共140页，创作于2023年2月当存在任何种类的耗散效应，如机械摩擦或工质内摩擦时，所进行的过程也是不可逆的。因为无论在正向和逆向过程中都会因摩擦而消耗机械功，这部分功转化变成热量，而这部分热量不可能不花任何代价重又转变为功，这就会留下不可逆复的后遗效果。有摩擦的过程也是不可逆的。第92页，课件共140页，创作于2023年2月一个可逆过程，首先应是准平衡过程，应满足热的和力的平衡条件，同时在过程中不应有任何耗散效应。这也是可逆过程的基本特征。准平衡过程只着眼于工质内部的平衡，有无外部机械摩擦对工质内部的平衡并无关系，准平衡过程进行时可能发生能量耗散。第93页，课件共140页，创作于2023年2月研究可逆过程的意义可逆过程是不引起任何热力学损失的理想过程。研究热力过程就是要尽量设法减少不可逆因素，使其尽可能地接近可逆过程。可逆过程是一切实际过程的理想极限，是一切热力设备内过程力求接近的目标。第94页，课件共140页，创作于2023年2月可逆过程是分析工质与外界作用所产生的总效果，不仅要求工质内部是平衡的，而且要求工质与外界的作用可以无条件地逆复，过程进行时不存在任何能量的耗散。可逆过程必然是准平衡过程，而准平衡过程只是可逆过程的必要条件。第95页，课件共140页，创作于2023年2月准平衡过程的特点准平衡过程只着眼于工质内部的平衡，有无外部机械摩擦对工质内部的平衡并无关系第96页，课件共140页，创作于2023年2月1－6过程功和热量1.过程功W(1)由功的定义知W＝F·x

微功

W＝Fdx

积分由图1－9知状态1状态2点

第97页，课件共140页，创作于2023年2月pv12dVδw图1－9可逆过程的功第98页，课件共140页，创作于2023年2月膨胀功为(2)示功图1)p-V图为工程热力学研究中最常用的示功图2)热力系统对外作功为正功，反之为负功(3)功是过程的函数，不是状态参数第99页，课件共140页，创作于2023年2月在热力学里，研究范围较广，除简单可压缩系外，还要研究一些特殊系统。系统同外界交换的功，除容积变化功外，还有其他的形式。热力学中功的定义是：功是热力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。第100页，课件共140页，创作于2023年2月热力学中约定：系统对外界作功取为正，而外界对系统作功取为负。在我国法定计量单位中，功的单位为焦耳，用符号J表示。1J的功相当于物体在1N力的作用下产生1m位移时完成的功量，即：1J=1N·m第101页，课件共140页，创作于2023年2月功的数值不仅决定于：工质的初态和终态，而且还和过程的中间途径有关。从状态1膨胀到状态2，可以经过不同的途径，所作的功也是不同的。功不是状态参数，是过程量，它不能表示为状态参数的函数，δw也仅是微小量，不是全微分，故用δ表示。第102页，课件共140页，创作于2023年2月

膨胀功或压缩功都是通过工质体积的变化而与外界交换的功，因此统称为体积变化功。从功的计算式可看出，体积变化功只与气体的压力和体积的变化量有关，而同形状无关。第103页，课件共140页，创作于2023年2月无论气体是由气缸和活塞包围的还是由任一假想的界面所包围，只要被界面包围的气体体积发了变化；同时过程是可逆的，则在边界上克服外力所作的功都可用式(1-8)及式(1-10)来计算。第104页，课件共140页，创作于2023年2月闭口系工质在膨胀过程中作的功并不能全部用来输出作有用功，例如举起重物。它一部分因摩擦而耗散，一部分用以排斥大气，反抗大气压力作功，余下的才是可被利用的功，称为有用功。若用Wu、Wl、和Wr分别表示有用功、摩擦耗功及排斥大气功，则有：第105页，课件共140页，创作于2023年2月由于大气压力可作定值，故：而可逆过程不包含任何耗散效应，Wl=0，可用功可简化成:第106页，课件共140页，创作于2023年2月例1-2如图1-10所示，某种气体工质从状态1(p1，V1)可逆地膨胀到状态2。膨胀过程中：(a)工质的压力服从p=a-bV，其中a、b为常数；(b)工质的pV保持恒定为p1V1。试分别求两过程中气体的膨胀功。第107页，课件共140页，创作于2023年2月pV12p1p2OV1V2ab图1-10例1-2附图第108页，课件共140页，创作于2023年2月

解：过程为可逆过程：(a)

(b)第109页，课件共140页，创作于2023年2月在上述两过程中，系统的初、终态相同，但中间途径不同，因而气体的膨胀功也不同。第110页，课件共140页，创作于2023年2月例1-3利用体积为2m3的储气罐中的压缩空气给气球充气，开始时气球内完全没有气体，呈扁平状，可忽略其内部容积。设气球弹力可忽略不计，充气过程中气体温度维持不变，大气压力为0.9×105Pa。为使气球充到2m3，问罐内气体最低初压力及气体所作的功为多少?第111页，课件共140页，创作于2023年2月已知空气满足状态方程式pV=mRgT，其中压力p的单位为Pa，体积V的单位为m3，温度T的单位为K，质量m的单位为kg，气体常数Rg的单位为J／(kg·K)。第112页，课件共140页，创作于2023年2月解：因忽略气球弹力，充气后气球内压力维持在与大气压力相同的0.9×105Pa。而充气结束时储气罐内压力也应恰好降到0.9×105Pa。又据题意，留在罐内与充入球内的气体温度相同，由于压力相同、温度相同，故这两部分气体的状态相同。第113页，课件共140页，创作于2023年2月若取全部气体为热力系，则气体的最小初压p1,min应满足：求解方程可得：第114页，课件共140页，创作于2023年2月考察该过程，储气罐的体积不变，充气时气球中气体压力等于大气压力，气球膨胀排斥了大气，所以气球对大气作功：第115页，课件共140页，创作于2023年2月四.过程热量(1)定义：热力系和外界之间仅仅由于温度不同而通过边界传递的能量称为热量(2)单位：J(焦耳)或kJ(千焦)第116页，课件共140页，创作于2023年2月（3）工程热力学中约定：体系吸热，热量为正体系放热，热量为负

Q表示质量为m工质在过程中与外界交换的热量。

q表示质量为1kg工质在过程中与外界交换的热量。第117页，课件共140页，创作于2023年2月(4)可逆过程与外界交换的热量

q=Tds在T－s图中可用面积1-2-s2-s1-1表示2Ts1s1s2dsT第118页，课件共140页，创作于2023年2月从对功和热量的定义可以看出，热量和功都是能量传递的度量，它们是过程量。只有在能量传递过程中才有所谓的功和热量，没有能量的传递过程也就没有功和热量。说物系在某一状态下有多少功或多少热量，是错误的，因为功和热量都不是状态参数。第119页，课件共140页，创作于2023年2月1－7热力循环热力过程——系统工质状态按某一规律变化的总历程热力循环——系统工质从初始平衡经一系列变化又恢复到初始状态的全过程第120页，课件共140页，创作于2023年2月循环概述：实用的热力发动机必须能连续不断地作功。为此，工质在经历了一系列状态变化过程后，必须能回到原来的状态。如图1-2所示的蒸汽动力装置水在锅炉中吸热变成高温高压蒸汽后通入汽轮机膨胀作功，作功后的乏气又在冷凝器中凝结成水，最后被水泵压缩升压，重新进入锅炉。第121页，课件共140页，创作于2023年2月蒸汽动力装置基本特点锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器

图1-2蒸汽动力装置第122页，课件共140页，创作于2023年2月作为工质的水和它的蒸汽在经过若干过程之后，重又回到了原来的状态。这样一系列过程的综合，叫做热力循环，简称循环。工质完成循环后恢复其原来的状态，就有可能按相同的过程不断重复运行而连续不断地作功。第123页，课件共140页，创作于2023年2月全部由可逆过程组成的循环称为可逆循环；若循环中有部分过程或全部过程是不可逆的则该循环为不可逆循环。在状态参数的平面坐标图上，可逆循环的全部过程构成一闭合曲线。第124页，课件共140页，创作于2023年2月根据循环效果及进行方向的不同，可以把循环分为正向循环和逆向循环。将热能转化为机械能的循环叫正向循环，它使外界得到功；将热能从低温热源传给高温热源的循环叫逆向循环，一般来讲逆向循环必然消耗外功。第125页，课件共140页，创作于2023年2月pvpv正循环逆循环

热力循环正、逆循环图示第126页，课件共140页，创作于2023年2月正向循环也叫热动力循环。pv13Ts245678图1