工程热力学第一章基本概念

工程热力学第一章基本概念第1页，课件共41页，创作于2023年2月本章重点理解下述概念的实质热力系状态参数状态方程过程功和热量第2页，课件共41页，创作于2023年2月§1-1热力系系统与边界热力系（统）：用界面分离出的热力学研究对象，其选取决定于所提出的研究任务。边界(界面)：系统与外界的分界面外界：系统以外的所有物质系统与外界的作用都通过边界闭口系：与外界无物质交换开口系：与外界无物质交换第3页，课件共41页，创作于2023年2月热力系统选取的人为性锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器只交换功只交换热既交换功也交换热§1-1热力系第4页，课件共41页，创作于2023年2月§1-1热力系边界特性固定/运动真实/虚构第5页，课件共41页，创作于2023年2月§1-1热力系——热力系分类物理化学性质

均匀系

非均匀系工质种类多元系单元系相态复相单相热力系内部情况第6页，课件共41页，创作于2023年2月§1-1热力系——热力系分类以系统与外界相互情况划分：是否传质开口系闭口系

有无是否传功非绝功系绝功系是否传热非绝热系绝热系是否传热、功、质非孤立系孤立系第7页，课件共41页，创作于2023年2月1234mQW1

开口系热力系统非孤立系＋相关外界＝孤立系1+2

闭口系1+2+3

绝热闭口系1+2+3+4孤立系第8页，课件共41页，创作于2023年2月§1-2状态和状态参数状态：热力系在指定瞬间所呈现的全部宏观性质的总称。状态参数：描述热力系状态的物理量状态参数的特征：状态确定，则状态参数也确定，反之亦然状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关。状态参数的微分特征：全微分，循环积分为0状态参数是点函数第9页，课件共41页，创作于2023年2月§1-2状态和状态参数基本状态参数：可直接用仪表测量，使用最多温度T、压力p、比容v其他三个状态参数为：热力学能U焓H熵S第10页，课件共41页，创作于2023年2月§1-2状态和状态参数1、压力（物理学中的压强）p定义：单位面积上承受的垂直作用力绝对压力与相对压力（表压力pg、真空度pv）常见压力单位换算pgpb第11页，课件共41页，创作于2023年2月绝对压力与相对压力当p>pb表压力pg当p<pb真空度pvpbpgp1pvp2pg第12页，课件共41页，创作于2023年2月常用压力单位1Pa=1N/m21bar=105Pa

1MPa=106Pa

1atm=760mmHg=1.013105

Pa

1mmHg=133.3Pa1at=735.6mmHg=9.80665104

Pa第13页，课件共41页，创作于2023年2月§1-2状态和状态参数2、比体积（比容）v定义：单位质量物质所占有的体积比体积是密度的倒数比体积单位m3/kg第14页，课件共41页，创作于2023年2月§1-2状态和状态参数3、温度T传统定义：物体的冷热程度微观定义：衡量分子平均动能的量度第15页，课件共41页，创作于2023年2月绝对K摄氏℃

华氏F朗肯R100373.150.01273.160273.15-17.80-273.15212671.6737.8100032-459.670459.67491.67冰熔点水三相点盐水熔点发烧水沸点559.67常用温标第16页，课件共41页，创作于2023年2月温标的换算第17页，课件共41页，创作于2023年2月§1-2状态和状态参数4、热力学能U定义：组成热力系的大量微观粒子本身具有的能量，单位J。包括：分子的动能Uk、分子力所形成的位能Up、构成分子的化学能和原子的原子能等比热力学能定义：单位质量物质的热力学能,单位J/kg1kcal=4186.8J=4.1868kJ第18页，课件共41页，创作于2023年2月§1-2状态和状态参数5、焓H焓（单位J）：H=U+pV比焓（单位J/kg）：h=H/m=u+pv工程单位制中定义：H=U+ApVh=u+Apv焓的物理意义对流动工质(开口系统)，表示沿流动方向传递的总能量中，取决于热力状态的那部分能量对不流动工质(闭口系统)，焓只是一个复合状态参数思考：对理想气体h=f(T)第19页，课件共41页，创作于2023年2月§1-2状态和状态参数6、熵S导出的状态参数定义式：比熵定义式：熵的单位J/K，比熵的单位J/(kg·K)第20页，课件共41页，创作于2023年2月§1-3平衡状态定义热力系在没有外界作用（能量交换、物质交换）的情况下宏观性质不随时间变化的状态平衡的本质：不存在不平衡势温度差—热不平衡势压差—力不平衡势化学反应—化学不平衡势第21页，课件共41页，创作于2023年2月§1-3平衡状态平衡态与均匀性处于平衡状态的单相流体，如果忽略重力的影响，又没有其他外场作用，它内部的各种性质都是均匀一致的。平衡不一定均匀单相平衡态一定是均匀的第22页，课件共41页，创作于2023年2月为什么引入平衡概念如果系统平衡，可用一组确切的参数（压力、温度……）描述平衡状态是死态，没有能量交换能量交换状态变化破坏平衡如何描述第23页，课件共41页，创作于2023年2月§1-4状态方程和状态参数坐标图平衡状态可用一组状态参数描述其状态状态公理：独立参数数目N=不平衡势差的数目=能量转换方式的数目=各种作功的方式+热量=n+1想确切描述某个热力系，是否需要所有状态参数？n容积变化功、电功、拉伸功、表面张力功等第24页，课件共41页，创作于2023年2月§1-4状态方程和状态参数坐标图简单可压缩系统(只交换热量和一种内平衡态的容积变化功)N

=n

+1=2状态方程基本状态参数（p,v,T)之间第25页，课件共41页，创作于2023年2月状态方程的具体形式取决于工质的性质理想气体的状态方程

实际工质的状态方程？？？§1-4状态方程和状态参数坐标图第26页，课件共41页，创作于2023年2月简单热力系平衡态N=2，平面坐标图1）系统任何平衡态可表示在坐标图上说明：2）过程线中任意一点为平衡态3）不平衡态无法在图上表示常见p-v图和T-s图21§1-4状态方程和状态参数坐标图vp第27页，课件共41页，创作于2023年2月§1-5过程和循环过程热力系从一个状态向另一个状态变化时所经历的全部状态的总合内平衡过程热力系从一个平衡状态连续经历一系列平衡的中间状态过渡到另一个平衡状态，该过程成为内平衡过程（准平衡过程）第28页，课件共41页，创作于2023年2月§1-5过程和循环平衡状态状态不变化能量不能转换非平衡状态无法简单描述热力学引入内平衡过程第29页，课件共41页，创作于2023年2月一般过程p1

=p0+重物p，Tp0T1=T0突然去掉重物最终p2

=

p0T2

=

T0pv12..第30页，课件共41页，创作于2023年2月内平衡过程p1

=

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31页，课件共41页，创作于2023年2月内平衡过程有实际意义吗？既是平衡，又是变化既可以用状态参数描述，又可进行热功转换理论上内平衡应无限缓慢，工程上怎样处理？第32页，课件共41页，创作于2023年2月内平衡过程的工程条件破坏平衡所需时间（外部作用时间）恢复平衡所需时间（驰豫时间）>>有足够时间恢复新平衡

准静态过程第33页，课件共41页，创作于2023年2月§1-5过程和循环循环：封闭的过程热力系从某一状态开始，经过一系列中间状态后，又回复到原来状态。2121内平衡循环内不平衡循环第34页，课件共41页，创作于2023年2月§1-6功和热量功热力系通过界面和外界进行的机械能的交换量称为作功量，简称功热量热力系通过界面和外界进行的热能的交换称为传热量，简称热量功W，热量Q单位质量的热力系：功w，热量q第35页，课件共41页，创作于2023年2月功的一般表达式热力学最常见的功容积变化功

其他内平衡功：拉伸功，表面张力功，电功等§1-6功和热量第36页，课件共41页，创作于2023年2月§1-6功和热量关于功和热量的其他说明功和热量是和热力系的状态变化（过程）联系在一起的，是过程量，不是状态量热力系对外界作功为正（W>0），外界对热力系作功为负（W<0）热力系从外界吸热为正（Q>0），热力系向外界放热为负（Q<0）国际单位制W和Q的单位为J或kJ工程单位制中，W的单位为kgf·m

Q的单位为kcal第37页，课件共41页，创作于2023年2月本章小结热力系状态参数状态方程过程功和热量