制冷原理-热力过程

热力过程2019年2月目录专题引入——热力系统1热力过程2热力学定律3总结4专题引入——热力系统通常把研究对象从周围物体（外界或环境）中分离出来，并分析研究对象与周围物体（外界或环境）之间的能量和物质的交换，这种人为分离出来的研究对象称为热力系统，简称热力系或系统。系统与外界或环境之间的分界面称为边界。边界可能是实际存在的，也可能是假想的虚拟边界。可固定、可变化或运动的。（1）封闭系统（2）开口系统热力系统示意图汽轮机工作原理示意图控制质量系统控制体积系统热力系

定义：

由某种边界包围，被取作研究对象的特定物质或空间。

分类：

闭口系

开口系与外界无物质交换。

与外界有物质交换。

专题引入——热力系统绝热系

孤立系

与外界无热量交换。

与外界没有物质交换和能量交换。思考题：热力系与外界相互作用有哪些？无热量交换系统，但可以有功和物质交换。如用隔热材料包裹起来的系统。分类：

专题引入——热力系统专题引入——热力系统工程热力学中，最常见的热力系统是简单可压缩的系统，即系统与外界之间功的交换只有体积变化功（膨胀或压缩做功）。热力过程由于系统与外界相互作用而引起的热力系统由一个平衡状态经过连续的中间状态变化达到另一个新的平衡状态的全过程，称为热力过程，简称过程。（一）平衡状态（二）准静态过程（三）可逆过程（一）平衡状态在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态。平衡的本质：不存在不平衡势

温差—

热不平衡势压差—

力不平衡势化学反应—

化学不平衡势重力势差

—重力不平衡势系统状态参数发生改变是由于存在不平衡势。平衡与均匀平衡：时间上均匀：空间上平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的（一）平衡状态平衡与稳定稳定：参数不随时间变化稳定但存在不平衡势差去掉外界影响，则状态变化若以（热源+铜棒+冷源）为系统，又如何？稳定不一定平衡，但平衡一定稳定（一）平衡状态思考1.热力学中为什幺要引入平衡态的概念?答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态，而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念,是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。（二）准静态过程热力过程实质上是热力系统在不平衡势差的作用下，由一个平衡态向另外一个平衡态变化的过程。变化过程中，系统与外界之间就存在能量的转换与传递。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准静态（准平衡）过程一般过程：p1

=p0+重物p，Tp0T1=T0突然去掉重物最终p2

=p0T2

=T0pv12..准静态过程：p1

=p0+重物T1=T0假如重物有无限多层每次只去掉无限薄一层pp，Tp0v12...系统随时接近于平衡态准静态过程有实际意义吗？既是平衡，又是变化既可以用状态参数描述，又可进行热功转换疑问：理论上准静态应无限缓慢，工程上怎样处理？准静态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（二）准静态过程例如转速n=1500转/分的四冲程内燃机的整个压缩冲程的时间为2×10-2秒,与压强的弛豫时间10-3秒相比，可认为这一过程进行得足够缓慢，因而可以近似地将它当作准静态过程来处理。准静态过程可以用系统的状态图，如p-V图（或p-T图、V-T图）中的一条曲线表示。再状态图中，任何一点都表示系统的一个平衡态，所以一条曲线就表示由一系列平衡态组成的准静态过程，这样的曲线叫过程曲线。（三）可逆过程热力学系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态后，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，既使系统回到原来状态，同时又完全消除原来过程对外界所产生的一切影响，则原来的过程称为可逆过程。反之，如果无论采用何种办法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。真空中的单摆运动，它没有能量的损耗可逆过程不可逆过程实际热机由于摩擦等因素只能进行不可逆的循环三、可逆过程

定义：

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，则此过程为可逆过程。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。（三）可逆过程可逆过程装置可逆过程p-v图图1-11可逆过程当气缸内的气体膨胀对外做功，全部用于推动飞轮旋转，功转换为飞轮的动能。当活塞运行到下止点后，飞轮由于存在惯性使活塞逆行，对气缸内气体进行压缩，压缩最终使外界和系统都恢复到初始状态，在整个过程中不存在任何不可逆的耗散，这就是一个可逆过程。可逆过程的实现准静态过程+无耗散效应=可逆过程无不平衡势差通过摩擦使功变热的效应(摩阻，电阻，非弹性变性，磁阻等）

不平衡势差

不可逆根源

耗散效应

耗散效应可逆过程总是准静态，准静态不一定可逆。引入可逆过程的意义

准静态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。思考题4.准平衡过程与可逆过程有何区别?答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程,所以可逆过程一定是准平衡过程,而准平衡过程不一定是可逆过程.准平衡过程