《工程热力学》第一章 基本概念

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第一章基本内容

基本概念(4学时)基本要求

热力学系统及状 态、状态参数； 平衡状态、状态 方程式；热力过 程及准静态过程； 准静态过程的功； 热量；功；热量 与功的类比；热 力循环等概念。

掌握工程热力学的基本术语 与概念(热力系、平衡态、准 平衡过程等) 掌握状态参数的特征，基本状 态参数p、v、T关系 区别热力过程与准静态过程的 概念内涵； 区别热量与功量过程量的特征 掌握热力循环概念1

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1-1 热能在热机中转变为机械能的过程(参见绪论部分)

蒸汽动力装置 内燃机 燃气轮机 蒸汽压缩制冷装置

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1-2

热力学系统

1.2.1 热力学系统及相关概念1.2.2 热力学系统种类

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1.2.1.热力学系统及相关概念热力学系统：选取某些固定物质或某个固定空间中的物质作为热力学分析的对象，称为热力学系统，涉及如下概念

热机：将热能转化为机械能的机器,通称热机，如蒸汽动力循环系统；内燃机；制冷系统等

工质：媒介物质,通过其状态变化实现将热能转化为机械能,即工作物质,简称“工质”。如水及水蒸气、空气或燃气、各类 制冷剂等

热源：热容量很大,吸、放热量有限时其自身温度及其他状态参数无显著变化的物质或物体,称为热源(常被当作外界考虑)

热力系统外界：热力系统之外与能量转换过程有关的一切其他物质的统称

热力系统边界：系统与外界之间的分界面。可假想、可实际存在；可固定、可有位移或变形

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1.2.2 热力学系统种类按控制对象分闭口系统(控制质量) 开口系统(控制容积)

其它绝热系统 孤立系统

系统内部状况的不同分均匀系与非均匀系 单元系与多元系5

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闭口系统

开口系统

P进口 外 界 工质

1 边 界1 热 源

边界

22

出口

热源 外 界

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1

2

冷空气 加 热 器

热空气

孤 立 系 统

1

开口系统

2 热源

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边界可变形系统真空容器

系

统阀门

假想边界8

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1-3 工质的热力学状态及基本状态参数

1.3.1 基本术语： 状态 状态参数 1.3.2 基本状态参数 比容及密度 压力 温度 9

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1.3.1、基本术语-状态、状态参数1、状态：工质在热力变化过程中某一瞬间所呈现的宏观 物理状况称状态

2、状态参数：表示状态特征的物理量称为状态参数状态与状态参数是一一对应的

3、状态参数特点数学特征为点函数： 微元变化的微增量具全微分性质

4、热力学基本状态参数为三个：比容、压力、 温度10

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1.3.2、基本状态参数--比容及密度1、定义： 单位质量物质所占有的容积，称为比容，以v表 示 单位容积物质所占有的质量，称为密度，以 表 示 2、单位 比容：m3/

kg 或 立方米/千克 密度：kg/m3 或 千克/立方米 其他单位制11

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1.3.2 基本状态参数--温度1、定义：标志物体冷热程度的量度 2、热力学第0定律--确定温度概念的基础: 两个系统分别与第三个系统处于热平衡,则两系统彼 此处于热平衡 一切系统必定有一共同的表征系统宏观状况的状态参 数,对所有处于热平衡的系统该参数具相同的数值--温度 3、温标及换算 基本温标： 热力学温标，热力学温度，以T表示，单位开(K) 热力学摄氏温标：以t表示，单位0C; T(k)= t( 0C )+273.1512

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1.3.3 基本状态参数--压力(压强)1、定义：流体在单位面积上的垂直作用力，热力学 称之压 力(绝对压力),描述流体物质所组成的 热力学系统内部力学状态的状态参数 计算: P = F/A 单位制及换算(见书附录10(1)) :

SI制 帕斯卡,Pa=N/m2 巴(bar)=105Pa 工程大气压(at)= 9.8704x104Pa, 标准大气压(atm)= 1.01325x 105Pa=760mmHg 毫米汞柱(mmHg) 毫米水柱(mmH2O)= 9.8704Pa13

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2、表压力Pg:工质的真实压力P与大气压力Pb之差 Pe=P-Pb 或 P=Pb+Pe 真空度Pv:工质的大气压力与真实压力之差 Pv= Pb - P 或 P=Pb-Pv Pb

PbP Pv

PPe

真实压力P大于 大气压力Pb P=Pe+Pb

真实压力P小于 大气压力Pb P=Pb-Pv14

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3、绝对压力P、表压力Pe与真空度Pv关系

Pe

(P>Pb)P Pb P Pv P<Pb

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例题1: 某容器被一刚性隔板分成两部分，在容器的不同 部位安装有压力计，如图，设大气压力Pb为 97kPa (1)若压力表B、表C的读数分别为75KPa, 0.11MPa,确定压力表A的读数,容器1和2两部分气 体绝对压力 (2)表C 为真空表,读数为24KPa,压力表B 的读数为 36KPa,问表A是什么表? 读数为多少?C 1 2 B B A