热工基础 第4章 工程热力学绪论和基本概念

2013/4/13研究对象、内容和方法工程热力学 绪论研究对象：热能有效利用及热能与其它形式能量（机械 能）相互转换规律和方法。 基本内容：1）基本概念和能量转换基本定律； 2）工质的基本性质和热力过程； 3）工程应用； 方法： 1）宏观方法；(宏观热力学或经典热力学) 2）微观方法；(微观热力学或统计热力学)工程热力学与人生心态望子成龙—对于不同的热力循环，我们都希望实现能量转换与利用。 1 万事如意—可逆循环，实际上虽然不能实现，却是最求的目标。 完美无缺—尽量减少不可逆因素的影响，使热力过程无限接近可逆过程。主要章节绪论 能量转换的基本概念 热力学第一定律 理想气体的性质和热力过程2 3 4白马王子，孔雀公主—卡诺循环热效率，最高的理想标准。 获得成功—研发不同的热力循环，实现能量的转换与利用。 最小付出，最大回报—逆向卡诺循环，以最小的能耗，获得最大的效益。主要章节5 6 7 8热力学第二定律 实际气体、水蒸汽的性质 理想气体和实际气体的流动 热力学应用第4章 能量转换的基本概念1

2013/4/13目1.1 热力系统 1.2 状态和状态参数录本章重点：本章重点和难点热力系统的分类和特点；平衡状态；状态参数的特点和 分类；广延量和强度量；常见的参数坐标图；热力学第 零定律；可逆过程、热力过程和热力循环；过程量功与 热量的特点。1.3 平衡状态、参数坐标图 1.4 准静态过程、可逆过程 1.5 功与热量 1.6 热力循环本章难点：平衡状态；可逆过程；广延量、强度量、功和热量。1.1 热力系统一、系统的定义（system）热力系统(热力系、系统)：人为地把研究对象从周围物体中分 割出来，这种人为划定的一定范围内的研究对象称为热力系统。 外界：热力系以外、与系统发生质量、能量交换的周围物质系 外界 热力系以外 与系统发生质量 能量交换的周围物质系 统统称外界。 边界：热力系与外界的分界面（线）。 边界可以是实在的，也可以是假想 的；可以是固定的，也可以是移动的。 锅 炉1.1 热力系统热力系统选取的人为性过热器 汽轮机只交换功发电机 凝 汽 器 给水泵既交换功 也交换热 只交换热1.1 热力系统边界特性 固定、活动 真实、虚构 是否传质 是否传热 是否传功1.1 热力系统二、热力系统分类以系统与外界关系划分： 有 开口系 非绝热系 非绝功系 非孤立系 无 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系是否传热、功、质2

2013/4/131.1 热力系统1.1 热力系统热力系统其它分类方式均匀系物理化学性质非均匀系 其它分类方式 以空间为系统，进、出 口边界均为假想边界，系 统与外界有物质交换 以气缸内气体为系统， 活塞表面上的边界是移动 边界，系统与外界没有物 质交换 单元系工质种类多元系 单相相态多相1.1 热力系统最重要的系统 简单可压缩系统 ——只交换热量和一种准静态的容积变化功1.1 热力系统三、工质定义：用来实现能量相互转换的媒介物质。 原则上：气、液、固三态 物质都可作为工质。容积变化功 压缩功、膨胀功热力学中的工质：气（汽） 态物质及涉及气态物质 相变的液体。 气体 理想气体 实际气体 蒸气1.2 状态和状态参数一、状态和状态参数状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观物理状况。 状态参数：描述热力系状态的物理量。 状态参数的特征： 状态参数的特征 1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 2、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。 3、状态参数的微分特征：全微分 态有关。1.2 状态和状态参数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 例：温度变化、山的高度变化∫ dz =12∫ dz = ∫ dz = z2 z11,a 1,b221a 2 b∴ ∫ dz = 0 2 z 2 z = x y y x状态参数的微分特征：设 z =z (x , y)，dz是全微分。 可判断是否 是状态参数 充要条件 z z dz = dx + dy x y y x3

2013/4/131.2 状态和状态参数二、状态参数的分类按与所含 工质的量 是否有关 广延参数 与物质的量有关的参数 可加性 广延参数：与物质的量有关的参数 可加性 如质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S。 比参数： 强度参数：与物质的量无关的参数。如压力 p、温度T。 按是否直接或 容易测量分1.2 状态和状态参数基本状态参数：压力 p、温度T、比容v。 非基本状态参数：内能 U、焓 H、熵S。 （容易测量）三、基本状态参数—压力 p、温度 T、比容 v p1、压力 p：物理中压强，单位: Pa , N/m2常用单位： 1 kPa = 103 Pa 1 MPa = 106 Pa 1bar = 105 Pav=V mu=U mh=H ms=S m比容比内能比焓比熵1 atm = 760 mmHg = 1.013×105 Pa 1 mmHg = 133.3 Pa 1 at = 1 kgf/cm2 = 9.80665×104 Pa单位：/kg /kmol具有强度参数的性质1.2 状态和状态参数压力p测量、相对压力、绝对压力一般是工质绝对压力与环境压力的相对值 ——相对压力。1.2 状态和状态参数其它压力测量方法高精度测量：活塞式压力计 工业或一般科研测量：压力传感器环境压力（压力表所处环境）和大气压力 注意： 注意：只有绝对压力 p 才是状态参数 环境压力一般为大气压，但不一定。1.2 状态和状态参数例4.1：已知当地大气压力pb，压力表1、 2的读数分别为pg1，pg2。求pg3？ 【解】⑴压力表1测得的是A室的相对压力， 故1.2 状态和状态参数2、温度 T传统：冷热程度的度量。感觉，导热 温度T 的一般定义 微观：衡量分子平均动能的量度。 T ∝ 0.5 m c 2p g1 = p A pb p A = p g1 + pb⑵压力表2测得的也是A室的相对压力，但它处在B室环境中，故pg 2 = p A pB pB = p A pg 2⑶压力表3测得的是B室的相对压力，故T=0 0.5mc 2=0 分子一切运动停止，零点能p g 3 = p B pb4

2013/4/131.2 状态和状态参数热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931） 如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此 必然处于热平衡。1.2 状态和状态参数温标：温度的数值表示。基准点 温标三要素 测温物质的性质 分度方法 绝对温标：符号T，单位K t(℃)=T(K)新摄氏温标：符号t，单位℃ t(℃)=T(K)-273.15温度测量的理论基础温度的热力学定义： 处于同一热平衡状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此 相同，用于描述此宏观特征的物理量 温度。 温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量。1.2 状态和状态参数绝对K 373.15 摄氏℃ 100 37.8 273.16 273.15 0.01 0 -17.8 水沸点 发烧 水三相点 冰熔点 盐水熔点 华氏F 212 100 32 0 朗肯R 671.67 559.67 491.67 459.671.2 状态和状态参数温标的换算常 用 温 标T[K] = t[OC] + 273.155 t[OC] = (t[F] 32) 9t[F] = t[R] 459.670-273.15-459.6701.2 状态和状态参数物质 （水银，铂电阻） 特性 （体积膨胀，阻值）1.2 状态和状态参数3、比容 v温度的测量温度计 基准点 温标 刻度日常：水银温度计，酒精温度计，水温度计v=V m[m3/kg]v=1ρ物理上常用密度 ρ [kg/m3]温度的测量方法工业：热电偶，热电阻，辐射温度计 计量：铂电阻温度计5

2013/4/131.3 平衡状态、参数坐标图一、定义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。 温差——热不平衡势。 温差 热不平衡势 压差——力不平衡势 化学反应——化学不平衡势 相变——相不平衡势 平衡的充要条件（本质）：系统内部及系统与外界之间不存在不 平衡势。1.3 平衡状态、参数坐标图二、平衡与稳定稳定：参数不随时间变化，但可能有外界作用。 稳定但存在不平衡势差（温差） 去掉外界影响，则状态变化 稳定不一定平衡，但平衡一 …… 此处隐藏：6812字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……