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工程热力学第1章基本概念

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工程热力学-01 基本概念及定义

工程热力学-01 基本概念及定义

平衡状态1
p1 v1
p
p2
2
压容图 p-v图
平衡状态2
p1
1
p2 v2
O
v2
v1
v
12
1-4 状态方程式
在平衡状态下，由气态物质组成的系统，只要知道两个独立的 状态参数，系统的状态就完全确定，即所有的状态参数的数值随之 确定。这说明状态参数间存在某种确定的函数关系，状态参数之间 存在着确定的函数关系，这种函数关系就称为热力学函数。
（2）当系统处于热力学平衡状态时，只要没有外界的影响， 系统的状态就不会发生变化。
（3）整个系统可用一组具有确定数值的温度、压力及其他参
? 数来描述其状态。
10
经验表明，确定热力学系统所处平衡状态所需的独立状 态参数的数目，就等于系统和外界间进行能量传递方式的数 目。对于工程上常见的气态物质组成的系统，系统和外界间传递 的能量只限于热量和系统容积变化所作的功两种形式，因此只需 要两个独立的状态参数即可描述一个平衡状态。
3、平衡状态、稳定状态、均匀状态
（1）关于稳定状态与平衡状态
稳定状态时，状态参数虽不随时间改 变，但它是依靠外界影响来维持的。而平 衡状态是不受外界影响时，参数不随时间 变化的状态。
85℃ 20℃
90℃
15℃
铜棒
平衡必稳定，稳定未必平衡。
（2）关于均匀状态与平衡 水
质统称为外界。 通常选取工质作为热力学系统，把高温热源、低温热源
等其他物体取作外界。
3、边界 ——热力学系统和外界之间的分界面称为边界。
边界可以是固定的，也可以是移动的； 边界可以是实际的，也可以是假想的。
3
二、热力学系统的分类 依据——有无物质或能量的交换

工程热力学第一章 基本概念

工程热力学第一章 基本概念
27
补充习题：
一容器被一刚性壁分为两部分，如图所示。 压力表D读数为175kPa，C读数为110kPa，如 大气压为97kPa，试求表A的读值。
气体初态p1=0.5MPa，v1=0.172m³/kg，按pv= 常数的规律，可逆膨胀到p1=0.1MPa，试求膨 胀工。
1-6 功和热量
一、功(work)的定义和可逆过程的功
指导改善
————>实际循环 2.分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际损失 的部位、大小、原因及改进方法。
35
三、动力循环（正循环）（power cycle; direct cycle ）
输出净功；
在p－v图及T－s图上顺时针进行；
膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方。
36
动力循环：工质连续不断地将高温热源取得的热量 一部分转换成对外的净工。
研究目的：合理安排循环，提高热效率。
蒸汽动力循环
蒸汽动力循环是正循环，以蒸汽为工质，将蒸汽的热能 在动力装置中转换为机械功的循环。
蒸汽的卡诺循环
1.工作原理
朗肯循环
正循环中热转换工的经济性指标
循环热效率： t
t w q10 q1q1q2
1q2 q1
其中： q1——工质从热源吸收的热量 q2——工质向冷源放出的热量 w0——循环所做的净工 w0=q1-q2
1．刚性绝热气缸-活塞系统，B侧设有电热丝
红线内 ——闭口绝热系
黄线内不包含电热丝 ——闭口系
黄线内包含电热丝 ——闭口绝热系
蓝线内
——孤立系
11
1-2 工质的热力学状态和基本状态参数
一、热力学状态和状态参数
热力学状态（state of thermodynamic system） —系统宏观物理状况的综合

工程热力学第一章

工程热力学第一章

（3）好处：用系统的参数来计算；可以作 好处：用系统的参数来计算； 为实际过程中能量转换效果比较的标准和极 限；可把实际过程当作可逆过程进行分析计 然后再用经验系数加以修正。 算，然后再用经验系数加以修正。 （4）热量和功量 热量和功量都是过程量， 热量和功量都是过程量，它们的大小不仅与 过程的初终状态有关， 过程的初终状态有关，而且与过程的性质有 关。 可逆过程的功量： 可逆过程的功量： w = ∫ pdv 可逆过程的热量： 可逆过程的热量： q = ∫ Tds
C B A
课后题1 课后题1-5；1-6；1-9
（c）系统内部状态参数不随时间而变化 （d）系统内部状态不发生改变 2.均质等截面杆的两端的温度由分别维持 2.均质等截面杆的两端的温度由分别维持 t1 t2的两热源保持 t1 t2 不变，取此杆为系统， 不变，取此杆为系统， 则系统处于（ 则系统处于（B）。 平衡状态， （a）平衡状态，因其各截面温度不随时间改 变 非平衡状态， （b）非平衡状态，因其各截面温度不等 平衡状态， （c）平衡状态，因其各截面温度不随时间改 变，且流入系统的热量等于流出系统的热量 非平衡状态， （d）非平衡状态，因其处于重力场
4.基本状态参数：温度、压力、 4.基本状态参数：温度、压力、比体积 基本状态参数 温度： （1）温度：是热平衡的惟一判据
t = T − 273.15
（2）压力Βιβλιοθήκη p = B + pg
p = B−H
（3）比体积 二、平衡状态、状态公理及状态方程 平衡状态、 1.定义 是指在没有外界作用的情况下， 定义： 1.定义：是指在没有外界作用的情况下， 系统的宏观性质不随时间变化的状态。 系统的宏观性质不随时间变化的状态。 2.实现平衡的条件： 2.实现平衡的条件：系统内部及系统与外界 实现平衡的条件 之间各种不平衡势差消失

工程热力学名词解释

工程热力学名词解释

工程热力学名词解释专题注：参考哈工大的工程热力学和西交大的工程热力学第一章——基本概念1、闭口系统：热力系与外界无物质交换的系统。

2、开口系统：热力系与外界有物质交换的系统。

3、绝热系统：热力系与外界无热量交换的系统。

4、孤立系统：热力系与外界有热量交换的系统。

5、热力平衡状态：热力系在没有外界作用的情况下其宏观性质不随时间变化的状态。

6、准静态过程：如果造成系统状态改变的不平衡势差无限小，以致该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态，这样的过程称为准静态过程7、热力循环：热力系从某一状态开始，经历一系列中间状态后，又回复到原来状态。

8、系统储存能：是指热力学能、宏观动能、和重力位能的总和。

9、热力系统：根据所研究问题的需要，把用某种表面包围的特定物质和空间作为具体指定的热力学的研究对象，称之为热力系统。

第二章——热力学第一定律1、热力学第一定律：当热能与其他形式的能量相互转换时，能的总量保持不变。

或者，第一类永动机是不可能制成的。

2、焓：可以理解为由于工质流动而携带的、并取决于热力状态参数的能量，即热力学能与推动功的总和。

3、技术功：技术上可资利用的功，是稳定流动系统中系统动能、位能的增量与轴功三项之和4、稳态稳流：稳定流动时指流道中任何位置上的流体的流速及其他状态参数都不随时间而变化流动。

第三章——热力学第二定律1、可逆过程：系统经过一个过程后，如果使热力系沿原过程的路线反向进行并恢复到原状态，将不会给外界留下任何影响。

2、热力学第二定律：克劳修斯表述：不可能把热从低温物体转移到高温物体而不引起其他变化。

开尔文普朗克表述：不可能从单一热源吸热而使之全部转变为功。

3、可用能与不可用能：可以转变为机械功的那部分热能称为可用能，不能转变为机械功的那部分热能称为不可用能。

4、熵流：热力系和外界交换热量而导致的熵的流动量5、熵产：由热力系内部的热产引起的熵的产生。

6、卡诺定理:工作再两个恒温热源（1T 和2T ）之间的循环，不管采用什么工质，如果是可逆的，其热效率均为121T T ，如果不是可逆的，其热效率恒小于121T T 。

工程热力学(基本概念)

工程热力学(基本概念)

国际实用温标的固定点
平衡状态
平衡氢三相点 平衡氢沸点 氖沸点 氧三相点 氧冷凝点
国际实用温标指定
值
T，K
t，℃
13.81 -259.34
20.28 -252.87
20.102 -246.048
54.361 -218.789
90.183 -182.962
平衡状态
水三相点 水沸点
锌凝固点 银凝固点 金凝固点
一、热力过程
定义：热力系从一个状态向另一个状态变化时所经 历的全部状态的总和。
二、准平衡(准静态)过程
准平衡过程的实现
工程热力学 Thermodynamics
二、准平衡(准静态)过程
定义：由一系列平衡态组成的热力过程 实现条件：破坏平衡态存在的不平衡势差(温差、
力差、化学势差)应为无限小。 即Δp→0 ΔT→0 (Δμ→0)
工程热力学 Thermodynamics
三、可逆过程
力学例子：
定义： 当系统完成某一热力过程后，如果有可能使系统再
沿相同的路径逆行而恢复到原来状态，并使相互中所涉 及到的外界亦恢复到原来状态，而不留下任何变化，则 这一过程称为可逆过程。
实现条件：准平衡过程加无耗散效应的热力过程 才是可逆过程。
工程热力学 Thermodynamics
用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。
理想气体
工 质
实际气体
蒸气
工程热力学 Thermodynamics
二、平衡状态
（一）热力状态：热力系在某一瞬间所呈现的宏观
物理状况。(简称状态)
（二）平衡状态 1、定义：一个热力系统，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。

工程热力学 第一章基本概念

工程热力学 第一章基本概念

简单可压缩系统
压缩功 膨胀功
简单可压缩系统的独立变量数
只交换热量和一种准静态的容积变化功
简单可压缩系统：N = n + 1 = 2
The state of a simple compressible system is completely specified by two independent properties
强度参数：与物质的量无关的参数
如压力 p、温度T
强度参数与广延参数
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：
V v m 比容
U u m 比内能
H h m 比焓
S s m 比熵
单位：/kg /kmol 具有强度参数的性质
强度参数变化量与路径无关，只与 初终态有关。 数学上：
2 2 2
点函数、态函数
1
point function
a b
2
dz dz dz z2 z1
1 1, a 1,b

dz 0
例：温度变化 山高度变化
状态参数的微分特征 dz是全微分 设 z =z (x , y)
O
5 t[ C ] (t[ F ] 32) 9
O
t[ F ] t[ R] 459.67
Temperature Measurement Devices
日常：水银温度计，酒精温度计， thermometer
工业：热电偶 Thermocouple 热电阻 Resistance temperature detector 辐射温度计Radiation thermometer
1、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。

《工程热力学》第一章 基本概念

《工程热力学》第一章 基本概念

9
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
1.3.2、基本状态参数--比容及密度
C 1 2 B B A
16
1-4
平衡状态、状态方程式、坐标图
1.4.1 平衡状态与非平衡态 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下, 如果宏观热力性质不随时间而变化,系统 内、外同时建立了热平衡、力平衡（及 化学平衡）,此时系统所处状态为平衡态 非平衡态: 系统与外界,系统内部各部分间 存在能量传递及相对位移,状态将随时间 变化,称系统处于非平衡态

受逐渐变化的压力作用下的活塞的移动过程 发生系统状态变化 （力作用）（NEXT）
受变化的恒温热源缓慢加热的活塞系统发生 系统状态变化（热的作用） （NEXT）

26
P3 P2
P1
工质 工 质
工质
受逐渐变化压力作用下的活塞移动过程发生系 统状态变化（P、V、T变化） （力作用）
27
工质
工质
工质
热源T
31
1-6
过程功与热量
1.6.1 功的定义： 1、功的力学定义： 将物体间通过力的作用而传递的能量称为功并 定义：功等于力F与物体在力作用方向上的位移X 的乘积（点积） dW = F ·dX 2、功的热力学定义： 热力学系统和外界通过边界而传递的能量， 其效果可表现为举起重物
区别：功与系统动能、重力位能等“储存能”变化传递 的机械能的本质区别

热工基础第一章

热工基础第一章
工质在体积膨胀时所 作的功称为膨胀功。
符号：W
单位：J 或 kJ 对于微元可逆过程，
W pAdx pdV
对于可逆过程1～2：
W pdV
1
2
40
单位质量工质所作的膨胀功用符号 w 表 示，单位为J/kg 或 kJ/kg。
w pdv
膨胀：dv > 0 , w > 0 压缩：dv < 0 , w < 0 (2) 示功图（p-v图） w 的大小可以 pv 图上的过程曲线下 面的面积来表示 。 功是过程量而不 是状态量。
常用温标
绝对K 373.15 摄氏℃ 100 水沸点 37.8 华氏F 212
273.16 273.15
发烧 100 0.01水三相点 0 冰熔点 32
-17.8 -273.15
盐水熔点 0
-459.67
0温标的换算Fra bibliotekT [ K ] t [ C ] 273.15
O
5 t[ C ] (t[ F ] 32) 9
固定、活动 真实、虚构
热力系统：
在工程热力学中，通常选取一定的工质或 空间作为研究的对象，称之为热力系统，简 称系统。系统以外的物体称为外界或环境。 系统与外界之间的分界面称为边界。 （1）闭口系统 与外界无物质交 换的系统。系统的质 量始终保持恒定，也 称为控制质量系统。
闭口 系统
边界
外界
10
（2）开口系统 与外界有物质交 换的系统。系统的容 积始终保持不变，也 称为控制容积系统。
p f (v, T ) F p, v, T 0
T f ( p, v) pv RT
35
（3）状态参数坐标图
以独立状态参数为坐标的坐标图。 在以两个独立状态参数为坐标的平面 坐标图上，每一点都代表一个平衡状态。

工程热力学 基 本 概 念

工程热力学 基 本 概 念

第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。

边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。

外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。

闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。

开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。

绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。

孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。

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。

单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。

多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。

均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。

非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。

热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。

平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。

状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。

如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。

基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。

温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。

热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。

压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。

相对压力：相对于大气环境所测得的压力。

工程热力学 基本知识点

工程热力学 基本知识点

第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。

边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。

外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。

闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。

开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。

绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。

孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。

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。

单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。

多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。

均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。

非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。

热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。

平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。

状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。

如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。

基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。

温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。

热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。

压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。

相对压力：相对于大气环境所测得的压力。

(完整版)工程热力学知识总结

(完整版)工程热力学知识总结

第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。

边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。

外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。

闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。

开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。

绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。

孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。

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。

单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。

多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。

均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。

非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。

热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。

平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。

状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。

如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。

基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。

温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。

热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。

压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。

相对压力：相对于大气环境所测得的压力。

高等工程热力学第1章

高等工程热力学第1章
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26
回顾
★热力系统（热力系、系统、体系）, 外界和边界
► 系统： 人为分割出来，作为热力学 研究对象的有限物质系统。
►外界： 与体系发生质、能交换的物系。 ► 边界：系统与外界的分界面（线）。
注意： 1）系统与外界的人为性；
2）外界与环境介质；
3）边界可以是：
a）刚性的或可变形的或有弹性的；
力平衡 相平衡
化学平衡
化学平衡
实现平衡的条件
相间物质的传递可以看作化学反应的特例
8
二、 平衡判据 1、平衡的普遍判据
孤立系统熵增原理 孤立系统熵增原理指出： 自发变化的方向 实现平衡的条件
E=常数是孤立系变化的约束条件；
V＝常数及U=常数是简单可压缩孤立系约束条件：
9
2、定温、定容和定温、定压系统平衡判据
另一约束条件为V＝常数，则
dAT ,V ≤ 0
定温定容系统过程进行的方向： dAT ,V < 0
实现平衡的条件： dAT .V = 0
同理
G = H - TS
dGT , p ≤ 0
自由焓(吉布斯函数)
定温定压系统过程的方向： dGT , p < 0
平衡的条件： dGT , p = 0
11
三、化学势 驱使物质改变的势叫化学势。
28
开口系（控制体积CV） —通过边界与外界有质量交换
绝热系 与外界无热量交换; 孤立系
与外界无任何形式的质能交换。
简单可压缩系
—由可压缩物质组成，无化学反应、与外界有交
换容积变化功的有限物质系统。
29
注意： 1）闭口系与系统内质量不变的区别； 2）开口系与绝热系的关系； 3）孤立系与绝热系的关系。

《工程热力学》 第一章—基本概念

《工程热力学》 第一章—基本概念

状态参数的分类
★ 基本状态参数：可以直接测量的状态参数。 如压力p、温度T、比体积v。 ★ 导出状态参数：由基本状态参数间接求得的 参数。 如内能U、焓H、熵S等。
1. 压力
● 压力的定义
◆ 沿垂直方向作用在单位面积上的力称为压
力（即物理中压强）。
◆ 对于容器内的气态工质来说，压力是大量 气 体分子作不规则运动时对器壁单位面积撞 击 作用力的宏观统计结果。
压力的单位
压力的单位是N/m2 ，符号是帕（Pa）
常用压力单位的换算见附表1（222页）
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
1 at = 1 kgf/ cm2 = 9.8067 104 Pa
1 MPa = 106Pa＝ 103kPa＝ 10bar
压力的表示方法
◆ 绝对压力（p）、表压力（pg）、
如果系统的宏观状态不随时间变化，则该系
统处于平衡状态。
● 不能把平衡态简单地说成不随时间而改变的状态， 也不能说成外界条件不变的状态。
平衡态是指系统的宏观性质不随时间变化的状态。 ● 平衡与均匀：均匀系统一定处于平衡状态，
反之则不然。
● 实现平衡的条件
◆ 热平衡 ◆ 力平衡 ◆ 相平衡 ◆ 化学平衡 温度相等 压力相等 各相间化学位相等 反应物与生成物化学 位相等
2. 温度
◆ 传统：温度是物体冷热程度的标志。
◆ 微观：温度是衡量分子平均动能的量度。
T 0.5 m c2 T=0 0.5 m c2=0 分子一切运动停止，零动能。
● 热力学第零定律
◆ 热平衡：不同物体的冷热程度相同，则它们处于热平衡。 ◆ 热力学第零定律（热力学中的一个基本实验结果）： 若两个热力系分别与第三个热力系处于热平衡，那么这 两个热力系也处于热平衡。

工程热力学-1第一章 基本概念

工程热力学-1第一章 基本概念

例1－2 P23 可逆过程功的计算关键：找到p和v之间的关系
三、过程热量
系统与外界之间依靠温差传递的能量称为热量。 符号：Q ；单位：J 或kJ。
单位质量工质所传递的热量用q 表示，单位为 J/kg 或 kJ/kg。
热量正负的规定： 系统吸热：q > 0 系统放热：q < 0
热量和功量都是系统与外界在相互作用的过程 中所传递的能量，都是过程量而不是状态量
热量如何表达？
热量是否可以用类似于功的
？ 式子表示？
Entropy
引入“熵”
清华大学刘仙洲教授 命名为“熵”
在可逆过程中，系统与外界交换的热量与功量
的计算公式具有相的形式。
功量：
热量：
w pdv
qqTTds?
2
w 1 pdv
2
q 1 Tds
条件 准静态或可逆
可逆
s 称为比熵。比熵同比体积 v 一样是工质的状态 参数。
比熵的定义式：ds q
T
（可逆过程）
比熵的单位为J/ (kg·K) 或 kJ/ (kg·K)
对于质量为m的工质，
Q TdS
2
Q 1 TdS
S为质量为 m 的工质的熵，单位是 J/K。
示热图
2
w 1 pdv
2
q 1 Tds
在可逆过程中单位 质量工质与外界交换 的 热 量 可 以 用 T-s 图 （温熵图）上过程曲 线下的面积来表示。
消除一种 不平衡势差
达到某一 方面平衡
消除一种能量 传递方式
状态公理 对于组成一定的物质系统，该系统平衡态的
独立状态参数有 n +1
n－表示系统与外界进行准静功交换的数目

工程热力学名词解释+简答题

工程热力学名词解释+简答题
第七章 气体与蒸汽的流动 基本概念 绝热滞止过程：气体在绝热流动过程中，因受到某一障碍物的阻挡，流速降
为零的过程； 稳定流动的基本方程：连续性方程、能量方程、过程方程、声速方程； 马赫数(Ma)：气体流速与当地声速的比值；
Ma<1，亚声速流动，渐缩； Ma=1，声速流动，截面积最小； Ma>1，超声速流动，渐扩； 节流：流体在管道内流动时，流经阀门、孔板的等设备，由于局部阻力，流 体压力降低，这种现象称为节流，绝热节流是等焓、熵增、降压过程，温度 变化和实际过程有关； 焦耳—汤姆逊系数（μ）：μ>0，节流后温度降低；μ=0，温度不变；μ<0， 节流后温度升高；
第二章 热力学第一定律
热力学能：物质内部微观粒子热运动具有的能量总和；
热力学第一定律：热量与其他能量相互转换的过程中，总体能量保持不变。 基本概念
实质是能力的机械装备。
第三章 气体和蒸汽的性质
理想气体：气体分子是弹性的，不具有体积，分子之间没有相互作用力的理
21. 蒸汽动力系统中的水泵进出口压力远大于燃气轮机压气机中的压力差，为什么燃气 轮机作功的大部分被压气机消耗，而蒸汽动力循环中水泵消耗的功可以忽略？
答：蒸汽动力循环中水泵压缩为液体，而燃气轮机中压气机压缩为气体，液体的压缩性比 气体差。 22. 能否在汽轮机中将全部蒸汽抽出来用于回热，这样可以取消凝汽器，从而提高效率？ 答：不能，根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸热，并使其全部作功而不引起其他 变化。该过程不对外放热，单一热源吸热作功，违背了热力学第二定律。 23. 压缩过程需要耗功，为什么内燃机在燃烧之前都要有一个压缩过程？ 答：压缩过程能够提高工质的压力，提高了工质的平均吸热温度，从而提高热效率。 24. 利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部，会发现打气时轻松了一点，

工程热力学基本概念

工程热力学基本概念

第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。

边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。

外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。

闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。

开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。

绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。

孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。

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。

单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。

多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。

均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。

非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。

热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。

平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。

状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。

如温度（T）、压力（P）、比容（u）或密度（p）、内能（小、焓（"、熵（S）、自由能（f）、自由焓（g）等。

基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量岀来，称为基本状态参数。

温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。

热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。

压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。

相对压力：相对于大气环境所测得的压力。

工程热力学基本概念

工程热力学基本概念

= 收获/代价
炉
热效率： t
w net q1
顺 时 针
汽轮机
发电机 凝 汽 器
逆向循环 又称制冷循环或热泵循环
高温热源
或 制 Q1
逆 时
热冷 泵机
W
针
Q2
低温热源
制冷循环的经济性用制冷系数衡量：
2
1
1,a,2
1,b,2
b
2
状态参数的变化只与初终态相关，
1 dxx2 x1 与路径无关。
状态参数都有以上特性。
状态参数的循环 dx 0 积分等于零。
反之，有以上特性之一， 即为状态参数。
1-3 平衡状态、状态方程式、坐标图
一、平衡状态
热力系在没有外界作用的情况下〔重力场除 外〕，宏观性质不随时间变化的状态。
热力过程：工质由一个状态变化到另一状态所经历 的全部状态的总和。
实际过程由一系列非 平衡状态组成
例：
非平衡状态
无法简单描述
平衡状态
宏观静止
能量不能转换
“平衡〞意味着宏观静止， 引入 理想模型：
“过程〞意味着变化，意味着
准平衡过程
平衡被破坏。二者如何统一？
一、准平衡过程 热力系从一个平衡态连续经历一系列
系统与外界 通过边界进 展相互作用
热力系的选取主要决定于研究任务 。
选取热力系时注意：
❖热力系可以很大，但不能大到无限。
❖热力系可以很小，但不能小到只包含少量分子， 以致不能遵守统计平均规律。
❖ 边界可以是实际存在的， 也可以是假想的。
❖ 边界可以是固定的， 也可以是变动的。
系统与外界通过边界进展相互作用。
平衡的中间态过渡到另一个平衡态
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• 系统(thermodynamic system, system) 人为分割出来，作为热力学 研究对象的有限物质系统。 • 外界(surrounding )： 与体系发生质、能交换的物系。 • 边界(boundary)：
系统与外界的分界面（线）。
5
二、系统及边界示例
• 汽车发动机
6
• 汽缸-活塞装置（闭口系例）
pv RgT
pV mRgT
pV nRT
T K
摩尔质量
p Pa N/m 2 v m3 /kg
Rg —气体常数 （gas constant） J/(kg K)
R 8.3145J/(mol K) R—通用气体常数 （universal(molargas constant )
1．状态参数是宏观量，是大量粒子的统计平均效 应，只有平 衡态才有状参，系统有多个状态参数，如
p,V , T ,U , H , S
16
2．状态的单值函数。 物理上—与过程无关； 数学上—其微量是全微分。
dx 0

1b 2
dx dx
1a 2
3．状态参数分类 广延量（extensive property） 强度量（intensive property ） 又：广延量的比性质具有强度量特性，如比体积
12
四、热力系示例
1．刚性绝热气缸-活塞系统，B侧设有电热丝 红线内 ——闭口绝热系 黄线内不包含电热丝 ——闭口系 黄线内包含电热丝 ——闭口绝热系 兰线内 ——孤立系
13
2．刚性绝热喷管
取红线为系统— 取喷管为系统—
闭口系 开口系绝热系?
14
３．A、B两部落“鸡、犬之声相闻， 民至老死不相往来”
7
• 移动和虚构边界
8
注意：
1）系统与外界的人为性 2）外界与环境介质 3）边界可以是： a）刚性的或可变形的或有弹性的 b）固定的或可移动的 c）实际的或虚拟的
9
三、热力系分类
1. 按组元和相 按组元数 单元系(one component system;pure substance system) 多元系(multicomponent system) 按相数 单相系(homogeneous system) 复相系(heterogeneous system)
A部落为系统
—闭口系 A A+B部落为系统—孤立系
B
15
1-3 工质的热力学状态和基本状态参数
一、热力学状态和状态参数
热力学状态（state of thermodynamic system） —系统宏观物理状况的综合 状态参数（state properties） —描述物系所处状态的宏观物理量
二、状态参数的特性和分类
45
三、动力循环（正向循环）（power cycle; direct cycle ）
输出净功； 在p－v图及T－s图上顺时针进行； 膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方。
46
四、逆向循环(reverse cycle)
▲制冷循环(refrigeration cycle) ▲热泵循环(heat-pump cycle)
第一章 基本概念
Basic Concepts and Definition
1-1 热能和机械能相互转换过程
1-2 热力系统
1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数 1-4 平衡状态 1-5 工质的状态变化过程
1-6 功和热量 1-7 热力循环
1
1-1 热能和机械能相互转换的过程
一、热能动力装置(Thermal power plant)
32
1-5 工质的状态变化过程
一、准静态过程(quasi-static process; quasi-equilibrium process)
定义：偏离平衡态无穷小，随时 恢复平衡的状态变化过程。 进行条件： 破坏平衡的势—
p, T 无穷小
过程进行无限缓慢 工质有恢复平衡的能力 准静态过程可在状态参数图上用连续实线表示
R MRg
27
四、 状态参数坐标图（parametric coordinates）
一简单可压缩系只有两个独立参数，所以可用平
面坐标上一点确定其状态，反之任一状态可在平面坐
标上找到对应点，如：
p
T
p
p1

1
T2

s2
2
p3
3
T3 T
30
O
v1
v O
s O
附：纯物质的p-v-T图
31
水p-v-T图
一般地讲：输入净功； 在状态参数图逆时针运行； 吸热小于放热。
1．定义：无外界影响系统保持状态参数不随时间而改变的状态 •热平衡（thermal equilibrium） ： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界 处处温 度相等。 •力平衡（mechanical equilibrium）： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外 界处处压力相等。
•热力平衡的充要条件 —系统同时达到热平衡和力平衡。
定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力 的整套设备。 气体动力装置(combustion gas power plant) 内燃机(internal combustion gas engine) 燃气轮机装置(gas turbine power plant) 喷气发动机(jet power plant) …… 蒸气动力装置 (steam power plant)
分 类
共同本质：由媒介物通过吸热—膨胀作功—排热
2
二、工质(working substance; working medium)
定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。
对工质的要求:
1）膨胀性 2）流动性 物质三态中 气态最适宜。
3）热容量
4）稳定性，安全性 5）对环境友善 6）价廉，易大量获取
24
讨论： 1）系统平衡与均匀 2）平衡与稳定
— 平衡可不均匀
— 稳定未必平衡
25
三、纯物质的状态方程 （pure substance state equation）
状态方程
f p, v, T 0
1．理想气体状态方程 （ideal-gas equation; Clapeyron’s equation）
注意：1）不计恒外力场影响；
状态。
10
2. 按系统与外界质量交换
闭口系（closed system） （控制质量CM） —没有质量越过边界 开口系（open system） （控制体积CV） —通过边界与外界有质量交换
11
3. 按能量交换 绝热系（adiabatic system）— 与外界无热量交换;
例A4001441 例A4002771
1kPa 1103 Pa
22
六、比体积和密度
比体积(specific volume)
V v m
单位质量工质的体积
m3 /kg
kg/m3
密度(density)
m V
单位体积工质的质量
两者关系:
v
1

23
1-4 平衡状态
一、平衡状态（thermodynamic equilibrium state）
3
三、热源(heat source; heat reservoir)
定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。 • 高温热源—热源 （ heat source ） 低温热源—冷源（heat sink） • 恒温热源(constant heat reservoir) 变温热源
4
一、定义
1-2 热力系统（热力系、系统、体系） 外界和边界
温度的定义： 测温的基础—热力学零定律 (zeroth law of thermodynamics) 热力学温标和国际摄氏温标 (thermodynamics scale; Kelvin scale;absolute temperature scale and internal Celsius temperature scale)
热是无条件的；
功是有条件、限度的。
43
思考题：
容器为刚性绝热，抽去隔板， 重又平衡，过程性质。
逐个抽去隔板，又如何？
44
1-7 热力循环
一、定义：
封闭的热力过程 特性：一切状态参数恢复原值，即
dx 0
二、可逆循环与不可逆循环(reversible cycle and irreversible cycle )
p pb pe ( p pb )
p pb pv ( p pb )
21
常用压力单位：
N 1Pa 1 2 1MPa 1106 Pa m 1bar 1105 Pa 1atm 101325Pa 760mmHg 1mmHg 133.32Pa 1mmH 2O 9.80665Pa
非准静态过程 (nonequilibrium process) 准静态过程，不可逆
pA F cos pb A ( f 0)
准静态过程，可逆
35
讨论： 1.可逆=准静态+没有耗散效应
2.准静态着眼于系统内部平衡，可逆着眼于
系统内部及系统与外界作用的总效果
3.一切实际过程不可逆
4.内部可逆过程的概念
例A7001331
39
用外部参数计算不可逆过程的功
W

2
1
pdV
?
40
W p 0 AH p 0 V
三、热量（heat）
1．定义：仅仅由于温差而 通过边界传递的能量。 2．符号约定：系统吸热“+”； 放热“-” 3．单位： J kJ 4．计算式及状态参数图 （T-s图上）表示

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