基本概念及定义

通过边界与外界有物质交换；
闭口系（close system）控制质量（CM）
没有物质交换。
系统与外界关系
1
m
WQ
4
1 开口系
2 1+2 闭口系
1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
3 非孤立系＋相关外界
＝孤立系
热力系统其它分类方式
物理化学性质 均匀系
其它分类方式
非均匀系
工质种类
1-2 热力系统(thermodynamic system) 为什么要提出热力系统？
1. 方便性 2. 适用性 3.可靠性
为了研究问题方便，热力学中常把分析对象从 周围物体中分割出来，研究它与周围物体之间的 能量和物质的传递。
1、系统的定义
热力系统(热力系、系统)---system： 人为分离出来的研究对象。
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
2. 热力系统分类
以系统与外界关系划分：
有
是否传质
开口系
是否传热
非绝热系
是否传功
非绝功系
是否传热、功、质 非孤立系
无 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系
按系统与外界有无质量交换分为： 开口系（open system）控制体积（CV）
1-1 热能与机械能的转换--energy conversion typical examples
一、热能动力装置(Thermal power plant)
1. 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。
2. 分类
• 内燃机(internal combustion gas engine)
第一章 基本概念及定义
Basic Concepts and Definition
本章学习的主要内容：
工质、热力系统、控制体； 热力状态及其基本状态参数； 平衡状态、状态方程、坐标图； 准静态过程、可逆过程、不可逆过程； 循环、热机循环、制冷循环 热量、功及熵。
Baidu Nhomakorabea
本章重点
取热力系统、对工质状态的描述、 状态与状态参数的关系、状态参 数、平衡状态、状态方程、可逆 过程。
• 燃气轮机动力装置(gas turbine power plant)
• 蒸汽动力装置(steam power plant)
•
……
• 喷气动力装置(jet power plant)
3
. 典 型 举 例
燃气轮机装置示意图
3. 典型举例
吸热、膨胀
逆行
内燃机：送燃料（油+空气）────→作功────→排气
1. 定义 工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。
2. 分类
热源（高温热源） ：
高温热源（热源 ） 工质从中吸取热能的物系。
---低温热源（冷源）冷源（低温热源） ：
接受工质排出热能的物系。
恒温热源(constant heat reservoir) ---变温热源（variational heat reservoir ）
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
三、控制面的定义 控制质量或控制容积与外界的分界面也可称为
控制面
热力系统的划分要根据具体要求而定
1. 如内燃机在气缸进、排气门关闭时， 取封闭于气缸内的工质为系统是闭口系统；
2. 而把内燃机进、排气及燃烧膨胀过程 一起研究时，取气缸为划定的空间就是开 口系统。
蒸汽动力装置: 送燃料→燃烧(放热)→过热蒸汽(吸热)→作功(汽体膨胀)
↑←──送回锅炉←──冷凝水←────↓
4. 动力装置的普遍规律
能量转换的媒介---工质（燃气、汽）。 膨胀性---作功。 双热源---吸热、放热。
共同本质：
都是通过媒介物的：吸热 膨胀做功 排热 来完成从燃料燃烧产生的热能向机械能的转化。
单元系 多元系
单相 相态
多相
3. 简单可压缩系统---Simple compressible system
最重要的系统 ！ 只交换热量和一种准静态的容积变化功。
Moving Boundary Work 容积变化功
Compression Work 压缩功 膨胀功
Expansion Work
4 . 热力系示例图 刚性绝热气缸-活塞系统，B侧设有电热丝。
热力系以外的物质世界 统称为外界（或环境）。 热力系与外界的分界面 叫做界面（或边界）。
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）。
边界面特征： 真假性---边界面可 以是真可以是假； 动静性---边界面可 以是运动的也可以是 静止的； 多变性---边界面尺 寸和形状可以变化。
1-3 热力学状态和状态参数(State and state properties)
一、状态与状态参数的描述
1. 热力学状态—state of thermodynamic system —某一瞬间热力系所呈现的宏观物理状况的综合。
2. 状态参数—state properties —描述物系所处状态的宏观物理量。
二、工质(working substance; working medium)
1. 定义 实现热能和机械能相互转化的媒介物质
2. 对工质的要求
1）膨胀性； 2）流动性； 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。
物质三态中 气态最适宜。
三、热源(heat source; heat reservoir)
假
边界
真
图1-5 管内流动热力系示意图
热力系统选取的人为性：
过热器 汽轮机
锅
炉
发电机
凝 汽 器
给水泵
只交换功 既交换功 也交换热
只交换热
二、系统及边界示例
• 汽车发动机
• 汽缸-活塞装置（闭口系例）
• 移动和虚构边界
思考题
边界一定是实际存在的，对吗，为什么？
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
1）状态参数是宏观量，是大量粒 子的平均效应，只有平衡态才有状 态参数，系统有多个状态参数，如
p,V ,T,U, H, S
状态参数的积分特征
状态参数变化量与路径无关，只与初终态有关。
数学上： 点函数、态函数 point function
2
2
2
1
a
dz dz dz z2 z1