第1章 基本概念(新).ppt

第一章第一章 习题课习题课工程热力学群：工程热力学群：QQ群群1：110989640QQ群群2：123730019本章介绍了从热力学的研究对象本章介绍了从热力学的研究对象（热力系），一直到热力系与外（热力系），一直到热力系与外界能量交换计算所需的全部概念。界能量交换计算所需的全部概念。一、热力系的定义与分类一、热力系的定义与分类按按照照某某种种目目的的人人为为地地从从周周围围环环境境中中分分离离出出来来进进行行研研究究的的对对象象就就叫叫做做热热力力学学系系统统(Thermodynamicsystem)，简简称称系系统统(system)或或热热力力系系。system热力系以外的东西称为热力系以外的东西称为外界外界(surroundings)，也称为也称为环境环境(environment)。热力系热力系与外界分开的界面称为与外界分开的界面称为边界边界(boundary)。热力系热力系热力学的分析研究对象，对所有问题热力学的分析研究对象，对所有问题 都应选择和确定热力系。都应选择和确定热力系。（1 1）热力系的定义）热力系的定义（2 2）热力系的分类）热力系的分类闭口系与外界无物质交换。闭口系与外界无物质交换。开口系与外界有物质交换。开口系与外界有物质交换。孤立系孤立系 与外界无能量交换。与外界无能量交换。简单可压缩系简单可压缩系 与外界交换只有体积变化功。与外界交换只有体积变化功。二、热力系统分类二、热力系统分类以系统与外界关系划分：以系统与外界关系划分：有有 无无是否质量交换是否质量交换 开口系（控制体积）闭口系开口系（控制体积）闭口系（控制质量）（控制质量）是否热是否热量交换量交换 非绝热系非绝热系 绝热系绝热系是否功是否功量交换量交换 非绝功系非绝功系 绝功系绝功系是否热、功、质是否热、功、质量交换量交换 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系热力系热力系其它分其它分 类方式类方式 工质工质种类种类多元系多元系multicomponent system 单元系单元系single-component system 相态相态多相系多相系multi-phase system 单相系单相系single-phase system 可压可压缩性缩性不可压缩不可压缩系系incompressible system 可压缩可压缩系系compressible system 物理化物理化学性质学性质非均匀系非均匀系nonuniform system 均匀系均匀系uniform system 热力系的分类本质上是热力系的分类本质上是处理方法处理方法的分类的分类。闭口系闭口系拉格朗日法拉格朗日法：它通过跟踪某一个质点它通过跟踪某一个质点来研究物质的运动规律。来研究物质的运动规律。开口系开口系欧拉法欧拉法：通过研究某一个空间内通过研究某一个空间内“场场”的规律来研究物质的运动规律，而并不去计较某的规律来研究物质的运动规律，而并不去计较某一个粒子的行为。一个粒子的行为。状态状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观物理状况。某一瞬间热力系所呈现的宏观物理状况。状态参数状态参数：描述热力系状态的物理量。描述热力系状态的物理量。二、热力系的状态、状态参数和平衡状态二、热力系的状态、状态参数和平衡状态 状态参数的性质状态参数的性质：全微分，积分与路径无关。全微分，积分与路径无关。状态参数的分类状态参数的分类：广延参数，强度参数，比参数，摩尔参广延参数，强度参数，比参数，摩尔参 数，包括定义、作用和意义。数，包括定义、作用和意义。基本状态参数基本状态参数：p，T，包括定义、单位及其换算和，包括定义、单位及其换算和 测测量方法。量方法。热力系的平衡状态热力系的平衡状态 在在不受外界影响不受外界影响的条件下（重力场除外），如果的条件下（重力场除外），如果热力系的状态参数长时间不随时间变化，则该热热力系的状态参数长时间不随时间变化，则该热力系所处的状态就称为力系所处的状态就称为平衡状态平衡状态。平衡平衡的的本质本质：不存在不存在不平衡势不平衡势三、状态方程三、状态方程状态方程：状态方程：p，T之间的函数关系，反映了 工质的物性。状态公理：状态公理：对于组元一定的闭口系统，当其处于平衡状态对于组元一定的闭口系统，当其处于平衡状态时，可以用与该系统有关的功形式的数目时，可以用与该系统有关的功形式的数目j j，加一个描述，加一个描述传热方式的独立状态参数，即用传热方式的独立状态参数，即用(j(j十十1)1)个独立状态参数来个独立状态参数来确定。反映了热力系独立自变量的个数。确定。反映了热力系独立自变量的个数。四、热力过程四、热力过程热力过程热力过程：是热力系内部与外界联系的一座桥梁，只有是热力系内部与外界联系的一座桥梁，只有通过通过热力过程热力过程才能实现热能与机械能之间的转换，达到才能实现热能与机械能之间的转换，达到热力学的研究目的。热力学的研究目的。一般过程一般过程p=p0+重物重物p，Tp0T1=T0突然去掉重物突然去掉重物最终最终p2=p0T2=T0pv12.热力学引入热力学引入准静态（准平衡）过程准静态（准平衡）过程解决这一矛盾。解决这一矛盾。虚虚线线表表示示过过程程是是未未知知的的，不不确确定定的的，不不可可控控的的准静态过程准静态过程p1=p0+重物重物p，Tp0T1=T0假如重物有无限多层假如重物有无限多层每次只去掉无限薄一层每次只去掉无限薄一层pv12.系统随时接近于系统随时接近于平衡态平衡态实实线线表表示示过过程程是是已已知知的的、确确定定的的，可可控控的的准静态过程准静态过程有实际意义吗？有实际意义吗？既是既是平衡平衡，又是，又是变化变化既可以用既可以用状态参数状态参数描述，又可进行描述，又可进行热功转换热功转换疑问：理论上疑问：理论上准静态准静态应应无限无限缓慢缓慢，工程上应工程上应怎样怎样处理处理？准静态过程准静态过程是矛盾的是矛盾的统一体统一体可逆过程可逆过程的定义的定义热力系经历一个热力过程后，如令过程沿热力系经历一个热力过程后，如令过程沿原路径逆行而能使热力系与外界原路径逆行而能使热力系与外界同时同时恢复恢复到原态，不留下任何痕迹，则此过程称为到原态，不留下任何痕迹，则此过程称为可逆过程可逆过程。反之，如果当热力系沿原路径逆行恢复到反之，如果当热力系沿原路径逆行恢复到原态而外界没有恢复到原态，或外界恢复原态而外界没有恢复到原态，或外界恢复到原态而热力系没有恢复到原态，即热力到原态而热力系没有恢复到原态，即热力系和外界没有系和外界没有同时同时恢复到原态，则原来的恢复到原态，则原来的热力过程就是一个热力过程就是一个不可逆过程不可逆过程。可逆过程可逆过程的实现条件的实现条件准静态过程准静态过程 +无耗散效应无耗散效应 =可逆过程可逆过程无不平衡势差无不平衡势差通过摩擦使功通过摩擦使功变热的效应变热的效应(摩阻，电阻，摩阻，电阻，非弹性变性，非弹性变性，磁阻等）磁阻等）不平衡势差不平衡势差不可逆根源不可逆根源 耗散效应耗散效应 耗散效应耗散效应举例：举例：非准静态过程非准静态过程1-21-2：W =pdV外界得功工质做功ppSURR21Ax显然，只有当时，过程可逆向进行，满足热力系与外界同时返回原态的可逆条件。体积功体积功的计算以外界的计算以外界得到得到多多少功为准，其微分表达式为少功为准，其微分表达式为1 1功的定义功的定义（1）通过边界能量交换之一）通过边界能量交换之一功功2 2简单可压缩热力系简单可压缩热力系的功的功 体积功体积功 SURR 只有体积变化才能交换功，故称只有体积变化才能交换功，故称为为体积变化功体积变化功或或体积功体积功。五、功和热五、功和热(2)(2)热力学定义热力学定义：一个质量不变的热力系，不做一个质量不变的热力系，不做功而通过边界传递的能量称为功而通过边界传递的能量称为热量热量。一般一般定义定义:热力系与外界之间依靠温差传递的热力系与外界之间依靠温差传递的能量称为能量称为热量热量。1 1热热的定义的定义（2）通过边界能量交换之二）通过边界能量交换之二热热但该定义对可逆的无温差的传热过程有但该定义对可逆的无温差的传热过程有逻辑矛盾，逻辑矛盾，不适用。不适用。热量热量与与体积功体积功之比较之比较能量传递方式能量传递方式 体体积变化功积变化功 传热量传热量性质性质 过程量过程量 过程量过程量推动力推动力 压力压力 p 温度温度 T标志标志 dV,dv dS,ds公式公式公式适用公式适用条件条件 可逆可逆 可逆可逆熵熵（Entropy）的定义的定义reversible熵熵的引入的引入比参比参量量kJ/kg.Kds:可逆过程可逆过程 qrev除以传热时的除以传热时的T所得的所得的商商 清华大学清华大学刘仙洲刘仙洲教授命名为教授命名为“熵熵”广延量广延量 kJ/K关于关于熵熵的的说明说明1 1、熵熵是是状态参数状态参数 3、熵熵的物理意义：的物理意义：熵熵体现了体现了可逆过程可逆过程 传热的传热的大小大小与与方向方向，是热传递的，是热传递的标志。标志。2、符号符号规定规定系统系统吸热吸热时时为为正正 Q 0 dS 0系统系统放热放热时时为为负负 Q 0 dS 04、用途：用途：判断热量方向判断热量方向 计算计算可逆过程可逆过程的传热量的传热量示功图示功图与与示热图示热图pVWTSQ 示功图示功图温熵温熵(示热示热)图图1-2某容器被一刚性器壁分为两部分，在容器的不同部分安装了测压计，如图所示。压力表A的读数为0.125MPa，压力表B的读数为0.190 MPa，如果大气压力为0.098 MPa，试确定容器两部分气体的绝对压力可各为多少？表C是压力表还是真空表？表的读数应是多少？习题1-2解答.doc1-15如图所示为压缩空气驱动的升降工作台示意图。由储气罐来的压缩空气经阀门调节气体的压力后送入汽缸，在压缩空气的推动下活塞上升举起工作台。已知活塞面积为0.02m2，活塞及工作台重5000N。活塞上升300mm后开始和弹簧相接触，继续上升时将压缩弹簧。设弹簧弹性系数为10N/mm。若汽缸内气体的表压力达到0.3MPa时停止供气，试求在举升过程中气体所做的功及弹簧所吸收的功。