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工程热力学基本概念第1页，共80页，编辑于2022年，星期日1.11.1热能在热机中转变成机械能的过程热能在热机中转变成机械能的过程 热能动力装置从燃料燃烧中得到热能，以及利用热能热能动力装置从燃料燃烧中得到热能，以及利用热能得到动力的整套设备（包括辅助设备）。得到动力的整套设备（包括辅助设备）。分分类类燃气动力装置燃气动力装置(combustion gas power plant)内燃机内燃机(internal combustion gas engine)燃气轮机装置燃气轮机装置(gas turbine power plant)喷气发动机喷气发动机(jet power plant)蒸汽动力装置蒸汽动力装置(steam power plant)第2页，共80页，编辑于2022年，星期日一、内燃机的工作原理一、内燃机的工作原理（2 2）工作介质：混合气）工作介质：混合气（3 3）主要用途：汽车、轮船、发电机）主要用途：汽车、轮船、发电机组组（4 4）工作过程：升压、吸热、膨胀、）工作过程：升压、吸热、膨胀、放热放热（1 1）组成：气缸体、两大机构、五大）组成：气缸体、两大机构、五大系统系统第3页，共80页，编辑于2022年，星期日二、蒸汽动力装置的工作原理二、蒸汽动力装置的工作原理（2 2）工作介质：蒸汽）工作介质：蒸汽（3 3）主要用途：火力发电厂）主要用途：火力发电厂（4 4）工作过程：升压、吸热、膨）工作过程：升压、吸热、膨胀、放热胀、放热（1 1）组成：锅炉、蒸汽轮机、冷）组成：锅炉、蒸汽轮机、冷凝器、水泵等凝器、水泵等第4页，共80页，编辑于2022年，星期日第5页，共80页，编辑于2022年，星期日三、工质三、工质工质实现热能和机械能相互转化的媒介物质。工质实现热能和机械能相互转化的媒介物质。对工质的要求：对工质的要求：（1 1）膨胀性）膨胀性（2 2）流动性）流动性（3 3）热容量）热容量（4 4）稳定性、安全性）稳定性、安全性（5 5）对环境友善）对环境友善（6 6）价廉，易大量获取）价廉，易大量获取物质三态中物质三态中气气态态最合适最合适第6页，共80页，编辑于2022年，星期日四、热源四、热源热源与工质进行热交换的物质系统。热源与工质进行热交换的物质系统。高温热源热源（高温热源热源（heat source）：）：工质从中吸取热能的物系。工质从中吸取热能的物系。低温热源冷源（低温热源冷源（heat sink）：）：接受工质排出热能的物系。接受工质排出热能的物系。注意：热源可以是恒温的，也可以是变温的。注意：热源可以是恒温的，也可以是变温的。第7页，共80页，编辑于2022年，星期日五、总结五、总结1 1、实现能量的转换，要有工作介质（工质）。、实现能量的转换，要有工作介质（工质）。2 2、工质状态的连续变化才能实现能量转换。、工质状态的连续变化才能实现能量转换。3 3、热能动力装置经历的过程一般为：升压、吸热、膨胀、放、热能动力装置经历的过程一般为：升压、吸热、膨胀、放热。热。4 4、热能只能部分转变为机械能。、热能只能部分转变为机械能。5 5、热能动力装置的工作过程可概括为：工质自高温热、热能动力装置的工作过程可概括为：工质自高温热源吸热，将其中的一部分转化为机械能而作功，并把余源吸热，将其中的一部分转化为机械能而作功，并把余下部分传给低温热源。下部分传给低温热源。第8页，共80页，编辑于2022年，星期日1.21.2热力系统热力系统热力系统热力系统(thermodynamic system)：人为分割出来，作为热力学分析对象的有限物质系统，人为分割出来，作为热力学分析对象的有限物质系统，即热力学的研究对象。即热力学的研究对象。外界外界(surrounding)：系统外的一切物质（与热力系系统外的一切物质（与热力系发生质量和能量交换）。发生质量和能量交换）。边界边界(boundary)：系统和外界之间的分界面。系统和外界之间的分界面。第9页，共80页，编辑于2022年，星期日注意：注意：（1）热力系统与外界的人为性；）热力系统与外界的人为性；（2）边界可以是实际的，也可以是假象的；）边界可以是实际的，也可以是假象的；边界可以是固定不动的，也可以有位移和变形；边界可以是固定不动的，也可以有位移和变形；边界可以刚性的，也可以是有弹性的。边界可以刚性的，也可以是有弹性的。第10页，共80页，编辑于2022年，星期日一、系统及边界示例一、系统及边界示例第11页，共80页，编辑于2022年，星期日第12页，共80页，编辑于2022年，星期日第13页，共80页，编辑于2022年，星期日二、热力系统的分类二、热力系统的分类 根据热力系统和外界之间的能量和物质交换情况，根据热力系统和外界之间的能量和物质交换情况，热力系统的可分为：热力系统的可分为：1、闭口系统（、闭口系统（closed system）热力系统和外界只有能量交换而无物质交换。热力系统和外界只有能量交换而无物质交换。又称为控制质量，用又称为控制质量，用CM表示。表示。第14页，共80页，编辑于2022年，星期日2、开口系统（、开口系统（open system）又称为控制体积，用又称为控制体积，用CV表示。表示。热力系统和外界不仅有能量交换而且有物质交换。热力系统和外界不仅有能量交换而且有物质交换。第15页，共80页，编辑于2022年，星期日3、绝热系统（、绝热系统（adiabatic system）热力系统和外界之间完全没有热量交换。热力系统和外界之间完全没有热量交换。4、孤立系统（、孤立系统（isolated system）热力系统和外界既无能量交换又无物质交换。热力系统和外界既无能量交换又无物质交换。第16页，共80页，编辑于2022年，星期日简单系统：与外界之间只存在热量及一种形式准静态功交换简单系统：与外界之间只存在热量及一种形式准静态功交换的系统。的系统。可压缩系统：由可压缩流体组成的系统。可压缩系统：由可压缩流体组成的系统。5、简单可压缩系统（、简单可压缩系统（simple compressible system）由可压缩物质组成，无化学反应、与外界可逆的功交由可压缩物质组成，无化学反应、与外界可逆的功交换只有体积变化功（膨胀功或压缩功）一种形式的有限物质换只有体积变化功（膨胀功或压缩功）一种形式的有限物质系统。系统。第17页，共80页，编辑于2022年，星期日注意：注意：（1）闭口系统与系统内质量不变的区别；）闭口系统与系统内质量不变的区别；（2）开口系统与绝热系统的关系；）开口系统与绝热系统的关系；（3）孤立系统与绝热系统的关系。）孤立系统与绝热系统的关系。第18页，共80页，编辑于2022年，星期日三、热力系示例三、热力系示例示例示例1：刚性绝热气缸活塞系统，刚性绝热气缸活塞系统，B侧设有电热丝侧设有电热丝红线内红线内闭口绝热系统闭口绝热系统黄线内不包括电热丝黄线内不包括电热丝闭口系统闭口系统黄线内包含电热丝黄线内包含电热丝闭口绝热系统闭口绝热系统蓝线内蓝线内孤立系统孤立系统第19页，共80页，编辑于2022年，星期日示例示例2：刚性绝热喷管刚性绝热喷管取喷管为系统取喷管为系统开口系绝热系开口系绝热系?第20页，共80页，编辑于2022年，星期日示例示例3：A、B两个部落两个部落“鸡犬之声相闻，民至老死不相往来鸡犬之声相闻，民至老死不相往来”若若A部落为系统部落为系统闭口系统闭口系统若若AB部落为系统部落为系统孤立系统孤立系统AB第21页，共80页，编辑于2022年，星期日1.31.3工质的热力学状态及其基本状态参数工质的热力学状态及其基本状态参数热力学状态（热力学状态（state of thermodynamic system）：）：工质在热力变化过程中的某一瞬间所呈现的宏观物理状况，工质在热力变化过程中的某一瞬间所呈现的宏观物理状况，简称状态。简称状态。状态参数（状态参数（state properties）：）：描述工质所处状态的宏观物理量。描述工质所处状态的宏观物理量。例如：例如：第22页，共80页，编辑于2022年，星期日注意：注意：（1）状态参数是宏观物理量，反映了大量分子运动的宏观平）状态参数是宏观物理量，反映了大量分子运动的宏观平均效果；均效果；（2）状态与状态参数对应关系）状态与状态参数对应关系；系统两个状态相同：系统两个状态相同：所有所有状态参数一一对应相等。状态参数一一对应相等。简单可压缩系两个状态相同：简单可压缩系两个状态相同：两个独立的两个独立的状态参数对应状态参数对应相等。相等。（3）系统状态相同的充分必要条件。）系统状态相同的充分必要条件。第23页，共80页，编辑于2022年，星期日一、状态参数的特征一、状态参数的特征状态参数是热力系统状态的单值函数。状态参数是热力系统状态的单值函数。（1）物理上与如何达到某一状态的过程无关。）物理上与如何达到某一状态的过程无关。（2）数学上点函数，其微元差是全微分。）数学上点函数，其微元差是全微分。第24页，共80页，编辑于2022年，星期日二、状态参数的种类二、状态参数的种类1、广延参数（、广延参数（extensive property）：）：在给定状态下，与系在给定状态下，与系统内所含物质的数量有关的状态参数。统内所含物质的数量有关的状态参数。广延参数具有广延参数具有可加性可加性；例如，体积、质量、热力学能、；例如，体积、质量、热力学能、焓和熵。焓和熵。2、强度参数（、强度参数（intensive property）：）：在给定状态下，与在给定状态下，与系统内所含物质的数量无关的状态参数。系统内所含物质的数量无关的状态参数。强度参数强度参数不具有可加性不具有可加性；例如，压力、温度、密度。；例如，压力、温度、密度。第25页，共80页，编辑于2022年，星期日注意：注意：单位质量的广延参数具有强度参数的性质，不具有可加性。单位质量的广延参数具有强度参数的性质，不具有可加性。例如，比体积、比热力学能、比焓、比熵。例如，比体积、比热力学能、比焓、比熵。第26页，共80页，编辑于2022年，星期日三、基本状态参数三、基本状态参数1 1、温度、温度2 2、压力、压力3 3、比体积及密度、比体积及密度第27页，共80页，编辑于2022年，星期日1 1、温度、温度热平衡（温度相等）：热平衡（温度相等）：当两个系统相互接触时，如果它们的任何性质均不发当两个系统相互接触时，如果它们的任何性质均不发生改变，我们就说这两个系统具有相等的温度。生改变，我们就说这两个系统具有相等的温度。换句话说，如果两个系统处于热平衡状态，则要求它换句话说，如果两个系统处于热平衡状态，则要求它们的温度相等。们的温度相等。热力学第零定律：如果两个系统分别与第三个系统的温热力学第零定律：如果两个系统分别与第三个系统的温度相等，则这两个系统的温度也彼此相等。度相等，则这两个系统的温度也彼此相等。第28页，共80页，编辑于2022年，星期日n温度（温度（temperature）：）：确定一个系统是否与其它系统处确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的宏观物理量。于热平衡的宏观物理量。说明：说明：（1）温度是物体的冷热程度的标志；）温度是物体的冷热程度的标志；（2）温度实际上是物质分子热运动激烈程度的一个尺度；）温度实际上是物质分子热运动激烈程度的一个尺度；（3）温度是状态参数；）温度是状态参数；（4）只有温度才是热平衡的判据。）只有温度才是热平衡的判据。第29页，共80页，编辑于2022年，星期日n温标（温标（temperature scale）：）：温度的标尺，即温度的数值表温度的标尺，即温度的数值表示方法。示方法。确定测温手段；确定测温手段；确定温标的基准点；确定温标的基准点；确定分度方法。确定分度方法。第30页，共80页，编辑于2022年，星期日（1）经验温标：选定任意一种测温物质的某种物理性质，）经验温标：选定任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标。采用任意一种温度标定规则所得到的温标。例如，摄氏温标，华氏温标例如，摄氏温标，华氏温标。依赖测温物质的性质；依赖测温物质的性质；各种方法所测温度值有差异；各种方法所测温度值有差异；不能作为度量温度的标准。不能作为度量温度的标准。第31页，共80页，编辑于2022年，星期日（2）绝对温标（热力学温标）：根据热力学第二定律的基本）绝对温标（热力学温标）：根据热力学第二定律的基本原理制定的，与测温物质性质无关的温标。原理制定的，与测温物质性质无关的温标。单位：开尔文，开，单位：开尔文，开，K；基准点：水的三相点，规定为基准点：水的三相点，规定为273.16K；分度：分度：1K等于水的三相点温度的等于水的三相点温度的1/273.16。第32页，共80页，编辑于2022年，星期日（3）热力学摄氏温标）热力学摄氏温标：规定摄氏温度由热力学温度移：规定摄氏温度由热力学温度移动零点来获得，即动零点来获得，即第33页，共80页，编辑于2022年，星期日2 2、压力、压力压力（压力（pressure）：）：单位面积上所受到的垂直作用力。单位面积上所受到的垂直作用力。单位：单位：l帕斯卡，帕斯卡，l巴，巴，l标准大气压，标准大气压，l工程大气压，工程大气压，l毫米汞柱，毫米汞柱，l毫米水柱，毫米水柱，第34页，共80页，编辑于2022年，星期日环境压力：测压环境的压力，环境压力：测压环境的压力，绝对压力：工质的真实压力绝对压力：工质的真实压力，表压力或真空度：工质的真实压力与环境介质压力之差，表压力或真空度：工质的真实压力与环境介质压力之差，第35页，共80页，编辑于2022年，星期日当绝对压力大于大气压时当绝对压力大于大气压时当绝对压力小于大气压时当绝对压力小于大气压时注意：注意：（1）作为工质状态参数的压力是绝对压力；）作为工质状态参数的压力是绝对压力；（2）测定当时当地的大气压，才能得到工质的真实压力。）测定当时当地的大气压，才能得到工质的真实压力。第36页，共80页，编辑于2022年，星期日3 3、比体积及密度、比体积及密度比体积（比体积（specific volume）：单位质量物质所占的体积，即单位质量物质所占的体积，即密度（密度（density）：）：单位体积物质的质量，即单位体积物质的质量，即注意：注意：比体积和密度不是互相独立的参数。比体积和密度不是互相独立的参数。第37页，共80页，编辑于2022年，星期日1.41.4平衡状态、状态方程式、坐标图平衡状态、状态方程式、坐标图一、平衡状态一、平衡状态二、状态方程式二、状态方程式三、状态参数坐标图三、状态参数坐标图第38页，共80页，编辑于2022年，星期日一、平衡状态一、平衡状态平衡状态（平衡状态（thermodynamic equilibrium state）：）：一个热力系统，在不受外界影响的条件下，系统的状态能一个热力系统，在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变（或系统的状态参数不随时间变化）的状态。够始终保持不变（或系统的状态参数不随时间变化）的状态。注意：注意：（1）若系统受到外界影响，就不能保持平衡状态。）若系统受到外界影响，就不能保持平衡状态。（2）处于不平衡状态的系统，在没有外界条件的影响下，总会自发）处于不平衡状态的系统，在没有外界条件的影响下，总会自发地趋于平衡状态。地趋于平衡状态。（3）处于平衡状态的系统，只要不受外界影响，平衡不会自发地破）处于平衡状态的系统，只要不受外界影响，平衡不会自发地破坏。坏。（4）若系统受到外界影响，但其状态参数不随时间变化，则系统）若系统受到外界影响，但其状态参数不随时间变化，则系统处于稳定状态，而不是平衡状态。处于稳定状态，而不是平衡状态。第39页，共80页，编辑于2022年，星期日讨论：讨论：（1）平衡与均匀）平衡与均匀（2）平衡与稳定）平衡与稳定平衡可不均匀、稳定未必平衡平衡可不均匀、稳定未必平衡第40页，共80页，编辑于2022年，星期日实现平衡的条件：实现平衡的条件：（1）热平衡：温差消失。）热平衡：温差消失。（2）力平衡：力差消失。）力平衡：力差消失。（3）相平衡或化学平衡：不平衡势差消失。）相平衡或化学平衡：不平衡势差消失。就平衡状态而言，不存在不平衡势差是其本质，状态参就平衡状态而言，不存在不平衡势差是其本质，状态参数不随时间变化是其现象，所有不平衡势差的消失是实现平数不随时间变化是其现象，所有不平衡势差的消失是实现平衡的必要条件。衡的必要条件。系统内部、系统与系统内部、系统与外界处处外界处处温度、压温度、压力力相等。相等。第41页，共80页，编辑于2022年，星期日二、状态方程式二、状态方程式状态方程式（状态方程式（state equation）：）：简单可压缩系统处于平衡状态时，各状态参数服从一定简单可压缩系统处于平衡状态时，各状态参数服从一定的关系式。的关系式。对于简单可压缩系统，可用两个独立的状态参数描述其平衡对于简单可压缩系统，可用两个独立的状态参数描述其平衡状态，即状态，即第42页，共80页，编辑于2022年，星期日三、状态参数坐标图三、状态参数坐标图 热力状态坐标图（热力状态坐标图（parametric coordinates）：由热力由热力系统状态参数所组成的坐标图。系统状态参数所组成的坐标图。注意：注意：（1）简单可压缩系统与坐标图上一点对应。）简单可压缩系统与坐标图上一点对应。（2）只有平衡状态才能表示在坐标图上。）只有平衡状态才能表示在坐标图上。（3）非平衡状态不能在坐标图上表示。）非平衡状态不能在坐标图上表示。pv1p1v1Ts2T2s2T3p3T3OOOp第43页，共80页，编辑于2022年，星期日1.51.5工质的状态变化过程工质的状态变化过程一、过程一、过程二、准平衡过程二、准平衡过程三、可逆过程和不可逆过程三、可逆过程和不可逆过程第44页，共80页，编辑于2022年，星期日一、过程一、过程 定义：系统状态的连续变化称为系统经历了一个热定义：系统状态的连续变化称为系统经历了一个热力过程，简称为过程。力过程，简称为过程。第45页，共80页，编辑于2022年，星期日二、准平衡过程（二、准平衡过程（quasi-equilibrium processquasi-equilibrium process）定义：如果造成系统状态改变的不平衡势差无限小，定义：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某个平衡态，这样的过以致该系统在任意时刻均无限接近某个平衡态，这样的过程就称为程就称为准平衡过程准平衡过程（准静态过程，准静态过程，quasi-static process）。）。注意：注意：（1）偏离平衡态无穷小，随时可恢复平衡状态。）偏离平衡态无穷小，随时可恢复平衡状态。（2）弛豫时间。）弛豫时间。（3）实际过程接近准平衡过程的条件。）实际过程接近准平衡过程的条件。第46页，共80页，编辑于2022年，星期日实现准平衡过程的条件：实现准平衡过程的条件：（1）破坏平衡的势差）破坏平衡的势差 无穷小；无穷小；（2）过程进行的无限缓慢；）过程进行的无限缓慢；（3）工质有回复平衡的能力。）工质有回复平衡的能力。第47页，共80页，编辑于2022年，星期日例：判断过程是否为准平衡过程？例：判断过程是否为准平衡过程？第48页，共80页，编辑于2022年，星期日建立准静态过程的好处：建立准静态过程的好处：（1）可以用确定的状态参数变化来描述过程；）可以用确定的状态参数变化来描述过程；（2）可以在坐标图上用连续实线来表示过程；）可以在坐标图上用连续实线来表示过程；（3）可以用状态方程进行必要的计算；）可以用状态方程进行必要的计算；（4）可以计算过程中系统与外界交换的热和功。）可以计算过程中系统与外界交换的热和功。第49页，共80页，编辑于2022年，星期日三、可逆过程和不可逆过程三、可逆过程和不可逆过程工质、机器和热源组成热力系统。工质、机器和热源组成热力系统。工质沿工质沿1345672进行准平进行准平衡的膨胀过程：衡的膨胀过程：工质沿工质沿2765431压缩，工质、压缩，工质、机器和热源回复到原来状态。机器和热源回复到原来状态。可逆过程可逆过程若过程是不平衡的：若过程是不平衡的：不可逆过程不可逆过程第50页，共80页，编辑于2022年，星期日1 1、定义、定义 当完成了某一个过程后，如果工质可以沿相同的路径当完成了某一个过程后，如果工质可以沿相同的路径逆行而回复到原来的状态，并使相互作用中所涉及的外界逆行而回复到原来的状态，并使相互作用中所涉及的外界亦回复到原来的状态，而不留下任何改变，则这一过程就亦回复到原来的状态，而不留下任何改变，则这一过程就称为称为可逆过程可逆过程(reversible process)。不满足条件的过程就称为不满足条件的过程就称为不可逆过程不可逆过程。第51页，共80页，编辑于2022年，星期日2 2、实现可逆过程的条件、实现可逆过程的条件（1）过程为准平衡过程；）过程为准平衡过程；（2）过程中不存在耗散效应。）过程中不存在耗散效应。耗散效应是指因摩擦等造成机械耗散效应是指因摩擦等造成机械功转变成热的现象。功转变成热的现象。n可逆过程可逆过程=准静态过程准静态过程+没有耗散效应没有耗散效应第52页，共80页，编辑于2022年，星期日3 3、准平衡过程与可逆过程的区别、准平衡过程与可逆过程的区别（1）准平衡过程着眼于工质内部的平衡，有无外部机）准平衡过程着眼于工质内部的平衡，有无外部机械摩擦对工质内部的平衡并无关系；可逆过程着眼于工械摩擦对工质内部的平衡并无关系；可逆过程着眼于工质与外界作用所产生的总效果，不仅要求工质内部是平质与外界作用所产生的总效果，不仅要求工质内部是平衡的，而且要求工质与外界的作用可以无条件地逆复。衡的，而且要求工质与外界的作用可以无条件地逆复。（2）准平衡过程进行时可能发生能量耗散；可逆过程进）准平衡过程进行时可能发生能量耗散；可逆过程进行时不存在任何能量的耗散。行时不存在任何能量的耗散。（3）可逆过程必然是准平衡过程，而准平衡过程只是可逆过）可逆过程必然是准平衡过程，而准平衡过程只是可逆过程的必要条件。程的必要条件。（4）可逆过程是不引起任何热力学损失的理想过程。）可逆过程是不引起任何热力学损失的理想过程。（5）实际过程都是不可逆的。）实际过程都是不可逆的。第53页，共80页，编辑于2022年，星期日1.61.6功和热量功和热量一、功一、功二、准平衡体积变化功膨胀功和压缩功二、准平衡体积变化功膨胀功和压缩功三、热量三、热量第54页，共80页，编辑于2022年，星期日一、功一、功1、功、功(work)（1）功的力学定义：）功的力学定义：（2）功的热力学定义：）功的热力学定义：功是热力系统穿越边界而传递的能量，且其效果可功是热力系统穿越边界而传递的能量，且其效果可表现为表现为举起重物举起重物，用，用W表示。表示。第55页，共80页，编辑于2022年，星期日2、单位：焦耳，、单位：焦耳，J3、比功：单位质量的工质所作的功，、比功：单位质量的工质所作的功，w，J/kg 4、热力学中对功的约定：、热力学中对功的约定：系统对外界作功取为正，外界对系统作功取为负。系统对外界作功取为正，外界对系统作功取为负。第56页，共80页，编辑于2022年，星期日5、功率：单位时间内完成的功，、功率：单位时间内完成的功，P单位：瓦特，单位：瓦特，W附：附：第57页，共80页，编辑于2022年，星期日二、可逆过程的功二、可逆过程的功 设有质量为设有质量为m的气体工质在气缸的气体工质在气缸中进行可逆膨胀，其变化过程如图中进行可逆膨胀，其变化过程如图中连续曲线中连续曲线12表示。表示。第58页，共80页，编辑于2022年，星期日说明：说明：（1）准平衡体积变化功在）准平衡体积变化功在p-v图上的表示。图上的表示。（2）功不是状态参数，是）功不是状态参数，是过程量过程量。（3）体积变化功只与气体的压力和体积的变化量有关，而）体积变化功只与气体的压力和体积的变化量有关，而同形状无关。同形状无关。（4）工程热力学中对准平衡体积变化功约定：）工程热力学中对准平衡体积变化功约定：正值表正值表示气体膨胀对外作的功；负值表示外力压缩气体所消耗的示气体膨胀对外作的功；负值表示外力压缩气体所消耗的功。功。第59页，共80页，编辑于2022年，星期日讨论：讨论：1、有用功（、有用功（useful work）闭口系工质的膨胀功闭口系工质的膨胀功膨胀功膨胀功W，摩擦耗功，摩擦耗功W1，排斥大气功排斥大气功Wr，有用功，有用功Wu注意：当大气压力取定值时，可逆过程的有用功可以表示注意：当大气压力取定值时，可逆过程的有用功可以表示为：为：第60页，共80页，编辑于2022年，星期日2、非平衡功、非平衡功注意：注意：（1）在）在p-v图上过程线下方的面积仅代表准平衡过程的功。图上过程线下方的面积仅代表准平衡过程的功。（2）非准平衡过程的功不能用）非准平衡过程的功不能用 计算；要么对于特殊过程是已计算；要么对于特殊过程是已知的，要么必须用其他方法确定。知的，要么必须用其他方法确定。（3）例例1-2第61页，共80页，编辑于2022年，星期日三、热量三、热量热量（热量（heat）：）：热力系统和外界之间仅仅由于温度不同而通过边界热力系统和外界之间仅仅由于温度不同而通过边界传递的能量，用传递的能量，用Q表示。表示。单位：焦耳，单位：焦耳，J。工程热力学中对热量的约定：工程热力学中对热量的约定：系统吸热，热量为正；系统放热，热量为负。系统吸热，热量为正；系统放热，热量为负。第62页，共80页，编辑于2022年，星期日1、热量的计算式：、热量的计算式：系统在可逆过程中与外界交系统在可逆过程中与外界交换的热量：换的热量：第63页，共80页，编辑于2022年，星期日2、功和热量的比较：、功和热量的比较：（1）功和热量都是系统与外界交换的能量，是能量传）功和热量都是系统与外界交换的能量，是能量传递的度量；递的度量；（2）功和热量都不是状态参数而是过程量；）功和热量都不是状态参数而是过程量；（3）只有在能量传递过程中才有所谓的功和热量，没有能）只有在能量传递过程中才有所谓的功和热量，没有能量的传递过程也就没有功和热量；量的传递过程也就没有功和热量；第64页，共80页，编辑于2022年，星期日（4）功是由无限小的压差引起的能量传递，比体积变化）功是由无限小的压差引起的能量传递，比体积变化是作功的标志；热量是由无限小的温差引起的能量传递，是作功的标志；热量是由无限小的温差引起的能量传递，比熵的变化是传热的标志。比熵的变化是传热的标志。（5）功是有规则的宏观运动能量的传递，往往伴随着能量）功是有规则的宏观运动能量的传递，往往伴随着能量形态的转化；热量是大量微观粒子杂乱热运动的能量的传递，形态的转化；热量是大量微观粒子杂乱热运动的能量的传递，不出现能量形态的转化。不出现能量形态的转化。（6）功转变成热是无条件的，而热转变成功是有条件的。）功转变成热是无条件的，而热转变成功是有条件的。2、功和热量的比较：、功和热量的比较：第65页，共80页，编辑于2022年，星期日1.71.7热力循环热力循环一、循环概述一、循环概述二、正向循环二、正向循环三、逆向循环三、逆向循环第66页，共80页，编辑于2022年，星期日一、循环概述一、循环概述 热力循环：工质从初始状态出发经历某些过程后又回复到热力循环：工质从初始状态出发经历某些过程后又回复到初始状态，称为工质经历了一个热力循环。初始状态，称为工质经历了一个热力循环。注意：在状态参数坐标图上，可逆循环的全部过程一定注意：在状态参数坐标图上，可逆循环的全部过程一定构成一个闭合曲线。构成一个闭合曲线。第67页，共80页，编辑于2022年，星期日可逆循环（可逆循环（reversible cycle）：）：全部由可逆过程组成的循环。全部由可逆过程组成的循环。不可逆循环（不可逆循环（irreversible cycle）：）：包含（部分或全部）不可逆过程的循环。包含（部分或全部）不可逆过程的循环。第68页，共80页，编辑于2022年，星期日二、正向循环二、正向循环l在在pv和和Ts图上，正向循环按顺时针方向进行；图上，正向循环按顺时针方向进行；l膨胀过程线位置高于压缩过程线，吸热过程线位置高于放热过程线；膨胀过程线位置高于压缩过程线，吸热过程线位置高于放热过程线；l循环净功量和净热量等于循环过程线包围的面积。循环净功量和净热量等于循环过程线包围的面积。正向循环，正向循环，direct cycle（热动力循环，（热动力循环，power cycle）：）：将热能转化为机械能的循环。将热能转化为机械能的循环。第69页，共80页，编辑于2022年，星期日n正向循环的正向循环的经济性指标经济性指标说明：说明：t愈大，即吸入同样的热量时得到的循环功愈多，表愈大，即吸入同样的热量时得到的循环功愈多，表明循环的经济性愈好。明循环的经济性愈好。热效率热效率(thermal efficiency)：第70页，共80页，编辑于2022年，星期日三、逆向循环三、逆向循环l在在pv和和Ts图上，逆向循环按逆时针方向进行；图上，逆向循环按逆时针方向进行；l膨胀过程线位置低于压缩过程线，吸热过程线位置低于放热过程膨胀过程线位置低于压缩过程线，吸热过程线位置低于放热过程线；线；l所需循环净功量等于循环过程线包围的面积。所需循环净功量等于循环过程线包围的面积。逆向循环，逆向循环，reverse cycle（制冷循环，（制冷循环，refrigeration cycle；热泵；热泵循环，循环，heat-pump cycle）：在循环中消耗机械能，把热量从低温）：在循环中消耗机械能，把热量从低温热源传给高温热源的循环。热源传给高温热源的循环。第71页，共80页，编辑于2022年，星期日逆向循环的经济性指标：逆向循环的经济性指标：制冷系数制冷系数(coefficient of performance for the refrigeration cycle)：热泵系数热泵系数(coefficient of performancefor the heat-pump cycle)：说明：制冷系数和热泵系数愈大，表明经济性愈好。说明：制冷系数和热泵系数愈大，表明经济性愈好。第72页，共80页，编辑于2022年，星期日附图附图第73页，共80页，编辑于2022年，星期日燃气轮机装置示意图燃气轮机装置示意图第74页，共80页，编辑于2022年，星期日喷气发动机喷气发动机涡扇喷气发动机涡扇喷气发动机第75页，共80页，编辑于2022年，星期日电厂汽轮机车间电厂汽轮机车间第76页，共80页，编辑于2022年，星期日第77页，共80页，编辑于2022年，星期日例1-1第78页，共80页，编辑于2022年，星期日循环经济性指标的原则性定义循环经济性指标的原则性定义第79页，共80页，编辑于2022年，星期日第80页，共80页，编辑于2022年，星期日