工程热力学与传热学基础知识ppt课件.pptx

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1、第一篇工程热力学1经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第一章 基本概念 l掌握热力系统、平衡状态、准静态过程、可逆过程等基本概念。l掌握状态参数的特征，基本状态参数p，v，T的定义和单位等。掌握热量和功量过程量的特征。2经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1-1热力系统（system）l热力系统(热力系、系统)-人为分离出来的研究对象。l外界-surrounding：与系统发生质、能交换的物系。l边界（bou

2、ndary）：）：系统与外界的分界面（线）。3经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用a.边界特性边界特性l假想的、实际的、固定的、运动的、可变形的4经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用b.系统选取的人为性系统选取的人为性锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器只交换功只交换功只交换热只交换热既交换功既交换功也交换热也交换热5经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加

3、赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2、Classification of system 热力系统分类热力系统分类lA、以系统与外界关系划分：6经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用边界边界边界边界闭口闭口闭口闭口系统系统系统系统（1）闭口系统闭口系统 与与外外界界无无物物质质交交换换的的系系统统。系系统统的的质质量量始始终终保保持持恒恒定定，也也称为称为控制质量系统控制质量系统。外界外界外界外界7经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的

4、损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（2）开口系统开口系统 与与外外界界有有物物质质交交换换的的系系统统。系系统统的的容容积积始始终终保保持持不不变变，也也称为称为控制容积系统控制容积系统。进口进口进口进口出口出口出口出口（3）绝热系统绝热系统 与外界没有热量交换的系统。与外界没有热量交换的系统。（4）孤立系统孤立系统 与与外外界界既既无无能能量量（功功、热热量量）交换又无物质交换的系统。交换又无物质交换的系统。8经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1+2 闭口系闭口系1+2+3

5、 绝热闭口系绝热闭口系1234mQW1 开口系开口系非孤立系相关外界非孤立系相关外界孤立系孤立系1+2+3+4 孤立系孤立系系统划分图例说明系统划分图例说明9经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用热机热机：能能将将热热能能转转换换为为机机械械能能的的机机器器。如如蒸蒸汽汽机机、蒸蒸汽汽轮轮机机、燃燃气气轮轮机机、内内燃机和喷气发动机等。燃机和喷气发动机等。工质工质：实现热能和机械能之间转换的媒介物质实现热能和机械能之间转换的媒介物质。例如空气、燃气、水蒸气等。例如空气、燃气、水蒸气等。10经营者提供商品

6、或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用热源热源：本本身身热热容容量量很很大大，且且在在放放出出或或吸吸收收有有限限量量热热量量时时自自身身温温度度及及其其它它热热力力学学参参数数没没有明显变化的物体。有明显变化的物体。例如锅炉、循环水池、大气等。例如锅炉、循环水池、大气等。提提供供热热量量的的热热源源称称为为高高温温热热源源；吸吸收收热热量的热源称为量的热源称为低温热源低温热源。11经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1-2

7、 状态和基本状态参数 1.热力状态和平衡状态热力状态和平衡状态（1）热力状态（）热力状态（State）系系统统在在某某一一瞬瞬间间所所呈呈现现的的宏宏观观物物理理状状况称为系统的况称为系统的热力状态热力状态，简称，简称状态状态。（2）平衡状态（）平衡状态（Equilibrium）在在不不受受外外界界影影响响的的条条件件下下（重重力力场场除除外外），如如果果系系统统的的状状态态参参数数不不随随时时间间变变化化，则则该系统处于平衡状态。该系统处于平衡状态。12经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用平衡的类型

8、Thermal equilibrium（热平衡）-temperature Mechanical equilibrium（力平衡）-pressurePhase equilibrium（相平衡）Chemical equilibrium（化学平衡）-no chemical reactions 系统内部不存在热量传递，即各处的温度系统内部不存在热量传递，即各处的温度系统内部不存在热量传递，即各处的温度系统内部不存在热量传递，即各处的温度均匀一致的状态称为热平衡状态。均匀一致的状态称为热平衡状态。均匀一致的状态称为热平衡状态。均匀一致的状态称为热平衡状态。13经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照

9、消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用平衡的实质不存在不平衡势温差（Temperature differential）热不平衡势压差 力不平衡势相变 相不平衡势化学反应 化学不平衡势14经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用状态参数的特点状态参数的特点：（3）状态参数）状态参数 用用于于描描述述系系统统平平衡衡状状态态的的物物理理量量称称为为状态参数状态参数，如温度、压力、比体积等。，如温度、压力、比体积等。状态确定，则状态参数也确定，反之亦状态确定，则状

10、态参数也确定，反之亦然然 状态参数的积分特征：状态参数的积分特征：状态参数的变化状态参数的变化量与路径（量与路径（path）无关，只与初终态）无关，只与初终态（state）有关）有关 状态参数的微分特征：全微分状态参数的微分特征：全微分 15经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用状态参数的分类状态参数的分类lIntensive properties强度参数：与物质的量无关的参数。如压力 p、温度TlExtensive properties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

11、、焓 H、熵Sl比参数：具有强度参数的性质，其单位：/kg /kmol 16经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用区分参数类型的判据区分参数类型的判据区分参数类型的判据区分参数类型的判据mVTP m VTP m VTPExtensive propertiesIntensive properties17经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.基本状态参数基本状态参数 工工程程热热力力学学中中常常用用的的状状态态参

12、参数数有有压压力力、温温度度、比比体体积积、比比热热力力学学能能、比比焓焓、比比熵熵等等，其其中中可可以以直直接接测测量量的的状状态态参参数数有有压压力力、温温度度、比体积比体积，称为，称为基本状态参数基本状态参数。18经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（1）压力）压力（Pressure）单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）单位单位:Pa（帕帕），），1 Pa=1 N/m2，1 MPa=103 kPa=106 Pa 19经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当

13、按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用Pressure measurement 压力的测量压力的测量l绝对压力、表压力与真空度Absolute pressure、gage pressure and vacuum pressure当当 p Pb表压力表压力 Pe当当 p Pb真空度真空度 PvPbPepPvp20经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用绝对压力绝对压力 p、大气压力大气压力pb、表压力表压力pe、真空度真空度pv 只有绝对压力只有绝对压力

14、p 才是状态参数。才是状态参数。21经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用常用非常用非SI压力单位压力单位：1 bar（巴巴）=105 Pa 1 atm（标准大气压标准大气压）=1.013 105 Pa 1 at（工程大气压工程大气压）=0.981 105 Pa 1 mmH2O（毫米水柱毫米水柱）=9.81 Pa1 mmHg（毫米汞柱毫米汞柱）=133.3 Pa 22经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（2）比

15、体积）比体积定义：定义：单单位位质质量量的的工工质质所所占占有有的的体体积积，用用符号符号v表示，单位为表示，单位为 m3/kg 。密度密度：单单 位位 体体 积积 工工 质质 的的 质质 量量，用用 符符 号号 表示表示，单位为单位为 kg/m3 。比比体体积积和和密密度度二二者者相相关关，通通常常以以比比体体积积作作为状态参数为状态参数 。23经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（3）温度）温度 温温度度是是反反映映物物体体冷冷热热程程度度的的物物理理量量。温温度度的高低反映物体内部微观粒子热运动

16、的强弱。的高低反映物体内部微观粒子热运动的强弱。当当两两个个温温度度不不同同的的物物体体相相互互接接触触时时，它它们们之之间间将将发发生生热热量量传传递递，如如果果没没有有其其它它物物体体影影响响，这这两两个个物物体体的的温温度度将将逐逐渐渐趋趋于于一一致致，最最终终将将达达到到热热平平衡衡（即即温温度度相相等等）。所所以以温温度度是是热热平平衡衡的判据的判据。1）温度的物理意义）温度的物理意义温度相等温度相等 热平衡热平衡 24经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2）热力学第零定律）热力学第零定律：

17、如如果果两两个个物物体体中中的的每每一一个个都都分分别别与与第第三三个个物物体体处处于于热热平平衡衡，则则这这两两个个物物体彼此也必处于热平衡。体彼此也必处于热平衡。热力学第零定律是温度测量的理论依据热力学第零定律是温度测量的理论依据。ABC3）温标）温标：温度的数值表示法。温度的数值表示法。建立温标的三个要素：建立温标的三个要素：a.选选择择温温度度的的固固定定点点，规规定定其其数数值值；b.确确定定温温度度标标尺尺的的分分度度方方法法和和单单位位；c.选选择择某某随随温温度变化的物性作为温度测量的度变化的物性作为温度测量的 依据。依据。25经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者

18、的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用摄氏温标摄氏温标:在在标标准准大大气气压压下下，纯纯水水的的冰冰点点温温度度为为0 ，纯纯水水的的沸沸点点温温度度为为100，纯纯水水的的三三相相点点（固固、液液、汽汽三三相相平平衡衡共共存存的的状状态态点点）温温度为度为0.01 。瑞瑞典典天天文文学学家家摄摄尔尔修修斯斯（Celsius）于于1742年年建建立立。用用摄摄氏氏温温标标确确定定的的温温度度称称为为摄摄氏温度氏温度，用符号，用符号t 表示，单位为表示，单位为 。选选择择水水银银的的体体积积作作为为温温度度测测量量的的物物性性，认认为为其其随随温温度度

19、线线性性变变化化，并并将将0 100 温温度度下下的体积差均分成的体积差均分成100份，每份对应份，每份对应1 1。26经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 用用热热力力学学温温标标确确定定的的温温度度称称为为热热力力学学温温度度，用符号，用符号T 表示，单位为表示，单位为 K（开）。（开）。热力学温标（绝对温标）热力学温标（绝对温标）:英英国国物物理理学学家家开开尔尔文文（Kelvin)在在热热力力学学第第二定律基础上建立，也称二定律基础上建立，也称开尔文温标。开尔文温标。热热力力学学温温标标取取水

20、水的的三三相相点点为为基基准准点点，并并定定义义其其温温度度为为273.16 K。温温差差1K相相当当于于水水的的三相点温度的三相点温度的1/273.16。热力学温标热力学温标与与摄氏温标摄氏温标的关系：的关系：温差温差:1 K=1 t t=T 273.15 K27经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 国国际际单单位位制制（SI）采采用用热热力力学学温温度度T作作为为基本状态参数。基本状态参数。4)温度的测量温度的测量a.接触式接触式水银温度计、酒精温度计水银温度计、酒精温度计热电偶、电阻温度计等。热

21、电偶、电阻温度计等。b.非接触式非接触式光学辐射高温计光学辐射高温计激光全息干涉仪激光全息干涉仪CARS（相干反斯托克斯喇曼光谱）法（相干反斯托克斯喇曼光谱）法28经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1-3 状态方程、参数坐标图l一、状态方程 对于由气体工质所组成的热力系，当处于平衡状态时，热力系内各部分将具有相同的压力、温度和比容等参数。29经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用实验：酒瓶受热l啤酒瓶受热爆炸

22、l红酒瓶木塞受热向子弹一样发射30经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用l维持气体的比容不变，加热后，压力将随温度的升高而增大；l当压力不变时，气体的比容随温度的升高而加大；l如果比容和压力保持不变，则温度是个定值实验结论31经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（2）状态方程式）状态方程式 表表示示状状态态参参数数之之间间关关系系的的方方程程式式称称为为状状态方程式态方程式。如：。如：例：理想气体状态方程例：理

23、想气体状态方程 上式称为状态方程，它们的具体形式上式称为状态方程，它们的具体形式取决于工质的性质，一般由实验求出，也取决于工质的性质，一般由实验求出，也可由理论分析求得。可由理论分析求得。32经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（1）状态公理）状态公理 对对于于和和外外界界只只有有热热量量和和体体积积变变化化功功（膨膨胀胀功功或或压压缩缩功功）的的简简单单可可压压缩缩系系统统，只只需需两两个个独独立立的的参参数数（如如p、v，p、T 或或v、T）便便可可确定它的确定它的平衡状态平衡状态。二、状态参数坐标图二、状态参数坐标图33经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 在在以以两两个个独独立立状状态态参参数数为为坐坐标标的的平平面面坐标图上，每一点都代表一个坐标图上，每一点都代表一个平衡状态平衡状态。以独立状态参数为坐标的坐标图。以独立状态参数为坐标的坐标图。（2）参数坐标图）参数坐标图34经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用课后作业l思考题1、2、3l练习题1、2、3、435