工程热力学基本概念及定义PPT讲稿.ppt
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1、工程热力学基本概念及定义第1页,共82页,编辑于2022年,星期日一、热能动力装置一、热能动力装置(Thermal power plant)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备。分分类类气体动力装置气体动力装置(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)蒸气动力装置蒸气动力装置(steam power plan
2、t)1-1 热能热能和机械能相互转换的过程和机械能相互转换的过程 第2页,共82页,编辑于2022年,星期日2二、工质二、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。定义:实现热能和机械能相互转化的媒介物质。对工质的要求对工质的要求:物质三态中物质三态中气态气态最适宜最适宜。1)膨胀性)膨胀性 2)流动性)流动性 3)热容量)热容量 4)稳定性,安全性)稳定性,安全性 5)对环境友善)对环境友善 6)价廉,易大量获取)价廉,易大量获取第3页,共82页,编辑于2022年,星期日3三、热源三、热源(heat source;hea
3、t reservoir)定义:工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。定义:工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。高温高温热热源源热热源源(heat source)低温低温热热源源冷源(冷源(heat sink)恒温恒温热热源源(constant heat reservoir)变变温温热热源源第4页,共82页,编辑于2022年,星期日4蒸汽动力装置中热能转变为机械能的过程蒸汽动力装置中热能转变为机械能的过程过热器过热器134 锅炉锅炉给水泵给水泵汽轮机汽轮机发发电电机机冷冷凝凝器器26冷却水冷却水 热能动力装置的工作过程:热能动力装置的工作过程:工质自工质自高温热源高温热源吸热吸热将其中一部分将
4、其中一部分转化为机械能转化为机械能而作功而作功把余下部分把余下部分传给传给低温热源低温热源第5页,共82页,编辑于2022年,星期日5第一章第一章 基本概念基本概念1-1 热能和机械能相互转换的过程热能和机械能相互转换的过程1-2 热力系统热力系统 1-3 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1-4 平衡状态、状态方程式、坐标图平衡状态、状态方程式、坐标图1-5 工质的状态变化过程工质的状态变化过程1-6 过程功和热量过程功和热量1-7 热力循环热力循环第6页,共82页,编辑于2022年,星期日61-2 热力系统热力系统 系统系统(thermodynamic sys
5、tem,system)人为分割出来,作为热力学研究对象的有限物质系统。人为分割出来,作为热力学研究对象的有限物质系统。外界外界(surrounding):系系统统之外的所有物之外的所有物质统质统称称为为外界或外界或环环境境。边界边界(boundary):系统与外界的分界面。系统与外界的分界面。一、定义一、定义系统与外界的作用都通过边界系统与外界的作用都通过边界第7页,共82页,编辑于2022年,星期日7 汽缸汽缸-活塞装置活塞装置 二、系统及边界示例二、系统及边界示例第8页,共82页,编辑于2022年,星期日8二、系统及边界示例二、系统及边界示例 汽车发动机汽车发动机第9页,共82页,编辑于2
6、022年,星期日9边界特性边界特性固定、活动固定、活动真实、虚构真实、虚构第10页,共82页,编辑于2022年,星期日10闭口系(闭口系(closed system)系统与外界之间没有物质交换,只系统与外界之间没有物质交换,只有能量交换有能量交换.(控制质量系)。(控制质量系)。开口系(开口系(open system)系统与外界之间既有物质系统与外界之间既有物质 交换,又有能量交换。交换,又有能量交换。(控制容积系统)。(控制容积系统)。(1)按系统与外界是否进行质量交换按系统与外界是否进行质量交换三、热力系分类三、热力系分类第11页,共82页,编辑于2022年,星期日112.按系统与外界能量
7、交换情况划分按系统与外界能量交换情况划分 a:简单系统简单系统(Simple system)b:绝热系统绝热系统(Adiabatic system)c:孤立系统孤立系统(Isolated system)系统与外界只交换热量和一种形式的功。系统与外界只交换热量和一种形式的功。系统与外界之间完全没有热量交换。系统与外界之间完全没有热量交换。系统与外界之间既无物质,又无能量交换。系统与外界之间既无物质,又无能量交换。第12页,共82页,编辑于2022年,星期日121234mQW1 开口系开口系热力热力系统系统非孤立系相关外界非孤立系相关外界孤立系孤立系1+2 闭口系闭口系1+2+3 绝热闭口系绝热闭
8、口系1+2+3+4 孤立系孤立系第13页,共82页,编辑于2022年,星期日13 1)闭口系与系统内质量不变的区别;)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;)开口系与绝热系的关系;3)孤立系与绝热系的关系。)孤立系与绝热系的关系。注意:注意:3.简单可压缩系统(简单可压缩系统(simple compressible system)最重要的系统最重要的系统只交换只交换热量热量和和一种体积变化功的系统一种体积变化功的系统体积变化功体积变化功压缩功膨压缩功膨胀功胀功第14页,共82页,编辑于2022年,星期日14三、热力系分类三、热力系分类 按组元数按组元数 单元系单元系 由单一化
9、学成分的物质组成,即纯质系统。由单一化学成分的物质组成,即纯质系统。多元系多元系 由多种物质组成的系统由多种物质组成的系统。按相数按相数 (一个相是指物一个相是指物质质系系统统在空在空间间上一个均匀的部分,上一个均匀的部分,例如气相、液相等。例如气相、液相等。)单单相系相系 复相系复相系注意:注意:1)不计恒外力场影响;)不计恒外力场影响;2)复相系未必不均匀)复相系未必不均匀湿蒸汽;湿蒸汽;单元系未必均匀单元系未必均匀气液平衡分离状态。气液平衡分离状态。4.按组元和相数划分按组元和相数划分第15页,共82页,编辑于2022年,星期日15第一章第一章 基本概念基本概念1-1 热能和机械能相互转
10、换的过程热能和机械能相互转换的过程1-2 热力系统热力系统 1-3 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1-4 平衡状态、状态方程式、坐标图平衡状态、状态方程式、坐标图1-5 工质的状态变化过程工质的状态变化过程1-6 过程功和热量过程功和热量1-7 热力循环热力循环第16页,共82页,编辑于2022年,星期日161-3 工质的热力学状态和基本状态参数工质的热力学状态和基本状态参数 热力学状态热力学状态 把工质在热力变化过程中的某一瞬间所呈现的宏观物理把工质在热力变化过程中的某一瞬间所呈现的宏观物理 状况称为工质的热力学状态,简称状态状况称为工质的热力学状态,简称状
11、态 状态参数状态参数 描述物系所处状态的宏观物理量描述物系所处状态的宏观物理量 热力学状态和状态参数热力学状态和状态参数状态参数的状态参数的特征特征:1、状态确定,则状态参数也确定,反之亦然、状态确定,则状态参数也确定,反之亦然2、状态参数的积分特征:状态参数的变化量、状态参数的积分特征:状态参数的变化量 与路径无关,只与初终态有关与路径无关,只与初终态有关3、状态参数的微分特征:全微分、状态参数的微分特征:全微分第17页,共82页,编辑于2022年,星期日17状态参数的积分特征状态参数的积分特征 状态参数变化量与路径无关,只与初状态参数变化量与路径无关,只与初终态有关。终态有关。数学上:数学
12、上:点函数、态函数点函数、态函数1 2ab例:温度变化例:温度变化山高度变化山高度变化第18页,共82页,编辑于2022年,星期日18状态参数的微分特征状态参数的微分特征设设 z z=z z(x,y)dz z是全微分是全微分充要条件:充要条件:可判断是否可判断是否是状态参数是状态参数第19页,共82页,编辑于2022年,星期日19强度参数与广延参数强度参数与广延参数强度参数:与物质的量无关的参数强度参数:与物质的量无关的参数 如压力如压力 p、温度温度T广延参数:与物质的量有关的参数广延参数:与物质的量有关的参数可加性可加性 如如 质量质量m、容积容积 V、内能内能 U、焓焓 H、熵熵S比参数
13、:比参数:比容比容比内能比内能比焓比焓比熵比熵单位:单位:/kg /kmol 具有强度参数的性质具有强度参数的性质第20页,共82页,编辑于2022年,星期日20温度温度T 的一般定义的一般定义传统:传统:冷热程度的度量。冷热程度的度量。微观:衡量分子平均动能的量度微观:衡量分子平均动能的量度 T 0.5 m w 2热力学第零定律热力学第零定律(the zeroth law of Thermodynamics)如果两个物体同时与第三个物体处于热平衡,如果两个物体同时与第三个物体处于热平衡,则它们彼此也处于热平衡。则它们彼此也处于热平衡。引出了温度的概念引出了温度的概念 第21页,共82页,编辑
14、于2022年,星期日21经经验验温温标标物质物质(水银,铂电阻)(水银,铂电阻)特性特性(体积膨胀,阻值)(体积膨胀,阻值)基准点基准点刻度刻度 ScaleReference state温标:温标:温度的数值表示法。温度的数值表示法。第23页,共82页,编辑于2022年,星期日23温标温标Temperature scale 热力学温标(绝对温标)热力学温标(绝对温标)Kelvin scale (Britisher,L.Kelvin,1824-1907)摄氏温标摄氏温标Celsius scale (Swedish,A.Celsius,1701-1744)华氏温标华氏温标Fahrenheit sc
15、ale (German,G.Fahrenheit,1686-1736)朗肯温标朗肯温标Rankine scale (W.Rankine,1820-1872)第24页,共82页,编辑于2022年,星期日24常用温标之间的关系常用温标之间的关系绝对绝对K摄氏摄氏 华氏华氏F朗肯朗肯R100373.150.01273.160273.15-17.80-273.15212671.6737.8100032-459.670459.67491.67冰熔点冰熔点水三相点水三相点盐水熔点盐水熔点发烧发烧水沸点水沸点559.67第25页,共82页,编辑于2022年,星期日25温标的换算温标的换算第26页,共82页,
16、编辑于2022年,星期日26Temperature Measurement Devices水银温度计水银温度计thermometer,酒精温度计,酒精温度计,热电偶热电偶 Thermocouple热电阻热电阻 Resistance temperature detector辐射温度计辐射温度计Radiation thermometer铂电阻温度计铂电阻温度计 Platinum激光全息干涉仪激光全息干涉仪CARSCARS(相干反斯托克斯喇曼光谱)法(相干反斯托克斯喇曼光谱)法第27页,共82页,编辑于2022年,星期日27 2.压力压力(pressure)(1)压力:单位面积上所受的垂直作用力,用
17、压力:单位面积上所受的垂直作用力,用p表示。表示。(2)单位:)单位:大气压的倍数表示大气压的倍数表示 atm,at液柱的高度表示液柱的高度表示 mH2O,mmHg国际单位制,单位面积上所受的力表示国际单位制,单位面积上所受的力表示 pa常用单位常用单位Units:1 kPa=103 Pa 1bar=105 Pa 1 MPa=106 Pa 1 atm=760 mmHg=1.013 105 Pa 1 mmHg=133.3 Pa 1 at=1 kgf/cm2=9.80665 104 Pa第28页,共82页,编辑于2022年,星期日28压力压力p测量测量绝对压力与环境压力的绝对压力与环境压力的相对值
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