工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)基本理論

工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)基本理論1第一頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日1-4

熱力過(guò)程、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程和可逆過(guò)程

一、熱力過(guò)程2第二頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日熱力過(guò)程定義：

工質(zhì)從一個(gè)狀態(tài)經(jīng)過(guò)一系列的中間狀態(tài)變至另一狀態(tài)，我們就將這種工質(zhì)的狀態(tài)變化過(guò)程稱(chēng)為熱力過(guò)程，簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)程。

3第三頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日二、準(zhǔn)平衡過(guò)程（準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程）

4第四頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日5第五頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日

實(shí)質(zhì)：偏離平衡態(tài)無(wú)窮小，隨時(shí)恢復(fù)平衡的狀態(tài)變化過(guò)程。進(jìn)行條件：

破壞平衡的勢(shì)—

過(guò)程進(jìn)行無(wú)限緩慢工質(zhì)有恢復(fù)平衡的能力準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程可在狀態(tài)參數(shù)圖上用連續(xù)實(shí)線(xiàn)表示無(wú)窮小準(zhǔn)平衡過(guò)程實(shí)質(zhì)和進(jìn)行條件6第六頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日三、可逆過(guò)程可逆過(guò)程是指當(dāng)系統(tǒng)由始態(tài)變化到終態(tài)，又由終態(tài)沿原來(lái)路徑返回始態(tài)時(shí)，若參與該變化過(guò)程的系統(tǒng)及外界均能完全返回原來(lái)狀態(tài)，則稱(chēng)該變化過(guò)程為可逆過(guò)程。反之，則為不可逆過(guò)程。7第七頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日8第八頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)際過(guò)程都是不可逆過(guò)程，如傳熱、混合、擴(kuò)散、滲透、溶解、燃燒、電加熱等?？赡孢^(guò)程是一個(gè)理想過(guò)程。可逆過(guò)程的條件：準(zhǔn)平衡過(guò)程＋無(wú)耗散效應(yīng)。一個(gè)可逆過(guò)程必定是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，而過(guò)程的不平衡必然導(dǎo)致過(guò)程的不可逆。可逆過(guò)程可用狀態(tài)參數(shù)圖上實(shí)線(xiàn)表示9第九頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日1.都是由一系列平衡態(tài)組成，都能在熱力學(xué)參數(shù)坐標(biāo)圖上用一連續(xù)的曲線(xiàn)表示。2.準(zhǔn)靜態(tài)著眼于系統(tǒng)內(nèi)部平衡，可逆著眼于系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界作用的總效果3.可逆=準(zhǔn)靜態(tài)+沒(méi)有耗散效應(yīng)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程和可逆過(guò)程的聯(lián)系與區(qū)別10第十頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日注意：可逆過(guò)程只是指可能性，并不是指必須要回到初態(tài)的過(guò)程?！駥?shí)際過(guò)程都是不可逆過(guò)程！11第十一頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日1-5功和熱量熱力過(guò)程A、本身狀態(tài)發(fā)生變化B、與外界進(jìn)行能量交換12第十二頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日一、功功的起源功的熱力學(xué)定義：熱力系統(tǒng)通過(guò)界面與外界進(jìn)行的機(jī)械能的交換量稱(chēng)為作功量，簡(jiǎn)稱(chēng)為功（機(jī)械功）。

符號(hào)：W

單位：J

或kJ

符號(hào)：w

單位：J/kg

或kJ/kg13第十三頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日

對(duì)于微元可逆過(guò)程，對(duì)于可逆過(guò)程1～2：膨脹：dv>0,w>0壓縮：dv<

0,w<014第十四頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日示功圖（p-v圖）

功是過(guò)程量而不是狀態(tài)量。

w的大小可以p-v圖上的過(guò)程曲線(xiàn)下面的面積來(lái)表示。15第十五頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日廣義力及廣義位移p的作用v的作用廣義力廣義位移16第十六頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日二、

熱量定義：熱力學(xué)中，系統(tǒng)與外界之間依靠溫差而傳遞的能量稱(chēng)為傳熱量或簡(jiǎn)稱(chēng)為熱量。熱量是在熱傳遞過(guò)程中，物體內(nèi)部熱能改變的量度。符號(hào)為Q

，單位為J

或kJ。

單位質(zhì)量工質(zhì)所傳遞的熱量用q

表示，單位為J/kg

或kJ/kg。17第十七頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日熱量正負(fù)的規(guī)定：系統(tǒng)吸熱：q>0;系統(tǒng)放熱：q<0。

熱量和功量都是系統(tǒng)與外界在相互作用的過(guò)程中所傳遞的能量，都是過(guò)程量而不是狀態(tài)量

18第十八頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日熱量與功的異同：

1.均為通過(guò)邊界傳遞的能量；

3.功傳遞由壓力差推動(dòng)，比體積變化是作功標(biāo)志；熱量傳遞由溫差推動(dòng)，比熵變化是傳熱的標(biāo)志；

4.功是物系間通過(guò)宏觀運(yùn)動(dòng)發(fā)生相互作用傳遞的能量；熱是物系間通過(guò)紊亂的微粒運(yùn)動(dòng)發(fā)生相互作用而傳遞的能量。功2.均為過(guò)程量；熱是無(wú)條件的；熱功是有條件、限度的。19第十九頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日1-6熵（entropy）與溫熵圖尋找熱量的廣義位移尋找熱量的廣義力20第二十頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日

在可逆過(guò)程中，系統(tǒng)與外界交換的熱量與功量的計(jì)算公式具有相同的形式。

功量：熱量：

s

稱(chēng)為比熵。比熵同比體積v

一樣是工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。

比熵的定義式：

（可逆過(guò)程）比熵的單位為J/(kg·K)

或

kJ/(kg·K)

。21第二十一頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)于質(zhì)量為

m

的工質(zhì)，S為質(zhì)量為m的工質(zhì)的熵，單位是J/K。22第二十二頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日（2）示熱圖（T-s圖）在可逆過(guò)程中單位質(zhì)量工質(zhì)與外界交換的熱量可以用T-s

圖（溫熵圖）上過(guò)程曲線(xiàn)下的面積來(lái)表示。溫熵圖也稱(chēng)示熱圖23第二十三頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日

根據(jù)熵的變化判斷一個(gè)可逆過(guò)程中系統(tǒng)與外界之間熱量交換的方向：

系統(tǒng)吸熱；

，，系統(tǒng)放熱。

，，系統(tǒng)絕熱，定熵過(guò)程。

，，24第二十四頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日需要強(qiáng)調(diào)

（可逆過(guò)程）離開(kāi)可逆這個(gè)條件，上式是不成立的25第二十五頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日1-7熱力循環(huán)持續(xù)動(dòng)力的概念一、定義：工質(zhì)從某一初態(tài)出發(fā)經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化過(guò)程之后，又回到了初始狀態(tài)時(shí)，我們稱(chēng)為經(jīng)歷一個(gè)熱力循環(huán)，或者簡(jiǎn)稱(chēng)循環(huán)。26第二十六頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日二、分類(lèi)循環(huán)是由過(guò)程所組成可逆循環(huán)：完全由可逆過(guò)程所組成的循環(huán)為可逆循環(huán)，即工質(zhì)在一循環(huán)達(dá)到原狀態(tài)之后可以按照原途徑所經(jīng)歷的全部狀態(tài)而順序相反地逆行再回到初始狀態(tài)。不可逆循環(huán)，組成的過(guò)程中，只要存在任何一部分不可逆過(guò)程，則循環(huán)不可逆27第二十七頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日三、參數(shù)坐標(biāo)圖分析28第二十八頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日四、動(dòng)力循環(huán)（正向循環(huán)）（powercycle;directcycle）輸出凈功；在p－v圖及T－s圖上順時(shí)針進(jìn)行；膨脹線(xiàn)在壓縮線(xiàn)上方；吸熱線(xiàn)在放熱線(xiàn)上方。29第二十九頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日五、逆向循環(huán)(reversecycle)

▲制冷循環(huán)(refrigerationcycle)

▲熱泵循環(huán)(heat-pumpcycle)

一般地講：輸入凈功；在狀態(tài)參數(shù)圖逆時(shí)針運(yùn)進(jìn)行；吸熱小于放熱。30第三十頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日課后作業(yè)思考題：4，5，6，7練習(xí)題：6，7