《工程熱力學(xué)》教學(xué)課件01(10-11)v1.0

1工程熱力學(xué)

Engineering

Thermodynamics授課教師：呂鳳Email：dolores10@163.com2課程性質(zhì)工程熱力學(xué)是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。工程熱力學(xué)是一門研究熱能有效利用及熱能和其它形式能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué)。是開展節(jié)能工作的理論基礎(chǔ)。3工程熱力學(xué)課程的地位與傳熱學(xué)、流體力學(xué)并列為能源工程學(xué)科的三大基礎(chǔ)理論課，地位非常重要；是學(xué)好后續(xù)專業(yè)理論課程的基礎(chǔ)，考研課程之一；工程熱力學(xué)理論知識的運(yùn)用貫穿于工程領(lǐng)域及人們生活實(shí)踐始終。目的與任務(wù)《工程熱力學(xué)》是熱能與動力工程本科生必修的學(xué)科基礎(chǔ)教育課，主要研究熱能與其他形式的能量之間的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律及其在工程中的應(yīng)用。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解熱力學(xué)的宏觀研究方法,理解和掌握熱力學(xué)的基本概念和基本定律，熟悉工質(zhì)的基本性質(zhì)和實(shí)際熱工裝置的基本原理，學(xué)會運(yùn)用熱力學(xué)基本定律對實(shí)際過程進(jìn)行熱力學(xué)分析的基本能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程及畢業(yè)后從事能源、環(huán)境、暖通、建筑、電力等行業(yè)的熱能利用方面的實(shí)際工作奠定基礎(chǔ)。教材選用教材:沈維道，童鈞耕主編，工程熱力學(xué)，高等教育出版社，第四版,2007年參考教材:[１]Yunus

A.Cengel,MichaelA.Boles.Thermodynamics,第六版,電子工業(yè)出版社[２]王修彥主編.《工程熱力學(xué)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2009年。[３]劉寶興編著.《工程熱力學(xué)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2006年?？己朔绞缴险n時間:星期三,1-2節(jié);星期五,1-2節(jié)

考核性質(zhì)：考試課，百分制考核形式：閉卷、筆試考試用時：期末120分鐘考核模式：二段制模式成績評定方法：期末總評成績＝平時成績×20％（10%考勤，10%作業(yè)）+實(shí)驗(yàn)成績15%+期末成績×65％補(bǔ)考方法：總評成績低于60

分的學(xué)生，須參加學(xué)校統(tǒng)一組織的補(bǔ)考。補(bǔ)考總成績＝平時成績×20％+實(shí)驗(yàn)成績15%+期末成績×65％注意：1/3缺考勤或1/3不交作業(yè)或1/3缺實(shí)驗(yàn)課或1/3缺實(shí)驗(yàn)報告均取消考試資格教學(xué)安排緒論（1學(xué)時）第一章基本概念（3學(xué)時）第二章熱力學(xué)第一定律（6學(xué)時）第三章氣體和蒸汽的性質(zhì)（6學(xué)時）第四章氣體和蒸汽的基本熱力過程（4學(xué)時）第五章熱力學(xué)第二定律（6學(xué)時）第七章氣體和蒸汽的流動（2學(xué)時）第八章壓氣機(jī)的熱力過程（3學(xué)時）第九章氣體動力循環(huán)（3學(xué)時）第十章蒸汽動力裝置循環(huán)（3學(xué)時）第十一章制冷循環(huán)（3學(xué)時）教學(xué)安排序號分類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行方式學(xué)時理論技能綜合設(shè)計(jì)必做選做1氣體參數(shù)綜合測定√√42二氧化碳臨界觀測及P-V-T關(guān)系√√23可視性飽和蒸汽P-T關(guān)系√√29提供各種有效能量的資源；是人類社會不可缺少的物質(zhì)之一；人類社會的發(fā)展史與人類社會開發(fā)和利用能源的廣度和深度密切相連。能源及能源轉(zhuǎn)換和利用的關(guān)系風(fēng)能水能化學(xué)能核能地?zé)崮芴柲軣崮?0%（85%）機(jī)械能電能直接利用二次能源熱機(jī)風(fēng)機(jī)水輪機(jī)燃燒核裂變傳熱傳熱光電轉(zhuǎn)換燃料電池一次能源能源發(fā)電機(jī)電動機(jī)冶金、化工、食品…生活直接取自自然界沒有經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換的各種能量和資源。包括：原煤、原油、天然氣、油頁巖、核能、太陽能、水力、風(fēng)力、波浪能、潮汐能、地?zé)?、生物質(zhì)能和海洋溫差能等。由一次能源經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換以后得到的能源產(chǎn)品。電力、蒸汽、煤氣、汽油、柴油、重油、液化石油氣、酒精、沼氣、氫氣和焦炭。

溫差發(fā)電磁流體發(fā)電核聚變生物質(zhì)燃燒10

1798年，英國物理學(xué)家和政治家BenjaminThompson

(1753-1814)通過炮膛鉆孔實(shí)驗(yàn)開始對功轉(zhuǎn)換為熱進(jìn)行定量研究。

0-2熱力學(xué)發(fā)展簡史11

1824年，法國陸軍工程師NicholasLéonard

Sadi

Carnot

發(fā)表了“關(guān)于火的動力研究”的論文。

他通過對自己構(gòu)想的理想熱機(jī)的分析得出結(jié)論：熱機(jī)必須在兩個熱源之間工作，理想熱機(jī)的效率只取決與兩個熱源的溫度，工作在兩個一定熱源之間的所有熱機(jī)，其效率都超不過可逆熱機(jī)，熱機(jī)在理想狀態(tài)下也不可能達(dá)到百分之百。這就是卡諾定理。

Carnot

(1796-1832)0-2熱力學(xué)發(fā)展簡史12

卡諾的論文發(fā)表后，沒有馬上引起人們的注意。過了十年，法國工程師Ben?ltPaulEmileClapeyron(1799-1864)把卡諾循環(huán)以解析圖的形式表示出來，并用卡諾原理研究了汽液平衡，導(dǎo)出了克拉佩隆方程。0-2熱力學(xué)發(fā)展簡史13

1842年，德國醫(yī)生JuliusRobertMayer(1814-1878)主要受病人血液顏色在熱帶和歐洲的差異及海水溫度與暴風(fēng)雨的啟發(fā)，提出了熱與機(jī)械運(yùn)動之間相互轉(zhuǎn)化的思想。Mayer

(1814-1878)0-2熱力學(xué)發(fā)展簡史14

1847年，德國物理學(xué)家和生物學(xué)家HermannLudwigvonHelmholtz(亥姆霍茲1821-1894)發(fā)表了“論力的守衡”一文，全面論證了能量守衡和轉(zhuǎn)化定律。Helmholtz

(1821-1894)0-2熱力學(xué)發(fā)展簡史15

1843-1848年，英國釀酒商JamesPrescottJoule

(1818-1889)以確鑿無疑的定量實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，論述了能量受恒和轉(zhuǎn)化定律。焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)是熱力學(xué)第一定律的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

Joule

(1818-1889)0-2熱力學(xué)發(fā)展簡史16

根據(jù)熱力學(xué)第一定律熱功可以按當(dāng)量轉(zhuǎn)化，而根據(jù)卡諾原理熱卻不能全部變?yōu)楣?，?dāng)時不少人認(rèn)為二者之間存在著根本性的矛盾。1850年，德國物理學(xué)家RudolfJ.Clausius

(1822-1888)進(jìn)一步研究了熱力學(xué)第一定律和克拉佩隆轉(zhuǎn)述的卡諾原理，發(fā)現(xiàn)二者并不矛盾。他指出，熱不可能獨(dú)自地、不付任何代價地從冷物體轉(zhuǎn)向熱物體，并將這個結(jié)論稱為熱力學(xué)第二定律?？藙谛匏乖?854年給出了熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，1865年提出“熵”的概念。

Clausius

(1822-1888)0-2熱力學(xué)發(fā)展簡史17

1851年，英國物理學(xué)家LordKelvin(1824-l907)指出，不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響。這是熱力學(xué)第二定律的另一種說法。

1853年，他把能量轉(zhuǎn)化與物系的內(nèi)能聯(lián)系起來，給出了熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。0-2熱力學(xué)發(fā)展簡史181875年，美國耶魯大學(xué)數(shù)學(xué)物理學(xué)教授JosiahWillardGibbs發(fā)表了“論多相物質(zhì)之平衡”的論文。他在熵函數(shù)的基礎(chǔ)上，引出了平衡的判據(jù)；提出熱力學(xué)勢的重要概念，用以處理多組分的多相平衡問題；導(dǎo)出相律，得到一般條件下多相平衡的規(guī)律。吉布斯的工作，把熱力學(xué)和化學(xué)在理論上緊密結(jié)合起來，奠定了化學(xué)熱力學(xué)的重要基礎(chǔ)。

Gibbs

(1839-1903)0-2熱力學(xué)發(fā)展簡史19

熱力學(xué)基本定律反映了自然界的客觀規(guī)律,以這些定律為基礎(chǔ)進(jìn)行演繹、邏輯推理而得到的熱力學(xué)關(guān)系與結(jié)論,顯然具有高度的普遍性、可靠性與實(shí)用性,可以應(yīng)用于機(jī)械工程、化學(xué)、化工等各個領(lǐng)域,由此形成了化學(xué)熱力學(xué)、工程熱力學(xué)、化工熱力學(xué)等重要的分支。化學(xué)熱力學(xué)主要討論熱化學(xué)、相平衡和化學(xué)平衡理論。工程熱力學(xué)主要研究熱能動力裝置中工作介質(zhì)的基本熱力學(xué)性質(zhì)、各種裝置的工作過程以及提高能量轉(zhuǎn)化效率的途徑?；崃W(xué)是以化學(xué)熱力學(xué)和工程熱力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合化工實(shí)際過程逐步形成的學(xué)科。0-2熱力學(xué)發(fā)展簡史階段時期實(shí)際發(fā)明實(shí)際應(yīng)用理論發(fā)展初始階段18世紀(jì)初期原始蒸汽機(jī)-抽水機(jī)（英國）水利灌溉19世紀(jì)初期蒸汽機(jī)機(jī)車和船舶1824年：卡諾定理與卡諾循環(huán)（熱能變機(jī)械能的條件）；1840-1851年：邁耶、焦?fàn)柕冉⒘藷崃W(xué)第一定律；1850-1851年：克勞修斯和湯姆遜先后提出了熱力學(xué)第二定律?？焖侔l(fā)展階段19世紀(jì)末期汽輪機(jī)內(nèi)燃機(jī)電廠交通動力機(jī)蒸汽、氣體性質(zhì)及其低速流動。內(nèi)燃機(jī)熱力過程、熱力循環(huán)及提高熱效率20世紀(jì)中后期燃?xì)廨啓C(jī)噴氣發(fā)動機(jī)聯(lián)合發(fā)電飛機(jī)、火箭燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)噴管及氣體高速流動近代發(fā)展階段近20-30年燃料電池（化學(xué)能→電能）溫差電池（熱能→電能）磁流體發(fā)電(熱能→電能）新能源開發(fā)(太陽能、地?zé)?能量直接轉(zhuǎn)化技術(shù)節(jié)能裝置和設(shè)備化學(xué)熱力學(xué)新循環(huán)、新工質(zhì)熱力學(xué)的發(fā)展歷程21第一章基本概念及定義教學(xué)目標(biāo):

使學(xué)生熟練掌握熱力學(xué)研究的基本概念。知識點(diǎn)：熱力系統(tǒng)；工質(zhì)熱力狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)；平衡狀態(tài)；準(zhǔn)靜態(tài)過程、可逆過程；熱力循環(huán)。重點(diǎn)：典型的熱力系統(tǒng)；p、v、T三個狀態(tài)參數(shù)的物理意義；絕對壓力和相對壓力的計(jì)算；可逆過程的判定準(zhǔn)則。難點(diǎn)：使學(xué)生理解并掌握抽象的熱力學(xué)基本概念，是本章的難點(diǎn)。22第一章基本概念—Basicconcept1-1熱能在熱機(jī)中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的過程1-2熱力系統(tǒng)1-3工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)1-4平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標(biāo)圖1-5工質(zhì)的狀態(tài)變化過程1-6過程功和熱量1-7熱力循環(huán)。231-1熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的過程熱能動力裝置定義—thermalpowerequipment

從燃料燃燒中獲得熱能并利用熱能得到動力的整套設(shè)備。分類內(nèi)燃機(jī)(internalcombustiongasengine)燃?xì)廨啓C(jī)動力裝置(gasturbinepowerplant)蒸汽動力裝置(steampowerplant)……噴氣動力裝置(jetpowerplant)24內(nèi)燃機(jī)的工作原理圖活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)氣缸燃?xì)鈩恿ρb置gaspowerequipment25內(nèi)燃機(jī)（汽油機(jī)）工作物質(zhì)：燃?xì)馊細(xì)鉄崮軝C(jī)械能燃料化學(xué)能排入大氣壓縮燃燒、膨脹吸氣排氣工作過程：能量轉(zhuǎn)換：26蒸汽動力裝置流程Steampowerequipment簡單蒸汽動力循環(huán)系統(tǒng)簡圖550C0過熱器鍋爐給水泵冷凝器冷卻水汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)QQ12W20C0高溫高壓蒸汽Wp27汽輪機(jī)水泵冷凝器鍋爐簡單蒸汽動力循環(huán)過程圖鍋爐(熱源):燃料燃燒產(chǎn)生熱量,將水變成蒸汽(吸熱過程)汽輪機(jī):將蒸汽攜帶的熱能→動能→轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機(jī)械能(對外作功過程)冷凝器(冷源):將作功后的低溫低壓蒸汽凝結(jié)成水(對外放熱過程)水泵:提高水的壓力,將水送入鍋爐(消耗外功)工質(zhì):水問題:由哪些典型過程組成?蒸汽動力裝置流程Steampowerequipment28原子能蒸汽動力裝置系統(tǒng)簡圖反應(yīng)堆(濃縮鈾)換熱器泵冷凝器發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)泵載熱質(zhì)(重水、堿性金屬蒸汽)冷卻水29熱能動力裝置的共性--Commonness從上述兩種熱機(jī)的工作情況看出，它們構(gòu)造不同，工作特性不同。然而工程熱力學(xué)不深入研究各種熱機(jī)的具體結(jié)構(gòu)和各自的特性，而是抽取所有熱機(jī)的共同問題進(jìn)行探討。能量轉(zhuǎn)換的媒介---工質(zhì)（燃?xì)?、蒸汽）；膨?--作功；壓縮—耗功；雙熱源---吸熱、放熱。共性30熱能動力裝置的共性動力裝置模化成雙熱源示意圖31壓縮制冷裝置系統(tǒng)簡圖32

地源熱泵33基本概念：工質(zhì)(workingmedium)工質(zhì)：實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì);1）膨脹性；2）流動性；3）熱容量；4）穩(wěn)定性，安全性；5）對環(huán)境友善；6）價廉，易大量獲取。物質(zhì)三態(tài)中氣態(tài)最適宜對工質(zhì)的要求:34基本概念：熱源、冷源熱源(heatsource)：把工質(zhì)從中吸取熱能的物系叫做熱源，或稱高溫?zé)嵩?冷源(heatsink)：把接受工質(zhì)排出熱能的物系叫做冷源，或稱低溫?zé)嵩矗嶷澹嵩春屠湓纯梢允呛銣責(zé)嵩矗╟onstantheatreservoir）的，也可以是變溫?zé)嵩矗╲ariationalheatreservoir

）的。351-2熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)—system： 被人為分割出來的作為熱力學(xué)分析對象的有限物質(zhì)系統(tǒng)；外界—surrounding： 熱力系統(tǒng)的周圍物體統(tǒng)稱為外界；邊界—Boundary：

熱力系統(tǒng)與外界的分界面（線）；36熱力系統(tǒng)特性邊界面特征：真假性---邊界面可以是真可以是假；動靜性---邊界面可以是運(yùn)動的也可以是靜止的；多變性---邊界面尺寸和形狀可以變化。管內(nèi)流動熱力系統(tǒng)示意圖活塞-氣缸裝置熱力系統(tǒng)示意圖37界面熱源外界外界熱力系統(tǒng)熱力系、界面、外界例Ⅰ：動靜性38界面熱源外界外界熱力系統(tǒng)熱力系、界面、外界例Ⅰ：動靜性39界面熱源外界外界熱力系統(tǒng)熱力系、界面、外界例Ⅰ：動靜性40界面熱源外界外界熱力系統(tǒng)熱力系、界面、外界例Ⅰ：動靜性41界面熱源外界外界熱力系統(tǒng)熱力系、界面、外界例Ⅰ：動靜性42系統(tǒng)界面熱力系、界面、外界例Ⅱ：多變性43系統(tǒng)系統(tǒng)界面熱力系、界面、外界例Ⅱ：多變性44系統(tǒng)系統(tǒng)界面熱力系、界面、外界例Ⅱ：多變性45系統(tǒng)界面外界外界熱力系、界面、外界例Ⅲ：真假性46熱力系統(tǒng)分類的人為性鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器過熱器只交換功只交換熱既交換功也交換熱47熱熱力系統(tǒng)的分類thermodynamicsystemclassify物質(zhì)功功熱物質(zhì)物質(zhì)功物質(zhì)絕熱熱力系孤立熱力系閉口熱力系開口熱力系按系統(tǒng)與外界之間的相互聯(lián)系劃分：

1.閉口系Closedsystem/Controlmass—與外界無物質(zhì)交換的熱力系。

2.開口系Opensystem/controlvolume—與外界有物質(zhì)交換的熱力系。

3.絕熱系A(chǔ)diabaticsystem—與外界無熱量交換的熱力系。

4.孤立系Isolatedsystem—與外界無任何聯(lián)系的熱力系。48熱力系統(tǒng)的分類thermodynamicsystemclassify開口系、閉口系、絕熱系、孤立系Open、closed、adiabatic、isolatedsystem

有 無是否傳質(zhì)mass

開口系

閉口系是否傳熱heat

非絕熱系

絕熱系是否傳熱、功、質(zhì)

非孤立系

孤立系Heat、power、mass49熱力系統(tǒng)分類示意圖1234mQW1

Opensystem1+2

Closedsystem1+2+3

Adiabaticclosedsystem1+2+3+4

Isolatedsystem50閉口熱力系閥門關(guān)閉51開口熱力系52開口熱力系：管道53開口熱力系（鍋爐示意圖）來自水泵過熱器爐墻蒸發(fā)管去汽輪機(jī)燃料與空氣54鍋爐的簡化熱力學(xué)分析模型(主要考慮蒸汽的發(fā)生)熱力系熱量（熱源）(高溫蒸汽)物質(zhì)(鍋爐給水)物質(zhì)55開口熱力系汽輪機(jī)去凝汽器調(diào)速器來自鍋爐噴管葉片汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸功（水蒸汽）物質(zhì)汽輪機(jī)的簡化熱力學(xué)分析模型熱力系（水蒸汽）物質(zhì)汽輪機(jī)的簡化熱力學(xué)分析模型57來自汽輪機(jī)的水蒸汽去水泵的凝結(jié)水冷卻水冷卻水開口熱力系（冷凝器）(凝結(jié)水）

物質(zhì)蒸汽放熱給冷卻水冷凝器的簡化熱力學(xué)分析模型熱力系（水蒸汽）物質(zhì)冷凝器的簡化熱力學(xué)分析模型

(主要考慮蒸汽的凝結(jié))59開口熱力系（水泵示意圖）電動機(jī)鍋爐給水來自冷凝器的水水泵開口熱力系（水泵示意圖）（鍋爐給水）物質(zhì)水泵的簡化熱力學(xué)分析模型熱力系（凝結(jié)水）物質(zhì)功水泵的簡化熱力學(xué)分析模型61蒸汽動力裝置流程簡圖冷卻水帶走熱量（工質(zhì)放熱量）向外輸出功（汽輪機(jī)）（水泵耗功）（工質(zhì)吸熱量）蒸汽動力裝置的簡化熱力學(xué)分析模型熱力系向系統(tǒng)輸入功熱源供熱蒸汽動力裝置的簡化熱力學(xué)分析模型63剛性絕熱氣缸-活塞系統(tǒng)，B側(cè)設(shè)有電熱絲。紅線內(nèi)——closedadiabatic黃線內(nèi)不包含電熱絲——closed黃線內(nèi)包含電熱絲——closedadiabatic藍(lán)線內(nèi)——Isolated熱力系統(tǒng)示例圖64按照系統(tǒng)內(nèi)部的情況可劃分（了解）1.均勻熱力系—系統(tǒng)內(nèi)部各部分化學(xué)成分和物理性質(zhì)都均勻一致的系統(tǒng)，它是由單相組成的。2.非均勻熱力系—由兩個或兩個以上的相態(tài)組成的熱力系。3.單元熱力系—由一種化學(xué)成分組成的熱力系。4.多元熱力系—由兩種或兩種以上物質(zhì)組成的熱力系。5.可壓縮系統(tǒng)—由可壓縮流體組成的熱力系。6.簡單可壓縮系統(tǒng)—與外界只有熱量和機(jī)械功交換的可壓縮系統(tǒng)。65簡單可壓縮系統(tǒng)Mostimportant

system！一般由可壓縮流體構(gòu)成，與外界可逆功交換只有體積變化功一種形式.體積變化功壓縮功膨脹功MovingBoundaryWorkCompressionWorkExpansionWork661-3狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)熱力學(xué)狀態(tài)--stateofthermodynamicsystem

工質(zhì)在熱力變化過程中某一瞬間呈現(xiàn)的宏觀物理狀況叫熱力學(xué)狀態(tài)，簡稱狀態(tài)。狀態(tài)參數(shù)--stateproperties

用來描述工質(zhì)所處狀態(tài)的宏觀物理量。狀態(tài)參數(shù)是宏觀量，是大量粒子的平均效應(yīng)，系統(tǒng)有多個狀態(tài)參數(shù)，如：67狀態(tài)參數(shù)的特征：2.狀態(tài)參數(shù)的積分特征：狀態(tài)參數(shù)的變化量與路徑無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)；1.狀態(tài)參數(shù)的關(guān)聯(lián)特征：狀態(tài)的單值函數(shù)，狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然；68狀態(tài)參數(shù)的積分特征

狀態(tài)參數(shù)變化量與路徑無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)。數(shù)學(xué)上：點(diǎn)函數(shù)、態(tài)函數(shù)pointfunction12ab例：溫度變化山高度變化69狀態(tài)參數(shù)的分類①基本狀態(tài)參數(shù)

能夠用儀器儀表直接或間接測量的參數(shù)稱為┄。②導(dǎo)出狀態(tài)參數(shù)不能用儀器儀表直接或間接測量的參數(shù)稱為┄。如：溫度、壓力、容積如：熱力學(xué)（內(nèi)能）、焓、熵。１）按能否用儀器或儀表進(jìn)行直接或間接測量劃分70２）按與系統(tǒng)內(nèi)包含物質(zhì)多少有無關(guān)系劃分①強(qiáng)度參數(shù)--Intensiveproperties與系統(tǒng)的質(zhì)量多少無關(guān)的參數(shù)，如壓力p、溫度T②廣延參數(shù)--Extensiveproperties與系統(tǒng)的質(zhì)量成正比具有可加性，如

質(zhì)量m、容積V、內(nèi)能

U、焓H、熵S比參數(shù)Specificparameters比容比熱力學(xué)能比焓比熵比參數(shù)單位：/kg、/kmol

具有強(qiáng)度量的性質(zhì)71強(qiáng)度參數(shù)與廣延參數(shù)InandEx速度動能高度

位能

熱力學(xué)能溫度應(yīng)力摩爾數(shù)（In

）（In

）（In

）（In

）（EX）（EX

）（EX

）（EX

）VelocityKineticEnergyHeightPotentialEnergyTemperatureInternalEnergyStressMol72系統(tǒng)兩個狀態(tài)相同的充要條件：

Necessaryandsufficientconditionofonestateisequaltoanotherforathermodynamicsystem:

所有狀參一一對應(yīng)相等。簡單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件：

Simplecompressiblesystem:

兩個獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)對應(yīng)相等。系統(tǒng)與狀態(tài)參數(shù)的相互判據(jù)73基本狀態(tài)參數(shù)：溫度、壓力、容積1.溫度--Temperature溫度的一般定義：傳統(tǒng)、宏觀：冷熱程度的度量；感覺，導(dǎo)熱，熱容量。微觀：衡量分子平均動能的量度。T0.5mc274熱力學(xué)第零定律

如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。

Iftwobodiesarein

thermalequilibrium

withathirdbody,theyarealsoin

thermalequilibrium

witheachother.溫度的熱力學(xué)定義75溫度的熱力學(xué)定義溫度測量的理論基礎(chǔ)B溫度計(jì)76溫度的熱力學(xué)定義Thermodynamicdefinition處于同一熱平衡狀態(tài)的各個熱力系，必定有某一宏觀特征彼此相同，用于描述此宏觀特征的物理量

溫度。溫度是確定一個系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量。77溫標(biāo)—Temperaturescale熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對溫標(biāo),T[K]）：Kelvinscale

攝氏溫標(biāo)(t[℃])

：Celsiusscale

華氏溫標(biāo)

(t[F])：Fahrenheitscale朗肯溫標(biāo)

(t[R])：Rankinescale溫標(biāo)概念：溫度的數(shù)值表示法。

常用溫標(biāo)：

78溫標(biāo)的換算—Conversionequation79常用溫標(biāo)之間的關(guān)系絕對K攝氏℃

華氏F朗肯R100373.150.01273.160273.15-17.80-273.15212671.6737.8100032-459.670459.67491.67冰熔點(diǎn)水三相點(diǎn)發(fā)燒水沸點(diǎn)559.6780基本狀態(tài)參數(shù)：溫度、壓力、容積2.壓力--Pressure常用單位Units：

1

kPa

=103

Pa

1bar

=105

Pa

1

MPa

=106

Pa

1

atm

=760

mmHg

=1.013105

Pa

1

mmHg

=133.3

Pa

1at

=1

kgf/cm2

=9.80665104

Pa物理中壓強(qiáng)：大量氣體分子撞擊器壁的平均結(jié)果，單位:

Pa、N/m281絕對壓力和相對壓力當(dāng)

p>pb表壓力pe當(dāng)

p<pb真空度pvpbpeppvp82Example1某熱電廠新蒸汽的表壓力為10MPa，凝汽器的真空度為94620Pa，送風(fēng)機(jī)表壓為145mmHg，當(dāng)時氣壓計(jì)讀數(shù)為755mmHg。試問以Pa為單位的絕對壓力為多少？

[解]大氣壓力

新蒸汽的絕對壓力為

凝汽器中蒸汽的絕對壓力為送風(fēng)機(jī)送出的空氣，其絕對壓力為83基本狀態(tài)參數(shù)：溫度、壓力、容積3.比體積及密度— specificvolumeanddencity比體積：單位質(zhì)量的物質(zhì)所占有的體積，用v表示；是表示物質(zhì)內(nèi)部分子疏密程度的狀態(tài)參數(shù)。[m3/kg]物理上常用密度

表示[kg/m3]841-4平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標(biāo)圖平衡狀態(tài)--Equilibriumstate

一個熱力系統(tǒng)，如果在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)能始終保持不變，則系統(tǒng)的這種狀態(tài)叫做平衡狀態(tài)。85幾種平衡熱平衡--Thermalequilibrium:

Ifthetemperatureisthesame

throughouttheentiresystem,thesystemisonathermalequilibriumstate.溫差

Differenceintemperature熱不平衡勢Thermalunbalancedpotentials86幾種平衡力平衡--Mechanicalequilibrium:

ifthereisnochangeinpressureatanypointofthesystemwithtime，thesystemisonamechanicalequilibriumstate.壓差

differenceinpressure力不平衡勢Mechanical

Unbalancedpotentials87幾種平衡相平衡--Phaseequilibrium:

whenthemassofeachphasereachesanequilibriumlevelandstaysthere.化學(xué)平衡--Chemicalequilibrium:

ifitschemicalcompositiondoesnotchangewithtime.Thatis,nochemicalreactionsoccur.88平衡狀態(tài)—equilibriumstate溫差

—

熱不平衡勢

壓差

—

力不平衡勢相變—

相不平衡勢化學(xué)反應(yīng)

—

化學(xué)不平衡勢

不存在不平衡勢，即同時處于熱平衡、力平衡、相平衡和化學(xué)平衡。平衡的本質(zhì)Natureofequilibrium：--------------->勢差平衡狀態(tài)不平衡狀態(tài)89平衡（Equilibrium）與穩(wěn)定（Steady）穩(wěn)定：參數(shù)不隨時間變化穩(wěn)定但存在不平衡勢差去掉外界影響，則狀態(tài)變化穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定90平衡（Equilibrium）與均勻（Even）平衡：時間上均勻：空間上平衡不一定均勻；單相平衡態(tài)則一定是均勻的，且物系中各處的狀態(tài)參數(shù)相同。91狀態(tài)方程式（Equationofstate

）一熱力系，若其兩個狀態(tài)相同，則其所有狀態(tài)參數(shù)均一一對應(yīng)相等。反之，也只有所有狀態(tài)參數(shù)均對應(yīng)相等，才可說該熱力系的兩狀態(tài)相同。對于簡單可壓縮系而言，只要兩個獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)對應(yīng)相同，即可判定該兩狀態(tài)相同。這意味著，只要有兩個獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)即可確定一個狀態(tài)，所有其他狀態(tài)參數(shù)均可表示為這兩個獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)。工程熱力學(xué)通常只研究平衡狀態(tài)。對于簡單可壓縮熱力系統(tǒng)，當(dāng)它處于平衡狀態(tài)時，各部分具有相同的壓力、溫度和比體積等參數(shù)，且這些參數(shù)服從一定關(guān)系式，這樣的關(guān)系式叫做狀態(tài)方程式,即反映工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時基本狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系式。92狀態(tài)方程的具體形式理想氣體的狀態(tài)方程實(shí)際工質(zhì)的狀態(tài)方程？？？取決于工質(zhì)的性質(zhì)！TheIdeal-GasEquationofState93例：R134a的維里型狀態(tài)方程比理想氣體復(fù)雜得多！94狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖簡單可壓縮系統(tǒng)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)數(shù)量為2，平面坐標(biāo)圖。pv系統(tǒng)任何平衡態(tài)可表示在坐標(biāo)圖上

過程線中任意一點(diǎn)為平衡態(tài)

不平衡態(tài)無法在圖上用實(shí)線表示常見p-v圖和T-s圖21

p-v圖和T-s圖一一對應(yīng)951-5工質(zhì)的狀態(tài)變化過程平衡狀態(tài)狀態(tài)不變化能量不能轉(zhuǎn)換非平衡狀態(tài)無法簡單描述熱力學(xué)引入準(zhǔn)靜態(tài)（準(zhǔn)平衡）過程一、準(zhǔn)平衡過程quasi-static,orquasi-equilibrium96一般過程p1

=p0+重物p，Tp0T1=T0突然去掉重物最終p2

=p0T2

=T0pv12..12系統(tǒng)狀態(tài)的連續(xù)變化稱為系統(tǒng)經(jīng)歷了一個熱力過程簡稱過程。97準(zhǔn)平衡過程quasi-equilibriump1

=p0+重物p，Tp0T1=T0假如重物有無限多層每次只去掉無限薄一層pv12...系統(tǒng)隨時接近于平衡態(tài)98準(zhǔn)平衡過程的定義

若過程進(jìn)行得相對緩慢，工質(zhì)在平衡被破壞后自動恢復(fù)平衡所需的時間，即所謂弛豫時間又很短，工質(zhì)有足夠的時間來恢復(fù)平衡，隨時都不致顯著偏離平衡狀態(tài)，那么這樣的過程就叫做準(zhǔn)平衡過程。破壞平衡所需時間（外部作用時間）恢復(fù)平衡所需時間（馳豫時間）>>有足夠時間恢復(fù)新平衡

準(zhǔn)靜態(tài)過程99準(zhǔn)平衡過程的實(shí)質(zhì)壓差作用下的準(zhǔn)平衡溫差作用下的準(zhǔn)平衡工質(zhì)與外界的壓差和溫差均為無限小！平衡點(diǎn)1平衡點(diǎn)2平衡點(diǎn)3壓差不平衡不平衡溫差壓差溫差100準(zhǔn)平衡過程示例Slowcompression(Quasi-equilibrium)101不平衡過程示例Veryfastcompression(Non-quasi-equilibrium)102準(zhǔn)靜態(tài)過程有實(shí)際意義嗎？既是平衡，又是變化既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換。疑問：理論上準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)無限緩慢，工程上怎樣處理？103準(zhǔn)平衡過程的工程應(yīng)用例：活塞式內(nèi)燃機(jī)

2000轉(zhuǎn)/分

曲柄2沖程/轉(zhuǎn)，0.15米/沖程活塞運(yùn)動速度=20002

0.15/60=10

m/s壓力波恢復(fù)平衡速度（音速）350m/s破壞平衡所需時間（外部作用時間）>>恢復(fù)平衡所需時間（馳豫時間）一般的工程過程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過程具體工程問題具體分析?！巴蝗弧薄熬徛?04氣缸活塞飛輪熱源二、可逆過程工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)過程假設(shè)：1、無摩擦；2、熱源與工質(zhì)溫差無限小；3、工質(zhì)與外界壓差無限小。經(jīng)歷準(zhǔn)平衡過程：工質(zhì)隨時和外界保持熱和力的平衡。氣缸活塞飛輪熱源左止點(diǎn)1pv二、可逆過程氣缸活塞飛輪熱源左止點(diǎn)12pv工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)二、可逆過程氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)12pv二、可逆過程工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)12pv二、可逆過程工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)12pv二、可逆過程工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)12pv二、可逆過程工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)1pv二、可逆過程氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)1pv二、可逆過程氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)1pv二、可逆過程氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)右止點(diǎn)12pv二、可逆過程氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)右止點(diǎn)12pv二、可逆過程工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)右止點(diǎn)12pv二、可逆過程工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)右止點(diǎn)12pv二、可逆過程工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)右止點(diǎn)12pv二、可逆過程工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)右止點(diǎn)12pv二、可逆過程工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)右止點(diǎn)12pv二、可逆過程工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)右止點(diǎn)12pv二、可逆過程工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)右止點(diǎn)12pv二、可逆過程工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點(diǎn)右止點(diǎn)12pv二、可逆過程工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸活塞飛輪熱源左止點(diǎn)右止點(diǎn)12pv二、可逆過程工質(zhì)、機(jī)器和熱源組成的系統(tǒng)如過程不平衡，不能無條件逆行。1251—2過程：熱源放熱，工質(zhì)吸熱膨脹，對外作功，推動飛輪旋轉(zhuǎn)12pv2—1過程：飛輪對活塞作功，工質(zhì)被壓縮并對熱源放熱經(jīng)歷了1—2—1過程后，工質(zhì)回復(fù)到原來狀態(tài)，熱源回復(fù)到原來狀態(tài)，機(jī)器回復(fù)到原來狀態(tài)

二、可逆過程126可逆過程定義—Reversibleprocess二、可逆過程和不可逆過程注意

當(dāng)工質(zhì)完成某一熱力過程之后，若能沿原來路徑逆向進(jìn)行，能使系統(tǒng)與外界同時恢復(fù)到初始狀態(tài)而不留下任何痕跡。反之，為不可逆過程。可逆過程只是指可能性，并不是指必須要回到初態(tài)的過程。127可逆過程的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)過程+無耗散效應(yīng)=可逆過程無不平衡勢差不平衡勢差

耗散效應(yīng)耗散效應(yīng)不可逆根源DissipativeeffectNounbalancedpotential128常見的不可逆過程不等溫傳熱T1T2T1>T2Q節(jié)流過程

(閥門）p1p2p1>p2129常見的不可逆過程混合過程?????????????????★★★★★★★★★★★★★★自由膨脹真空????????????130引進(jìn)可逆過程的意義準(zhǔn)靜態(tài)過程是實(shí)際過程的理想化過程，但并非最優(yōu)過程，可逆過程是最優(yōu)過程?？赡孢^程的功與熱完全可用系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)表達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界的復(fù)雜關(guān)系（無熱力學(xué)損失），易分析。可逆過程是一切實(shí)際過程的理想極限，實(shí)際過程不是可逆過程，但為了研究方便，先按理想情況（可逆過程）處理，用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆因素加以修正。思考題：可逆過程與準(zhǔn)平衡過程的區(qū)別？131準(zhǔn)靜態(tài)過程與可逆過程區(qū)別準(zhǔn)靜態(tài)過程：工質(zhì)內(nèi)部平衡過程，外部可以不平衡?？赡孢^程：工質(zhì)內(nèi)部，工質(zhì)與外界處于平衡狀態(tài)，且無摩擦?？赡孢^程必然是準(zhǔn)靜態(tài)過程，而準(zhǔn)靜態(tài)過程卻不一定是可逆過程。1321-6過程功和熱量功的力學(xué)定義--DefinitionofWorkinMechanics

力×在力的方向上的位移。功：1J=1N?m功率：1W=1J/s133功的熱力學(xué)定義

功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，在力的推動下，通過有序運(yùn)動方式傳遞的能量。且全部效果可表現(xiàn)為舉起重物。134有用功(usefulwork)概念其中 W—膨脹功（expansion)；

Wl—摩擦耗功；

Wp=排斥大氣功

功的符號約定 系統(tǒng)對外界做功為正、外界對系統(tǒng)做功為負(fù)。有用功及功的符號約定FFlFp135可逆過程的功mkg工質(zhì)：W=Fdx=pAdx=pdV1kg工質(zhì)：w=pdv功的量不但同初終狀態(tài)有關(guān)，而且同過程經(jīng)過的路徑有關(guān)，