制冷原理-熱力過程

熱力過程2019年2月目錄專題引入——熱力系統(tǒng)1熱力過程2熱力學(xué)定律3總結(jié)4專題引入——熱力系統(tǒng)通常把研究對(duì)象從周圍物體（外界或環(huán)境）中分離出來，并分析研究對(duì)象與周圍物體（外界或環(huán)境）之間的能量和物質(zhì)的交換，這種人為分離出來的研究對(duì)象稱為熱力系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱熱力系或系統(tǒng)。系統(tǒng)與外界或環(huán)境之間的分界面稱為邊界。邊界可能是實(shí)際存在的，也可能是假想的虛擬邊界。可固定、可變化或運(yùn)動(dòng)的。（1）封閉系統(tǒng)（2）開口系統(tǒng)熱力系統(tǒng)示意圖汽輪機(jī)工作原理示意圖控制質(zhì)量系統(tǒng)控制體積系統(tǒng)熱力系

定義：

由某種邊界包圍，被取作研究對(duì)象的特定物質(zhì)或空間。

分類：

閉口系

開口系與外界無物質(zhì)交換。

與外界有物質(zhì)交換。

專題引入——熱力系統(tǒng)絕熱系

孤立系

與外界無熱量交換。

與外界沒有物質(zhì)交換和能量交換。思考題：熱力系與外界相互作用有哪些？無熱量交換系統(tǒng)，但可以有功和物質(zhì)交換。如用隔熱材料包裹起來的系統(tǒng)。分類：

專題引入——熱力系統(tǒng)專題引入——熱力系統(tǒng)工程熱力學(xué)中，最常見的熱力系統(tǒng)是簡(jiǎn)單可壓縮的系統(tǒng)，即系統(tǒng)與外界之間功的交換只有體積變化功（膨脹或壓縮做功）。熱力過程由于系統(tǒng)與外界相互作用而引起的熱力系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)經(jīng)過連續(xù)的中間狀態(tài)變化達(dá)到另一個(gè)新的平衡狀態(tài)的全過程，稱為熱力過程，簡(jiǎn)稱過程。（一）平衡狀態(tài)（二）準(zhǔn)靜態(tài)過程（三）可逆過程（一）平衡狀態(tài)在不受外界影響的條件下（重力場(chǎng)除外），如果系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化，則該系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。平衡的本質(zhì)：不存在不平衡勢(shì)

溫差—

熱不平衡勢(shì)壓差—

力不平衡勢(shì)化學(xué)反應(yīng)—

化學(xué)不平衡勢(shì)重力勢(shì)差

—重力不平衡勢(shì)系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)發(fā)生改變是由于存在不平衡勢(shì)。平衡與均勻平衡：時(shí)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（一）平衡狀態(tài)平衡與穩(wěn)定穩(wěn)定：參數(shù)不隨時(shí)間變化穩(wěn)定但存在不平衡勢(shì)差去掉外界影響，則狀態(tài)變化若以（熱源+銅棒+冷源）為系統(tǒng)，又如何？穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定（一）平衡狀態(tài)思考1.熱力學(xué)中為什幺要引入平衡態(tài)的概念?答：平衡狀態(tài)是在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài)，而穩(wěn)定狀態(tài)則是不論有無外界影響，系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài)?？梢娖胶獗胤€(wěn)定，而穩(wěn)定未必平衡。熱力學(xué)中引入平衡態(tài)的概念,是為了能對(duì)系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)用狀態(tài)參數(shù)來進(jìn)行描述。（二）準(zhǔn)靜態(tài)過程熱力過程實(shí)質(zhì)上是熱力系統(tǒng)在不平衡勢(shì)差的作用下，由一個(gè)平衡態(tài)向另外一個(gè)平衡態(tài)變化的過程。變化過程中，系統(tǒng)與外界之間就存在能量的轉(zhuǎn)換與傳遞。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(jiǎn)單描述熱力學(xué)引入準(zhǔn)靜態(tài)（準(zhǔn)平衡）過程一般過程：p1

=p0+重物p，Tp0T1=T0突然去掉重物最終p2

=p0T2

=T0pv12..準(zhǔn)靜態(tài)過程：p1

=p0+重物T1=T0假如重物有無限多層每次只去掉無限薄一層pp，Tp0v12...系統(tǒng)隨時(shí)接近于平衡態(tài)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？準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程條件破壞平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）恢復(fù)平衡所需時(shí)間（馳豫時(shí)間）>>有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡

準(zhǔn)靜態(tài)過程（二）準(zhǔn)靜態(tài)過程例如轉(zhuǎn)速n=1500轉(zhuǎn)/分的四沖程內(nèi)燃機(jī)的整個(gè)壓縮沖程的時(shí)間為2×10-2秒,與壓強(qiáng)的弛豫時(shí)間10-3秒相比，可認(rèn)為這一過程進(jìn)行得足夠緩慢，因而可以近似地將它當(dāng)作準(zhǔn)靜態(tài)過程來處理。準(zhǔn)靜態(tài)過程可以用系統(tǒng)的狀態(tài)圖，如p-V圖（或p-T圖、V-T圖）中的一條曲線表示。再狀態(tài)圖中，任何一點(diǎn)都表示系統(tǒng)的一個(gè)平衡態(tài)，所以一條曲線就表示由一系列平衡態(tài)組成的準(zhǔn)靜態(tài)過程，這樣的曲線叫過程曲線。（三）可逆過程熱力學(xué)系統(tǒng)由某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過某一過程到達(dá)另一狀態(tài)后，如果存在另一過程，它能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原，既使系統(tǒng)回到原來狀態(tài)，同時(shí)又完全消除原來過程對(duì)外界所產(chǎn)生的一切影響，則原來的過程稱為可逆過程。反之，如果無論采用何種辦法都不能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原，則原來的過程稱為不可逆過程。真空中的單擺運(yùn)動(dòng)，它沒有能量的損耗可逆過程不可逆過程實(shí)際熱機(jī)由于摩擦等因素只能進(jìn)行不可逆的循環(huán)三、可逆過程

定義：

系統(tǒng)經(jīng)歷某一過程后，如果能使系統(tǒng)與外界同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過程為可逆過程。注意：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。（三）可逆過程可逆過程裝置可逆過程p-v圖圖1-11可逆過程當(dāng)氣缸內(nèi)的氣體膨脹對(duì)外做功，全部用于推動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，功轉(zhuǎn)換為飛輪的動(dòng)能。當(dāng)活塞運(yùn)行到下止點(diǎn)后，飛輪由于存在慣性使活塞逆行，對(duì)氣缸內(nèi)氣體進(jìn)行壓縮，壓縮最終使外界和系統(tǒng)都恢復(fù)到初始狀態(tài)，在整個(gè)過程中不存在任何不可逆的耗散，這就是一個(gè)可逆過程?？赡孢^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(shì)差通過摩擦使功變熱的效應(yīng)(摩阻，電阻，非彈性變性，磁阻等）

不平衡勢(shì)差

不可逆根源

耗散效應(yīng)

耗散效應(yīng)可逆過程總是準(zhǔn)靜態(tài)，準(zhǔn)靜態(tài)不一定可逆。引入可逆過程的意義

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。

可逆過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，易分析。

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4.準(zhǔn)平衡過程與可逆過程有何區(qū)別?答：無耗散的準(zhǔn)平衡過程才是可逆過程,所以可逆過程一定是準(zhǔn)平衡過程,而準(zhǔn)平衡過程不一定是可逆過程.準(zhǔn)平衡過程