電廠工程熱力學(xué)1.ppt

1、1,第一章基本概念,2,第一節(jié)熱力系統(tǒng)一、工質(zhì)：實現(xiàn)熱能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)就叫工質(zhì)二、熱源和冷源高溫?zé)嵩垂べ|(zhì)從中吸取熱能的物體低溫?zé)嵩唇邮芄べ|(zhì)排出熱能的物體,3,熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng))：人為分割出來、研究對象、能用熱力學(xué)參數(shù)來描述的系統(tǒng),外界（環(huán)境）：系統(tǒng)以外的所有物質(zhì),邊界(界面)：系統(tǒng)與外界的分界面,系統(tǒng)與外界的作用都通過邊界,三、熱力系統(tǒng)1、定義（系統(tǒng)與邊界）,4,熱力系統(tǒng)選取的人為性,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,5,邊界特性,固定、活動；真實、虛構(gòu),邊界劃分的不同，研究對象就不同，系統(tǒng)就不同。解決問題的繁簡程度不同。,6,2

2、、熱力系統(tǒng)分類,系統(tǒng)通過邊界與外界可以有能量的傳遞（功和熱），也可以有物質(zhì)的傳遞：,有無是否傳質(zhì)開口系閉口系,是否傳熱非絕熱系絕熱系,是否傳功非絕功系絕功系,是否傳能、質(zhì)非孤立系孤立系,7,閉口系統(tǒng)：一個熱力系統(tǒng)，如果和外界沒有質(zhì)量交換而只有能量交換，則稱為閉口系統(tǒng)。又叫控制質(zhì)量。,開口系統(tǒng)：一個熱力系統(tǒng)，如果和外界既有功或熱等能量交換，又有質(zhì)量交換，則稱為開口系統(tǒng)。又叫控制容積（控制體）。,絕熱系統(tǒng)：一個熱力系統(tǒng)，如果和外界沒有熱量交換，則稱為絕熱系統(tǒng)。,孤立系統(tǒng)：一個熱力系統(tǒng)，如果和外界既沒有功或熱等能量交換，又沒有質(zhì)量交換，則稱為孤立系統(tǒng)。,8,1開口系,例如：,非孤立系相關(guān)外界孤立系,

3、1+2閉口系,1+2+3絕熱閉口系,1+2+3+4孤立系,9,四、系統(tǒng)的內(nèi)部狀況（熱力系統(tǒng)其它分類方式）,其它分類方式,物理化學(xué)性質(zhì),均勻系非均勻系,工質(zhì)種類,多元系,單元系,相態(tài),多相,單相,10,1、均勻系與非均勻系：系統(tǒng)內(nèi)各部分的化學(xué)成分和物理性質(zhì)都均勻一致的系統(tǒng)，稱為均勻系。2、單相系與復(fù)相系：由單一物相組成的系統(tǒng)稱為單相系。3、單元系與多元系：由一種均勻的和化學(xué)成分保持不變的物質(zhì)組成的系統(tǒng)稱為單元系。（空氣?？煽醋骷兾镔|(zhì)，屬單元系）,11,第二節(jié)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)一、狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù),狀態(tài)：某一瞬間熱力系統(tǒng)所呈現(xiàn)的宏觀物理狀況稱作工質(zhì)的熱力狀態(tài)（狀態(tài)）,狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系狀態(tài)的宏觀物理量

4、,狀態(tài)參數(shù)的特征：,1、狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然,2、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)；狀態(tài)參數(shù)的循環(huán)積分等于零,3、狀態(tài)參數(shù)是全微分,12,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)。,1,2,a,b,例：溫度變化,13,狀態(tài)參數(shù)的微分特征,設(shè)z=z(x,y),dz是全微分,充要條件：,可判斷是否是狀態(tài)參數(shù),14,BT=0.5mw20.5mw2是分子平移運動的平均動能,二、基本狀態(tài)參數(shù),壓力p、溫度T、比容v（可直接測量）,1、溫度1）溫度的定義傳統(tǒng)：溫度是表征物體冷熱程度的物理量微觀：衡量分子平均動能的量度，表征物質(zhì)分子運動的激烈程度,15,2）熱力

5、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。,溫度測量的理論基礎(chǔ)B溫度計,如果兩個系統(tǒng)的溫度分別和第三個系統(tǒng)的溫度相等，則兩個系統(tǒng)的溫度必然相等。,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,16,3）常用溫標(biāo)：溫度的數(shù)值標(biāo)尺，稱作溫標(biāo),開爾文K,攝氏,100,373.15,0.01,273.16,0,273.15,-17.8,0,-273.15,37.8,冰熔點,水三相點,水沸點,熱力學(xué)溫標(biāo)：選取水的三相點為基本點，并定義為273.16K熱力學(xué)攝氏溫標(biāo)t=T-273.15T=t+273.15,17,2、壓力p1)定義及單位:單位面積上所受到的垂直

6、作用力(物理中壓強(qiáng))單位:Pa,N/m2,常用單位：1bar=105Pa1MPa=106Pa1atm=760mmHg=1.013105Pa1mmHg=133.3Pa1at=735.6mmHg=9.80665104Pa,18,2)絕對壓力和相對壓力,絕對壓力：以絕對真空為起點而測得的壓力叫絕對壓力。P是流體的真實壓力,以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ˙）(環(huán)境壓力)為起點而測得的壓力叫相對壓力。,注意：工程上壓力表所顯示的是相對壓力只有絕對壓力p才是狀態(tài)參數(shù),當(dāng)PB時,Pg=P-B表壓力當(dāng)P,恢復(fù)平衡所需時間（馳豫時間）,34,三、可逆過程,系統(tǒng)經(jīng)歷某一過程后，如果能使系統(tǒng)沿相同路徑回復(fù)到初始狀態(tài)，而系統(tǒng)所涉及

7、的外界同時恢復(fù)到初始狀態(tài)，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。,1、定義,2、準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程,準(zhǔn)只要求系統(tǒng)內(nèi)部平衡可還要求系統(tǒng)與外界平衡,無不平衡勢差,無耗散效應(yīng),35,可逆過程一定是準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程不一定是可逆過程，它只是可逆過程的必要條件。不平衡過程一定是不可逆過程,可逆過程完全理想，以后均用可逆過程的概念。準(zhǔn)靜態(tài)過程很少用。,準(zhǔn)靜態(tài)過程+無耗散效應(yīng)=可逆過程,通過摩擦使功變熱的效應(yīng)(摩阻，電阻，非彈性變形，磁阻等）,36,典型的不可逆過程,不等溫傳熱,T1,T2,T1T2,Q,自由膨脹,真空,37,典型的不可逆過程,節(jié)

8、流過程(閥門）,p1,p2,p1p2,混合過程,38,引入可逆過程的意義,準(zhǔn)靜態(tài)過程是實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。,實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。,39,功是系統(tǒng)與外界通過邊界相互作用的一種方式（傳遞的一種能量）。當(dāng)系統(tǒng)完成功時，它對外界的全部作用，可用在外界舉起重物的效果來代替。在力的推動下，通過有序運動方式傳遞的能量。,第五節(jié)功,一、功的定義：,2、熱力學(xué)定義,1、力學(xué)定義:力在力方向上的位移,40,ds,以汽缸中1Kg工質(zhì)為系統(tǒng)1經(jīng)可逆變化到2,1kg工質(zhì)發(fā)生容積變化對外界

9、作的功,W=mpAds=pdV,w=Fds=pAds=pdv,二、容積功：因容積變化和外界發(fā)生作用,mkg工質(zhì),41,準(zhǔn)靜態(tài)過程的容積變化功,p,p外,2,mkg工質(zhì)：,W=pdV,1kg工質(zhì)：,w=pdv,1,注意：上式僅適用于準(zhǔn)靜態(tài)過程,42,示功圖,p,V,.,1,2,.,p,p外,2,1,mkg工質(zhì)：,W=pdV,1kg工質(zhì)：,w=pdv,W,43,準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功的說明,p,V,.,1,2,.,1）單位為kJ或kJ/kg,2）p-V圖上用面積表示,3）功的大小與路徑有關(guān)功是過程量w,4）統(tǒng)一規(guī)定：dV0，膨脹對外作功（正）dV0，壓縮外內(nèi)作功（負(fù)）,5）適于準(zhǔn)靜態(tài)下的任何工質(zhì)（一般為流體）,6）有無f，只影響系統(tǒng)功與外界功的大小差別,44,摩擦損失的影響,若有f存在，就存在損失,p,p外,2,1,系統(tǒng)對外作功W，外界得到的功