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文檔簡介
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
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