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1、本次课程学习目标本次课程学习目标指出常用热能动力装置工作过程和热能转变成机械能的指出常用热能动力装置工作过程和热能转变成机械能的共同本质；共同本质；能从工程或生活的实际装备中划分出（各类）热力系，能从工程或生活的实际装备中划分出（各类）热力系，归纳他们的特征；归纳他们的特征；说明状态参数的种类和特性，指出温度的物理本意，进说明状态参数的种类和特性，指出温度的物理本意，进行热力学温标和摄氏温标转换，辨清绝对压力、表压力、行热力学温标和摄氏温标转换，辨清绝对压力、表压力、真空度的关系，并牢记常用压力单位的转换。真空度的关系，并牢记常用压力单位的转换。第第1次课程教学内容次课程教学内容热能动力装置工
2、作过程和热能转变成机械能的共同本质；热能动力装置工作过程和热能转变成机械能的共同本质；热力系及状态参数。热力系及状态参数。第第2次课程教学内容次课程教学内容准静态过程、可逆过程（内部可逆过程）及两者关系。准静态过程、可逆过程（内部可逆过程）及两者关系。平衡态的定义以及平衡与稳定。平衡态的定义以及平衡与稳定。功和热量及可逆过程功和热量的计算及状态参数图上表示。功和热量及可逆过程功和热量的计算及状态参数图上表示。正向循环、逆向循环以及他们的经济性指标。正向循环、逆向循环以及他们的经济性指标。本次课程学习目标本次课程学习目标概述平衡状态的特征，在今后课程的学习中能分辨系统概述平衡状态的特征，在今后课
3、程的学习中能分辨系统处于稳定还是平衡状态；处于稳定还是平衡状态；描述可逆过程的特征，区分准平衡过程与可逆过程；描述可逆过程的特征，区分准平衡过程与可逆过程；牢记功和热量的热力学定义，归纳两者的特性和异同，牢记功和热量的热力学定义，归纳两者的特性和异同，进行可逆过程体积功和热量的计算；进行可逆过程体积功和热量的计算；复述循环、可逆循环的定义及各类循环的经济性指标。复述循环、可逆循环的定义及各类循环的经济性指标。 功和热量都是能量，单位也相同，没有本质区别。功和热量都是能量，单位也相同，没有本质区别。 温度是物体冷热程度的标志。温度是物体冷热程度的标志。？ 可逆过程就是可以逆向进行的过程。可逆过程
4、就是可以逆向进行的过程。第一章第一章 基本概念基本概念Basic Concepts and Definitions1-1 热能和机械能相互转换过程热能和机械能相互转换过程1-2 热力系统热力系统1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数工质的热力学状态及其基本状态参数1-4 平衡状态平衡状态1-5 工质的状态变化过程工质的状态变化过程1-6 功和热量功和热量1-7 热力循环热力循环本章教学内容本章教学内容本章学习目标本章学习目标 明白常用热能动力转换装置及其工作过程和热能转变成机械能的共同本质； 从工程或生活的实际装备中划分出（各类）热力系，归纳他们的特征，并用状态参数正确描述其状态； 概述平衡
5、状态的特征，分辨系统处于稳定还是平衡状态； 描述可逆过程的特征，区分准平衡过程与可逆过程； 牢记功和热量的热力学定义，归纳两者的特性和异同， 计算可逆过程体积功和热量； 复述循环、可逆循环的定义及各类循环的经济性指标。教学参考资料：工程热力学第4版第1章 pp.635。一、热能动力装置一、热能动力装置(Thermal power plant)从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力的整套设备从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力的整套设备。分分 类类共同本质：共同本质：媒介物通过吸热媒介物通过吸热膨胀作功膨胀作功排热排热 气体动力装置气体动力装置(combustion gas power pla
6、nt)内燃机内燃机(internal combustion gas engine)燃气轮机装置燃气轮机装置(gas turbine power plant)喷气发动机喷气发动机(jet power plant) 蒸气动力装置蒸气动力装置 (steam power plant)1-1 热能和机械能相互转换的过程热能和机械能相互转换的过程二、机械能转变成热能制冷（热泵）装置二、机械能转变成热能制冷（热泵）装置输入机械能获得冷量或热量的整套设备输入机械能获得冷量或热量的整套设备。分分 类类共同本质：工质（制冷剂）共同本质：工质（制冷剂）通过吸热通过吸热压缩（输入功）压缩（输入功）排热排热 压缩空气制
7、冷压缩空气制冷 压缩空气热泵压缩空气热泵 压缩压缩蒸气蒸气制冷制冷 压缩压缩蒸气蒸气热泵热泵热力装置共同基本特点1、热源，冷源、热源，冷源heat reservoir2、工质、工质medium, working substance3、容积变化功、容积变化功moving boundary work4、循环、循环cycle三、工质三、工质(working substance; working medium)实现热能和机械能相互转化的媒介物质。实现热能和机械能相互转化的媒介物质。对工质的要求对工质的要求:物质三态中物质三态中气态（蒸汽）气态（蒸汽）最最适宜适宜。1）良好的膨胀性）良好的膨胀性2）良好
8、的流动性）良好的流动性3）较大的热容量）较大的热容量4）稳定性，安全性）稳定性，安全性5）对环境友善对环境友善6）价廉，易大量获取）价廉，易大量获取四、热源四、热源(heat source; heat reservoir)工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。 高温热源高温热源热源热源 （ heat source ）反应堆堆芯）反应堆堆芯低温热源低温热源冷源（冷源（heat sink）冷却水）冷却水 恒温热源恒温热源(constant heat reservoir)稳定工况的堆芯稳定工况的堆芯变温热源启动、停堆时的堆芯变温热源启动、停堆时的堆芯1-2 热力
9、系统（热力系、系统、体系）热力系统（热力系、系统、体系） 系统系统(thermodynamic system, system)人为分割人为分割出来，作为热力学研究对象的出来，作为热力学研究对象的有限物质有限物质系统。系统。 外界外界(surrounding )：与体系发生质、能交换的物系。与体系发生质、能交换的物系。 边界边界(boundary)：系统与外界的分界面（线）。系统与外界的分界面（线）。一、定义一、定义二、系统及边界示例二、系统及边界示例 汽车发动机汽车发动机 汽缸汽缸- -活塞装置活塞装置14 移动和虚构边界移动和虚构边界虚构边界虚构边界1）系统与外界的人为性；）系统与外界的人为
10、性；2）“外界”与“环境”的不同；）“外界”与“环境”的不同；3）边界可以是：）边界可以是：a）刚性的或可变形的或有弹性的；刚性的或可变形的或有弹性的；b）固定的或可移动的；固定的或可移动的；c）实际的或虚拟的。实际的或虚拟的。注意：注意：环境是外界的一部分，是不被系统影响的一部分环境是外界的一部分，是不被系统影响的一部分三、热力系分类三、热力系分类按组元数按组元数单元系单元系(one component system; pure substance system)多元系多元系(multicomponent system)按相数按相数单相系单相系(homogeneous system)复相系复
11、相系(heterogeneous system)注意：注意：复相系未必不均匀复相系未必不均匀湿蒸汽；湿蒸汽；单元系未必均匀单元系未必均匀气液平衡分离状态。气液平衡分离状态。1. 按组元和相按组元和相闭口系（闭口系（closed system），），控制质量控制质量 （CM：control mass)没有质量越过边界。没有质量越过边界。2. 按系统与外界质量交换按系统与外界质量交换18开口系（开口系（open syste），），控制体积控制体积 (CV: control volume)通过边界与外界有质量交换通过边界与外界有质量交换绝热系（绝热系（adiabatic system）与外界无热量交
12、换与外界无热量交换;但可以有功、质量的交换但可以有功、质量的交换孤立系（孤立系（isolated system）与外界无任何形式的质、能交换。与外界无任何形式的质、能交换。3. 按能量交换按能量交换4. 简单可压缩系（简单可压缩系（simple compressible system）由可压缩物质组成，无化学反应、由可压缩物质组成，无化学反应、与外界与外界只能有容积变化功只能有容积变化功交换的有限物质系统。交换的有限物质系统。1）闭口系与系统内质量不变的区别；）闭口系与系统内质量不变的区别；2）开口系与绝热系的关系；）开口系与绝热系的关系；3）孤立系与绝热系的关系。）孤立系与绝热系的关系。注意
13、：注意： 边界上是否可以有“功”、热、质的交换？ 注意：在热力学上，除了热和伴随着质量的能量交换，注意：在热力学上，除了热和伴随着质量的能量交换， 一切其它形式的能量交换都是“功”一切其它形式的能量交换都是“功” 不同种类的热力系统有不同的热力学关系式，因此，区 分热力系统的种类是热力学分析至观重要的一步四、四、 热力系统按照有无质、能交换的分类归纳热力系统按照有无质、能交换的分类归纳五、五、 热力系示例（边界划分的重要性）热力系示例（边界划分的重要性）1 1. 刚性绝热气缸刚性绝热气缸-活塞系统活塞系统，一侧设有电热丝一侧设有电热丝，活塞绝热活塞绝热。红线内红线内闭口绝热系闭口绝热系赭线内赭
14、线内（不包含电热丝）（不包含电热丝）闭口系闭口系绿线内绿线内（包含电热丝）（包含电热丝）闭口绝热系，闭口绝热系，但有“功”的输入但有“功”的输入 蓝线内蓝线内孤立系孤立系2. 空气压缩机空气压缩机具有热具有热、功功、质交换的开放系统质交换的开放系统qQ0？取喷管为系统取喷管为系统取红线为系统取红线为系统 闭口系闭口系3刚性绝热喷管刚性绝热喷管开口系开口系 绝热系绝热系4动物中的热力学系统动物中的热力学系统5植物中的热力学系统植物中的热力学系统1-3 工质的热力学状态和基本状态参数工质的热力学状态和基本状态参数一、热力学的研究方法一、热力学的研究方法2、宏观方法：宏观方法：连续体连续体(cont
15、inuum)假设，用宏观物理量描述其状假设，用宏观物理量描述其状 态，其基本规律是无数经验的总结态，其基本规律是无数经验的总结特点特点：可靠，普遍，不能任意推广可靠，普遍，不能任意推广经典经典 （宏观宏观,平衡平衡）热力学热力学 classical (macroscopic, equilibrium)1、微观方法：微观方法：从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象特点：特点：揭示本质，模型近似揭示本质，模型近似微观微观（统计统计）热力学热力学 microscopic (statistical) thermodynamics热力学状态（热力学状态（stat
16、e of thermodynamic system）系统宏观物理状况的综合系统宏观物理状况的综合?状态参数（状态参数（state properties）描述物系所处状态的宏观物理量描述物系所处状态的宏观物理量SHUTVp,1状态参数是宏观量状态参数是宏观量，是大量粒子的统计平均效，是大量粒子的统计平均效 应，只有应，只有 “平衡态”平衡态”才有状参，系统有才有状参，系统有多多个状态参数，如个状态参数，如二、热力学状态和状态参数二、热力学状态和状态参数三、状态参数的特性和分类三、状态参数的特性和分类2状态参数是状态参数是状态的单值函数。状态的单值函数。物理上物理上与过程无关；与过程无关；211 21 2dd = bazxx zz 数学上的微分特性数学上的微分特性全微分：全微分：d0x 数学上的积分特性：数学上的积分特性：( , )zzdz x ydxdyxy
