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1、第一章 基本概念 Basic Concepts1-1 热力系统热力系统(热力系、系统)：人为地 研究对象1、系统的定义Thermodynamic systemsystemA quantity of matter or a region in space chosen for study1-1 热力系统外界：系统以外的所有物质2、系统、外界与边界边界(界面)：系统与外界的分界面系统与外界的作用都通过边界surroundingsboundary热力系统选取的人为性锅 炉汽轮机发电机给水泵凝 汽 器过热器只交换功只交换热既交换功 也交换热边界特性真实、虚构固定、活动 fixed 、 movabler
2、eal 、imaginary热力系统分类以系统与外界关系划分：有 无是否传质 开口系 闭口系是否传热 非绝热系 绝热系是否传功 非绝功系 绝功系是否传热、功、质 非孤立系 孤立系Types of System开口系绝热系孤立系Closed system Control massIsolated systemOpen systemControl volume 闭口系Adiabatic system1234mQW1 开口系1-1 1-1 热力热力系统非孤立系相关外界 孤立系1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系1+2+3+4 孤立系热力系统其它分类方式其它分类方式物理化学性质均匀系非均匀系工质种类
3、 多元系单元系相态 多相单相简单可压缩系统最重要的系统 只交换热量和一种准静态的容积变化功容积变化功压缩功 膨胀功Simple compressible systemMoving Boundary WorkCompression WorkExpansion Work1-2 状态和状态参数状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况状态参数：描述热力系状态的物理量状态参数的特征：1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关 3、状态参数的微分特征：全微分State and state properties状态参数的积分特征状态参数变化量与路径
4、无关，只与 初终态有关。数学上：点函数、态函数12ab例：温度变化 山高度变化point function状态参数的微分特征设 z =z (x , y)dz是全微分充要条件：可判断是否 是状态参数Total differentials强度参数与广延参数强度参数：与物质的量无关的参数如压力 p、温度T广延参数：与物质的量有关的参数可加性如 质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S 比参数：比容比内能比焓比熵 单位：/kg /kmol 具有强度参数的性质Intensive properties Extensive properties 强度参数与广延参数速度动能高度 位能内能温度应力摩尔数（强）（
5、强）（强）（强）（广）（广）（广）（广）Velocity Kinetic EnergyHeight Potential EnergyTemperature Internal EnergyStressMol1-3 基本状态参数压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）1、压力 p ( pressure )物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2 常用单位Units： 1 kPa = 103 Pa 1bar = 105 Pa1 MPa = 106 Pa1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa1 mmHg = 133.3 Pa1 at = 1 kgf/cm2 = 9
6、.80665104 PaBasic state properties压力p测量示意图绝对压力与环境压力的相对值相对压力注意：只有绝对压力 p 才是状态参数U-tube manometerBourdon Tube绝对压力与相对压力示意图当 p pb表压力 pe当 p 有足够时间恢复新平衡 准静态过程Relaxation time准静态过程的工程应用例：活塞式内燃机 2000转/分曲柄 2冲程/转，0.15米/冲程活塞运动速度=20002 0.15/60=10 m/s 压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s破坏平衡所需时间 （外部作用时间）恢复平衡所需时间 （驰豫时间）一般的工程过程都可认为是准
7、静态过程 具体工程问题具体分析。“突然”“缓慢”准静态过程的容积变化功pp外f初始：pA = p外A +fA如果 p外微小 可视为准静态过程dl以汽缸中mkg工质为系统mkg工质发生容积变 化对外界作的功W = pA dl =pdV1kg工质w =pdvdl 很小，近似认为 p 不变Moving Boundary Work准静态过程的容积变化功pp外2mkg工质：W =pdV1kg工质：w =pdv1注意：上式仅适用于 准静态过程示功图indicator (p-V) diagrampV.12.pp外21mkg工质： W =pdV1kg工质： w =pdvW准静态容积变化功的说明pV.12.2）
8、 p-V 图上用面积表示3）功的大小与路径有关，过程量Path function4）统一规定：dV0，膨胀 对外作功（正）dVT2Q节流过程(阀门）p1p2p1p2Frequently encountered irreversibilitiesThrottler常见的不可逆过程混合过程 自由膨胀真空 Frequently encountered irreversibilitiesUnrestrained expansionMixing process引入可逆过程的意义 准静态过程是实际过程的理想化过程，但并非最优过程，可逆过程是最优过程。 可逆过程的功与热完全可用系统内工质的状态参数表达，可不
9、考虑系统与外界的复杂关系，易分析。 实际过程不是可逆过程，但为了研究方便，先按理想情况（可逆过程）处理，用系统参数加以分析，然后考虑不可逆因素加以修正。1-7 功 量 Work1、力学定义: 力 在力方向上的位移2、热力学定义I热力学定义II功的力学定义Definition of Work of Mechanics锅 炉汽轮机发电机给水泵凝 汽 器过热器The product of a force and the distance through which this force acts力 在力方向上的位移But功的热力学定义I当热力系与外界发生能量传递时， 如果对外界的唯一效果可归结为取起
10、重 物，此即为热力系对外作功。Work is done by a system if the sole effect on the surroundings could be the raising of a weight.功的热力学定义IIWork is an energy interaction between a system and its surroundings, if the energy crossing the boundary of a closed system is not heat, it must be work.功是系统与外界相互作用的一种方 式，在力的推动下，通
11、过有序运动方 式传递的能量。功的表达式功的一般表达式热力学最常见的功 容积变化功 其他准静态功：拉伸功，表面张力功，电功等1-8 热量与熵Heat and EntropyHeat is defined as the form of energy that is transferred between two systems (or its surroundings) by virtue of a temperature difference. 热量定义：热量是热力系与外界相互作 用的另一种方式，在温度的推动下，以 微观无序运动方式传递的能量。热 量 如 何 表 达 ？热量是否可以用类似于功的式
12、子 表示？ ？引入“熵”热量与容积变化功能量传递方式 容积变化功 传热量性质 过程量 过程量 推动力 压力 p 温度 T标志 dV , dv dS , ds公式条件 准静态或可逆 可逆熵（ Entropy）的定义 reversible比参数 kJ/kg.Kds: 可逆过程 qrev除以传热时的T所得的商 广延量 kJ/K熵的说明1、熵是状态参数3、熵的物理意义：熵体现了可逆过程传热的大小与方向2、符号规定系统吸热时为正 Q 0 dS 0 系统放热时为负 Q pB AB非准静态过程，非可逆过程取A或B中气体为系统可逆热力学 没法计算相互有功的作用取AB气体为系统， 无功灵活处理功的计算充气球若准静态过程若取进入气球的气体为系统但pV的关系不知 ？若看外部效果，pb不变外界得到功pbV=气体作功第一章 完 End of Chapter one
