《工程热力学(56学时) 第一章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程热力学(56学时) 第一章（115页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章第一章 基本概念基本概念 Basic Concepts南京航空航天大学 能源与动力学院2013基本要求基本要求qq掌握工程热力学中一些掌握工程热力学中一些基本术语和概念基本术语和概念：热：热 力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。qq掌握掌握状态参数状态参数的特征，基本状态参数的特征，基本状态参数p p、v v、 T T 的定义和单位等。掌握热量和功量这些过的定义和单位等。掌握热量和功量这些过 程量的特征，并会用系统的状态参数对可逆程量的特征，并会用系统的状态参数对可逆 过程的过程的热量热量、功量功量进行计算。进行计算。qq了解工程热力学分析问题的特
2、点、方法和步了解工程热力学分析问题的特点、方法和步 骤。骤。1-1 1-1 热力系统热力系统热力系统(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 study选取一定的工质或空间作为研究对象，称之为热力系统。1-1 1-1 热力系统热力系统1、系统的定义Thermodynamic system系统完全由研究者自己来设定。我的系统，听我的！1-1 1-1 热力系统热力系统外界：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
3、的分界面系统与外界的作用都通过边界surroundingsboundary边界特性边界特性真实、虚构真实、虚构固定、活动 fixed 、 movablereal 、imaginary思思 考考系统和外界通过边界会有哪些 相互作用？Closed systemClosed systemquantity of quantity of matter under studymatter under study Control massControl mass Only heat and work can cross Only heat and work can cross boundary of clo
4、sed system boundary of closed systemOpen systemOpen systemregion in space on which region in space on which attention is focusedattention is focused Control volumeControl volume Heat and work may Heat and work may cross control surfacecross control surface Mass may also cross Mass may also cross con
5、trol surface control surface 热力系统分类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 SystemTypes 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+
6、4 孤立系热力系统其它分类方式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 多元系单元系相态 多相单相闭口系统是指系统本身质量不改变的系统。闭口系统是指系统本身质量不改变的系统。开口系统的质量一定会发生改变。开口系统的质量一定会发生改变。孤立系统的质量不可能发生改变。孤立系统的质量不可能发生改变。闭口绝热系统的温度不可能改变。闭口绝热系统的温度不可能改变。是非题是非题非非 非非 是是 非非简单可压缩系统简单可压缩系统最重要的系统 简单可压缩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 system1-2 1-2 状
7、态和状态参数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State and state properties1-2 1-2 状态和状态参数状态和状态参数State and state properties系统状态参数的全部或一部分发生变化，即表明物质的状态发生变化。物质的状态变化也必然可由参数的变化标志出来。状态参数一旦确定，工质的状态也完全确定。因而状态参数是热力系统的单值函数，其值只取决于初终态，与过程无关。 1-2 1-2 状态和状态参数状态和状态参数State and state properties状态参数的特征：1、单值性：状态确定，则状态参数
8、也确定，反之亦然2、状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关状态参数的状态参数的积分特征积分特征状态参数变化量与路径无关，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状态参数的状态参数的微分特征微分特征设 z =z (x , y)状态参数是点函数，状态参数是点函数， 其微分是全微分其微分是全微分充要条件：可判断是否 是状态参数Total differentials状态参数状态参数基本状态参数：压力、温度、比体积不可测参数： 热力学能、焓、熵等复合参数： 吉布斯函数、亥姆霍兹函数 1-3 1-3 基本基本状态参数状态参数压力 p、温度 T
9、、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 = 9.80665104 PaBasic state properties 压力P单位面积上的垂直作用力称为压力，它是表征宏观系统力平衡性质的平衡状态参数。 分子运动学说认为压力是大量气体分子撞击器壁的平均 结果。1-3 1-3 基本基本状态参数状态
10、参数 Basic state properties压力压力p p测量测量压力表中显示的压力即为状态参数？ 注意：只有绝对压力 p 才是状态参数示意图U-tube manometerBourdon Tube绝对绝对压力与压力与相对相对压力压力当 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准静态过程是实际过程进行得足够缓慢的准静态过程是实际过程进行得足够缓慢的 极限情况。极限情况。一般的工程过程都可认为是准静态过程 具体工程问题具体分析。“突然”“缓慢”1-6 1-6 状态方程、坐标图状态方程、坐标图平衡状态可用一组状态参数描述其状态状态公理：对组元
11、一定的闭口系 ，独立状态参数个数 N=n+1想确切描述某个热力系，是 否需要所有状态参数？状态公理状态公理 State postulateState postulate状态公理：对组元一定的闭口系 ，独立状态参数个数 N=n+1对于组成一定的物质系统，该系统平 衡态的独立状态参数有 n +1n表示系统与外界进行准静功交换的种类数目1表示系统与外界的热交换状态公理状态公理State postulateState postulate闭口系：而不平衡势差彼此独立 独立参数数目N=不平衡势差数=能量转换方式的数目=各种功的方式+热量= n+1 n 容积变化功、电功、拉伸功、表面张力功等不平衡势差 状态
12、变化 能量传递消除一种 达到某一 消除一种能量 不平衡势差 方面平衡 传递方式简单可压缩系统的独立变量数简单可压缩系统的独立变量数简单可压缩系统：N = n + 1 = 2只交换热量和一种准静态的容积变化功The state of a simple compressible system is completely specified by two independent properties状态方程状态方程Equation of stateEquation of state简单可压缩系统：N = 2 状态方程 基本状态参数（p,v,T)之间的关系状态方程的具体形式状态方程的具体形式理想气体的
13、状态方程实际工质的状态方程？取决于工质的性质The Ideal-Gas Equation of State座标图座标图diagramdiagram简单可压缩系统 N=2，平面坐标图pv1）系统任何平衡态可表示在坐标图上说明：2）过程线中任意一点为平衡态 3）不平衡态无法在图上用实线表示 常见p-v图和T-s图21准静态过程的容积变化功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 Boundar
14、y Work准静态过程的容积变化功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 准静态过程示功图示功图indicator (indicator (p p- -V V) diagram) diagrampV.12.pp外21mkg工质： W =pdV1kg工质： w =pdvW准静态容积变化功的说明准静态容积变化功的说明pV.12.2） 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
15、irreversibilitiesThrottler常见的不可逆过程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。可逆过程和准平衡过程的区别可逆过程和准平衡过程的区别? ?思 考一切准平衡过程只要求系统内部平衡，而有无
