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基本概念及定义,,工程热力学,第一章,张文慧,目录,1.1热力系统1.2状态和状态数1.3强度参数和广延参数1.4平衡态1.5状态方程和坐标图1.6准静态过程、可逆过程1.7功1.8热量与熵1.9循环,定义由某种边界包围，被取作研究对象的特定的物质或空间（人为的）分类闭口系统（与外界无物质交换）开口系统（与外界有物质交换）绝热系统（与外界无热量交换）简单可压缩系统（与外界交换只有体积变化功）,1.1热力系统,1开口系,非孤立系＋相关外界＝孤立系,,,,,12闭口系,123绝热闭口系,1234孤立系,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,,,,,,,定义外界系统以外所有的物（surroundings）边界系统与外界的分界面（boundary）,外界与边界,系统与外界的作用都通过边界,边界特性,,,真实、虚构,,,固定、活动,,,,1.2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,状态参数的积分特征,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,,1,2,a,b,,例温度变化,山高度变化,,,状态参数的微分特征,设zzx,y,dz是全微分,充要条件,可判断是否是状态参数,1.3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,速度,动能,高度,位能,内能,温度,应力,摩尔数,（强）,（强）,（强）,（强）,（广）,（广）,（广）,（广）,Velocity,KineticEnergy,Height,PotentialEnergy,Temperature,InternalEnergy,Stress,Mol,基本状态参数,压力p、温度T、比容v（容易测量）,1、压力ppressure物理中压强，单位Pa，N/m2,常用单位Units1kPa103Pa1bar105Pa1MPa106Pa1atm760mmHg1.013105Pa1mmHg133.3Pa1at1kgf/cm29.80665104Pa,压力p测量,绝对压力与环境压力的相对值相对压力,绝对压力与相对压力,当ppb,,表压力pe,,当p,有足够时间恢复新平衡准静态过程,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200020.15/6010m/s,压力波恢复平衡速度（声速）350m/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,,,,,,p,p外,f,初始pAp外Af,A,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,WpAdlpdV,1kg工质,wpdv,dl很小，近似认为p不变,准静态过程的容积变化功,,,,,,p,p外,2,,,,mkg工质,WpdV,1kg工质,wpdv,1,,上式仅适用于准静态过程,示功图p-V图,,,p,V,,.,1,2,.,,,,,,p,p外,2,,,1,,mkg工质,WpdV,1kg工质,wpdv,,,,,,,,,,,,,W,,,,p,V,,.,1,2,.,,,,2）p-V图上用面积表示,3）功的大小与路径有关，过程量,4）统一规定dV0，膨胀对外作功（正）dV0dS0系统放热时为负δQ0dS0，膨胀对外作功为正dV0，系统吸热为正δQ0，系统放热为负2.计算公式,功与热量（过程量）,适用条件准静态或可逆可逆,P-V图与T-S图,,,p,V,,,,,,W,,,,T,S,,,,,,,Q,P-V图,T-S图,,循环及其评价指标,,,p,,2,1,,,V,循环的经济性指标热效率ηtW/Q1,净效应对外作功、吸热,正循环,循环的经济性指标制冷装置制冷系数εQ2/W热泵装置供热系数εQ1/W,,,,2,1,,,V,p,,净效应对内作功、放热,逆循环,例题,例1绝热刚性容器向气缸充气,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,试分别选取闭口系和开口系，画出充气前后边界，标明功和热的方向。,1以容器内原有气体为系统,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,闭口系,,,,,,,,,,,,功量,气体对活塞作功W,,W,,Q,热量,气体通过活塞从外界吸热Q当初始温度一样时）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2以容器内残留的气体为系统,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,闭口系,,,,,,,功量,残留气体对放逸气体作功W’,W’,Q’,热量,残留气体从放逸气体吸热Q’,,,,,3以放逸气体为系统,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,闭口系,,,,功量,WW’,热量,QQ’,,,,,W,,Q,W’,Q’,,,,,,,,,,,,,4以容器为系统,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,开口系,,,,功量,W’,热量,Q’,W’,Q’,,,,,,,,5以气缸活塞为系统,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,开口系,功量,WW’’,热量,QQ’’,W’’,Q’’,,,,,,,,,,W,,Q,,,例2.思考题,有人说，不可逆过程是无法恢复到初始状态的过程，这种说法对吗,不对。关键看是否引起外界变化。,可逆过程指若系统回到初态，外界同时恢复到初态。,可逆过程并不是指系统必须回到初态的过程。,例3.判断是否准静态与可逆（1）,,,,,,,,,,,,,,,,蒸汽流经减压阀进入汽轮机,典型的不可逆过程，因有漩涡，产生耗散,是不是准静态，取决于开度,判断是否准静态与可逆（2）,带活塞的气缸中，水被缓慢加热,,,,,,,,,,,,,a.缓慢加热，每一时刻水有确定的温度,,准静态加热,b.火与水有温差,,外不可逆,c.以水为系统,,,,,,,,,内可逆,以水＋活塞为系统,d.活塞与壁面无摩擦,,内可逆,e.活塞与壁面有摩擦,,内不可逆,,,判断是否准静态与可逆（3）,,,,电或重物,电或重物带动搅拌器加热容器中气体,电功,热,机械功,热,,,耗散,,是否准静态，看加热快慢,但不可逆,判断是否是可逆过程与准静态过程（4）,加热A腔中气体，B被压缩，B中理想气体,,,B,A,,,,,,,,2）以A中气体为系统,绝热，无摩擦,,缓慢加热,,准静态,无摩擦,,内可逆,3）以A腔为系统,4）以A＋B腔为系统,电功耗散为热,,不可逆,电功耗散为热,,不可逆,1）以B中气体为系统，缓慢压缩,无摩擦,,内可逆,作业,1-61-91-151-211-23,,ThankYou,郑州轻工业学院机电工程学院,