工程熱力學(xué)

1、第一章 基本概念,第一節(jié) 熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換第二節(jié) 熱力系統(tǒng)與工質(zhì)第三節(jié) 基本狀態(tài)參數(shù)第四節(jié) 平衡狀態(tài)第五節(jié) 準(zhǔn)靜態(tài)過程、可逆過程第六節(jié) 過程功和熱量第七節(jié) 熱力循環(huán),§1-1 熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換,1、蒸汽動(dòng)力裝置,一、熱能動(dòng)力裝置,,,2.內(nèi)燃動(dòng)力裝置,,空氣,,,燃燒后的廢氣,,二、制冷裝置中熱量從低溫處傳遞到高溫處的過程,制冷劑經(jīng)過壓縮機(jī)絕熱壓縮后變?yōu)楦邷馗邏旱闹评鋭┱羝鹘?jīng)到冷凝器，經(jīng)過放熱

2、后變?yōu)楦邏褐袦氐囊后w，經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流降溫降壓后成為濕蒸汽，流經(jīng)蒸發(fā)器，經(jīng)過蒸發(fā)吸熱后變?yōu)轱柡偷闹评鋭┱羝?，再回到壓縮機(jī)。如此循環(huán)工作，達(dá)到制冷循環(huán)的過程.,§1-2 熱力系統(tǒng)與工質(zhì),熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng))：從熱設(shè)備中分離出來作為熱力學(xué)研究對象的物體。（人為地）,外界：系統(tǒng)以外的所有物質(zhì),1、系統(tǒng)與邊界,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,熱力系統(tǒng)選取的人為性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

3、,,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,邊界特性,,,,固定、 虛構(gòu),,,,,,活動(dòng)、真實(shí),,,,,,,,,,邊界可以是假想的，也可以是實(shí)際存在的，可以是固定的，也可以是移動(dòng)的。通常用虛線標(biāo)出。,圖1 壓縮中的燃?xì)?圖2 流動(dòng)中的工質(zhì),二、熱力系統(tǒng)的分類,1）開口系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換,2）閉口系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界無物質(zhì)交換,閉口系統(tǒng)具有恒定質(zhì)量，但具有恒定質(zhì)量的

4、系統(tǒng)不 一定都是閉口系統(tǒng),,Concepts & Definitions,Closed system—quantity of matter under studyControl massOnly heat and work can cross boundary of closed systemOpen system—region in space on which attention is focusedContr

5、ol volumeHeat and work may cross control surfaceMass may also cross control surface,3）絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界沒有熱量交換,4）孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界既沒有物質(zhì)交換，也沒有熱和功的交換,熱力系統(tǒng)分類,以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：,有 無是否傳質(zhì) 開口系 閉口系,

6、是否傳熱 非絕熱系 絕熱系,是否傳功 非絕功系 絕功系,是否傳熱、功、質(zhì) 非孤立系 孤立系,1 ? 開口系,熱力系統(tǒng),非孤立系＋相關(guān)外界＝孤立系,,,,,1+2 ? 閉口系,1+2+3 ? 絕熱閉口系,1+2+3+4 ? 孤立系,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,,,

7、工質(zhì)種類,多元系,單元系,相態(tài),多相系,單相系,簡單可壓縮系統(tǒng),最重要的系統(tǒng) ?,簡單可壓縮系統(tǒng),只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功,,容積變化功,,,壓縮功、膨脹功,工質(zhì),在熱機(jī)中要使熱能不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，需要借助于媒介物質(zhì)。實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)就稱為工質(zhì)。不同性質(zhì)的工質(zhì)對能量轉(zhuǎn)換的效果有直接影響，工質(zhì)性質(zhì)的研究是本學(xué)科的重要內(nèi)容之一。原則上，氣、液、固三態(tài)物質(zhì)都可作為工質(zhì)，但熱力學(xué)中熱能與機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)換是通過物質(zhì)的

8、體積變化來實(shí)現(xiàn)的，為使能量轉(zhuǎn)換有效而迅速，常選氣態(tài)物質(zhì)作為工質(zhì)。,§1-3 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù),狀態(tài)：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況,狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系狀態(tài)的物理量,狀態(tài)參數(shù)的特征：,1、單值性：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)的積分特征：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),3、狀態(tài)參數(shù)的微分特征：全微分,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)。,數(shù)學(xué)上：,點(diǎn)函數(shù)、態(tài)函數(shù),,1,

9、2,a,b,,例：溫度變化,山高度變化,,,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),,強(qiáng)度參數(shù)與廣延參數(shù),強(qiáng)度參數(shù)：與物質(zhì)的量無關(guān)的參數(shù) 如壓力 p、溫度T,廣延參數(shù)：與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)?可加性 如 質(zhì)量m、容積 V、內(nèi)能 U、焓 H、熵S,比參數(shù)：,比容,比內(nèi)能,比焓,比熵,單位：/kg /kmol

10、 具有強(qiáng)度量的性質(zhì),§1-3 (Cont.)基本狀態(tài)參數(shù),1、溫度 T,,,2、壓力 p,3、比容 v,1、溫度,傳統(tǒng)：冷熱程度的度量。感覺，導(dǎo)熱，熱容量,微觀：衡量分子平均動(dòng)能的量度 T ? 0.5 m w 2,1) 同T , 0.5mw 2 不同，如碳固體和碳蒸氣,2) T=0 ? 0.5mw 2=0 ? 分子一切運(yùn)動(dòng)停止。零點(diǎn)能否達(dá)到？,熱力學(xué)第零定律,溫度的熱力學(xué)定義

11、,熱力學(xué)第零定律（R.W. Fowler）　　　如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個(gè)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(jì),溫度的熱力學(xué)定義,處于同一熱平衡狀態(tài)的各個(gè)熱力系，必定有某一宏觀特征彼此相同，用于描述此宏觀特征的物理量? 溫度。,溫度是確定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量,,溫度的測量,溫度計(jì),物質(zhì) （水銀，鉑電阻）,特性 （體積膨脹，阻值）,基準(zhǔn)點(diǎn),刻度,溫標(biāo),,,常用溫標(biāo),絕對K,,

12、,攝氏℃,華氏F,朗肯R,,100,373.15,,0.01,273.16,,0,273.15,,-17.8,,0,-273.15,,212,671.67,,,37.8,,100,,0,32,,-459.67,0,459.67,491.67,冰熔點(diǎn),水三相點(diǎn),鹽水熔點(diǎn),發(fā)燒,水沸點(diǎn),559.67,溫標(biāo)的換算,2、壓力 p,常用單位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa

13、 1 atm = 760 mmHg = 1.013?105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665?104 Pa,物理中壓強(qiáng)，單位: Pa , N/m2,工程大氣壓,絕對壓力與相對壓力,當(dāng) p > pb,,表壓力 pg,,當(dāng) p < pb,,真空度 pv,,,,,,pb,,pg,,p,,,pv,,p,環(huán)境壓力與大氣壓力,環(huán)境壓力指壓力表所

14、處環(huán)境,注意：環(huán)境壓力一般為大氣壓，但不一定。 見習(xí)題1－7,大氣壓隨時(shí)間、地點(diǎn)變化。,物理大氣壓 1atm=760mmHg,當(dāng)h變化不大，ρ?常數(shù),1mmHg= ρgh=133.322Pa,當(dāng)h變化大，ρ? ρ(h),壓力的測量,,工程計(jì)算中，選取的壓力必須是絕對壓力?；痣姀S中所測得的鍋爐汽包、主蒸汽的壓力值都是表壓力，負(fù)壓燃燒鍋爐爐膛內(nèi)的煙氣和凝汽器內(nèi)乏汽的壓力值為真空，計(jì)算時(shí)都須換算為絕對壓力。,其它壓力

15、測量方法,高精度測量：活塞式壓力計(jì),工業(yè)或一般科研測量：壓力傳感器,3 、 比容v,［m3/kg],工質(zhì)聚集的疏密程度,物理上常用密度 ?,［kg/m3],問題 1：,取A+B為系統(tǒng),系統(tǒng)的壓力是多少？,系統(tǒng)沒有確定的壓力！,,問題 2：,取A+B為系統(tǒng),系統(tǒng)的溫度是多少？,A,,系統(tǒng)沒有確定的溫度！,只有當(dāng)熱力系統(tǒng)各處狀態(tài)一致的時(shí)候，才可以用一組的確定的狀態(tài)參數(shù)來描述。,,,隔熱板,§1-4 平衡狀態(tài) (Equilibr

16、ium state),定義：在不受外界影響的條件下，如果系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化，則該系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。,,,,,力平衡 — 沒有力不平衡勢（力差） 　　　 熱平衡 — 沒有熱不平衡勢（溫差）,平衡的本質(zhì)：不存在不平衡勢Equilibrium：there are no unbalanced driving potentials,,平衡狀態(tài)必須滿足的條件,平衡的重要性,只有處于平衡狀態(tài)的熱力系統(tǒng)才可以用一組確定

17、狀態(tài)參數(shù)來描述。,熱力學(xué)中處理的都是平衡狀態(tài)。,熱力學(xué)中幾乎所有的理論都是以平衡狀態(tài)為基礎(chǔ)的。,平衡與穩(wěn)定,穩(wěn)定(Steady)：參數(shù)不隨時(shí)間變化,穩(wěn)定但存在不平衡勢差,去掉外界影響，則狀態(tài)變化,穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定,,平衡與均勻,平衡：時(shí)間上equilibrium: no change with time均勻：空間上uniform: no change with location,非平衡一定非均勻，但平衡不一定均勻,,

18、裝有汽水混合物的封閉容器,平衡狀態(tài)與環(huán)境,,,,,,p，T,p0,活塞汽缸裝置,§1-5 狀態(tài)方程、坐標(biāo)圖,平衡狀態(tài)可用一組狀態(tài)參數(shù)描述其狀態(tài),,狀態(tài)公理：對組元一定的閉口系，獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)個(gè)數(shù) N=n+1,,想確切描述某個(gè)熱力系，是否需要所有狀態(tài)參數(shù)？,2、狀態(tài)方程,閉口系：,不平衡勢差 ? 狀態(tài)變化 ? 能量傳遞,消除一種不平衡勢差 ? 達(dá)到某一方面平衡

19、 ? 消除一種能量傳遞方式,而不平衡勢差彼此獨(dú)立,? 獨(dú)立參數(shù)數(shù)目N=不平衡勢差數(shù) =能量轉(zhuǎn)換方式的數(shù)目 =各種功的方式+熱量= n+1,n ?容積變化功、電功、拉伸功、表面張力功等,狀態(tài)公理,狀態(tài)方程,簡單可壓縮系統(tǒng)：N = n + 1 = 2,絕熱簡單可壓縮系統(tǒng) ? N = ?,狀態(tài)方程 ? 基本

20、狀態(tài)參數(shù)（p,v,T)之間 的關(guān)系,狀態(tài)方程的具體形式,理想氣體的狀態(tài)方程,實(shí)際工質(zhì)的狀態(tài)方程？？？,狀態(tài)方程的具體形式取決于工質(zhì)的性質(zhì),3、狀態(tài)參數(shù)座標(biāo)圖,簡單可壓縮系 N=2，平面坐標(biāo)圖,,,p,v,,1）系統(tǒng)任何平衡態(tài)可 表示在坐標(biāo)圖上,說明：,2）過程線中任意一點(diǎn) 為平衡態(tài),3）不平衡態(tài)無法在圖 上用實(shí)線表示,常見p-v圖和T-s圖,§1-6 準(zhǔn)靜態(tài)過程、可逆過程,平衡狀態(tài)

21、,,狀態(tài)不變化,,能量不能轉(zhuǎn)換,非平衡狀態(tài),,無法簡單描述,熱力學(xué)引入準(zhǔn)靜態(tài)（準(zhǔn)平衡）過程,一般過程,p1 = p0+重物,,,,,,p，T,p0,,T1 = T0,突然去掉重物,,最終,p2 = p0,T2 = T0,,,,p,v,,1,2,,.,.,假如重物有無限多層,每次只去掉無限薄一層,,,p,v,1,2,,.,.,.,系統(tǒng)隨時(shí)接近于平衡態(tài),.,.,.,.,.,.,.,.,準(zhǔn)靜態(tài)過程 (Quasi-equilibrium pro

22、cesses),,準(zhǔn)靜態(tài)過程 (Quasi-equilibrium processes),定義：所謂準(zhǔn)靜態(tài)過程是指狀態(tài)變化過程中的每個(gè)中間狀態(tài)都無限接近平衡狀態(tài)的過程。When a process proceeds in such a manner that the system remains infinitesimally(無限小) close to an equilibrium state at all times, it is

23、 called a quasi-static, or quasi-equilibrium, process.,實(shí)現(xiàn)條件：推動(dòng)過程進(jìn)行的勢差無限小 系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力足夠快,準(zhǔn)靜態(tài)過程有實(shí)際意義嗎？,既是平衡，又是變化,既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換,疑問：理論上準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)無限緩慢，工程上怎樣處理？,,準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程條件,破壞平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）,恢復(fù)平衡所需時(shí)間（馳豫時(shí)間）,&

24、gt;>,有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡 ? 準(zhǔn)靜態(tài)過程,準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程應(yīng)用,例1-1：活塞式內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速 2000轉(zhuǎn)/分，活塞2沖程/轉(zhuǎn)，行程0.15米。,活塞運(yùn)動(dòng)速度=2000?2 ?0.15/60=10 m/s,壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速）350 m/s,破壞平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）,>>,恢復(fù)平衡所需時(shí)間（馳豫時(shí)間）,一般的工程過程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過程,具體工程問題具體分析?！巴蝗弧薄熬徛?活塞式內(nèi)燃機(jī),準(zhǔn)靜態(tài)過

25、程意味著過程可描述，因此系統(tǒng)在過程中所作出的功是可描述、可計(jì)算的。 但是這個(gè)功是否等于外界所接收到的有用功（技術(shù)上有用的，可以輸給功源的功）呢？,摩擦力f的影響,若有摩擦力f 存在，就存在損失,,,,,,p,p外,2,,1,,系統(tǒng)對外作功W，由于摩擦損失，外界得到的,可以再返還給系統(tǒng)的那部分功，只有W ’<W，而系統(tǒng)此時(shí)得到的功為W’’<W’,則外界、系統(tǒng)不能同時(shí)恢復(fù)原態(tài)。,摩擦損失的影響,若 f ＝ 0,,,,,,p,

26、p外,2,,1,,系統(tǒng)對外作功W，外界得到的功可以返還系統(tǒng)的功W ’＝W,則外界、系統(tǒng)同時(shí)恢復(fù)原態(tài)。,§1-7可逆過程的定義,系統(tǒng)經(jīng)歷某一過程后，如果能使系統(tǒng)與外界同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，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。,,可逆過程的實(shí)現(xiàn),準(zhǔn)靜態(tài)過程 + 無耗散效應(yīng) = 可逆過程,,,不平衡勢差無限小,通過摩擦使功變熱的效應(yīng)(摩

27、阻，電阻，非彈性變形，磁阻等）,不平衡勢差不可逆根源 耗散效應(yīng),耗散效應(yīng),,引入可逆過程的意義,? 準(zhǔn)靜態(tài)過程是實(shí)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。,? 可逆過程的功與熱完全可用系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì) 的狀態(tài)參數(shù)表達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界 的復(fù)雜關(guān)系，易分析。,? 實(shí)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，

28、然后考慮不可逆 因素加以修正。,完全可逆、內(nèi)可逆與外可逆,完全可逆 內(nèi)部可逆，外部不可逆 外部可逆，內(nèi)部不可逆,,?常見,,,,,,,,,90 ℃,,,,,,,,,0 ℃,,,,,,,,例：,內(nèi)可逆外不可逆,典型的不可逆過程,不等溫傳熱,,,,,,,T1,T2,,,T1>T2,Q,自由膨脹,,,真空,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,,典型的

29、不可逆過程,節(jié)流過程 (閥門）,p1,p2,p1>p2,混合過程,,,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,,★,★,★,★,★,★,★,★,★,★,★,★,★,★,,,,,,,,,,,,,,,,§1-8 過程功和熱量,1、力學(xué)定義: 力 ? 在力方向上的位移,2、熱力學(xué)定義(外文參考書） a、當(dāng)熱力系與外界發(fā)生能量傳遞時(shí)，如果對外界的唯一效果可歸結(jié)為取起重物，此即為熱力

30、系對外作功。,b、功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，在力的推動(dòng)下，通過有序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能量。,功的定義,,可逆過程的容積變化功,,,,,,p,p外,初始：p?A = p外?A,A,如果 p外微小?，,,,,,,,,dl,,以汽缸中工質(zhì)為系統(tǒng),mkg工質(zhì)發(fā)生容積變化對外界作的功,?W = p?A ?dl =pdV,1kg工質(zhì),?w =pdv,dl 很小，近似認(rèn)為 p 不變,示功圖,,,p,V,,.,1,2,.,,,,,,p,p外,2,,

31、,1,,mkg工質(zhì)：,?W =pdV,1kg工質(zhì)：,?w =pdv,,,,,,,,,,,,,W,,注意：僅適用于準(zhǔn)靜態(tài)過程,可逆過程容積變化功的說明,,,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,4）統(tǒng)一規(guī)定：dV>0，膨脹 對外作功（正） dV<0，壓縮 對內(nèi)

32、作功（負(fù)）,5）適于可逆過程下的任何工質(zhì)（一般為流體）,,,,,,,,,6）外力無限制，功的表達(dá)式只是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù),7）有無f，只影響系統(tǒng)功與外界有用功的大小,典型不可逆，過程不能描述，不能使用公式,?W =pdV,熱力系通過邊界與外界的交換的能量中，除了功的部分（不確切）。,另一定義：熱量是熱力系與外界相互作用的另一種方式，在溫度的推動(dòng)下，以微觀無序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能量。,熱量定義,外界向系統(tǒng)傳熱為正（吸熱為正）系統(tǒng)向外界傳熱為負(fù)（

33、放熱為負(fù)）,統(tǒng)一規(guī)定：,熱 量 如 何 表 達(dá) ？,,熱量是否可以用類似于功的式子表示？,？,,,引入“熵”,熵（ Entropy）的定義,reversible,熵的簡單引入:,比參數(shù) [kJ/kg.K],ds: 可逆過程 ?qrev除以傳熱時(shí)的T所得的商,清華大學(xué)劉仙洲教授命名為“熵”,廣延量 [kJ/K],熵的說明,1、熵是狀態(tài)參數(shù),3、熵的物理意義：熵體現(xiàn)了可逆過程 傳熱的大小與方向,2、符號規(guī)定 δ

34、Q可逆=T dS,系統(tǒng)吸熱時(shí)為正 Q > 0 dS > 0系統(tǒng)放熱時(shí)為負(fù) Q < 0 dS < 0,4、用途：判斷熱量方向 計(jì)算可逆過程的傳熱量,熱量與容積變化功,能量傳遞方式 容積變化功 傳熱量,性質(zhì) 過程量 過程量,推動(dòng)力

35、 壓力 p 溫度 T,標(biāo)志 dV , dv dS , ds,公式,條件 準(zhǔn)靜態(tài)或可逆 可逆,示功圖與示熱圖,,,p,V,,,,,,W,,,,T,S,,,,,,,Q,示功圖,溫熵(示熱)圖,【例1-2】,一氣缸活塞內(nèi)的氣體由初態(tài)p1=0.5MPa,V1=0.1m3,緩慢膨脹到V2＝0.4

36、m3,若過程中壓力與體積的關(guān)系為pV=常數(shù)，試求氣體所做的膨脹功。,解：由PV=常數(shù)得,kJ,§1-9 熱力循環(huán),要實(shí)現(xiàn)連續(xù)作功，必須構(gòu)成循環(huán),定義： 熱力系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化回到初態(tài)，這一系列變化過程稱為熱力循環(huán)。,不可逆循環(huán),分類：,可逆,過程,不可逆,循環(huán),可逆循環(huán),,,正循環(huán),,,p,V,,,T,S,凈效應(yīng)：對外作功,凈效應(yīng)：吸熱,正循環(huán)：順時(shí)針方向,,2,1,,,,1,2,,,逆循環(huán),,,p,V,,,T,S,

37、凈效應(yīng)：對內(nèi)作功,凈效應(yīng)：放熱,逆循環(huán)：逆時(shí)針方向,,2,1,,1,2,,,,,熱力循環(huán)的評價(jià)指標(biāo),正循環(huán)：凈效應(yīng)（對外作功，吸熱）,W,,,,,,,T1,Q1,,,,,Q2,,T2,動(dòng)力循環(huán)：熱效率,熱力循環(huán)的評價(jià)指標(biāo),逆循環(huán)：凈效應(yīng)（對內(nèi)作功，放熱）,W,,,,,,,T0,Q1,,Q2,T2,制冷循環(huán)：制冷系數(shù),,,,,熱力循環(huán)的評價(jià)指標(biāo),逆循環(huán)：凈效應(yīng)（對內(nèi)作功，放熱）,W,,,,,,,T1,Q1,,Q2,T0,制熱循環(huán)：制熱系數(shù)

38、,,,,,第一章 小 結(jié),基本概念：? 熱力系? 平衡、穩(wěn)定、均勻? 準(zhǔn)靜態(tài)、可逆? 過程量、狀態(tài)量、狀態(tài)參數(shù)? 功、熱量、熵? p-V圖、T-S圖? 循環(huán)、工作系數(shù),第一章 討論課,? 熱力系,種類：,閉口系、開口系、絕熱系、絕功系、孤立系,熱力系的選取取決于研究目的和方法，具有隨意性，選取不當(dāng)將不便于分析。,一旦取定系統(tǒng)，沿邊界尋找相互作用。,例1：絕熱剛性容器向氣缸充氣,,,,,,,,,,,

39、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,試分別選取閉口系和開口系，畫出充氣前后邊界，標(biāo)明功和熱的方向。,(1)以容器內(nèi)原有氣體為系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

40、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,閉口系,,,,,,,,,,,,功量：,氣體對活塞作功W,,W,,Q,熱量：,氣體通過活塞從外界吸熱Q,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(2)以容器內(nèi)殘留的氣體為系統(tǒng),,,,,,

41、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,閉口系,,,,,,,功量：,殘留氣體對放逸氣體作功W’,W’,Q’,熱量：,殘留氣體從放逸氣體吸熱Q’,,,,,(3)以放逸氣

42、體為系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,閉口系,,,,功量：,W + W’,熱量：,Q + Q’,,,,,W,,Q,W’,Q’,,,,,,,,,,

43、,,,(4)以容器為系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,開口系,,,,功量：,W’,熱量：,Q’,W’,Q’,,,,,,,,(5)以氣缸為系統(tǒng),,

44、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,開口系,功量：,W + W’’,熱量：,Q + Q’’,W’’,Q’’,,,,,,,,,,W,,Q,,,討論：從上面

45、選取熱力系的例子，我們可以看出：同一問題，可以任意選取系統(tǒng)，不會(huì)影響最終結(jié)果，但會(huì)使解題過程發(fā)生變化，處理問題的繁簡程度不同。,收縮噴管流體在噴管內(nèi)膨脹，流出時(shí)壓力和溫度下降，流速升高。因此有p2c1根據(jù)質(zhì)量守恒原理， = ，此外可以認(rèn)為氣流流經(jīng)噴管時(shí)的散熱可以忽略不計(jì)。若取噴管為系統(tǒng)，問是什么系統(tǒng)？,狀態(tài)量與過程量,狀態(tài)量：描述工質(zhì)狀態(tài)，工質(zhì)的狀態(tài)一定，狀態(tài)參數(shù)一定。具有物理上勢函數(shù)的特征狀態(tài)參數(shù)的變化與過

46、程無關(guān)，狀態(tài)參數(shù)的微元量用符號dz表示。過程量（功和熱）只有在熱力過程中通過邊界才能實(shí)現(xiàn)交換和傳遞。沒有過程就不會(huì)有遷移的能量——功和熱。不能說“系統(tǒng)具有多少功量或熱量”功量和熱量的大小不僅和系統(tǒng)的初、終態(tài)有關(guān)，而且與系統(tǒng)經(jīng)歷的過程有關(guān)。微元過程寫成“δW”和“δQ”,思考題,有人說，不可逆過程是無法恢復(fù)到初始狀態(tài)的過程，這種說法對嗎？,不對。關(guān)鍵看是否引起外界變化。,可逆過程指若系統(tǒng)回到初態(tài)，外界同時(shí)恢復(fù)到初態(tài)。,可逆過

47、程并不是指系統(tǒng)必須回到初態(tài)的過程。,可逆過程與準(zhǔn)靜態(tài)過程的區(qū)別和聯(lián)系,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,可逆過程＝準(zhǔn)靜態(tài)過程＋無耗散,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。,判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（1）,以冰水混合物為熱力系,,,,,,,,,90 ℃,,,,,,,,,0 ℃,,,,,,,,緩慢加熱,外部溫差傳熱,,準(zhǔn)靜態(tài)過程,系統(tǒng)內(nèi)部等溫傳熱，無耗散,,內(nèi)可逆,,外不可逆,判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（2

48、）,,,,,,,,,,,,,,,,蒸汽流經(jīng)減壓閥進(jìn)入汽輪機(jī),典型的不可逆過程，因有漩渦，產(chǎn)生耗散,是不是準(zhǔn)靜態(tài)，取決于開度,判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（3）,帶活塞的氣缸中，水被緩慢加熱,,,,,,,,,,,,,緩慢加熱，每一時(shí)刻水有確定的溫度,,準(zhǔn)靜態(tài)加熱,火與水有溫差,,外不可逆,以水為系統(tǒng),,,,,,,,,內(nèi)可逆,以水＋活塞為系統(tǒng),活塞與壁面無摩擦,,內(nèi)可逆,活塞與壁面有摩擦,,內(nèi)不可逆,,,,判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（4）,,,,電或重物

49、,電或重物帶動(dòng)攪拌器加熱容器中氣體,電功,熱,機(jī)械功,熱,,,耗散,,是否準(zhǔn)靜態(tài)，看加熱快慢,但不可逆,有用功,氣缸中氣體膨脹對外作功，準(zhǔn)靜態(tài)過程,氣體對外作功,若不考慮摩擦，外界得到功,但外界得到的有用功,,,,,,,,,,,,pb,p,可逆過程與準(zhǔn)靜態(tài)過程的功,加熱A腔中氣體，B被壓縮，B中理想氣體,,,B,A,,,,,,,,1）以B中氣體為系統(tǒng),絕熱，無摩擦,,緩慢壓縮,,準(zhǔn)靜態(tài),無摩擦,,可逆,B中氣體（理想氣體，可逆，絕熱）,

50、B得到的功,遵循,加熱A腔中氣體，B被壓縮，B中理想氣體,,,B,A,,,,,,,,2）以A中氣體為系統(tǒng),絕熱，無摩擦,,緩慢加熱,,準(zhǔn)靜態(tài),無摩擦,,內(nèi)可逆,3）以A腔為系統(tǒng),4）以A＋B為系統(tǒng),電功耗散為熱,,不可逆,電功耗散為熱,,不可逆,自由膨脹過程,剛性，絕熱,,,真空,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,,A,B,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,B中沒有氣體，不能取做系統(tǒng),

51、以A中原有氣體為系統(tǒng),A中氣體非準(zhǔn)靜態(tài),A中氣體沒有作功,沒有作功對象,后進(jìn)去的對先進(jìn)去的氣體作功了嗎？,氣體混合過程,剛性，絕熱， pA>>pB,,,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,,A,B,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,非準(zhǔn)靜態(tài)過程，非可逆過程,取A或B中氣體為系統(tǒng),可逆熱力學(xué)沒法計(jì)算,,,,,相互有功的作用,取A＋B氣體為系統(tǒng)，無功,靈活處理功的計(jì)算,充氣球（不

52、計(jì)及氣球彈力）,若準(zhǔn)靜態(tài)過程,若取進(jìn)入氣球的氣體為系統(tǒng),,,,,,,,,但pV的關(guān)系不知 ？,若看外部效果，pb不變,外界得到功pb?V=氣體作功,quiz,1.實(shí)現(xiàn)平衡態(tài)的條件是什么？實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)平衡過程的條件是什么？可逆過程實(shí)現(xiàn)的條件又是什么？2.說法“倘若容器內(nèi)氣體的絕對壓力沒有變化且大于大氣壓力，則安裝在該容器上的壓力表的讀數(shù)不變”對否？3.什么是廣延量參數(shù)？它有什么特點(diǎn)？4.簡單可壓縮系統(tǒng)的獨(dú)立參數(shù)有幾個(gè)？