工程熱力學(xué)1基本概念.ppt

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1、第二章基本概念第一節(jié)熱力系統(tǒng)第二節(jié)熱力狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)第三節(jié)熱力過程第四節(jié)熱力循環(huán)第一節(jié)熱力系統(tǒng)一、系統(tǒng)、邊界與外界系統(tǒng)：熱設(shè)備中分離出來作為熱力學(xué)研究對(duì)象的物體。外界：系統(tǒng)之外與系統(tǒng)有關(guān)的物體。邊界：系統(tǒng)與外界的分界面。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。QW圖1膨脹中的燃?xì)庀到y(tǒng)的邊界圖2流動(dòng)中的工質(zhì)系統(tǒng)的邊界二、系統(tǒng)的類型1.按系統(tǒng)與外界交換的形式分類系統(tǒng)與外界有三種相互作用形式：質(zhì)、功、熱1）開口系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換工質(zhì)流入工質(zhì)流出QW系統(tǒng)邊界圖3開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)開

2、口系統(tǒng)不穩(wěn)定流動(dòng)開口系統(tǒng)2）閉口系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界無(wú)物質(zhì)交換閉口系統(tǒng)具有恒定質(zhì)量，但具有恒定質(zhì)量的系統(tǒng)不一定都是閉口系統(tǒng)QW圖4膨脹中的燃?xì)庀到y(tǒng)的邊界3）絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界沒有熱量交換冷源QW圖5把冷源包括在內(nèi)的絕熱系統(tǒng)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圖7孤立系統(tǒng)內(nèi)兩物體間的熱傳遞邊界系統(tǒng)T2T1QBA一、狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)：熱力系統(tǒng)在某一瞬間所處的宏觀物理狀況狀態(tài)參數(shù)：描述系統(tǒng)宏觀特性的物理量第二節(jié)熱力狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)二、熱力學(xué)平衡態(tài)1.平衡態(tài)：在無(wú)外界影響的條件下，如果系統(tǒng)的狀態(tài)不隨時(shí)間而變化，

3、則該系統(tǒng)所處的狀態(tài)稱為熱力學(xué)平衡態(tài)。2.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平衡態(tài)的條件在不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)內(nèi),如同時(shí)滿足力學(xué)平衡條件和熱平衡條件,則系統(tǒng)處于熱力學(xué)平衡態(tài)。三、熱力狀態(tài)參數(shù)1.常用狀態(tài)參數(shù)：壓力、溫度、體積、熱力學(xué)能、焓和熵。重要特征：1）狀態(tài)參數(shù)的數(shù)值由系統(tǒng)的狀態(tài)唯一確定。三、熱力狀態(tài)參數(shù)2）當(dāng)系統(tǒng)從初態(tài)變?yōu)榻K態(tài)時(shí),狀態(tài)參數(shù)的變化量,只與系統(tǒng)的初、終狀態(tài)有關(guān),而與變化的途徑無(wú)關(guān)。狀態(tài)參數(shù)是系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)或點(diǎn)函數(shù),狀態(tài)參數(shù)的微元變量是全微分。這是判斷某一參數(shù)是否為狀態(tài)參數(shù)的充分和必要條件。功和熱量是過程量，不僅與初、終狀態(tài)參數(shù)有

4、關(guān)，還與過程有關(guān)。2.狀態(tài)參數(shù)分類強(qiáng)度量尺度量壓力、溫度體積、熱力學(xué)能、焓、熵基本參數(shù)導(dǎo)出參數(shù)壓力、溫度、體積熱力學(xué)能、焓、熵3.基本狀態(tài)參數(shù)a.壓力：系統(tǒng)表面單位面積上的垂直作用力。壓力的單位：1N/m2=1Pa(帕）1MPa=106Pa；1bar=105Pa(2)大氣壓力:Pb標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm)：1atm=0.101325MPa3.基本狀態(tài)參數(shù)(3)絕對(duì)壓力P、表壓力Pg、真空度Pv相對(duì)壓力絕對(duì)壓力系統(tǒng)真實(shí)壓力（是狀態(tài)參數(shù)）表壓力Pg真空度Pv系統(tǒng)相對(duì)與大氣壓力的數(shù)值（不是狀態(tài)參數(shù)）Pg=P–PbPv=Pb–P當(dāng)Pg

5、>>Pb時(shí)，取Pb=0.1MPab.溫度：表征物體冷熱程度的物理量。(1)熱平衡定律(熱力學(xué)第零定律)兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡,這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間必定處于熱平衡。(2)溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示法經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)根據(jù)測(cè)溫物質(zhì)物性變化作為溫標(biāo)建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上單位：開爾文（K）熱力學(xué)溫標(biāo)t(?C)=T(K)-273.15比體積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量工質(zhì)的體積m3/kg密度：?jiǎn)挝惑w積工質(zhì)的質(zhì)量kg/m3?=1/vc.比體積和密度第三節(jié)熱力過程熱力過程:系統(tǒng)從初始平衡態(tài)變化到終了平衡態(tài)所經(jīng)歷的全部狀態(tài)，簡(jiǎn)稱“過程”。一、準(zhǔn)靜態(tài)過程（準(zhǔn)平

6、衡過程）圖1說明準(zhǔn)靜態(tài)過程用圖弛豫時(shí)間：恢復(fù)平衡所需要的時(shí)間第三節(jié)熱力過程一、準(zhǔn)靜態(tài)過程（準(zhǔn)平衡過程）圖1說明準(zhǔn)靜態(tài)過程用圖弛豫時(shí)間：恢復(fù)平衡所需要的時(shí)間如過程進(jìn)行的足夠緩慢，則封閉系統(tǒng)所經(jīng)歷的每一中間狀態(tài)足夠接近平衡態(tài)，這樣的過程稱為準(zhǔn)靜態(tài)過程。二、可逆過程系統(tǒng)進(jìn)行了一個(gè)過程后，如系統(tǒng)和外界均能恢復(fù)到各自的初態(tài)，則這樣的過程稱為可逆過程。可逆過程必定是準(zhǔn)靜態(tài)過程，準(zhǔn)靜態(tài)過程不一定可逆。無(wú)任何不可逆因素的準(zhǔn)靜態(tài)過程為可逆過程。三、狀態(tài)方程和狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖p1p2v1v2圖4準(zhǔn)靜態(tài)過程在p-v圖上的表示vP121.狀態(tài)方程2

7、.狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖其他狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖：P-vT-sP-hh-s第四節(jié)熱力循環(huán)工質(zhì)從初態(tài)出發(fā)，經(jīng)過一系列狀態(tài)變化又回到初態(tài)，這種閉合的過程稱為循環(huán)?？赡嫜h(huán)不可逆循環(huán)vP1234正循環(huán)（動(dòng)力循環(huán)）1-2-3-4-1逆循環(huán)1-4-3-2-1制冷循環(huán)熱泵循環(huán)循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)用工作系數(shù)來表示動(dòng)力循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性用循環(huán)的熱效率來衡量制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性用循環(huán)的制冷系數(shù)來衡量供熱循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性用循環(huán)的供熱系數(shù)來衡量Q1為與高溫?zé)嵩唇粨Q的熱量，Q2為與低溫?zé)嵩唇粨Q的熱量