哈工大工程热力学课件

第一章基本概念 本章重点：取热力系统、对工质状态的描述、状态与状态参数的关系、状态参数、平衡状态、状态方程、可逆过程。 §1-1热力系统热力系统(热力系、系统)：用界面分离出的研究对象。外界：系统以外的所有物质1、系统与边界边界(界面)：系统与外界的分界面系统与外界的作用都通过边界 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 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 1234mQW1开口系热力系统非孤立系＋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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 §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、态函数12ab例：温度变化山高度变化 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 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具有强度量的性质 §1-3基本状态参数压力p、温度T、比容v（容易测量）1、压力p物理中压强，单位:Pa,N/m2常用单位：1bar=105Pa1MPa=106Pa1atm=760mmHg=1.013105Pa1mmHg=133.3Pa1at=735.6mmHg=9.80665104Pa 压力p测量示意图一般是工质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 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 示功图pV.12.pp外21mkg工质：W=pdV1kg工质：w=pdvW 可逆过程的定义系统经历某一过程后，如果能使系统与外界同时恢复到初始状态，而不留下任何痕迹，则此过程为可逆过程。注意：可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初态的过程。 可逆过程的实现准静态过程+无耗散效应=可逆过程无不平衡势差通过摩擦使功变热的效应(摩阻，电阻，非弹性变性，磁阻等）不平衡势差不可逆根源耗散效应耗散效应 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。 完全可逆、内可逆与外可逆完全可逆可逆内部可逆，外部不可逆外部可逆，内部不可逆常见90℃0℃例：内可逆外不可逆 §1-7功量1、力学定义:力在力方向上的位移2、热力学定义(外文参考书）a、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重物，此即为热力系对外作功。b、功是系统与外界相互作用的一种方式，在力的推动下，通过有序运动方式传递的能量。 例：火力发电装置锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器 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1、热量定义：热力系通过边界与外界的交换的能量中，除了功的部分（不确切）。另一定义：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,dvdS,ds公式条件准静态或可逆可逆 熵（Entropy）的定义reversible熵的简单引入比参数[kJ/kg.K]ds:可逆过程qrev除以传热时的T所得的商清华大学刘仙洲教授命名为“熵”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>0dS>0系统放热时为负Q<0dS<04、用途：判断热量方向计算可逆过程的传热量 示功图与示热图pVWTSQ示功图温熵(示热)图 §1-9热力循环要实现连续作功，必须构成循环定义：热力系统经过一系列变化回到初态，这一系列变化过程称为热力循环。不可逆循环分类：可逆过程不可逆循环可逆循环 正循环pVTS净效应：对外作功净效应：吸热正循环：顺时针方向2112 逆循环pVTS净效应：对内作功净效应：放热逆循环：逆时针方向2112 热力循环的评价指标正循环：净效应（对外作功，吸热）WT1Q1Q2T2动力循环：热效率 热力循环的评价指标逆循环：净效应（对内作功，放热）WT0Q1Q2T2制冷循环：制冷系数 热力循环的评价指标逆循环：净效应（对内作功，放热）WT1Q1Q2T0制热循环：制热系数