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1、第一章第一章 基基 本本 概概 念念1第一节第一节 热力系统热力系统一、工质：一、工质：实现热能向机械能转化的媒介物质就实现热能向机械能转化的媒介物质就叫工质叫工质二、热源和冷源二、热源和冷源 高温热源高温热源工质从中吸取热能的物工质从中吸取热能的物体体 低温热源低温热源接受工质排出热能的物接受工质排出热能的物体体2热力系统热力系统(热力系、系统热力系、系统)：人为分割：人为分割出来、研究对象、能用热力学参数来出来、研究对象、能用热力学参数来描述的系统描述的系统外界（环境）外界（环境）：系统以外的所有物质：系统以外的所有物质边界边界(界面界面)：系统与外界的分界面系统与外界的分界面系统系统与与
2、外界外界的作用都通过的作用都通过边界边界三、热力系统三、热力系统1、定义（系统与边界）、定义（系统与边界）3热力系统选取的人为性热力系统选取的人为性锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器只交换功只交换功只交换热只交换热既交换功既交换功也交换热也交换热4边界特性边界特性固定、活动；真实、虚构固定、活动；真实、虚构边界划分的不同，研究对象就不同，系边界划分的不同，研究对象就不同，系统就不同。解决问题的繁简程度不同统就不同。解决问题的繁简程度不同。52、热力系统分类热力系统分类系统通过边界与外界可以有能量的传递系统通过边界与外界可以有能量的传递（功和热），也可以有物质的
3、传递：（功和热），也可以有物质的传递：有有 无无是否传质是否传质 开口系开口系 闭口系闭口系是否传热是否传热 非绝热系非绝热系 绝热系绝热系是否传功是否传功 非绝功系非绝功系 绝功系绝功系是否传能、质是否传能、质 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系6闭口系统闭口系统：一个热力系统，如果和外界：一个热力系统，如果和外界没有没有质量交换质量交换而只有能量交换，则称为闭口系统。而只有能量交换，则称为闭口系统。又叫控制质量。又叫控制质量。开口系统开口系统：一个热力系统，如果和外界既有：一个热力系统，如果和外界既有功或热等能量交换，又功或热等能量交换，又有质量交换有质量交换，则称为，则称为开口系统。又叫控制
4、容积（控制体）。开口系统。又叫控制容积（控制体）。绝热系统绝热系统：一个热力系统，如果和外界：一个热力系统，如果和外界没有没有热量交换热量交换，则称为绝热系统。，则称为绝热系统。孤立系统孤立系统：一个热力系统，如果和外界：一个热力系统，如果和外界既没既没有功或热等能量交换有功或热等能量交换，又，又没有质量交换没有质量交换，则，则称为孤立系统。称为孤立系统。71234mQW1 开口系开口系例如：例如：非孤立系相关外界非孤立系相关外界 孤立系孤立系1+2 闭口系闭口系1+2+3 绝热闭口系绝热闭口系1+2+3+4 孤立系孤立系8四、系统的内部状况（热力系统其它四、系统的内部状况（热力系统其它分类方
5、式）分类方式）其它分类方式其它分类方式 物理化学性质物理化学性质 均匀系均匀系 非均匀系非均匀系工质种类工质种类多元系多元系单元系单元系相态相态多相多相单相单相91、均匀系与非均匀系：系统内各部分的、均匀系与非均匀系：系统内各部分的化学成分和物理性质化学成分和物理性质都均匀一致的系统，都均匀一致的系统，称为均匀系。称为均匀系。2、单相系与复相系：由、单相系与复相系：由单一物相单一物相组成的组成的系统称为单相系。系统称为单相系。3、单元系与多元系：由一种、单元系与多元系：由一种均匀的和化均匀的和化学成分保持不变学成分保持不变的物质组成的系统称为单的物质组成的系统称为单元系。（空气常可看作纯物质，
6、属单元系）元系。（空气常可看作纯物质，属单元系）10第二节第二节 状态和状态参数状态和状态参数一、状态和状态参数一、状态和状态参数状态：状态：某一瞬间热力系统所呈现的宏观物理某一瞬间热力系统所呈现的宏观物理状况称作工质的热力状态（状态）状况称作工质的热力状态（状态）状态参数：状态参数：描述热力系状态的宏观物理量描述热力系状态的宏观物理量状态参数的状态参数的特征特征：1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然2、状态参数的变化量与路径无关，只与初终、状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关；状态参数的循环积分等于零态有关；状态参数的循环积分等于零3、状态参数
7、是全微分、状态参数是全微分11状态参数的积分特征状态参数的积分特征 状态参数变化量与路径无关，只与状态参数变化量与路径无关，只与初终态有关。初终态有关。1 2ab例：温度变化例：温度变化12状态参数的微分特征状态参数的微分特征设设 z z=z z(x,y)dz z是全微分是全微分充要条件：充要条件：可判断是否可判断是否是状态参数是状态参数13BT=0.5mw 20.5mw 2是分子平移运动的平均动能是分子平移运动的平均动能二、二、基本状态参数基本状态参数压力压力 p、温度温度 T、比容比容 v （可直接测量）可直接测量）1 1、温度、温度1）温度的定义传统：传统：温度是表征物体温度是表征物体冷
8、热程度的物理量冷热程度的物理量微观：微观：衡量分子平均动能的量度，表征物质衡量分子平均动能的量度，表征物质分子运动的激烈程度分子运动的激烈程度 142）热力学第零定律）热力学第零定律如果两个系统分别与第三个系统处于如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡则两个系统彼此必然处于热平衡。温度测量的温度测量的理论基础理论基础B 温度计温度计如果两个系统的如果两个系统的温度温度分别和第三个系统的分别和第三个系统的温温度相等度相等，则两个系统的温度必然相等，则两个系统的温度必然相等。温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理
9、量衡的物理量153）常用温标：温度的数值标尺，称作温标）常用温标：温度的数值标尺，称作温标开尔文开尔文K摄氏摄氏100373.150.01273.160273.15-17.80-273.1537.8冰熔点冰熔点水三相点水三相点水沸点水沸点热力学温标：选热力学温标：选取水的三相点为取水的三相点为基本点，并定义基本点，并定义为为273.16273.16K K热力学摄氏温标热力学摄氏温标t=T-273.15 t=T-273.15 T=t+273.15T=t+273.15162 2、压力压力 p1)1)定义及单位定义及单位:单位面积上所受到的垂直作用力单位面积上所受到的垂直作用力(物物理中理中压强压强
10、)单位单位:Pa,N/m2常用单位：常用单位：1 bar=105 Pa 1 MPa=106 Pa 1 atm=760 mmHg=1.013 105 Pa 1 mmHg=133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg=9.80665 104 Pa172)2)绝对压力和相对压力绝对压力和相对压力绝对压力：以绝对真空为起点而测得的压力绝对压力：以绝对真空为起点而测得的压力叫绝对压力。叫绝对压力。P P 是流体的真实压力是流体的真实压力以当地大气压力（以当地大气压力（B B）(环境压力环境压力)为起点而为起点而测得的压力叫相对压力。测得的压力叫相对压力。注意：注意：工程上工程上压力表压力表所显示的是
11、相对压力所显示的是相对压力 只有绝对压力只有绝对压力 p 才才是是状态参数状态参数当当PBPB时时,P Pg g=P-B =P-B 表压力表压力当当PBP恢复平衡所需时间恢复平衡所需时间（驰豫时间）（驰豫时间）33三、可逆过程三、可逆过程 系统经历某一过程后，如果能使系统经历某一过程后，如果能使系统系统沿相同路径回复到初始状态，而系统所涉沿相同路径回复到初始状态，而系统所涉及的外界及的外界同时同时恢复到初始状态，不留下任恢复到初始状态，不留下任何痕迹，则此过程为何痕迹，则此过程为可逆过程可逆过程。注意：注意：可逆过程只是指可逆过程只是指可能性可能性，并不，并不是指必须要回到初态的过程。是指必须
12、要回到初态的过程。1、定义、定义2 2、准静态过程和可逆过程、准静态过程和可逆过程准准只要求系统内部平衡只要求系统内部平衡 可可还要求系统与外界平衡还要求系统与外界平衡无不平衡势差无不平衡势差无耗散效应无耗散效应34可逆过程可逆过程一定是一定是准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程不一定是不一定是可逆过程，可逆过程，它只是可逆过程的必要条件。它只是可逆过程的必要条件。不平衡过程一定是不可逆过程不平衡过程一定是不可逆过程可逆过程可逆过程完全理想，以后均用完全理想，以后均用可逆可逆过程过程的概念。的概念。准静态过程准静态过程很少用。很少用。准静态过程准静态过程 +无耗散效应无耗散效应 =可逆过程
13、可逆过程通过摩擦使通过摩擦使功变热的效功变热的效应应(摩阻，摩阻，电阻，非弹电阻，非弹性变形，磁性变形，磁阻等）阻等）35典型的不可逆过程典型的不可逆过程不等温传热不等温传热T1T2T1T2Q自由膨自由膨胀胀真空真空 36典型的不可逆过程典型的不可逆过程节流过程节流过程(阀门）阀门）p1p2p1p2混合过混合过程程 37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准静态过程是实际过程的理想化理想化过程，过程，但并非但并非最优最优过程，可逆过程是过程，可逆过程是最优最优过程。过程。实际过程不是可逆过程，但为了研究方实际过程不是可逆过程，但为了研究方 便，先按便，先按理想理想情况（
14、情况（可逆过程可逆过程）处理，）处理，用系统参数加以分析，然后考虑不可逆用系统参数加以分析，然后考虑不可逆 因素加以因素加以修正。修正。38 功是系统与外界通过边界相互作用的功是系统与外界通过边界相互作用的一种方式（传递的一种能量）。当系统完一种方式（传递的一种能量）。当系统完成功时，它对外界的全部作用，可用在外成功时，它对外界的全部作用，可用在外界举起重物的效果来代替。在界举起重物的效果来代替。在力力的推动下，的推动下，通过通过有序有序运动方式传递的能量运动方式传递的能量。第五节第五节 功功一、功的定义：一、功的定义：2、热力学定义、热力学定义1 1、力学定义、力学定义:力力 在力方向上的位
15、移在力方向上的位移39F=p外外 A=p Ap外外=pdspp外外fA以汽缸中以汽缸中1Kg工质为系统工质为系统 1经经可逆可逆变化到变化到21kg工质发生容积变化对外界作的功工质发生容积变化对外界作的功 W=m p A ds=pdV w=Fds=p A ds=pdv二、容积功：因容积变化和外界发生作用二、容积功：因容积变化和外界发生作用mkg工质工质40准静态过程的容积变化功准静态过程的容积变化功pp外外2mkg工质：工质：W =pdV1kg工质：工质：w=pdv1注意：注意：上式仅适用于上式仅适用于准静态过程准静态过程41示功图示功图pV.12.pp外外21mkg工质：工质：W =pdV1
16、kg工质：工质：w=pdvW42准静态容积变化功的说明准静态容积变化功的说明pV.12.1）单位为单位为 kJ 或或 kJ/kg2）p-V 图上用图上用面积面积表示表示3）功的大小与路径有关功的大小与路径有关 功是过程量功是过程量 w 4）统一规定：统一规定：dV0，膨胀膨胀 对外作功（对外作功（正正）dV0，压缩压缩 外内作功（外内作功（负负）5）适于适于准静态下准静态下的的任何任何工质（一般为流体）工质（一般为流体）6）有无有无f，只影响系统功与外界功的大小差别只影响系统功与外界功的大小差别43摩擦损失的影响摩擦损失的影响若有若有f 存在，就存在损失存在，就存在损失pp外外21系统对外作功
17、系统对外作功W，外界得到的功外界得到的功W W若外界将得到的功若外界将得到的功W 再返还给系统，系再返还给系统，系统得到的功统得到的功W 0 Q 0 系统系统放热放热时时为为负负 dS 0 Q pB AB非准静态过程，非可逆过程非准静态过程，非可逆过程取取A或或B中气体为系统中气体为系统不可逆热力不可逆热力学没法计算学没法计算相互有功的作用相互有功的作用取取AB气体为系统，气体为系统，无功无功70灵活处理功的计算灵活处理功的计算充气球充气球若若准静态过程准静态过程若取若取进入气球的进入气球的气体气体为为系统系统但但pV的关系不知的关系不知？若看外部效果，若看外部效果，p pb b不变不变外界得到功外界得到功p pb b V=气体作功气体作功71