《(2.2)--01基本概念及定义工程热力学.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(2.2)--01基本概念及定义工程热力学.ppt（23页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、2023年12月17日第一章 基本概念及定义1第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义2023年12月17日第一章 基本概念及定义2第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义1-1 热力学系统热力学系统1-2 热力学系统的状态及基本状态参数热力学系统的状态及基本状态参数1-3 平衡状态和状态参数坐标图平衡状态和状态参数坐标图1-4 状态方程式状态方程式1-5 准静态过程和可逆过程准静态过程和可逆过程1-6 可逆过程的功可逆过程的功1-7 热量热量1-8 热力循环热力循环2023年12月17日第一章 基本概念及定义31-1 热力学系统热力学系统 热力学系统热力学系统（热力系统、热力系、系统）（
2、热力系统、热力系、系统）人为选定的某些人为选定的某些确定的物质或某个确定空间中的物质确定的物质或某个确定空间中的物质。外界外界系统之外与系统能量转换过程有关的一切其他物质。系统之外与系统能量转换过程有关的一切其他物质。边界边界分割系统与外界的界面。分割系统与外界的界面。在边界上可以判断系统与外界间所传递的能量和质量的形式和在边界上可以判断系统与外界间所传递的能量和质量的形式和数量。边界可以是数量。边界可以是实际实际的、的、假想假想的、的、固定固定的或的或活动活动的。的。2023年12月17日第一章 基本概念及定义4 闭口闭口系统系统与外界无质量交换的系统（控制质量）。与外界无质量交换的系统（控
3、制质量）。开口开口系统系统与外界有质量交换与外界有质量交换的系统的系统（控制容积、控制体）。（控制容积、控制体）。绝热绝热系统系统与外界无热量交换与外界无热量交换的系统的系统。孤立孤立系统系统与外界既无能量（功量、热量）交换，又无质量与外界既无能量（功量、热量）交换，又无质量交换的系统。交换的系统。热源热源具有无限热量储存能力的假想热力系统，其作用只具有无限热量储存能力的假想热力系统，其作用只是与其他系统交换热量。一般情况下，交换热量后其温度不发生变是与其他系统交换热量。一般情况下，交换热量后其温度不发生变化。化。高温热源高温热源：向其他系统供热的热源；：向其他系统供热的热源；低温热源低温热源
4、：吸收其他系统放出热量的热源。：吸收其他系统放出热量的热源。系统的选取，取决于分析问题的需要及分析方法上的方便。系统的选取，取决于分析问题的需要及分析方法上的方便。系统的分类：系统的分类：2023年12月17日第一章 基本概念及定义51-2 热力学系统的状态及基本状态参数热力学系统的状态及基本状态参数 热力学状态热力学状态：热力学系统所处的宏观状况。：热力学系统所处的宏观状况。状态参数状态参数：描述系统热力学状态的宏观物理量。：描述系统热力学状态的宏观物理量。基本状态参数基本状态参数：可以直接测量得到的状态参数（：可以直接测量得到的状态参数（p、v、T）。导出状态参数导出状态参数：由基本状态参
5、数计算得到的状态参数：由基本状态参数计算得到的状态参数 （u、h、s 等）。等）。状态参数仅决定于状态状态参数仅决定于状态。对应某一确定状态，就有一组状态参。对应某一确定状态，就有一组状态参数。反之，一组确定的状态参数就可以确定一个状态。其数值仅数。反之，一组确定的状态参数就可以确定一个状态。其数值仅决决定于状态定于状态，而与达到该状态的，而与达到该状态的途径无关途径无关。因此，状态参数的变化。因此，状态参数的变化（以压力（以压力p为例）可表示为：为例）可表示为：状态参数的微增量具有全微分的性质，即状态参数的微增量具有全微分的性质，即2023年12月17日第一章 基本概念及定义6 一、一、比体
6、积比体积v 单位质量物质占有的体积。描述系统内部物单位质量物质占有的体积。描述系统内部物质分布状况的参数。质分布状况的参数。基本状态参数：基本状态参数：m3/kg 密度密度和比体积互为倒数，即和比体积互为倒数，即kg/m32023年12月17日第一章 基本概念及定义7二、压力二、压力 绝对压力绝对压力p：流体的真实压力。：流体的真实压力。相对压力相对压力(表压力表压力pe、真空度、真空度pv)：压力计：压力计(真空表真空表)显示的压力。显示的压力。(压强压强)p流体在单位面积上的垂直作用力流体在单位面积上的垂直作用力。描述。描述流体物质组成的热力系统内部力学状况的参数。流体物质组成的热力系统内
7、部力学状况的参数。压力的压力的单位单位：Pa，工程上常用，工程上常用MPa(1MPa106Pa)。其他还在。其他还在应用的压力单位有应用的压力单位有bar(巴巴)、atm(标准大气压标准大气压)、mmHg(毫米汞柱，毫米汞柱，0)及及mmH2O(毫米水柱，毫米水柱，4)等等2023年12月17日第一章 基本概念及定义8三、温度三、温度t T273.15 K T表征表征物物体的冷热程度体的冷热程度，是描述系统热状况的，是描述系统热状况的参数参数。按气体分子运动学说，气体的温度为气体分子平均移动动能的按气体分子运动学说，气体的温度为气体分子平均移动动能的量度。量度。热力学温标热力学温标的基本温度为
8、热力学温度的基本温度为热力学温度T，采用水的固相、液相，采用水的固相、液相和汽相和汽相三相共存状态的温度三相共存状态的温度作为定义热力学温标的固定点，规定该作为定义热力学温标的固定点，规定该点的热力学温度为点的热力学温度为273.16K。热力学温度单位。热力学温度单位K为水的三相点温度为水的三相点温度的的1/273.16。热热力学温力学温标标也用也用摄摄氏温度氏温度t来表示。来表示。单单位位为为(摄摄氏度氏度)。摄摄氏温氏温度的定度的定义为义为 温度概念确立的依据：温度概念确立的依据：热力学第零定律热力学第零定律或称或称热平衡定律热平衡定律。2023年12月17日第一章 基本概念及定义91-3
9、 平衡状态和状态参数坐标图平衡状态和状态参数坐标图平衡状态平衡状态：在没有外界影响的条件下，热力系统的宏观状况不：在没有外界影响的条件下，热力系统的宏观状况不随时间变化的状态。随时间变化的状态。平衡条件平衡条件：热平衡热平衡系统内具有均匀一致的温度。系统内具有均匀一致的温度。力平衡力平衡系统内具有确定不变的压力分布系统内具有确定不变的压力分布。化学平衡化学平衡 系统状态变化，取决于系统和外界间的能量传递。状态公理表系统状态变化，取决于系统和外界间的能量传递。状态公理表明，明，确定系统平衡状态所需的独立状态参确定系统平衡状态所需的独立状态参数的数目等于系统和外界间进行能量传递数的数目等于系统和外
10、界间进行能量传递方式的数目方式的数目。对于常见的气态物质组成的。对于常见的气态物质组成的系统，没有化学反应时，它和外界间传递系统，没有化学反应时，它和外界间传递的能量只有的能量只有热量热量和和系统容积变化功系统容积变化功，因此，因此只要有只要有两个独立的状态参数两个独立的状态参数即可确定系统即可确定系统的状态。的状态。2023年12月17日第一章 基本概念及定义101-4 状态方程式状态方程式 状态方程式状态方程式：三个基本状态参数：三个基本状态参数(p、v、T)之间的函数关系，即之间的函数关系，即：F(p，v，T)0 显函数形式：显函数形式：Tf1(p，v)，pf2(v，T)，vf3(p，T
11、)RgR/M气体常数气体常数，M摩尔质量摩尔质量。对对n(mol)理想气体理想气体：pVnRT 对对m(kg)理想气体理想气体：pVmRgT 理想气体理想气体：相互之间：相互之间没有作用力没有作用力的的质点质点组成的可压缩流体。组成的可压缩流体。理想气体状态方程式（克拉贝龙方程理想气体状态方程式（克拉贝龙方程）：）：对对1mol理想气体：理想气体：pVmRT R8.314 510 J/(molK)摩尔气体常数摩尔气体常数；Vm摩尔容积，摩尔容积，m3/mol 。对对1kg理想气体理想气体：pvRg T n n理想气体：完全遵守理想气体状态方程的气体；n n分子无体积、完全弹性、无内聚力的质点n
12、 n如何实现？1.低压 2.高温常温常压下的氧、氮及空气燃气（高温）、空气中的水蒸气（分压力低）2023年12月17日第一章 基本概念及定义11例例1-32023年12月17日第一章 基本概念及定义121-5 准静态过程和可逆过程准静态过程和可逆过程 热力过程热力过程热力学状态连续变化的历程。热力学状态连续变化的历程。非准静态过程非准静态过程由一系列不平衡状态组成的过程。由一系列不平衡状态组成的过程。准静态过程准静态过程由一系列无限接近平衡状态的准静态组成的由一系列无限接近平衡状态的准静态组成的过程。过程。准静态过程进行的条件准静态过程进行的条件：推动过程：推动过程进行的作用无限小。进行的作用
13、无限小。2023年12月17日第一章 基本概念及定义13 实际过程是否可以作为准静态过程来处理取决于弛豫时间。实际过程是否可以作为准静态过程来处理取决于弛豫时间。弛豫时间弛豫时间：气体平衡状态被破坏后恢复平衡所需的时间。：气体平衡状态被破坏后恢复平衡所需的时间。大部分实际过程可近似看做准静态过程。因为气体分子热运动大部分实际过程可近似看做准静态过程。因为气体分子热运动平均速度可达每秒数百米以上，气体压力传播速度也达每秒数百米，平均速度可达每秒数百米以上，气体压力传播速度也达每秒数百米，因而在一般工程设备的有限空间内，气体的平衡状态被破坏后恢复因而在一般工程设备的有限空间内，气体的平衡状态被破坏
14、后恢复平衡所需的时间，即弛豫时间非常短。平衡所需的时间，即弛豫时间非常短。例如，内燃机的活塞运动速度仅每秒十余米，与其中的气体分例如，内燃机的活塞运动速度仅每秒十余米，与其中的气体分子热运动的平均速度相比相差一个数量级，机器工作时气体工质内子热运动的平均速度相比相差一个数量级，机器工作时气体工质内部能及时地不断建立平衡状态，因而工质的变化过程很接近准静态部能及时地不断建立平衡状态，因而工质的变化过程很接近准静态过程。过程。准静态过程应用的条件准静态过程应用的条件2023年12月17日第一章 基本概念及定义14可逆过程可逆过程 热力学系统进行一个热力过程后，能沿原过程逆热力学系统进行一个热力过程
15、后，能沿原过程逆向进行，使向进行，使系统系统和和有关的外界有关的外界都返回原来的初始状态，不留下任何都返回原来的初始状态，不留下任何变化的热力过程。变化的热力过程。摩擦、涡流以及温差传热等均为摩擦、涡流以及温差传热等均为不可逆因素不可逆因素。可逆过程可逆过程 =无耗散的准静态过程无耗散的准静态过程。可逆过程可逆过程 可逆过程的前提：可逆过程的前提：热平衡、力平衡、避免功耗散热平衡、力平衡、避免功耗散2023年12月17日第一章 基本概念及定义151-6 可逆过程的功可逆过程的功功的定义（力学）功的定义（力学）：WF x 功的热力学定义功的热力学定义：热力学系统和外界间通过边界而传递的能量，：热
16、力学系统和外界间通过边界而传递的能量，且其全部效果可表现为举起重物。且其全部效果可表现为举起重物。功是过程量；功是传递的能量（瞬时量）。功是过程量；功是传递的能量（瞬时量）。直接由系统容积变化与外界间发生作用而直接由系统容积变化与外界间发生作用而传递的功称为传递的功称为容积变化功容积变化功（膨胀功或压缩功）。（膨胀功或压缩功）。由气缸和活塞所包围的热力系统进行一个由气缸和活塞所包围的热力系统进行一个微元过程，如活塞所受推力微元过程，如活塞所受推力F，位移，位移dx,则系统则系统对外界作的膨胀功为：对外界作的膨胀功为：2023年12月17日第一章 基本概念及定义16对可逆过程对可逆过程，F=pA
17、,所以所以 系统由状态系统由状态1到状态到状态2进行一个可逆过程时，系统与外界的功量进行一个可逆过程时，系统与外界的功量交换：交换：单位质量气体：单位质量气体：以及以及功量在功量在p-v图上的表示：图上的表示：功的符号：功的符号：系统对外作功为正；外界对系统作功为负。系统对外作功为正；外界对系统作功为负。2023年12月17日第一章 基本概念及定义171-7 热量热量 热量的定义热量的定义：热力学系统和外界之间仅仅由于温度不同而通过热力学系统和外界之间仅仅由于温度不同而通过边界传递的能量边界传递的能量。热量是过程量；热量是传递的能量（瞬时量）。热量是过程量；热量是传递的能量（瞬时量）。热量热量
18、是物体间通过紊乱的分子运动发生相互作用而传递的能量；是物体间通过紊乱的分子运动发生相互作用而传递的能量；而而功功则是物体间通过有规则的微观运动或宏观运动发生相互作用而则是物体间通过有规则的微观运动或宏观运动发生相互作用而传递的能量。传递的能量。热量符号：热量符号：系统吸热时热量为正，系统放热时热量为负。系统吸热时热量为正，系统放热时热量为负。热量与功量的类比热量与功量的类比：势势（势参数）：推动能量传递的作用力，如（势参数）：推动能量传递的作用力，如p,T。状态坐标状态坐标：其变化可作为衡量某种能量传递作用的标志，如：其变化可作为衡量某种能量传递作用的标志，如v。2023年12月17日第一章
19、基本概念及定义18 功量功量：势势：p 状态坐标状态坐标:V 热量热量 势：势：T 状态坐标状态坐标:？取描述热量传递的状态坐标为取描述热量传递的状态坐标为熵熵：S,单位为单位为J/K。因此有因此有对对1kg工质工质：和和 ，2023年12月17日第一章 基本概念及定义19比热容及用比热容计算热量比热容及用比热容计算热量 质量热容质量热容(比热容比热容)c 1 1kg物质温度升高物质温度升高1K(或或1)所需的热所需的热量，即量，即 热量是过程量。定容过程的比热容称为热量是过程量。定容过程的比热容称为比定容热容比定容热容cV：和和定压过程的比热容称为定压过程的比热容称为比定压热容比定压热容cp
20、：和和J/(kgK)2023年12月17日第一章 基本概念及定义20摩尔热容摩尔热容 1mol物质温度升高物质温度升高1K(或或1)所需要的热量，用所需要的热量，用Cp,m及及CV,m表示表示，单位为，单位为J/(molK)。容容积热积热容容标标准状准状态态下下1m3的气体温度升高的气体温度升高1K(或或1)所需所需要的要的热热量，用量，用Cp及及CV表示表示，单单位位为为J/(m3K)。三种热容的关系三种热容的关系：Cp,m=(22.410-3 m3/mol)Cp=Mcp 热量的计算热量的计算：2023年12月17日第一章 基本概念及定义211-8 热力循环热力循环 热热力力循循环环（循循环环）封封闭闭的的热热力力过过程程。系系统统由由初初始始状状态态出出发发，经过一系列中间状态回到初始状态的热力过程。经过一系列中间状态回到初始状态的热力过程。循环净功量循环净功量：循环净热量循环净热量：正循环正循环顺时针进行的循环，热机循环。顺时针进行的循环，热机循环。逆循环逆循环逆时针进行的循环，制冷逆时针进行的循环，制冷(热泵热泵)循环。循环。课后作业n1-7n1-10n1-192023年12月17日第一章 基本概念及定义22杜绝杜绝抄袭！抄袭！下周的今天交作业！下周的今天交作业！Thank You!2023年12月17日第一章 基本概念及定义23