上海交通大学：《热力系统设计与实践 Design and Practice of Thermodynamic System》课程教学资源（2018课件）第02讲 工程热力学（回顾）

2 工程热力学（①）回顾 上游充通大学 2018年2月27日 2 HANGHAI JIAO TONG UNIVERSIT

2018年2月27日 2 2 工 程 热 力 学 (І) 回 顾

3 一、基本概念 1、工程热力学研究对象 2、热能转变为机械能的共同途径 由媒介物通过吸热一膨胀作功一排热 3、系统 人为分割出来，作为热力学研究对象的有 限物质系统。 ★闭口系（控制质量CM)一没有质量越过边界。 女开口系（控制体积CV)一通过边界与外界有 质量交换 上游充通大学 2018年2月27日 3 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2018年2月27日 3 3 一、基本概念 1、工程热力学研究对象 2、热能转变为机械能的共同途径 ——由媒介物通过吸热—膨胀作功—排热 3、系统 ——人为分割出来，作为热力学研究对象的有 限物质系统。 ★闭口系（控制质量CM）—没有质量越过边界 。 ★开口系（控制体积CV）—通过边界与外界有 质量交换

4 ★绝热系一与外界无热量交换； 孤立系一与外界无任何形式的质能交换。 女简单可压缩系一由可压缩物质组成，无化学反应、 与外界只有交换容积变化功的有限物质系统。 4、热力学状态一系统宏观物理状况的综合 状态参数一描述物系所处状态的宏观物理量 a)状态参数是宏观量，只有平衡态才有。 b)状态参数的特性一状态的单值函数 物理上与过程无关；数学上其微量是全微分 c)状态参数分类一广延量；强度量 d)系统两个状态相同的充要条件：所有状参一一对应相等 单可压缩系：两个独立的状态参数对应相等 上游充通大学 2018年2月27日 4 HANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

2018年2月27日 4 4 ★ 绝热系—与外界无热量交换; 孤立系—与外界无任何形式的质能交换。 ★简单可压缩系—由可压缩物质组成，无化学反应、 与外界只有交换容积变化功的有限物质系统。 4、热力学状态—系统宏观物理状况的综合 状态参数—描述物系所处状态的宏观物理量 a) 状态参数是宏观量，只有平衡态才有。 b) 状态参数的特性—状态的单值函数 物理上与过程无关；数学上其微量是全微分 c) 状态参数分类 — 广延量；强度量 d) 系统两个状态相同的充要条件：所有状参一一对应相等 单可压缩系：两个独立的状态参数对应相等

5 5、平衡状态： 若无外界影响系统保持状态参数值不随时间改变的状态。 热力平衡的充要条件一系统同时达到热平衡和力平衡。 6、可逆过程： ★准静态过程： 偏离平衡态无穷小，随时恢复平衡的状态变化过程。 进行条件：破坏平衡的势无穷小 ★可逆过程：系统可经原途径返回原来状态而不给外界留 下任何变化的过程。 ★可逆=准静态+没有耗散效应 ★一切实际过程不可逆—内部可逆过程 上游充通大学 2018年2月27日 5 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2018年2月27日 5 5 5、平衡状态： 若无外界影响系统保持状态参数值不随时间改变的状态。 热力平衡的充要条件—系统同时达到热平衡和力平衡。 6、可逆过程: ★准静态过程： 偏离平衡态无穷小，随时恢复平衡的状态变化过程。 进行条件： 破坏平衡的势无穷小 ★可逆过程：系统可经原途径返回原来状态而不给外界留 下任何变化的过程。 ★可逆=准静态+没有耗散效应 ★一切实际过程不可逆——内部可逆过程

6 7、功 ★热力学定义：通过边界传递的量其全部效果可 表现为举起重物。 ★可逆过程功计算： W=δw=了paAd=pdy ★有用功 W,=W-W,一W。 8、热量 定义：仅仅由于温差而通过边界传递的能量。 0=∫TdS或δ0=TdS(可逆过程) 上游充通大学 2018年2月27日 6 HANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2018年2月27日 6 6 7、功 ★热力学定义：通过边界传递的量其全部效果可 表现为举起重物。 ★可逆过程功计算： 2 2 2 1 1 1 W W pA x p V    δ d d    ★有用功 Wu  W Wl Wp 8、热量 定义：仅仅由于温差而通过边界传递的能量。 2 1 Q T S Q T S   d δ d (  或 可逆过程）

7 9、热力循环 定义：封闭的热力过程 特性：一切状态参数恢复原值 内可逆循环： 7= Wnet 1 W net 上游充通大学 2018年2月27日 7 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2018年2月27日 7 7 9、热力循环 定义：封闭的热力过程 特性：一切状态参数恢复原值 net 1 1 t w q    2 net 1 q or w     ' 1 net 1 q w    内可逆循环：

8 二、气体和蒸汽的性质 1、理想气体 ★状态方程 pV=mR T ★比热容 c=lim a= △T→0△T dT +]倍 du Cy →du=CdT dT dh Cp dT →dh=c,dT 上游充通大学 2018年2月27日 8 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2018年2月27日 8 8 二、气体和蒸汽的性质 1、理想气体 ★状态方程 g pV mR T  ★比热容 0 δ lim T d q Q c   T T     d v T d u u v c p T v T                          d d d d V V u c u c T T    d d d d p p h c h c T T   

9 ★迈耶公式和比热容比 Cp-cy =Ra → Y= ★利用比热容计算热量 ★理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数 上游充通大学 2018年2月27日 9 HANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

2018年2月27日 9 9 p V g c c R   ★迈耶公式和比热容比 p V c c   g g 1 1 1 p V c R c R        ★利用比热容计算热量 ★理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数 ⇒

10 ★理想气体的熵 ds 可逆 J/(kg.K) J/mol.K)】 dT As ds- dT T -R.In p dψ p D 理想气体变比热熵差计算△=s兮-s”-R1n P 上游气通大学 2018年2月27日 10 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2018年2月27日 10 10 ★理想气体的熵   δ d J/(kg K) J /(mol K) q s T    可逆 2 2 g 1 1 d V ln T v c R T v   2 2 g 1 1 d p ln T p c R T p   2 2 1 1 d d p V v p c c v p    2 1    s sd  理想气体变比热熵差计算 0 0 2 2 1 g 1 ln p s s s R p    

11 2、水蒸气 ★饱和状态 T,台P ★使未饱和液达饱和状态的途径： p)用a t<t,(P)-保持D不变，t个 ★干度—湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用x表示。 m汽 X二 m汽+m液 上游充通大粤 2018年2月27日 11 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2018年2月27日 11 11 2、水蒸气 ★饱和状态 s s T  p ★使未饱和液达饱和状态的途径： t, p t  t s p保持p不变，t  p  ps t保持t不变，p  ★干度——湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用x表示。 汽 液 汽 m m m x  