2016-6-6 第1常盖本抵多事本内容 第1寒善本振多11热力系能 热力状志平衡志 一热力系统 人为划定的研究对象 状方程B,,7门=0 中年标男 状态1 址版方程式 第1章基本振念 1-1格力系航】 第1章善本报名 1-1格力系统】 一热力系统 换热器散格 边界一系统（研究对象）环境 3抛气轮权装 作用方向？各种作用之门相互关系？ 热文体热 二热力系统分类 孤立系 弧立系就 系统二环境 非孤立系统 创4内然机气红 1热力系 " -1格力系锐 二热力系统分类 三几个重要系统 封闭系统：关注工质状态变化 她热系统工程近级 开口系纯：关注系统与外界的相互作用之间关系 非她热皖 稳定流动系就：养就内每一点宏观性质均不随时间 变化的开口系就 封闭系统（拉制质量系酰） 简单可压增系纯：可压缩流体；可逆体积喇胀功 开口系统（拉制体积系统） 1
2016-6-6 1 第1章 基本概念 基本内容 P10~41 平衡态 温度T 压力p 比容v 基本状态参数 导出状态参数 内能u、焓h、熵s 热 力 系 统 热力状态 热力状态参数 状态方程 f ( p, v,T ) 0 定义、单 位、测量 平衡态 可逆过程 功量w 热量q 热力过程 过程参数 过程方程式 f ( p, v) 0 f (T, v) 0 f (T, p) 0 定义、计算、 图形表达 可逆过程 P10~41 1-1热力系统 第1章 基本概念 人为划定的研究对象 一.热力系统 例1 W 边 界 系 统 环 境 状态1 状态2 Q 特点：质量不变；真实壁面边界；边界移动 界 统 境 P10~41 1-1热力系统 第1章 基本概念 一.热力系统 例2 换热器散热 m Q 1 m2 特点：有质量流 进、流出；虚拟 边界；边界固定 例3 燃气轮机装置 m1 m2 压 气 机 N1 燃烧室 m2 m3 m0 Q0 m4 m3 燃 气 轮 机 N2 压 气 机 燃 气 轮 机 燃烧室 空 气 废 气 m0 m1 m4 Q0 N净功 例4 内燃机气缸 系统（研究对象） 质量m 交换 热量Q 交换 功量W 交换 边界 环境 P10~41 1-1热力系统 第1章 基本概念 作用方向？各种作用之间相互关系？ 热一、热 二定律 问题： 作用方向？各种作用之间相互关系？ 二定律 二.热力系统分类 孤立系统 非孤立系统 系统 环境 孤立系统 P10~41 1-1热力系统 第1章 基本概念 二.热力系统分类 绝热系统 非绝热系统 压 气 机 燃 气 轮 机 燃烧室 空 气 废 气 m0 m1 Q0 工程近似 N净功 1气 0 m4 封闭系统（控制质量系统） 绝热系统 开口系统（控制体积系统） 工程上，塔、换热器、压缩机、泵、汽轮机、 燃气轮机、内燃机等均为开口系统。 P10~41 1-1热力系统 第1章 基本概念 三.几个重要系统 封闭系统：关注工质状态变化 开口系统：关注系统与外界的相互作用之间关系 稳定流动系统：系统内每一点宏观性质均不随时间 变化的开口系统 简单可压缩系统：可压缩流体；可逆体积膨胀功
2016-6-6 第1零基本标念 1-1热力系能 ☑体念2状尚 三几个重要系 一状态和状态参数 热力 在 ,系的所有宝观物理性质的惑 《观热力系 二状态参数特性 物理纳性：状者摩二状态参数 学性： 徽分性质：“红以止-《会)，水+（学.小 0303 dxdy Ovex 金分 第1拿盖本振名 -2状态和状态参数 第1拿盖本板名 1-3基本状态参款 二状态参数特性 基本状志参数：能修直披成间技用仅表测量的状志参数 出状志划 力学徽分关系式推导得出 数学特性 力、温度、比 压 积分性上-了t-5-止-0 作用在流体单位面积的法向力 春参数分类 体压力容气体力美单位时属作用在单西分于冲之 座表粉 标准大气玉，销度5装平面华位面表空气拉玉 比数 y单位质量工质的广：①小写母 隐对压力：工质的真实压力 外数 相对压力：绝对压力与参考压力的芸值 第1章善木抓念 3基本状尚款 PIC-I 第1章善本振含 3基本秋尚 PID-d1 压力p 一压力p 已知：m,Pme,PAd 2-O米pm 1⊙解：B三P:+p Pu Pw?P=Pec+pi+ps Ibar=10 Pa lat=lkgfIcm 1am=760mms=1.01325x10'Pa 2
2016-6-6 2 P10~41 1-1热力系统 第1章 基本概念 三.几个重要系统 宏观热力系统 × 宇宙 几个微观 粒子系统 × 大量微观 粒子宏观系统 P10~41 1-2状态和状态参数 状态和状态参数 第1章 基本概念 一.状态和状态参数 在某一瞬时，系统的所有宏观物理性质的总和 状态参数 描述系统热力状态的物理量 热力状态 二. 状态参数特性 物理特性： 唯一 唯一 状态 状态参数 数学特性： 微分性质 dy y z dx x z z z x y dz y x ( , ), ( ) ( ) y x z x y z 2 2 全微分 P10~41 1-2状态和状态参数 状态和状态参数 第1章 基本概念 二. 状态参数特性 数学特性： 微分性质 dy y z dx x z z z x y dz y x ( , ), ( ) ( ) y x z x y z 2 2 全微分 积分性质 2 1, 0 2 z dz z z dz 1 三. 状态参数分类 广延参数 （extensive property)与系统数量有关：①加和性；②大写字母 强度参数 （intensive property)与系统数量无关：①小写字母 比参数 （specific property)单位质量工质的广延参数：①小写字母 外参数 （external property)描述系统作为整体的宏观运动状态参数：速 度、位移等。 P10~41 1-3基本状态参数 第1章 基本概念 一. 压力 p 基本状态参数：能够直接或间接用仪表测量的状态参数 作用在流体单位面积的法向力 导出状态参数：基本状态参数通过热力学微分关系式推导得出 定义 压力、温度、比容 气体压力：密闭容器气体压力是单位时间作用在单位面积分子冲量之和 绝对压力：工质的真实压力 液体静压力：由液体的自重和液体表面所受外力产生的 标准大气压：纬度45°海平面单位面积空气柱重量 测量 相对压力：绝对压力与参考压力的差值 参考压力往往是压力表 所处环境压力！环境压 力未必是大气压力！ P10~41 1-3基本状态参数 第1章 基本概念 一. 压力 p 测量 b g b p p p p p p p p p p b v b 表压 真空度 pb pe p pv p 例1 P10~41 1-3基本状态参数 第1章 基本概念 一. 压力 p B A 1 2 已知：pb，pBg，pAg 求：p1，p2 解：p2 pBg pb 如果已知： p p1 pBg pAg pb 如果已知： pb，pB ，pA ? g g b，pBv，pAv? 例2：（p42）1-4 单位 Pa ,bar,at，atm，MPa，kPa，mmH2O，mmHg bar Pa 5 1 10 2 1at 1kgf / cm atm mmHg Pa 5 1 760 1.0132510
2016-6-6 第1家善本振含 3港本状态款】 第1寒善本振多 3基本状态款 PIO-d1 二比容y单位顶量工质所占的容积 v=VIm mlke 反肤分于聚集球密程度。用容积注测量 三温度T指述系统冲热程皮的物强 2十 -37.8 发烧100 559.67 得 32 491.67 热力学第零定排 原资透赞于热装”两 上-17.8盐水冰点0 459.67 0--273.15 459.67+0 第1年基本振念 13基本状态春数 第1章盖本振名 1-4甲衡状态 一平衡状表 C=(FF-32) 悦青整烫安资花资柔卧时花力贤晓过 T/R=1/F+459.67 无相玉作用 TPR=TIK =0 诗夜终要牛表选性 家风性能 作业：习题1-2,1-3,1-4,1-7,1-8] 14平衡状态 三吉布斯相律 14平衡状】 二平衡条件 平街态】，用总体参量选系能内春盖特快春】 热平衡：T-T,速差一热不平衡势 力平衡：p,压差一力不平衡劳 相平衡：上 。化手梦差一相不平衡梦 化学平衡：化学不平青梦 三吉布斯相律 立支可以建峡化，不相不相态 喜分是中餐牛实离数辣” π=n-p+2 3
2016-6-6 3 P10~41 1-3基本状态参数 第1章 基本概念 二. 比容 v 单位质量工质所占的容积 v V / m, m / kg 3 反映分子聚集疏密程度。用容积法测量 三. 温度 T 描述系统冷热程度的物理量 宏观意义：冷热程度 微观意义：大量微观粒子热运动剧烈程度 测量依据 热力学第零定律 与第三个系统处于热平衡的两个 系统，彼此也处于热平衡 1931年福勒（英国） 热一：1840-1850；热二：1854-1855；热三：1906 T1 T3 T2 2 3 1 3 T T T T T1 T2 P10~41 1-3基本状态参数 第1章 基本概念 三. 温度 T 温标 温度的度量标尺： ①规定温标基准点；②分度 绝对K 摄氏℃ 华氏F 朗肯R 373.15 100 水沸点 212 671.67 273.16 0.01 273.15 0 -17.8 0 -273.15 37.8 100 0 32 -459.67 0 459.67 冰熔点 491.67 水三相点 盐水冰点 发烧 559.67 1-3基本状态参数 第1章 基本概念 P10~41 三. 温度 T 温标换算 ( / 32) 9 5 t/ C t F o o T / R t/ F 459.67 o o 作业：习题1-2，1-3，1-4，1-7，1-8 T R T K o / 5 9 / 注：只有热力学温标T、绝对压力p、比容v是系统 的热力状态参数，反映了大量微观粒子热运动的 宏观性能。 P10~41 1-4平衡状态 第1章 基本概念 一.平衡状态 系统与外界无相互作用时（重力场除外），系 统的各项宏观性质不随时间变化，系统达到平衡态 p、T 无相互作用 水 汽 p、T 不变 无相互作用 0 t 第1章 基本概念 P10~41 二.平衡条件 平衡态 平 衡 条 件 用总体参量描述系统内各点的状态！ 热平衡：T=Ti，温差 — 热不平衡势 力平衡：p=pi，压差 — 力不平衡势 相平衡：μ=μi，化学势差 — 相不平衡势 1-4平衡状态 件 吉 布 斯 相 律 有一广义热力系统，系统中有φ，每一相有ｎ种 组分，描述系统平衡态需要的独立状态参数π n 2 相平衡：μ=μi，化学势差 相不平衡势 化学平衡：化学不平衡势 三.吉布斯相律 第1章 基本概念 P10~41 三.吉布斯相律 说 明 1.相（phase） 体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称 为相。相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏 观性质的改变是飞跃式的。体系中相的总数称为相数。 2.一个相可以是均匀的，但不一定只含一种物质。 一个相可以是均匀的，但不一定只含一种物质。 3.相平衡体系：在宏观上没有任何物质从一相转移到另一 1-4平衡状态 3.相平衡体系：在宏观上没有任何物质从一相转移到另一 相的体系。 4.独立变量：可以连续变化，不改变相数和相态． 独立变量：可以连续变化，不改变相数和相态． 5.相律表达式中的 相律表达式中的“2”是代表外界条件温度和压强。如果 电场、磁场或重力场对平衡状态有影响，则相律中的 电场、磁场或重力场对平衡状态有影响，则相律中的“2” 应为“3”、“4”、“5”。如果研究的系统为固态物质，可 以忽略压强的影响，相律中的 以忽略压强的影响，相律中的“2”应为“1”。 6.相率只表示系统中相数和组分数，不能指明组分和相 相率只表示系统中相数和组分数，不能指明组分和相 的类型与含量
2016-6-6 ☑保喜休杯色状市才，求击建一 1-6热力址想】 2 一，状态方程 一准静态过程 二状态参数坐标图 准静态过程意义 压缩系 成份丝称中宋 牛验健码餐克 点生杯国上用宾离比此银 2 常见-图和✉图 第1拿盖本版念 16格力过瘦 第1年基本振名 16热力过雅 一准静态过程 二可逆过程 实现可道式狂森什⊙不平衡势无限小®无能意. 准静态过程工程近似 是香准静态过灌？是香可逆过程？ 建不但 可逆过程意义 间0.152 /60)=0.0155 三典型不可逆过程 复习 有限温差传热吓平无小 @理论上，过程反向 数的工程过程喜可认为是推增表过理 第1章善本标念 PIO-HL 第1拿善本振名 1-7动重、热重】 h■ 摩擦生热 定义 力学更义：系统所受力来活力方向发生位移的兼教 本质线楼等的热三件壶力林下，通 准静态过程体机功 南由张 微元动d三P风 衡亚成小的方向远行，直劳为 W=pay 面123以 功量正负号规定 能量托散的本质？是香能用统一量描远？ 系对外微功为”系接安功量为”一””示功
2016-6-6 4 1-5状态方程、状态参数坐标图 状态方程、状态参数坐标图 第1章 基本概念 P10~41 一. 状态方程 二. 状态参数坐标图 状态方程：系统处于平衡态时，其基本状态参数 之间满足函数关系式—— f ( p, v,T ) 0 p 1 具有两个独立状态参数 的简单可压缩系统的平 衡态可用任意两个独立 参数组成的坐标中点来 描述。 v 常见p-v图和T-s图 2 1-6热力过程 第1章 基本概念 P10~41 一. 准静态过程 热力过程：系统热力状态（热力状态参数）发生变 化的过程。 如何描述？ 准静态过程：造成系统热力状态变化的不平衡势差 无限小，系统经历的每一个状态都无限接近平衡态。 p v 1 2 准静态过程意义 1.系统经历的每一个状态近似为 平衡态，有助于过程描述的简化。 2.坐标图上用实线描述过程 1-6热力过程 第1章 基本概念 P10~41 一. 准静态过程 准静态过程条件 ①不平衡势差无限小；②过程无限缓慢。 准静态过程工程近似 例：活塞式内燃机 2000转/分 曲柄 2冲程/转，0 15 . 米/冲程 dp以声速350 m/s向左传递，需要时间（驰豫时间） 活塞从右向左运动时间 破坏平衡所需时间 （外部作用时间） >> 恢复平衡所需时间 （驰豫时间） 一般的工程过程都可认为是准静态过程 “突然” 除外 0.15 m 0.15/ 350 0.0004s 0.15 /(20000.3/ 60) 0.0155s 1-6热力过程 第1章 基本概念 P10~41 二. 可逆过程 实现可逆过程条件 可逆与准静态关系 ①不平衡势差无限小；②无能量耗散。 是否准静态过程？是否可逆过程？ 准静态强调中间状态是平衡态 可逆不但强调中间状态是平衡态，还强调无耗散 可逆过程意义 用系统自身状态参数的变化计算系 统与外界相互作用。 三. 典型不可逆过程 有限温差传热 T1 T2 Q T1>T2 ①不平衡势差非无限小； ②理论上，过程反向无法恢复。 1-6热力过程 第1章 基本概念 P10~41 三. 典型不可逆过程 摩擦生热 节流、泄漏 p1 p2 本质是流体粘性摩擦生热 p1>p2 方便但不经济！ •• • • •• • • 压力能转化为动 • 自由膨胀 真 空 • • • • • • • • • • • • •• 混合 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 压力能转化为动 能，动能转化为 热能 结 论 ①过程的发生向不平衡势差减小的方向进行，直至势差为零。 ②过程中，存在功耗散为热。 能量耗散的本质？是否能用统一量描述？ 耗散 如不特指，均为可逆过程 1-7功量、热量 第1章 基本概念 P10~41 一. 功量 定义 本质 系统与外界在边界上的一种相互作用，在力推动下，通 过有序运动方式传递的能量——转移能。 力学定义：系统所受力和沿力方向发生位移的乘积 热力学定义：系统与外界在边界上发生的相互作用，其 唯一效果可归结为外界举起了一个重物。 过有序运动方式传递的能量 转移能。 准静态过程体积功 p V 示功图 1 2 dW 4 3 微元功 dW pdV 功 W pdV 面积1234 功量正负号规定 系统对外做功为”+” 系统接受功量为”—
2016-6-6 第1章基本板念 1-7功量、热重 第1章基本板念 1-8热力精环 二热量 一，正循环（动力循环）顺时针方向 定义系就与外界在边不上发生的相互作用，是通过江差传递 的能 本质最然植然经镜开特妆种湘玉作用，通试无小毯动才 可逆过程热重 ○ do 争效应：对外作功净效应：吸热 微元热dQ=TdS T 热量Q=∫T5面积1234 腾数 高道热源 热量正负号规定 收益 示热图 系统吸热为””系统对外放热为”一” n=代价 压热司 第1章基本瓶念 1-8热力精环 PIO-41 一，逆循环（制冷循环）逆时针方向 2 净救应：楼烫功亚净救应：放热 不代价 任温格源 作业：习题1-10,1-14,1-15,1-16 5
2016-6-6 5 1-7功量、热量 第1章 基本概念 P10~41 二. 热量 定义 本质 系统与外界在边界上的一种相互作用，通过无序运动方 式传递的能量——转移能。 系统与外界在边界上发生的相互作用，是通过温差传递 的能量 可逆过程热量 T 1 S 示热图 2 dQ 4 3 微元热 dQ TdS 热量 Q TdS 面积1234 热量正负号规定 系统吸热为”+” 系统对外放热为”—” T dQ dS rev 1-8热力循环 第1章 基本概念 P10~41 一. 正循环 顺时针方向 p V 2 1 T 1 S 2 （动力循环） 净效应：对外作功 净效应：吸热 热效率 热机 高温热源 低温热源 Q1 Q2 W Q W 代价 收益 1-8热力循环 第1章 基本概念 P10~41 一. 逆循环 逆时针方向 p V 2 1 T 1 S 2 净效应：接受功量 净效应：放热 （制冷循环） 净效应：接受功量 净效应：放热 制冷系数 制冷机 高温热源 低温热源 Q1 Q2 W W Q2 代价 收益 热泵系数 W Q1 代价 收益 作业：习题1-10，1-14，1-15，1-16
