工程熱力學(xué)第一章lm

1、ThermodynamicsA quantity of matter or a region in space chosen for studysurroundings）boundary）系統(tǒng)與外界的作用都通過邊界鍋鍋爐爐汽輪機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵給水泵凝凝汽汽器器過熱器過熱器只交換功只交換功既交換功既交換功也交換熱也交換熱只交換熱只交換熱固定、活動(dòng)固定、活動(dòng)fixed 、 movablereal 、 imaginaryAdiabatic system）Isolated system）以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分： 有有 無無是否傳質(zhì)是否傳質(zhì) 開口系開口系 閉口系閉口系是否傳

2、熱是否傳熱 非絕熱系非絕熱系 絕熱系絕熱系是否傳功是否傳功 非絕功系非絕功系 絕功系絕功系是否傳熱、功、質(zhì)是否傳熱、功、質(zhì) 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系1234mQW1 開口系開口系非孤立系相關(guān)外界非孤立系相關(guān)外界孤立系孤立系1+2 閉口系閉口系1+2+3 絕熱閉口系絕熱閉口系1+2+3+4 孤立系孤立系 其它分類方式其它分類方式物理化學(xué)性質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì) 均勻系均勻系非均勻系非均勻系工質(zhì)種類工質(zhì)種類單元系單元系多元系多元系相態(tài)相態(tài)單相系單相系復(fù)相系（多相系）復(fù)相系（多相系）狀態(tài)（State）：某瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況狀態(tài)參數(shù)（State properties）：描述熱力狀態(tài)的物理量狀態(tài)參

3、數(shù)的特征：1.狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)的函數(shù)，狀態(tài)確定時(shí)，狀態(tài)參數(shù)有唯一確定的值。2.工質(zhì)狀態(tài)變化時(shí)，狀態(tài)參數(shù)的變化值僅與初、終狀態(tài)相關(guān)，而與狀態(tài)變化的途徑無關(guān)。 狀態(tài)參數(shù)的積分特征212, 12, 112abzzdzdzdz 0dz狀態(tài)參數(shù)的數(shù)學(xué)特征是點(diǎn)函數(shù)。熱力系統(tǒng)由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2， z 為狀態(tài)參數(shù)，則有：常見狀態(tài)參數(shù)：溫度（T），壓力（P），比容（v），內(nèi)能（u），焓（h），熵（s）等基本狀態(tài)參數(shù)：可以直接或間接地用儀表測(cè)量的狀態(tài)參數(shù)（方便測(cè)量）。溫度（T）壓力（P）比容（v）或密度（）溫度的一般解釋：冷熱程度的度量。溫度的微觀概念：大量分子熱運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈程度。22mBT平均平動(dòng)動(dòng)能溫度比例常數(shù)

4、處于同一熱平衡狀態(tài)的各個(gè)熱力系，必定有某一宏觀特征彼此相同，用于描述此宏觀特征的物理量即為溫度。溫度的熱力學(xué)定義：是確定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量。熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律（The Zeroth Law of Thermodynamics）如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡熱平衡，則，則兩個(gè)系統(tǒng)彼此必然處于兩個(gè)系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡熱平衡。溫度測(cè)量的理論基礎(chǔ)溫度測(cè)量的理論基礎(chǔ)熱平衡熱平衡（Thermal equilibrium）在沒有外來影響沒有外來影響的情況下，兩物體相互作用最終達(dá)到相相同的冷熱狀況同的冷熱狀況。Temperature s

5、cale）溫標(biāo)：溫度的數(shù)值標(biāo)尺。需規(guī)定基本定點(diǎn)和每一度的數(shù)值。熱力學(xué)溫標(biāo)（Kelvin scale）：純水三相點(diǎn)溫度為273.16K，每1K為水三相點(diǎn)溫度的1/273.16。攝氏溫標(biāo)（Celsius scale）： 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰熔點(diǎn)溫度為0，沸點(diǎn)溫度為100。華氏溫標(biāo)（Fahrenheit scale）：將冰與鹽混合后，所能達(dá)到的最低溫度定為0 ，而概略的將人體溫度定為100 。朗肯溫標(biāo)（Rankine scale）：以絕對(duì)零度為起點(diǎn)的華氏溫標(biāo)O 273.15T KtCO5( 32)9tCt F 459.67t Ft R微觀概念：大量分子碰撞器壁的結(jié)果。222323mpnnBT單位面積上的

6、壓力分子濃度平均平動(dòng)動(dòng)能熱力學(xué)溫度比例常數(shù)闡明了氣體壓力的本質(zhì)，揭示了氣體壓力與溫度之間的內(nèi)在聯(lián)系。宏觀定義：Fpf整個(gè)容器壁受到的力容器壁的總面積氣體的壓力：通常用垂直作用于器壁單位面積上的力來表示壓力的大小，也叫氣體的絕對(duì)壓力。1 kPa = 103 Pa 1bar = 105 Pa1 MPa = 106 Pa1 atm = 760 mmHg = 1.013 105 Pa1 mmHg = 133.3 Pa1 at = 1 kgf/cm2 = 9.80665 104 PaSI規(guī)定壓力單位為帕斯卡（Pa），1Pa1N/m2常用壓力單位有：巴（bar），標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm），工程大氣壓（at），

7、毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）換算關(guān)系測(cè)壓原理：測(cè)壓儀表利用力平衡原理測(cè)量氣體的壓力。壓力計(jì)指示的壓力是氣體絕對(duì)壓力absolute pressure）與外界大氣壓力的差值，稱為相對(duì)壓力relative pressurepbpeppvp表壓力（Gage pressure）：氣體絕對(duì)壓力大于外界大氣壓力時(shí)，相對(duì)壓力為正壓，又稱表壓力。真空度（Vacuum pressure）：氣體絕對(duì)壓力小于外界大氣壓力時(shí)，相對(duì)壓力為負(fù)壓，又稱真空度。ppb時(shí)，p=pbpep有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程Relaxation time例：例：活塞式內(nèi)燃機(jī)活塞式內(nèi)燃機(jī)

8、2000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分曲柄分曲柄 2沖程沖程/轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)，0.15米米/沖程沖程活塞運(yùn)動(dòng)速度活塞運(yùn)動(dòng)速度=2000 2 0.15/60=10 m/s壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速）壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速）350 m/s破壞平衡所需時(shí)間破壞平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）（外部作用時(shí)間）恢復(fù)平衡所需時(shí)間恢復(fù)平衡所需時(shí)間（馳豫時(shí)間）（馳豫時(shí)間）一般的工程過程都可認(rèn)為是一般的工程過程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程定義：系統(tǒng)經(jīng)歷某一過程后，如果能使系統(tǒng)與外界同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過程為可逆過程。A process that can reversed without leaving any trace

9、 on the surroundings. That is, both the system and the surroundings are returned to their initial states at the end of the reverse process.可逆過程只是指可能性，并不是可逆過程只是指可能性，并不是指必須要回到初態(tài)的過程。指必須要回到初態(tài)的過程。通過摩擦使功變熱通過摩擦使功變熱的效應(yīng)的效應(yīng)(摩阻，電阻，摩阻，電阻，非彈性變形，磁阻非彈性變形，磁阻等）等）準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程 + 無耗散效應(yīng)無耗散效應(yīng) = 可逆過程可逆過程無不平衡勢(shì)差無不平衡勢(shì)差 不平衡勢(shì)差不平

10、衡勢(shì)差不可逆不可逆根源根源 耗散效應(yīng)耗散效應(yīng) 耗散效應(yīng)耗散效應(yīng)irreversibilityDissipative effect不等溫傳熱Heat transfer節(jié)流過程(閥門）混合過程混合過程Mixing process自由膨脹自由膨脹Unrestrained expansion 準(zhǔn)靜態(tài)過程是實(shí)際過程的準(zhǔn)靜態(tài)過程是實(shí)際過程的理想化理想化過程，但并非過程，但并非最優(yōu)最優(yōu)過過程，可逆過程是程，可逆過程是最優(yōu)最優(yōu)過程。過程。 可逆過程的功與熱可逆過程的功與熱完全完全可用可用系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)表表達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界的復(fù)雜關(guān)系，易分析。達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界的復(fù)雜關(guān)系，易分

11、析。 實(shí)際過程不是可逆過程，但為了研究方便，先按實(shí)際過程不是可逆過程，但為了研究方便，先按理想理想情況（情況（可逆過程可逆過程）處理，用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后）處理，用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆因素加以考慮不可逆因素加以修正。修正?？赡孢^程可逆過程一定是一定是準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程不一定是不一定是可逆過程可逆過程可逆過程可逆過程準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程無耗散無耗散可逆過程可逆過程完全理想，熱力過程分析時(shí)經(jīng)常使用完全理想，熱力過程分析時(shí)經(jīng)常使用可可逆過程逆過程的概念。的概念。準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程很少用。很少用。物理學(xué)中的功：物理學(xué)中的功：功力功力 在力方向上的位移在力方向上的

12、位移 功功 廣義廣義力力 廣義廣義位移位移wFdxFpf可逆過程可逆過程wpfdxpdv功的定義功的定義wpdv21wpdv可逆過程的膨脹功可逆過程的膨脹功是過程量，是過程量，不是狀態(tài)量不是狀態(tài)量符號(hào)規(guī)定：系統(tǒng)對(duì)外做功，符號(hào)規(guī)定：系統(tǒng)對(duì)外做功，w w0,0,外界對(duì)系統(tǒng)做功，外界對(duì)系統(tǒng)做功，w w0 0圖1-12熱量熱量：熱量熱量是熱力系與外界相互作用的另一種方式，是熱力系與外界相互作用的另一種方式，在在溫度溫度的推動(dòng)下，以微觀的推動(dòng)下，以微觀無序無序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能量。能量。 熱量熱量 廣義廣義力力 廣義廣義位移位移qTds可逆過程傳遞的熱量可逆過程傳遞的熱量是過程量，是過程量，

13、不是狀態(tài)量不是狀態(tài)量21qTds符號(hào)規(guī)定：系統(tǒng)吸熱，符號(hào)規(guī)定：系統(tǒng)吸熱，q q0,ds0,ds0；系統(tǒng)放熱，系統(tǒng)放熱，q q0,ds0,ds0圖1-13能量傳遞方式能量傳遞方式 容積變化功容積變化功 傳熱量傳熱量 性質(zhì)性質(zhì) 過程量過程量 過程量過程量 推動(dòng)力推動(dòng)力 壓力壓力 p 溫度溫度 T 標(biāo)志標(biāo)志 dV , dv dS , ds 公式公式pdvw Tdsq pdvw Tdsq 條件條件 可逆可逆 可逆可逆pdVWTdSQp-v圖也叫示功圖，T-s圖也叫示熱圖要實(shí)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)連續(xù)連續(xù)作功，必須構(gòu)成作功，必須構(gòu)成循環(huán)循環(huán)定義：定義： A system is said to have undergone a cycle if it returns to its initial state at the end of the process循環(huán)由循環(huán)由過程過程構(gòu)成構(gòu)成不可逆循環(huán)不可逆循環(huán)可逆可逆過程過程不可逆不可逆循環(huán)循環(huán)可逆循環(huán)可逆循環(huán)動(dòng)力循環(huán)動(dòng)力循環(huán)Power cycle）凈效應(yīng)：凈效應(yīng)：對(duì)外作功對(duì)外作功凈效應(yīng)：凈效應(yīng)：吸熱吸熱順時(shí)針方向順時(shí)針方向Refrigeration cycle凈效應(yīng)：凈效應(yīng)：對(duì)內(nèi)作功對(duì)內(nèi)