工程熱力學第一章 3

1、1 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)2 狀態(tài)狀態(tài) 、 狀態(tài)參數(shù)、平衡狀態(tài)狀態(tài)參數(shù)、平衡狀態(tài)3 狀態(tài)方程、狀態(tài)參數(shù)坐標圖狀態(tài)方程、狀態(tài)參數(shù)坐標圖4 過程和循環(huán)過程和循環(huán)5 功和熱量功和熱量 能將熱能轉(zhuǎn)換為機械能的機器。能將熱能轉(zhuǎn)換為機械能的機器。 共同本質(zhì)：由媒介物通過吸熱共同本質(zhì)：由媒介物通過吸熱膨脹作功膨脹作功排熱排熱 分類分類氣體動力裝置氣體動力裝置 內(nèi)燃機內(nèi)燃機 燃氣輪機裝置燃氣輪機裝置 噴氣發(fā)動機噴氣發(fā)動機 蒸氣動力裝置蒸氣動力裝置 定義：實現(xiàn)熱能和機械能相互轉(zhuǎn)化的媒定義：實現(xiàn)熱能和機械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。介物質(zhì)。對工質(zhì)的要求對工質(zhì)的要求:物質(zhì)三態(tài)中物質(zhì)三態(tài)中氣態(tài)最適宜氣態(tài)最適宜。 1）膨脹性）膨脹

2、性 2）流動性）流動性 3）熱容量）熱容量 4）穩(wěn)定性，安全性）穩(wěn)定性，安全性 5）對環(huán)境友善）對環(huán)境友善 6）價廉，易大量獲?。﹥r廉，易大量獲取 本身熱容量很大，且在放出或吸收有本身熱容量很大，且在放出或吸收有限量熱量時自身溫度及其它熱力學參數(shù)沒限量熱量時自身溫度及其它熱力學參數(shù)沒有明顯變化的物體。有明顯變化的物體。 真實、虛構(gòu)真實、虛構(gòu)固定、活動固定、活動系統(tǒng)及邊界示例系統(tǒng)及邊界示例 汽車發(fā)動機汽車發(fā)動機 移動和虛構(gòu)邊界移動和虛構(gòu)邊界 汽缸汽缸- -活塞裝置活塞裝置 1）系統(tǒng)與外界的人為性）系統(tǒng)與外界的人為性 2）外界與環(huán)境介質(zhì)）外界與環(huán)境介質(zhì) 3）邊界可以是：）邊界可以是： a）剛性的或

3、可變形的或有彈性的剛性的或可變形的或有彈性的 b）固定的或可移動的固定的或可移動的 c）實際的或虛擬的實際的或虛擬的注意注意： （控制質(zhì)量（控制質(zhì)量CM） 沒有質(zhì)量越過邊界沒有質(zhì)量越過邊界 按系統(tǒng)與外界質(zhì)量交換按系統(tǒng)與外界質(zhì)量交換 （控制體積（控制體積CV） 通過邊界與外界有質(zhì)量交換通過邊界與外界有質(zhì)量交換 1）閉口系與系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量不變的區(qū)別；）閉口系與系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量不變的區(qū)別； 2）開口系與絕熱系的關(guān)系；）開口系與絕熱系的關(guān)系； 3）孤立系與絕熱系的關(guān)系。）孤立系與絕熱系的關(guān)系。注意：注意： 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熱是否傳熱 非絕熱系非絕熱系 絕熱系絕熱系是否

4、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 孤立系孤立系歸納：歸納：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性質(zhì)物理化學性質(zhì) 均勻系均勻系 非均勻系非均勻系工質(zhì)種類工質(zhì)種類多元系多元系單元系單元系相態(tài)相態(tài)多相多相單相單相熱力系示例熱力系示例 1剛性絕熱氣缸剛性絕熱氣缸-活塞系統(tǒng)，活塞系統(tǒng)，B側(cè)設有電熱絲側(cè)設有電熱絲 紅線內(nèi)紅線內(nèi)閉口絕熱系閉口絕熱系黃線內(nèi)黃線內(nèi)不包含電熱絲不包含電熱絲閉口系閉口系黃

5、線內(nèi)黃線內(nèi)包含電熱絲包含電熱絲閉口絕熱系閉口絕熱系蘭線內(nèi)蘭線內(nèi)孤立系孤立系熱力系宏觀性質(zhì)隨時間變化的狀態(tài)。熱力系宏觀性質(zhì)隨時間變化的狀態(tài)。 系統(tǒng)兩個狀態(tài)相同的充要條件：系統(tǒng)兩個狀態(tài)相同的充要條件： 所有所有狀態(tài)參數(shù)一一對應相等狀態(tài)參數(shù)一一對應相等 簡單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件：簡單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件： 兩個獨立的兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)對應相等狀態(tài)參數(shù)對應相等SHUTVp, 與狀態(tài)一一對應與狀態(tài)一一對應，完全取決于狀態(tài)。，完全取決于狀態(tài)。 3）狀態(tài)變化時，狀態(tài)參數(shù)只取決于初、終兩）狀態(tài)變化時，狀態(tài)參數(shù)只取決于初、終兩態(tài)態(tài)，與變化路徑無關(guān)。，與變化路徑無關(guān)。分類分類1）強度參數(shù)強度參數(shù)：

6、與質(zhì)量無關(guān)，且不可相加：與質(zhì)量無關(guān)，且不可相加的狀態(tài)參數(shù)。如比焓的狀態(tài)參數(shù)。如比焓h、比熵、比熵s、比體積、比體積（比容）、比熱力學能（比容）、比熱力學能u（內(nèi)能）（內(nèi)能）2）廣延參數(shù)廣延參數(shù)：與質(zhì)量成正比且可以相加：與質(zhì)量成正比且可以相加的狀態(tài)參數(shù)。如體積的狀態(tài)參數(shù)。如體積V、熱力學能、熱力學能U、熵、熵S廣延量的比性質(zhì)具有強度量特性，如比體積廣延量的比性質(zhì)具有強度量特性，如比體積mVv FpA 1 MPa = 103 kPa =106 Pa 該公式計算的是工質(zhì)的真正壓力，也稱該公式計算的是工質(zhì)的真正壓力，也稱絕對壓力。絕對壓力。 微觀上看：工質(zhì)的壓力是物質(zhì)微觀粒子微觀上看：工質(zhì)的壓力是物質(zhì)

7、微觀粒子對器壁撞擊的總效果。對器壁撞擊的總效果。： 1 bar（巴巴） = 105 Pa 1 atm（標準大氣壓標準大氣壓） = 1.013 105 Pa 1 at （工程大氣壓工程大氣壓） = 0.981 105 Pa 1 mmH2O（毫米水柱毫米水柱） = 9.81 Pa1 mmHg （毫米汞柱毫米汞柱） = 133.3 Pa 注意：注意：只有只有絕對壓力絕對壓力 p 才是才是狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)當當 p pb表壓力表壓力 pg當當 p 有足夠時間恢復新平衡有足夠時間恢復新平衡 準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程例：例：活塞式內(nèi)燃機活塞式內(nèi)燃機 2000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分分 曲柄曲柄 2沖程沖程/轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)，0.15米米

8、/沖程沖程活塞運動速度活塞運動速度=2000 2 0.15/60=10 m/s壓力波恢復平衡速度（聲速）壓力波恢復平衡速度（聲速）350 m/s破壞平衡所需時間破壞平衡所需時間（外部作用時間）（外部作用時間）恢復平衡所需時間恢復平衡所需時間（馳豫時間）（馳豫時間）一般的工程過程都可認為是一般的工程過程都可認為是準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程具體工程問題具體分析。具體工程問題具體分析。pp外外f初始：初始：p A = p外外 A + +fA如果如果 p外外微小微小 可視為可視為準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程dx以汽缸中以汽缸中mkg工質(zhì)為系統(tǒng)工質(zhì)為系統(tǒng)mkg工質(zhì)發(fā)生容積變工質(zhì)發(fā)生容積變化對外界作的功化對外界作的功

9、W = p A dx =pdV1kg工質(zhì)工質(zhì) w =pdvdx 很小很小，近似認為近似認為 p 不變不變pp外外2mkg工質(zhì)：工質(zhì)： W =pdV1kg工質(zhì)：工質(zhì)： w =pdv121WpdV21wpdv注意：注意：上式僅適用于上式僅適用于準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程pV. .12. .pp外外21mkg工質(zhì)：工質(zhì)： W =pdV21WpdV1kg工質(zhì)：工質(zhì)： w =pdv21wpdvWpV. .12. .2） p-V 圖上用圖上用面積面積表示表示3）功的大小與路徑有關(guān)，功的大小與路徑有關(guān)， 過程量過程量4）統(tǒng)一規(guī)定：統(tǒng)一規(guī)定：dV0，膨脹，膨脹 對外作功（對外作功（正正） dV 0 dS 0系統(tǒng)系統(tǒng)放熱放熱時為時為負負 Q 0 dS pBAB非準靜態(tài)過程，非可逆過程非準靜態(tài)過程，非可逆過程取取A或或B中氣體為系統(tǒng)中氣體為系統(tǒng)可逆熱力學可逆熱力學沒法計算沒法計算相