工程熱力學(xué)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(biāo)圖狀態(tài)方程、狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖4 過(guò)程和循環(huán)過(guò)程和循環(huán)5 功和熱量功和熱量 能將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)器。能將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)器。 共同本質(zhì)：由媒介物通過(guò)吸熱共同本質(zhì)：由媒介物通過(guò)吸熱膨脹作功膨脹作功排熱排熱 分類分類氣體動(dòng)力裝置氣體動(dòng)力裝置 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī) 燃?xì)廨啓C(jī)裝置燃?xì)廨啓C(jī)裝置 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 蒸氣動(dòng)力裝置蒸氣動(dòng)力裝置 定義：實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒定義：實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。介物質(zhì)。對(duì)工質(zhì)的要求對(duì)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(dòng)性）流動(dòng)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(duì)環(huán)境友善）對(duì)環(huán)境友善 6）價(jià)廉，易大量獲?。﹥r(jià)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(shí)自身溫度及其它熱力學(xué)參數(shù)沒(méi)限量熱量時(shí)自身溫度及其它熱力學(xué)參數(shù)沒(méi)有明顯變化的物體。有明顯變化的物體。 真實(shí)、虛構(gòu)真實(shí)、虛構(gòu)固定、活動(dòng)固定、活動(dòng)系統(tǒng)及邊界示例系統(tǒng)及邊界示例 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽車發(fā)動(dòng)機(jī) 移動(dòng)和虛構(gòu)邊界移動(dòng)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(dòng)的固定的或可移動(dòng)的 c）實(shí)際的或虛擬的實(shí)際的或虛擬的注意注意： （控制質(zhì)量（控制質(zhì)量CM） 沒(méi)有質(zhì)量越過(guò)邊界沒(méi)有質(zhì)量越過(guò)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(guò)邊界與外界有質(zhì)量交換通過(guò)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(kāi)口系與絕熱系的關(guān)系；）開(kāi)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(wú)無(wú)是否傳質(zhì)是否傳質(zhì) 開(kāi)口系開(kāi)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(kāi)口系開(kāi)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(shè)有電熱絲側(cè)設(shè)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(shí)間變化的狀態(tài)。熱力系宏觀性質(zhì)隨時(shí)間變化的狀態(tài)。 系統(tǒng)兩個(gè)狀態(tài)相同的充要條件：系統(tǒng)兩個(gè)狀態(tài)相同的充要條件： 所有所有狀態(tài)參數(shù)一一對(duì)應(yīng)相等狀態(tài)參數(shù)一一對(duì)應(yīng)相等 簡(jiǎn)單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件：簡(jiǎn)單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件： 兩個(gè)獨(dú)立的兩個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)對(duì)應(yīng)相等狀態(tài)參數(shù)對(duì)應(yīng)相等SHUTVp, 與狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)與狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)，完全取決于狀態(tài)。，完全取決于狀態(tài)。 3）狀態(tài)變化時(shí)，狀態(tài)參數(shù)只取決于初、終兩）狀態(tài)變化時(shí)，狀態(tài)參數(shù)只取決于初、終兩態(tài)態(tài)，與變化路徑無(wú)關(guān)。，與變化路徑無(wú)關(guān)。分類分類1）強(qiáng)度參數(shù)強(qiáng)度參數(shù)：

6、與質(zhì)量無(wú)關(guān)，且不可相加：與質(zhì)量無(wú)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(xué)能（比容）、比熱力學(xué)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(xué)能、熱力學(xué)能U、熵、熵S廣延量的比性質(zhì)具有強(qiáng)度量特性，如比體積廣延量的比性質(zhì)具有強(qiáng)度量特性，如比體積mVv FpA 1 MPa = 103 kPa =106 Pa 該公式計(jì)算的是工質(zhì)的真正壓力，也稱該公式計(jì)算的是工質(zhì)的真正壓力，也稱絕對(duì)壓力。絕對(duì)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(duì)器壁撞擊的總效果。對(duì)器壁撞擊的總效果。： 1 bar（巴巴） = 105 Pa 1 atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)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(duì)壓力絕對(duì)壓力 p 才是才是狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)當(dāng)當(dāng) p pb表壓力表壓力 pg當(dāng)當(dāng) p 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(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程例：例：活塞式內(nèi)燃機(jī)活塞式內(nèi)燃機(jī) 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(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(guò)程都可認(rèn)為是一般的工程過(guò)程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程具體工程問(wèn)題具體分析。具體工程問(wèn)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(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)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(duì)外界作的功化對(duì)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(rèn)為近似認(rèn)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(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)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(guò)程量過(guò)程量4）統(tǒng)一規(guī)定：統(tǒng)一規(guī)定：dV0，膨脹，膨脹 對(duì)外作功（對(duì)外作功（正正） dV 0 dS 0系統(tǒng)系統(tǒng)放熱放熱時(shí)為時(shí)為負(fù)負(fù) Q 0 dS pBAB非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，非可逆過(guò)程非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，非可逆過(guò)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(xué)可逆熱力學(xué)沒(méi)法計(jì)算沒(méi)法計(jì)算相