湖南大學(xué)工程熱力學(xué)-第一章

工程熱力學(xué)

陳敬煒

助理教授第一章基本概念BasicConceptsandDefinition1-1熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換過(guò)程1-2熱力系統(tǒng)1-3工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)1-4平衡狀態(tài)1-5工質(zhì)的狀態(tài)變化過(guò)程1-6功和熱量1-7熱力循環(huán)本章基本要求：掌握工程熱力學(xué)中一些基本術(shù)語(yǔ)和概念：熱力系、平衡態(tài)、準(zhǔn)平衡過(guò)程、可逆過(guò)程等。掌握狀態(tài)參數(shù)的特征，基本狀態(tài)參數(shù)p、v、T

的定義和單位等。掌握熱量和功量這些過(guò)程量的特征，并會(huì)用系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)對(duì)可逆過(guò)程的熱量、功量進(jìn)行計(jì)算。一、熱能動(dòng)力裝置(Thermalpowerplant)

定義：從燃料燃燒中獲得熱能并利用熱能得到動(dòng)力的整套設(shè)備。分類(lèi)燃?xì)鈩?dòng)力裝置(combustiongaspowerplant)

內(nèi)燃機(jī)(internalcombustiongasengine)燃?xì)廨啓C(jī)裝置(gasturbinepowerplant)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(jetpowerplant)……蒸氣動(dòng)力裝置(steampowerplant)1-1熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程

熱能機(jī)械能化學(xué)能內(nèi)燃機(jī)裝置燃?xì)廨啓C(jī)裝置燃?xì)廨啓C(jī)裝置小型燃?xì)廨啓C(jī)裝置噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽輪機(jī)裝置核電廠(chǎng)汽輪機(jī)電廠(chǎng)俯瞰圖內(nèi)燃機(jī)（汽油機(jī)）工作物質(zhì)：燃?xì)馊細(xì)鉄崮軝C(jī)械能燃料化學(xué)能排入大氣燃燒、膨脹排氣吸氣壓縮工作過(guò)程：能量轉(zhuǎn)換：內(nèi)燃機(jī)工作原理動(dòng)畫(huà)1587624391－鍋爐2－沸水管3－汽鍋4－過(guò)熱器5－汽輪機(jī)6－發(fā)電機(jī)7－冷凝器8－泵9－蓄水池?zé)釞C(jī)工作過(guò)程示意圖高溫?zé)嵩次鼰酫1熱機(jī)作功W機(jī)械能放熱Q2低溫?zé)嵩村仩t汽輪機(jī)冷凝器水泵冷卻水過(guò)熱蒸汽乏汽循環(huán)水發(fā)電機(jī)為使熱能源源不斷地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能必須：憑借工質(zhì)作為媒介物質(zhì)；工質(zhì)源源不斷地從高溫?zé)嵩次諢崃?；工質(zhì)熱力學(xué)狀態(tài)發(fā)生循環(huán)往復(fù)的連續(xù)變化；向溫度較低的熱源排出一部分熱量。工質(zhì)：實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)熱源：工質(zhì)從中吸取熱能的物系，或稱(chēng)高溫?zé)嵩蠢湓矗航邮芄べ|(zhì)排出熱能的物系，或稱(chēng)低溫?zé)嵩慈齻€(gè)基本概念熱能吸熱膨脹作功排氣機(jī)械能熱動(dòng)力裝置的工作過(guò)程：工質(zhì)自高溫?zé)嵩次鼰?，將其中一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而做功，并把余下部分傳給低溫?zé)嵩礋嵩炊?、工質(zhì)(workingsubstance)定義：實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。對(duì)工質(zhì)的要求:物質(zhì)三態(tài)中氣態(tài)最適宜。

1）膨脹性

2）流動(dòng)性

3）熱容量

4）穩(wěn)定性，安全性

5）對(duì)環(huán)境友善

6）價(jià)廉，易大量獲取工質(zhì)是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換必不可少的內(nèi)部條件三、熱源(heatsource;heatreservoir)定義：工質(zhì)從中吸取或向之排出熱能的物質(zhì)系統(tǒng)。?高溫?zé)嵩础獰嵩?/p>

（

heatsource）低溫?zé)嵩础湓矗╤eatsink）?恒溫?zé)嵩?constantheatreservoir)

變溫?zé)嵩礋釀?dòng)力裝置工作可以概括為：工質(zhì)從高溫?zé)嵩次崮埽瑢⑵渲幸徊糠洲D(zhuǎn)化為機(jī)械能，把另一部分熱能傳給低溫?zé)嵩础?-2熱力系統(tǒng)（熱力系、系統(tǒng)、體系）外界和邊界人為分割出來(lái)，作為熱力學(xué)研究對(duì)象的有限物質(zhì)系統(tǒng)。?外界(surrounding)：與體系發(fā)生質(zhì)、能交換的物系。?邊界(boundary)：系統(tǒng)與外界的分界面（線(xiàn)）。一、定義邊界可以是實(shí)在的，也可以是假想的；可以是固定的，也可以是移動(dòng)的?系統(tǒng)(thermodynamicsystem,system)

二、系統(tǒng)及邊界示例?汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)?汽缸-活塞裝置（閉口系例）?移動(dòng)和虛構(gòu)邊界邊界特性真實(shí)、虛構(gòu)固定、活動(dòng)熱力系統(tǒng)選取的人為性鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器過(guò)熱器只交換功只交換熱既交換功也交換熱1.系統(tǒng)與外界的作用都通過(guò)邊界，不畫(huà)邊界進(jìn)行熱力學(xué)研究無(wú)意義。注意：2.熱力系統(tǒng)的選取，取決于所提出的研究任務(wù)，但不能小到只包含少量的分子，以至不能遵守統(tǒng)計(jì)平均規(guī)律。3.邊界可以是：

a）剛性的或可變形的或有彈性的

b）固定的或可移動(dòng)的

c）實(shí)際的或虛擬的三、熱力系分類(lèi)

按組元數(shù)單元系(onecomponentsystem;puresubstancesystem)多元系(multicomponentsystem)按相數(shù)單相系(homogeneoussystem)復(fù)相系(heterogeneoussystem)注意：1）不計(jì)恒外力場(chǎng)影響；

2）復(fù)相系未必不均勻—濕蒸汽；單元系未必均勻—?dú)庖浩胶夥蛛x狀態(tài)。

1.按組元和相分

閉口系（closedsystem）

（控制質(zhì)量CM）—沒(méi)有質(zhì)量越過(guò)邊界

2.按系統(tǒng)與外界質(zhì)量交換開(kāi)口系統(tǒng)的分類(lèi)：(1)不穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系(2)穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系統(tǒng)中的質(zhì)量及狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化。開(kāi)口系（opensystem）（控制體積CV）—通過(guò)邊界與外界有質(zhì)量交換絕熱系（adiabaticsystem）—與外界無(wú)熱量交換;

孤立系（isolatedsystem）—與外界無(wú)任何形式的質(zhì)能交換。3.按能量交換方式最重要的系統(tǒng)簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功容積變化功壓縮功膨脹功4.簡(jiǎn)單可壓縮系（simplecompressiblesystem）

—由可壓縮物質(zhì)組成，無(wú)化學(xué)反應(yīng)、與外界有交換容積變化功的有限物質(zhì)系統(tǒng)。注意：1）閉口系與系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量不變的區(qū)別；穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系統(tǒng)2）開(kāi)口系與絕熱系的關(guān)系；3）孤立系與絕熱系的關(guān)系。孤立系統(tǒng)=系統(tǒng)+相關(guān)外界=各相互作用的子系統(tǒng)之和

=一切熱力系統(tǒng)連同相互作用的外界孤立系統(tǒng)一定是閉口系；反之則不然。孤立系統(tǒng)一定是絕熱系統(tǒng)；絕熱系統(tǒng)不一定是孤立系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)分類(lèi)小結(jié)以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：有無(wú)是否傳質(zhì)開(kāi)口系閉口系是否傳熱非絕熱系絕熱系是否傳功非絕功系絕功系是否傳熱、功、質(zhì)非孤立系孤立系四、熱力系示例例1：剛性絕熱氣缸-活塞系統(tǒng)，B側(cè)設(shè)有電熱絲

紅線(xiàn)內(nèi)——閉口絕熱系黃線(xiàn)內(nèi)不包含電熱絲——閉口系黃線(xiàn)內(nèi)包含電熱絲——閉口

絕熱系蘭線(xiàn)內(nèi)——孤立系閉口系例2：剛性絕熱噴管取紅線(xiàn)為系統(tǒng)—取噴管為系統(tǒng)—開(kāi)口系絕熱系例３：A、B兩部落“雞、犬之聲相聞，民至老死不相往來(lái)”ABA部落為系統(tǒng)A+B部落為系統(tǒng)

—閉口系—孤立系1-3工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)和基本狀態(tài)參數(shù)

熱力學(xué)狀態(tài)（stateofthermodynamicsystem）

—系統(tǒng)宏觀(guān)物理狀況的綜合

狀態(tài)參數(shù)（stateproperties）

—描述物系所處狀態(tài)的宏觀(guān)物理量

1．狀態(tài)參數(shù)是宏觀(guān)量，是大量粒子的統(tǒng)計(jì)平均效應(yīng)，只有平衡態(tài)才有狀態(tài)參數(shù)，系統(tǒng)有多個(gè)狀態(tài)參數(shù)，如一、熱力學(xué)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)二、狀態(tài)參數(shù)的特性和分類(lèi)壓力p、溫度T、比容v2．狀態(tài)的單值函數(shù)物理上—與過(guò)程無(wú)關(guān)；數(shù)學(xué)上—其微量是全微分。狀態(tài)參數(shù)的微分特征設(shè)z=z(x,y)dz是全微分充要條件：可判斷是否是狀態(tài)參數(shù)3．狀態(tài)參數(shù)分類(lèi)(1)廣延量（extensiveproperty）:與系統(tǒng)的量有關(guān)，有可加性；如體積、熱力學(xué)能、動(dòng)能、位能等；(2)強(qiáng)度量（intensiveproperty

）：

與系統(tǒng)的量無(wú)關(guān)，無(wú)可加性，如溫度、壓力、速度等。又：廣延量的比性質(zhì)具有強(qiáng)度量特性，如比體積工程熱力學(xué)約定用小寫(xiě)字母表示單位質(zhì)量參數(shù)。比參數(shù)：比容比內(nèi)能比焓比熵基本狀態(tài)參數(shù)工程熱力學(xué)中常用的狀態(tài)參數(shù)有壓力、溫度、比體積、比熱力學(xué)能、比焓、比熵等，其中可以直接測(cè)量的狀態(tài)參數(shù)有壓力、溫度、比體積，稱(chēng)為基本狀態(tài)參數(shù)。

基本狀態(tài)參數(shù)壓力p、溫度T、比容v按是否直接或容易測(cè)量分非基本狀態(tài)參數(shù)內(nèi)能U、焓H、熵S系統(tǒng)狀態(tài)相同的充分必要條件系統(tǒng)兩個(gè)狀態(tài)相同的充要條件：

所有狀態(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：

兩個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)對(duì)應(yīng)相等（一）溫度和溫標(biāo)（temperatureandtemperaturescale）

溫度是反映物體冷熱程度的物理量。溫度的高低反映物體內(nèi)部微觀(guān)粒子熱運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱。

當(dāng)兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，它們之間將發(fā)生熱量傳遞，如果沒(méi)有其它物體影響，這兩個(gè)物體的溫度將逐漸趨于一致，最終將達(dá)到熱平衡（即溫度相等）。所以溫度是熱平衡的判據(jù)。（1）溫度的物理意義溫度相等

熱平衡

（2）熱力學(xué)第零定律：(zerothlawofthermodynamics)

如果兩個(gè)物體中的每一個(gè)都分別與第三個(gè)物體處于熱平衡，則這兩個(gè)物體彼此也必處于熱平衡。熱力學(xué)第零定律是溫度測(cè)量的理論依據(jù)。ABC溫度：可以確定一個(gè)系統(tǒng)是否與其他系統(tǒng)處于熱平衡的物理量。是一個(gè)強(qiáng)度量。熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律1931年T熱力學(xué)第一定律18401850年E熱力學(xué)第二定律18541855年S熱力學(xué)第三定律1906年

S基準(zhǔn)（3）溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示法。

建立溫標(biāo)的三個(gè)要素：a.選擇溫度的固定點(diǎn)，規(guī)定其數(shù)值；b.確定溫度標(biāo)尺的分度方法和單位；c.選擇某隨溫度變化的物性作為溫度測(cè)量的依據(jù)。攝氏溫標(biāo):

2、固定點(diǎn)：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水的冰點(diǎn)溫度為0℃，純水的沸點(diǎn)溫度為100℃，純水的三相點(diǎn)（固、液、汽三相平衡共存的狀態(tài)點(diǎn)）溫度為0.01℃。

1、單位：瑞典天文學(xué)家攝爾修斯（Celsius）于1742年建立。用攝氏溫標(biāo)確定的溫度稱(chēng)為攝氏溫度，用符號(hào)t表示，單位為℃。

3、物性及分度：選擇水銀的體積作為溫度測(cè)量的物性，認(rèn)為其隨溫度線(xiàn)性變化，并將0℃和100℃溫度下的體積差均分100份，每份對(duì)應(yīng)1℃。

華氏溫標(biāo)：

1、單位、物性：1714年德國(guó)物理學(xué)家華倫海特利用水銀隨溫度的漲縮做為指示器，并在管子上設(shè)一個(gè)等級(jí)刻度表，使溫度可以定量地讀出。用符號(hào)

2、固定點(diǎn)：他把在實(shí)驗(yàn)室所得到的最低溫度設(shè)為零，這是由鹽和水的混合液測(cè)量得到的，而后他將純水的冰點(diǎn)設(shè)為32度，沸點(diǎn)設(shè)為212度。

3、分度：有兩個(gè)好處：第一、水的液態(tài)范圍為180度，很自然和度聯(lián)想在一起，因?yàn)榘雸A恰好是180度。第二、人體的溫度精確值為98.6華氏度，約接近100華氏度。

用熱力學(xué)溫標(biāo)確定的溫度稱(chēng)為熱力學(xué)溫度，用符號(hào)T表示，單位為K（開(kāi)）。

熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對(duì)溫標(biāo)）:

英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文（Kelvin)在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上建立，也稱(chēng)開(kāi)爾文溫標(biāo)。

熱力學(xué)溫標(biāo)取水的三相點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，并定義其溫度為273.16K。溫差1K相當(dāng)于水的三相點(diǎn)溫度的1/273.16。

熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系：溫差:1K=1℃t=T–273.15K常用溫標(biāo)絕對(duì)K攝氏℃

華氏F朗肯R100373.150.01273.160273.15-17.80-273.15212671.6737.8100032-459.670459.67491.67冰熔點(diǎn)水三相點(diǎn)鹽水熔點(diǎn)發(fā)燒水沸點(diǎn)559.67（4）溫度的測(cè)量溫度計(jì)物質(zhì)（水銀，鉑電阻）特性（體積膨脹，阻值）基準(zhǔn)點(diǎn)刻度溫標(biāo)

國(guó)際單位制（SI）采用熱力學(xué)溫T度作為基本狀態(tài)參數(shù)。溫度的測(cè)量方法a.接觸式:水銀溫度計(jì)、酒精溫度計(jì)熱電偶、電阻溫度計(jì)等。b.非接觸式:光學(xué)輻射高溫計(jì)激光全息干涉儀CARS（相干反斯托克斯喇曼光譜）法極寒－40℃或低于此值奇寒－35～－39.9℃酷寒－30～－34.9℃嚴(yán)寒－20～－29.9℃深寒－15～－19.9℃大寒－10～－14.9℃小寒－5～－9.9℃輕寒－4.9～0℃微寒0～4.9℃科學(xué)家給地球上的氣溫劃分了等級(jí)涼5～9.9℃溫涼10～11.9℃微溫涼12～13.9℃溫和14～15.9℃微溫和16～17.9℃溫暖18～19.9℃暖20～21.9℃熱22～24.9℃炎熱25～27.9℃暑熱28～29.9℃酷熱30～34.9℃奇熱35～39℃極熱高于40℃定義：?jiǎn)挝幻娣e上所受到的垂直作用力（即壓強(qiáng)）

（二）壓力(pressure)單位

:Pa（帕），1Pa=1N/m21MPa=103kPa=106Pa常用壓力單位：

1bar（巴）=105Pa

1atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）=1.013105Pa

1at（工程大氣壓）=0.981105Pa

1mmH2O（毫米水柱）=9.81Pa1mmHg（毫米汞柱）=133.3Pa

氣體分子撞擊器壁的統(tǒng)計(jì)（平均）效果壓力p測(cè)量一般是工質(zhì)絕對(duì)壓力與環(huán)境壓力的相對(duì)值——相對(duì)壓力注意：只有絕對(duì)壓力p

才是狀態(tài)參數(shù)其它壓力測(cè)量方法高精度測(cè)量：活塞式壓力計(jì)工業(yè)或一般科研測(cè)量：壓力傳感器壓力表壓力計(jì)測(cè)壓原理絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力當(dāng)p

>pb表壓力pe當(dāng)p

<pb真空度pvpbpeppvp當(dāng)?shù)卮髿鈮簆b(localatmosphericpressure)例1：已知當(dāng)?shù)卮髿鈮毫b,及壓力表1、2的讀數(shù)分別為pg1，pg2。求pg3？

解：⑴壓力表1測(cè)得的是A室的相對(duì)壓力，故⑵壓力表2測(cè)得的也是A室的相對(duì)壓力，但它處在B室環(huán)境中，故⑶壓力表3測(cè)得的是B室的相對(duì)壓力，故

如圖，已知大氣壓pb=101325Pa，U型管內(nèi)汞柱高度差H=300mm，氣體表B讀數(shù)為0.2543MPa，求：A室壓力pA及氣壓表A的讀數(shù)peA解：強(qiáng)調(diào)：pb是測(cè)壓儀表所在環(huán)境壓力（三）比體積和密度比體積單位質(zhì)量工質(zhì)的體積密度(density)單位體積工質(zhì)的質(zhì)量?jī)烧哧P(guān)系:比體積和密度二者相關(guān)，通常以比體積作為狀態(tài)參數(shù)。1-4平衡狀態(tài)一、平衡狀態(tài)（thermodynamicequilibriumstate）1、定義：

在不受外界影響的條件下（重力場(chǎng)除外），如果系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化，則該系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。

溫差

—熱不平衡勢(shì)

壓差—力不平衡勢(shì)

化學(xué)反應(yīng)—化學(xué)不平衡勢(shì)平衡的本質(zhì)：不存在不平衡勢(shì)平衡與穩(wěn)定穩(wěn)定：參數(shù)不隨時(shí)間變化穩(wěn)定但存在不平衡勢(shì)差去掉外界影響，則狀態(tài)變化若以（熱源+銅棒+冷源）為系統(tǒng)，又如何？穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定平衡與均勻平衡：時(shí)間上均勻：空間上平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻的為什么引入平衡概念？如果系統(tǒng)平衡，可用一組確切的參數(shù)（壓力、溫度）描述但平衡狀態(tài)是死態(tài)，沒(méi)有能量交換能量交換狀態(tài)變化破壞平衡如何描述二、狀態(tài)方程、坐標(biāo)圖平衡狀態(tài)可用一組狀態(tài)參數(shù)描述其狀態(tài)狀態(tài)公理：獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)個(gè)數(shù)N=n+1想確切描述某個(gè)熱力系，是否需要所有狀態(tài)參數(shù)？狀態(tài)公理（statepostulate）N—系統(tǒng)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)數(shù)；n—系統(tǒng)與外界交換功形式數(shù)。簡(jiǎn)單可壓縮系與外界僅有容積變化功一種形式

N=n+1

N=1+1=2n

容積變化功、電功、拉伸功、表面張力功等狀態(tài)方程簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)：N

=n

+1=2狀態(tài)方程

基本狀態(tài)參數(shù)（p,v,T)之間的關(guān)系狀態(tài)方程的具體形式取決于工質(zhì)的性質(zhì)如：理想氣體狀態(tài)方程為：狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖（parametriccoordinates）簡(jiǎn)單可壓縮系只有兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，所以可用平面坐標(biāo)上一點(diǎn)確定其狀態(tài)，反之任一狀態(tài)可在平面坐標(biāo)上找到對(duì)應(yīng)點(diǎn)，如：1）系統(tǒng)任何平衡態(tài)可表示在坐標(biāo)圖上說(shuō)明：2）過(guò)程線(xiàn)中任意一點(diǎn)為平衡態(tài)3）不平衡態(tài)無(wú)法在圖上用實(shí)線(xiàn)表示常見(jiàn)p-v圖和T-s圖pv21返回：可逆過(guò)程的功一、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程(quasi-staticprocess;quasi-equilibriumprocess)1-5工質(zhì)的狀態(tài)變化過(guò)程平衡狀態(tài)狀態(tài)不變化能量不能轉(zhuǎn)換非平衡狀態(tài)無(wú)法簡(jiǎn)單描述熱力學(xué)引入準(zhǔn)靜態(tài)（準(zhǔn)平衡）過(guò)程一般過(guò)程p1

=p0+重物T1

=T0突然去掉重物最終p2

=

p0T2

=

T0p，Tp0pv12..準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程p1

=

p0+重物p，Tp0T1=

T0假如重物有無(wú)限多層每次只去掉無(wú)限薄一層pv12...系統(tǒng)隨時(shí)接近于平衡態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程有實(shí)際意義嗎？既是平衡，又是變化既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換疑問(wèn)：理論上準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)無(wú)限緩慢，工程上怎樣處理？準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的工程條件破壞平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）恢復(fù)平衡所需時(shí)間（馳豫時(shí)間）>>有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程思考題：容器為剛性絕熱，抽去隔板，重又平衡，過(guò)程性質(zhì)。逐個(gè)抽去隔板，又如何？準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的工程應(yīng)用3.已知活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)每分鐘2000轉(zhuǎn)，曲柄每轉(zhuǎn)2沖程，每沖程位移0.15米，判斷活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)在工作狀況下是否可以視為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。解：活塞運(yùn)動(dòng)速度cf=2000*2*0.15/60=10m/s；壓力波恢復(fù)平衡速度可以按聲速處理，壓力波恢復(fù)平衡速度a≥350m/s；在一定的位移Δx下，τ1=Δx/10，τ0=Δx/350，則τ1/τ0=35>>1。因此，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)在工作狀況下可以視為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。 一般地，工程上的熱力過(guò)程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。二、可逆過(guò)程(reversibleprocess)

系統(tǒng)經(jīng)歷某一過(guò)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(guò)程為可逆過(guò)程。(1)可逆過(guò)程只是指可能性，并不是指必須要回到初態(tài)的過(guò)程。(2)可逆過(guò)程是一個(gè)理想過(guò)程。實(shí)際過(guò)程都是不可逆過(guò)程，如傳熱、混合、擴(kuò)散、滲透、溶解、燃燒、電加熱等。注意：可逆過(guò)程的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程+無(wú)耗散效應(yīng)=可逆過(guò)程無(wú)不平衡勢(shì)差通過(guò)摩擦使功變熱的效應(yīng)(摩阻，電阻，非彈性變性，磁阻等）

不平衡勢(shì)差

不可逆根源

耗散效應(yīng)（有序變成無(wú)序）

耗散效應(yīng)準(zhǔn)靜態(tài)著眼于系統(tǒng)內(nèi)部平衡，可逆著眼于系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界作用的總效果典型的不可逆過(guò)程不等溫傳熱自由膨脹T1T2T1>T2Q真空?????????????????節(jié)流過(guò)程(閥門(mén)）混合過(guò)程?????????????????★★★★★★★★★★★★★★p1p2p1>p2典型的不可逆過(guò)程引入可逆過(guò)程的意義(1)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是實(shí)際過(guò)程的理想化過(guò)程,但并非最優(yōu)過(guò)程，可逆過(guò)程是最優(yōu)過(guò)程。

(2)可逆過(guò)程的功與熱完全可用系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)表達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界的復(fù)雜關(guān)系，易分析。

(3)實(shí)際過(guò)程不是可逆過(guò)程，但為了研究方便，先按理想情況（可逆過(guò)程）處理，用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆因素加以修正。幾種可逆形式可逆完全可逆內(nèi)部可逆，外部不可逆外部可逆，內(nèi)部不可逆常見(jiàn)的形式判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（1）以冰水混合物為熱力系90℃0℃緩慢加熱外部溫差傳熱準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程系統(tǒng)內(nèi)部等溫傳熱，無(wú)耗散內(nèi)可逆外不可逆判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（2）帶活塞的氣缸內(nèi)，水被緩慢的加熱緩慢加熱，每一時(shí)刻水有確定的溫度準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程水與火有溫差外不可逆以水為系統(tǒng)內(nèi)可逆以水+活塞為系統(tǒng)活塞與壁面無(wú)摩擦內(nèi)可逆活塞與壁面有摩擦內(nèi)不可逆是否準(zhǔn)靜態(tài)，看加熱快慢判斷是否準(zhǔn)靜態(tài)與可逆（3）電或重物帶動(dòng)攪拌器加熱容器中氣體電功熱機(jī)械功熱但不可逆耗散可逆過(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的區(qū)別與聯(lián)系準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程+無(wú)耗散效應(yīng)=可逆過(guò)程可逆過(guò)程一定是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程不一定是可逆過(guò)程可逆過(guò)程完全理想，以后均用可逆過(guò)程的概念準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程很少用（就是為了引出可逆過(guò)程）一、功(work)的定義和可逆過(guò)程的功1．功的力學(xué)定義:力×在力的方向上的位移

2．功的熱力學(xué)定義：通過(guò)邊界傳遞的能量其全部效果可表現(xiàn)為舉起重物。

（定義二：通過(guò)有序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能量）3．功的一般表達(dá)式1-6過(guò)程功和熱量熱力學(xué)最常見(jiàn)的功—容積變化功（可逆、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程）解釋可逆過(guò)程功的表達(dá)式來(lái)源準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程+無(wú)耗散效應(yīng)=可逆過(guò)程1、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的容積變化功以氣缸中mkg工質(zhì)為系統(tǒng)初始：如果：可視為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程mkg工質(zhì)發(fā)生容積變化對(duì)外界作的功pp外21pV12Wpp外21mkg工質(zhì)：W=pdV1kg工質(zhì)：w=pdv可逆過(guò)程的功▲功是過(guò)程量▲功可以用p-V圖上過(guò)程線(xiàn)與v軸包圍的面積表示進(jìn)入：狀態(tài)方程及坐標(biāo)圖

系統(tǒng)對(duì)外作功為“+”外界對(duì)系統(tǒng)作功為“-”5．功和功率的單位：附：4．功的符號(hào)約定：?jiǎn)挝毁|(zhì)量工質(zhì)所作的功，用w表示，單位：J/kg6．討論有用功(usefulwork)概念其中:W—膨脹功(compression/expansionwork)；

Wl—摩擦耗功；

Wp—排斥大氣功。pbf思考題：1kg某種氣態(tài)工質(zhì)，從初態(tài)1可逆膨脹到達(dá)終態(tài)2的過(guò)程中分別遵循：求：兩過(guò)程中各作功多少（a、b、c為常數(shù)）解：（1）（2）可用面積1A2MN1表示可用面積1B2MN1表示功與初、終態(tài)及中間過(guò)程有關(guān)！靈活計(jì)算功：用外部參數(shù)計(jì)算不可逆過(guò)程的功?二、廣義功(generalizedwork)簡(jiǎn)介彈性力功表面張力功

電極化功及磁化功等三、熱量（heat）1．定義：熱量是熱力系與外界相互作用的另一種方式，在溫度的推動(dòng)下，以微觀(guān)無(wú)序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能量。2．符號(hào)約定：系統(tǒng)吸熱“+”；放熱“-”3．單位：

4．計(jì)算式及狀態(tài)參數(shù)圖熱量是過(guò)程量（T-S圖上）表示熵的初步了解：P，T為強(qiáng)度量，V廣延量熵S為廣延量，單位：J/K比熵s，單位：J/(kg·K）熵的定義式：熱量與容積變化功比較過(guò)程量可逆過(guò)程公式過(guò)程推動(dòng)力過(guò)程標(biāo)志W(wǎng)pdVQTdS準(zhǔn)靜態(tài)也可以?xún)H可逆1、熵是狀態(tài)參數(shù)熵的說(shuō)明2、符號(hào)規(guī)定系統(tǒng)吸熱時(shí)為正系統(tǒng)放熱時(shí)為負(fù)3、熵的物理意義：體現(xiàn)了可逆過(guò)程傳熱的大小和方向4、用途：判斷熱量方向，計(jì)算可逆過(guò)程的傳熱量示功圖與示熱圖pVWTSQ

示功圖溫熵圖四、熱量與功的異同：

1.均為通過(guò)邊界傳遞的能量；

3.功傳遞由壓力差推動(dòng)，體積變化是作功標(biāo)志；

熱量傳遞由溫差推動(dòng)，熵變化是傳熱的標(biāo)志；

4.功是物系間通過(guò)宏觀(guān)運(yùn)動(dòng)發(fā)生相互作用傳遞的能量；

熱是物系間通過(guò)紊亂的微粒運(yùn)動(dòng)發(fā)生相互作用而傳遞的能量。功2.均為過(guò)程量；熱是無(wú)條件的；熱功是有條件、限度的。不同點(diǎn)相同點(diǎn)1-7熱力循環(huán)要實(shí)現(xiàn)連續(xù)作功，必須構(gòu)成循環(huán)定義：

熱力系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列變化回到初態(tài)，這一系列變化過(guò)程稱(chēng)為熱力循環(huán)。分類(lèi)：可逆過(guò)程不可逆循環(huán)可逆循環(huán)封閉的熱力過(guò)程，特性：一切狀態(tài)參數(shù)恢復(fù)原值，即不可逆循環(huán)pVTS凈效應(yīng)：對(duì)外作功凈效應(yīng)：吸熱正向循環(huán)：順時(shí)針?lè)较?112pVTS凈效應(yīng)：對(duì)內(nèi)作功凈效應(yīng)：放熱逆向循環(huán)：逆時(shí)針?lè)较?11220:14熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)指標(biāo)1、正向循環(huán)：凈效應(yīng)（對(duì)外作功，吸熱）WT1Q1Q2T2動(dòng)力循環(huán)：熱效率數(shù)值范圍：20:14熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)指標(biāo)2、逆向循環(huán)：凈效應(yīng)（對(duì)內(nèi)作功，放熱）制冷循環(huán)：制冷系數(shù)WT0Q1Q2T2數(shù)值：>0熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)指標(biāo)3、逆向循環(huán)：凈效應(yīng)（對(duì)內(nèi)作功，放熱）制熱循環(huán)：供熱系數(shù)或熱泵系數(shù)WT1Q1Q2T0數(shù)值：>1

動(dòng)力循環(huán)：熱效率(thermalefficiency)