《工程熱力學》教學課件01(10-11)v1.0

1工程熱力學

Engineering

Thermodynamics授課教師：呂鳳Email：dolores10@163.com2課程性質(zhì)工程熱力學是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。工程熱力學是一門研究熱能有效利用及熱能和其它形式能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學。是開展節(jié)能工作的理論基礎(chǔ)。3工程熱力學課程的地位與傳熱學、流體力學并列為能源工程學科的三大基礎(chǔ)理論課，地位非常重要；是學好后續(xù)專業(yè)理論課程的基礎(chǔ)，考研課程之一；工程熱力學理論知識的運用貫穿于工程領(lǐng)域及人們生活實踐始終。目的與任務《工程熱力學》是熱能與動力工程本科生必修的學科基礎(chǔ)教育課，主要研究熱能與其他形式的能量之間的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律及其在工程中的應用。通過本課程的學習，使學生了解熱力學的宏觀研究方法,理解和掌握熱力學的基本概念和基本定律，熟悉工質(zhì)的基本性質(zhì)和實際熱工裝置的基本原理，學會運用熱力學基本定律對實際過程進行熱力學分析的基本能力，為學習后續(xù)課程及畢業(yè)后從事能源、環(huán)境、暖通、建筑、電力等行業(yè)的熱能利用方面的實際工作奠定基礎(chǔ)。教材選用教材:沈維道，童鈞耕主編，工程熱力學，高等教育出版社，第四版,2007年參考教材:[１]Yunus

A.Cengel,MichaelA.Boles.Thermodynamics,第六版,電子工業(yè)出版社[２]王修彥主編.《工程熱力學》，機械工業(yè)出版社，2009年。[３]劉寶興編著.《工程熱力學》，機械工業(yè)出版社，2006年?？己朔绞缴险n時間:星期三,1-2節(jié);星期五,1-2節(jié)

考核性質(zhì)：考試課，百分制考核形式：閉卷、筆試考試用時：期末120分鐘考核模式：二段制模式成績評定方法：期末總評成績＝平時成績×20％（10%考勤，10%作業(yè)）+實驗成績15%+期末成績×65％補考方法：總評成績低于60

分的學生，須參加學校統(tǒng)一組織的補考。補考總成績＝平時成績×20％+實驗成績15%+期末成績×65％注意：1/3缺考勤或1/3不交作業(yè)或1/3缺實驗課或1/3缺實驗報告均取消考試資格教學安排緒論（1學時）第一章基本概念（3學時）第二章熱力學第一定律（6學時）第三章氣體和蒸汽的性質(zhì)（6學時）第四章氣體和蒸汽的基本熱力過程（4學時）第五章熱力學第二定律（6學時）第七章氣體和蒸汽的流動（2學時）第八章壓氣機的熱力過程（3學時）第九章氣體動力循環(huán)（3學時）第十章蒸汽動力裝置循環(huán)（3學時）第十一章制冷循環(huán)（3學時）教學安排序號分類實驗項目名稱實驗性質(zhì)實驗進行方式學時理論技能綜合設計必做選做1氣體參數(shù)綜合測定√√42二氧化碳臨界觀測及P-V-T關(guān)系√√23可視性飽和蒸汽P-T關(guān)系√√29提供各種有效能量的資源；是人類社會不可缺少的物質(zhì)之一；人類社會的發(fā)展史與人類社會開發(fā)和利用能源的廣度和深度密切相連。能源及能源轉(zhuǎn)換和利用的關(guān)系風能水能化學能核能地熱能太陽能熱能90%（85%）機械能電能直接利用二次能源熱機風機水輪機燃燒核裂變傳熱傳熱光電轉(zhuǎn)換燃料電池一次能源能源發(fā)電機電動機冶金、化工、食品…生活直接取自自然界沒有經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換的各種能量和資源。包括：原煤、原油、天然氣、油頁巖、核能、太陽能、水力、風力、波浪能、潮汐能、地熱、生物質(zhì)能和海洋溫差能等。由一次能源經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換以后得到的能源產(chǎn)品。電力、蒸汽、煤氣、汽油、柴油、重油、液化石油氣、酒精、沼氣、氫氣和焦炭。

溫差發(fā)電磁流體發(fā)電核聚變生物質(zhì)燃燒10

1798年，英國物理學家和政治家BenjaminThompson

(1753-1814)通過炮膛鉆孔實驗開始對功轉(zhuǎn)換為熱進行定量研究。

0-2熱力學發(fā)展簡史11

1824年，法國陸軍工程師NicholasLéonard

Sadi

Carnot

發(fā)表了“關(guān)于火的動力研究”的論文。

他通過對自己構(gòu)想的理想熱機的分析得出結(jié)論：熱機必須在兩個熱源之間工作，理想熱機的效率只取決與兩個熱源的溫度，工作在兩個一定熱源之間的所有熱機，其效率都超不過可逆熱機，熱機在理想狀態(tài)下也不可能達到百分之百。這就是卡諾定理。

Carnot

(1796-1832)0-2熱力學發(fā)展簡史12

卡諾的論文發(fā)表后，沒有馬上引起人們的注意。過了十年，法國工程師Ben?ltPaulEmileClapeyron(1799-1864)把卡諾循環(huán)以解析圖的形式表示出來，并用卡諾原理研究了汽液平衡，導出了克拉佩隆方程。0-2熱力學發(fā)展簡史13

1842年，德國醫(yī)生JuliusRobertMayer(1814-1878)主要受病人血液顏色在熱帶和歐洲的差異及海水溫度與暴風雨的啟發(fā)，提出了熱與機械運動之間相互轉(zhuǎn)化的思想。Mayer

(1814-1878)0-2熱力學發(fā)展簡史14

1847年，德國物理學家和生物學家HermannLudwigvonHelmholtz(亥姆霍茲1821-1894)發(fā)表了“論力的守衡”一文，全面論證了能量守衡和轉(zhuǎn)化定律。Helmholtz

(1821-1894)0-2熱力學發(fā)展簡史15

1843-1848年，英國釀酒商JamesPrescottJoule

(1818-1889)以確鑿無疑的定量實驗結(jié)果為基礎(chǔ)，論述了能量受恒和轉(zhuǎn)化定律。焦耳的熱功當量實驗是熱力學第一定律的實驗基礎(chǔ)。

Joule

(1818-1889)0-2熱力學發(fā)展簡史16

根據(jù)熱力學第一定律熱功可以按當量轉(zhuǎn)化，而根據(jù)卡諾原理熱卻不能全部變?yōu)楣?，當時不少人認為二者之間存在著根本性的矛盾。1850年，德國物理學家RudolfJ.Clausius

(1822-1888)進一步研究了熱力學第一定律和克拉佩隆轉(zhuǎn)述的卡諾原理，發(fā)現(xiàn)二者并不矛盾。他指出，熱不可能獨自地、不付任何代價地從冷物體轉(zhuǎn)向熱物體，并將這個結(jié)論稱為熱力學第二定律。克勞修斯在1854年給出了熱力學第二定律的數(shù)學表達式，1865年提出“熵”的概念。

Clausius

(1822-1888)0-2熱力學發(fā)展簡史17

1851年，英國物理學家LordKelvin(1824-l907)指出，不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響。這是熱力學第二定律的另一種說法。

1853年，他把能量轉(zhuǎn)化與物系的內(nèi)能聯(lián)系起來，給出了熱力學第一定律的數(shù)學表達式。0-2熱力學發(fā)展簡史181875年，美國耶魯大學數(shù)學物理學教授JosiahWillardGibbs發(fā)表了“論多相物質(zhì)之平衡”的論文。他在熵函數(shù)的基礎(chǔ)上，引出了平衡的判據(jù)；提出熱力學勢的重要概念，用以處理多組分的多相平衡問題；導出相律，得到一般條件下多相平衡的規(guī)律。吉布斯的工作，把熱力學和化學在理論上緊密結(jié)合起來，奠定了化學熱力學的重要基礎(chǔ)。

Gibbs

(1839-1903)0-2熱力學發(fā)展簡史19

熱力學基本定律反映了自然界的客觀規(guī)律,以這些定律為基礎(chǔ)進行演繹、邏輯推理而得到的熱力學關(guān)系與結(jié)論,顯然具有高度的普遍性、可靠性與實用性,可以應用于機械工程、化學、化工等各個領(lǐng)域,由此形成了化學熱力學、工程熱力學、化工熱力學等重要的分支?；瘜W熱力學主要討論熱化學、相平衡和化學平衡理論。工程熱力學主要研究熱能動力裝置中工作介質(zhì)的基本熱力學性質(zhì)、各種裝置的工作過程以及提高能量轉(zhuǎn)化效率的途徑?；崃W是以化學熱力學和工程熱力學為基礎(chǔ)，結(jié)合化工實際過程逐步形成的學科。0-2熱力學發(fā)展簡史階段時期實際發(fā)明實際應用理論發(fā)展初始階段18世紀初期原始蒸汽機-抽水機（英國）水利灌溉19世紀初期蒸汽機機車和船舶1824年：卡諾定理與卡諾循環(huán)（熱能變機械能的條件）；1840-1851年：邁耶、焦爾等建立了熱力學第一定律；1850-1851年：克勞修斯和湯姆遜先后提出了熱力學第二定律?？焖侔l(fā)展階段19世紀末期汽輪機內(nèi)燃機電廠交通動力機蒸汽、氣體性質(zhì)及其低速流動。內(nèi)燃機熱力過程、熱力循環(huán)及提高熱效率20世紀中后期燃氣輪機噴氣發(fā)動機聯(lián)合發(fā)電飛機、火箭燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)噴管及氣體高速流動近代發(fā)展階段近20-30年燃料電池（化學能→電能）溫差電池（熱能→電能）磁流體發(fā)電(熱能→電能）新能源開發(fā)(太陽能、地熱)能量直接轉(zhuǎn)化技術(shù)節(jié)能裝置和設備化學熱力學新循環(huán)、新工質(zhì)熱力學的發(fā)展歷程21第一章基本概念及定義教學目標:

使學生熟練掌握熱力學研究的基本概念。知識點：熱力系統(tǒng)；工質(zhì)熱力狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)；平衡狀態(tài)；準靜態(tài)過程、可逆過程；熱力循環(huán)。重點：典型的熱力系統(tǒng)；p、v、T三個狀態(tài)參數(shù)的物理意義；絕對壓力和相對壓力的計算；可逆過程的判定準則。難點：使學生理解并掌握抽象的熱力學基本概念，是本章的難點。22第一章基本概念—Basicconcept1-1熱能在熱機中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的過程1-2熱力系統(tǒng)1-3工質(zhì)的熱力學狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)1-4平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標圖1-5工質(zhì)的狀態(tài)變化過程1-6過程功和熱量1-7熱力循環(huán)。231-1熱能和機械能相互轉(zhuǎn)換的過程熱能動力裝置定義—thermalpowerequipment

從燃料燃燒中獲得熱能并利用熱能得到動力的整套設備。分類內(nèi)燃機(internalcombustiongasengine)燃氣輪機動力裝置(gasturbinepowerplant)蒸汽動力裝置(steampowerplant)……噴氣動力裝置(jetpowerplant)24內(nèi)燃機的工作原理圖活塞曲柄連桿機構(gòu)氣缸燃氣動力裝置gaspowerequipment25內(nèi)燃機（汽油機）工作物質(zhì)：燃氣燃氣熱能機械能燃料化學能排入大氣壓縮燃燒、膨脹吸氣排氣工作過程：能量轉(zhuǎn)換：26蒸汽動力裝置流程Steampowerequipment簡單蒸汽動力循環(huán)系統(tǒng)簡圖550C0過熱器鍋爐給水泵冷凝器冷卻水汽輪機發(fā)電機QQ12W20C0高溫高壓蒸汽Wp27汽輪機水泵冷凝器鍋爐簡單蒸汽動力循環(huán)過程圖鍋爐(熱源):燃料燃燒產(chǎn)生熱量,將水變成蒸汽(吸熱過程)汽輪機:將蒸汽攜帶的熱能→動能→轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機械能(對外作功過程)冷凝器(冷源):將作功后的低溫低壓蒸汽凝結(jié)成水(對外放熱過程)水泵:提高水的壓力,將水送入鍋爐(消耗外功)工質(zhì):水問題:由哪些典型過程組成?蒸汽動力裝置流程Steampowerequipment28原子能蒸汽動力裝置系統(tǒng)簡圖反應堆(濃縮鈾)換熱器泵冷凝器發(fā)電機汽輪機泵載熱質(zhì)(重水、堿性金屬蒸汽)冷卻水29熱能動力裝置的共性--Commonness從上述兩種熱機的工作情況看出，它們構(gòu)造不同，工作特性不同。然而工程熱力學不深入研究各種熱機的具體結(jié)構(gòu)和各自的特性，而是抽取所有熱機的共同問題進行探討。能量轉(zhuǎn)換的媒介---工質(zhì)（燃氣、蒸汽）；膨脹---作功；壓縮—耗功；雙熱源---吸熱、放熱。共性30熱能動力裝置的共性動力裝置?；呻p熱源示意圖31壓縮制冷裝置系統(tǒng)簡圖32

地源熱泵33基本概念：工質(zhì)(workingmedium)工質(zhì)：實現(xiàn)熱能和機械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì);1）膨脹性；2）流動性；3）熱容量；4）穩(wěn)定性，安全性；5）對環(huán)境友善；6）價廉，易大量獲取。物質(zhì)三態(tài)中氣態(tài)最適宜對工質(zhì)的要求:34基本概念：熱源、冷源熱源(heatsource)：把工質(zhì)從中吸取熱能的物系叫做熱源，或稱高溫熱源;冷源(heatsink)：把接受工質(zhì)排出熱能的物系叫做冷源，或稱低溫熱源（熱阱）。熱源和冷源可以是恒溫熱源（constantheatreservoir）的，也可以是變溫熱源（variationalheatreservoir

）的。351-2熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)—system： 被人為分割出來的作為熱力學分析對象的有限物質(zhì)系統(tǒng)；外界—surrounding： 熱力系統(tǒng)的周圍物體統(tǒng)稱為外界；邊界—Boundary：

熱力系統(tǒng)與外界的分界面（線）；36熱力系統(tǒng)特性邊界面特征：真假性---邊界面可以是真可以是假；動靜性---邊界面可以是運動的也可以是靜止的；多變性---邊界面尺寸和形狀可以變化。管內(nèi)流動熱力系統(tǒng)示意圖活塞-氣缸裝置熱力系統(tǒng)示意圖37界面熱源外界外界熱力系統(tǒng)熱力系、界面、外界例Ⅰ：動靜性38界面熱源外界外界熱力系統(tǒng)熱力系、界面、外界例Ⅰ：動靜性39界面熱源外界外界熱力系統(tǒng)熱力系、界面、外界例Ⅰ：動靜性40界面熱源外界外界熱力系統(tǒng)熱力系、界面、外界例Ⅰ：動靜性41界面熱源外界外界熱力系統(tǒng)熱力系、界面、外界例Ⅰ：動靜性42系統(tǒng)界面熱力系、界面、外界例Ⅱ：多變性43系統(tǒng)系統(tǒng)界面熱力系、界面、外界例Ⅱ：多變性44系統(tǒng)系統(tǒng)界面熱力系、界面、外界例Ⅱ：多變性45系統(tǒng)界面外界外界熱力系、界面、外界例Ⅲ：真假性46熱力系統(tǒng)分類的人為性鍋爐汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器過熱器只交換功只交換熱既交換功也交換熱47熱熱力系統(tǒng)的分類thermodynamicsystemclassify物質(zhì)功功熱物質(zhì)物質(zhì)功物質(zhì)絕熱熱力系孤立熱力系閉口熱力系開口熱力系按系統(tǒng)與外界之間的相互聯(lián)系劃分：

1.閉口系Closedsystem/Controlmass—與外界無物質(zhì)交換的熱力系。

2.開口系Opensystem/controlvolume—與外界有物質(zhì)交換的熱力系。

3.絕熱系A(chǔ)diabaticsystem—與外界無熱量交換的熱力系。

4.孤立系Isolatedsystem—與外界無任何聯(lián)系的熱力系。48熱力系統(tǒng)的分類thermodynamicsystemclassify開口系、閉口系、絕熱系、孤立系Open、closed、adiabatic、isolatedsystem

有 無是否傳質(zhì)mass

開口系

閉口系是否傳熱heat

非絕熱系

絕熱系是否傳熱、功、質(zhì)

非孤立系

孤立系Heat、power、mass49熱力系統(tǒng)分類示意圖1234mQW1

Opensystem1+2

Closedsystem1+2+3

Adiabaticclosedsystem1+2+3+4

Isolatedsystem50閉口熱力系閥門關(guān)閉51開口熱力系52開口熱力系：管道53開口熱力系（鍋爐示意圖）來自水泵過熱器爐墻蒸發(fā)管去汽輪機燃料與空氣54鍋爐的簡化熱力學分析模型(主要考慮蒸汽的發(fā)生)熱力系熱量（熱源）(高溫蒸汽)物質(zhì)(鍋爐給水)物質(zhì)55開口熱力系汽輪機去凝汽器調(diào)速器來自鍋爐噴管葉片汽輪機發(fā)電機軸功（水蒸汽）物質(zhì)汽輪機的簡化熱力學分析模型熱力系（水蒸汽）物質(zhì)汽輪機的簡化熱力學分析模型57來自汽輪機的水蒸汽去水泵的凝結(jié)水冷卻水冷卻水開口熱力系（冷凝器）(凝結(jié)水）

物質(zhì)蒸汽放熱給冷卻水冷凝器的簡化熱力學分析模型熱力系（水蒸汽）物質(zhì)冷凝器的簡化熱力學分析模型

(主要考慮蒸汽的凝結(jié))59開口熱力系（水泵示意圖）電動機鍋爐給水來自冷凝器的水水泵開口熱力系（水泵示意圖）（鍋爐給水）物質(zhì)水泵的簡化熱力學分析模型熱力系（凝結(jié)水）物質(zhì)功水泵的簡化熱力學分析模型61蒸汽動力裝置流程簡圖冷卻水帶走熱量（工質(zhì)放熱量）向外輸出功（汽輪機）（水泵耗功）（工質(zhì)吸熱量）蒸汽動力裝置的簡化熱力學分析模型熱力系向系統(tǒng)輸入功熱源供熱蒸汽動力裝置的簡化熱力學分析模型63剛性絕熱氣缸-活塞系統(tǒng)，B側(cè)設有電熱絲。紅線內(nèi)——closedadiabatic黃線內(nèi)不包含電熱絲——closed黃線內(nèi)包含電熱絲——closedadiabatic藍線內(nèi)——Isolated熱力系統(tǒng)示例圖64按照系統(tǒng)內(nèi)部的情況可劃分（了解）1.均勻熱力系—系統(tǒng)內(nèi)部各部分化學成分和物理性質(zhì)都均勻一致的系統(tǒng)，它是由單相組成的。2.非均勻熱力系—由兩個或兩個以上的相態(tài)組成的熱力系。3.單元熱力系—由一種化學成分組成的熱力系。4.多元熱力系—由兩種或兩種以上物質(zhì)組成的熱力系。5.可壓縮系統(tǒng)—由可壓縮流體組成的熱力系。6.簡單可壓縮系統(tǒng)—與外界只有熱量和機械功交換的可壓縮系統(tǒng)。65簡單可壓縮系統(tǒng)Mostimportant

system！一般由可壓縮流體構(gòu)成，與外界可逆功交換只有體積變化功一種形式.體積變化功壓縮功膨脹功MovingBoundaryWorkCompressionWorkExpansionWork661-3狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)熱力學狀態(tài)--stateofthermodynamicsystem

工質(zhì)在熱力變化過程中某一瞬間呈現(xiàn)的宏觀物理狀況叫熱力學狀態(tài)，簡稱狀態(tài)。狀態(tài)參數(shù)--stateproperties

用來描述工質(zhì)所處狀態(tài)的宏觀物理量。狀態(tài)參數(shù)是宏觀量，是大量粒子的平均效應，系統(tǒng)有多個狀態(tài)參數(shù)，如：67狀態(tài)參數(shù)的特征：2.狀態(tài)參數(shù)的積分特征：狀態(tài)參數(shù)的變化量與路徑無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)；1.狀態(tài)參數(shù)的關(guān)聯(lián)特征：狀態(tài)的單值函數(shù)，狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然；68狀態(tài)參數(shù)的積分特征

狀態(tài)參數(shù)變化量與路徑無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)。數(shù)學上：點函數(shù)、態(tài)函數(shù)pointfunction12ab例：溫度變化山高度變化69狀態(tài)參數(shù)的分類①基本狀態(tài)參數(shù)

能夠用儀器儀表直接或間接測量的參數(shù)稱為┄。②導出狀態(tài)參數(shù)不能用儀器儀表直接或間接測量的參數(shù)稱為┄。如：溫度、壓力、容積如：熱力學（內(nèi)能）、焓、熵。１）按能否用儀器或儀表進行直接或間接測量劃分70２）按與系統(tǒng)內(nèi)包含物質(zhì)多少有無關(guān)系劃分①強度參數(shù)--Intensiveproperties與系統(tǒng)的質(zhì)量多少無關(guān)的參數(shù)，如壓力p、溫度T②廣延參數(shù)--Extensiveproperties與系統(tǒng)的質(zhì)量成正比具有可加性，如

質(zhì)量m、容積V、內(nèi)能

U、焓H、熵S比參數(shù)Specificparameters比容比熱力學能比焓比熵比參數(shù)單位：/kg、/kmol

具有強度量的性質(zhì)71強度參數(shù)與廣延參數(shù)InandEx速度動能高度

位能

熱力學能溫度應力摩爾數(shù)（In

）（In

）（In

）（In

）（EX）（EX

）（EX

）（EX

）VelocityKineticEnergyHeightPotentialEnergyTemperatureInternalEnergyStressMol72系統(tǒng)兩個狀態(tài)相同的充要條件：

Necessaryandsufficientconditionofonestateisequaltoanotherforathermodynamicsystem:

所有狀參一一對應相等。簡單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件：

Simplecompressiblesystem:

兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)對應相等。系統(tǒng)與狀態(tài)參數(shù)的相互判據(jù)73基本狀態(tài)參數(shù)：溫度、壓力、容積1.溫度--Temperature溫度的一般定義：傳統(tǒng)、宏觀：冷熱程度的度量；感覺，導熱，熱容量。微觀：衡量分子平均動能的量度。T0.5mc274熱力學第零定律

如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。

Iftwobodiesarein

thermalequilibrium

withathirdbody,theyarealsoin

thermalequilibrium

witheachother.溫度的熱力學定義75溫度的熱力學定義溫度測量的理論基礎(chǔ)B溫度計76溫度的熱力學定義Thermodynamicdefinition處于同一熱平衡狀態(tài)的各個熱力系，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

溫度。溫度是確定一個系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量。77溫標—Temperaturescale熱力學溫標（絕對溫標,T[K]）：Kelvinscale

攝氏溫標(t[℃])

：Celsiusscale

華氏溫標

(t[F])：Fahrenheitscale朗肯溫標

(t[R])：Rankinescale溫標概念：溫度的數(shù)值表示法。

常用溫標：

78溫標的換算—Conversionequation79常用溫標之間的關(guān)系絕對K攝氏℃

華氏F朗肯R100373.150.01273.160273.15-17.80-273.15212671.6737.8100032-459.670459.67491.67冰熔點水三相點發(fā)燒水沸點559.6780基本狀態(tài)參數(shù)：溫度、壓力、容積2.壓力--Pressure常用單位Units：

1

kPa

=103

Pa

1bar

=105

Pa

1

MPa

=106

Pa

1

atm

=760

mmHg

=1.013105

Pa

1

mmHg

=133.3

Pa

1at

=1

kgf/cm2

=9.80665104

Pa物理中壓強：大量氣體分子撞擊器壁的平均結(jié)果，單位:

Pa、N/m281絕對壓力和相對壓力當

p>pb表壓力pe當

p<pb真空度pvpbpeppvp82Example1某熱電廠新蒸汽的表壓力為10MPa，凝汽器的真空度為94620Pa，送風機表壓為145mmHg，當時氣壓計讀數(shù)為755mmHg。試問以Pa為單位的絕對壓力為多少？

[解]大氣壓力

新蒸汽的絕對壓力為

凝汽器中蒸汽的絕對壓力為送風機送出的空氣，其絕對壓力為83基本狀態(tài)參數(shù)：溫度、壓力、容積3.比體積及密度— specificvolumeanddencity比體積：單位質(zhì)量的物質(zhì)所占有的體積，用v表示；是表示物質(zhì)內(nèi)部分子疏密程度的狀態(tài)參數(shù)。[m3/kg]物理上常用密度

表示[kg/m3]841-4平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標圖平衡狀態(tài)--Equilibriumstate

一個熱力系統(tǒng)，如果在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)能始終保持不變，則系統(tǒng)的這種狀態(tài)叫做平衡狀態(tài)。85幾種平衡熱平衡--Thermalequilibrium:

Ifthetemperatureisthesame

throughouttheentiresystem,thesystemisonathermalequilibriumstate.溫差

Differenceintemperature熱不平衡勢Thermalunbalancedpotentials86幾種平衡力平衡--Mechanicalequilibrium:

ifthereisnochangeinpressureatanypointofthesystemwithtime，thesystemisonamechanicalequilibriumstate.壓差

differenceinpressure力不平衡勢Mechanical

Unbalancedpotentials87幾種平衡相平衡--Phaseequilibrium:

whenthemassofeachphasereachesanequilibriumlevelandstaysthere.化學平衡--Chemicalequilibrium:

ifitschemicalcompositiondoesnotchangewithtime.Thatis,nochemicalreactionsoccur.88平衡狀態(tài)—equilibriumstate溫差

—

熱不平衡勢

壓差

—

力不平衡勢相變—

相不平衡勢化學反應

—

化學不平衡勢

不存在不平衡勢，即同時處于熱平衡、力平衡、相平衡和化學平衡。平衡的本質(zhì)Natureofequilibrium：--------------->勢差平衡狀態(tài)不平衡狀態(tài)89平衡（Equilibrium）與穩(wěn)定（Steady）穩(wěn)定：參數(shù)不隨時間變化穩(wěn)定但存在不平衡勢差去掉外界影響，則狀態(tài)變化穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定90平衡（Equilibrium）與均勻（Even）平衡：時間上均勻：空間上平衡不一定均勻；單相平衡態(tài)則一定是均勻的，且物系中各處的狀態(tài)參數(shù)相同。91狀態(tài)方程式（Equationofstate

）一熱力系，若其兩個狀態(tài)相同，則其所有狀態(tài)參數(shù)均一一對應相等。反之，也只有所有狀態(tài)參數(shù)均對應相等，才可說該熱力系的兩狀態(tài)相同。對于簡單可壓縮系而言，只要兩個獨立狀態(tài)參數(shù)對應相同，即可判定該兩狀態(tài)相同。這意味著，只要有兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)即可確定一個狀態(tài)，所有其他狀態(tài)參數(shù)均可表示為這兩個獨立狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)。工程熱力學通常只研究平衡狀態(tài)。對于簡單可壓縮熱力系統(tǒng)，當它處于平衡狀態(tài)時，各部分具有相同的壓力、溫度和比體積等參數(shù)，且這些參數(shù)服從一定關(guān)系式，這樣的關(guān)系式叫做狀態(tài)方程式,即反映工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時基本狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系式。92狀態(tài)方程的具體形式理想氣體的狀態(tài)方程實際工質(zhì)的狀態(tài)方程？？？取決于工質(zhì)的性質(zhì)！TheIdeal-GasEquationofState93例：R134a的維里型狀態(tài)方程比理想氣體復雜得多！94狀態(tài)參數(shù)坐標圖簡單可壓縮系統(tǒng)獨立狀態(tài)參數(shù)數(shù)量為2，平面坐標圖。pv系統(tǒng)任何平衡態(tài)可表示在坐標圖上

過程線中任意一點為平衡態(tài)

不平衡態(tài)無法在圖上用實線表示常見p-v圖和T-s圖21

p-v圖和T-s圖一一對應951-5工質(zhì)的狀態(tài)變化過程平衡狀態(tài)狀態(tài)不變化能量不能轉(zhuǎn)換非平衡狀態(tài)無法簡單描述熱力學引入準靜態(tài)（準平衡）過程一、準平衡過程quasi-static,orquasi-equilibrium96一般過程p1

=p0+重物p，Tp0T1=T0突然去掉重物最終p2

=p0T2

=T0pv12..12系統(tǒng)狀態(tài)的連續(xù)變化稱為系統(tǒng)經(jīng)歷了一個熱力過程簡稱過程。97準平衡過程quasi-equilibriump1

=p0+重物p，Tp0T1=T0假如重物有無限多層每次只去掉無限薄一層pv12...系統(tǒng)隨時接近于平衡態(tài)98準平衡過程的定義

若過程進行得相對緩慢，工質(zhì)在平衡被破壞后自動恢復平衡所需的時間，即所謂弛豫時間又很短，工質(zhì)有足夠的時間來恢復平衡，隨時都不致顯著偏離平衡狀態(tài)，那么這樣的過程就叫做準平衡過程。破壞平衡所需時間（外部作用時間）恢復平衡所需時間（馳豫時間）>>有足夠時間恢復新平衡

準靜態(tài)過程99準平衡過程的實質(zhì)壓差作用下的準平衡溫差作用下的準平衡工質(zhì)與外界的壓差和溫差均為無限?。∑胶恻c1平衡點2平衡點3壓差不平衡不平衡溫差壓差溫差100準平衡過程示例Slowcompression(Quasi-equilibrium)101不平衡過程示例Veryfastcompression(Non-quasi-equilibrium)102準靜態(tài)過程有實際意義嗎？既是平衡，又是變化既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進行熱功轉(zhuǎn)換。疑問：理論上準靜態(tài)應無限緩慢，工程上怎樣處理？103準平衡過程的工程應用例：活塞式內(nèi)燃機

2000轉(zhuǎn)/分

曲柄2沖程/轉(zhuǎn)，0.15米/沖程活塞運動速度=20002

0.15/60=10

m/s壓力波恢復平衡速度（音速）350m/s破壞平衡所需時間（外部作用時間）>>恢復平衡所需時間（馳豫時間）一般的工程過程都可認為是準靜態(tài)過程具體工程問題具體分析?！巴蝗弧薄熬徛?04氣缸活塞飛輪熱源二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)過程假設：1、無摩擦；2、熱源與工質(zhì)溫差無限??；3、工質(zhì)與外界壓差無限小。經(jīng)歷準平衡過程：工質(zhì)隨時和外界保持熱和力的平衡。氣缸活塞飛輪熱源左止點1pv二、可逆過程氣缸活塞飛輪熱源左止點12pv工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)二、可逆過程氣缸飛輪熱源左止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點1pv二、可逆過程氣缸飛輪熱源左止點1pv二、可逆過程氣缸飛輪熱源左止點1pv二、可逆過程氣缸飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程氣缸飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)氣缸活塞飛輪熱源左止點右止點12pv二、可逆過程工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng)如過程不平衡，不能無條件逆行。1251—2過程：熱源放熱，工質(zhì)吸熱膨脹，對外作功，推動飛輪旋轉(zhuǎn)12pv2—1過程：飛輪對活塞作功，工質(zhì)被壓縮并對熱源放熱經(jīng)歷了1—2—1過程后，工質(zhì)回復到原來狀態(tài)，熱源回復到原來狀態(tài)，機器回復到原來狀態(tài)

二、可逆過程126可逆過程定義—Reversibleprocess二、可逆過程和不可逆過程注意

當工質(zhì)完成某一熱力過程之后，若能沿原來路徑逆向進行，能使系統(tǒng)與外界同時恢復到初始狀態(tài)而不留下任何痕跡。反之，為不可逆過程。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。127可逆過程的實現(xiàn)準靜態(tài)過程+無耗散效應=可逆過程無不平衡勢差不平衡勢差

耗散效應耗散效應不可逆根源DissipativeeffectNounbalancedpotential128常見的不可逆過程不等溫傳熱T1T2T1>T2Q節(jié)流過程

(閥門）p1p2p1>p2129常見的不可逆過程混合過程?????????????????★★★★★★★★★★★★★★自由膨脹真空????????????130引進可逆過程的意義準靜態(tài)過程是實際過程的理想化過程，但并非最優(yōu)過程，可逆過程是最優(yōu)過程。可逆過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，可不考慮系統(tǒng)與外界的復雜關(guān)系（無熱力學損失），易分析。可逆過程是一切實際過程的理想極限，實際過程不是可逆過程，但為了研究方便，先按理想情況（可逆過程）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。思考題：可逆過程與準平衡過程的區(qū)別？131準靜態(tài)過程與可逆過程區(qū)別準靜態(tài)過程：工質(zhì)內(nèi)部平衡過程，外部可以不平衡。可逆過程：工質(zhì)內(nèi)部，工質(zhì)與外界處于平衡狀態(tài)，且無摩擦?？赡孢^程必然是準靜態(tài)過程，而準靜態(tài)過程卻不一定是可逆過程。1321-6過程功和熱量功的力學定義--DefinitionofWorkinMechanics

力×在力的方向上的位移。功：1J=1N?m功率：1W=1J/s133功的熱力學定義

功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，在力的推動下，通過有序運動方式傳遞的能量。且全部效果可表現(xiàn)為舉起重物。134有用功(usefulwork)概念其中 W—膨脹功（expansion)；

Wl—摩擦耗功；

Wp=排斥大氣功

功的符號約定 系統(tǒng)對外界做功為正、外界對系統(tǒng)做功為負。有用功及功的符號約定FFlFp135可逆過程的功mkg工質(zhì)：W=Fdx=pAdx=pdV1kg工質(zhì)：w=pdv功的量不但同初終狀態(tài)有關(guān)，而且同過程經(jīng)過的路徑有關(guān)，