化工热力学教学课件01基本概念多学时2(高教版)

绝对压力与相对压力
当 p > pb 当 p < pb 表压力 pg 真空度 pv
P Pg P b
p pb pv
pge pressure) 表压力 pe（pg）(gauge pressure; manometer pressure) 真空度 pv (vacuum; vacuum pressure)
但具有恒定质量的系统不 一定都是闭口系统
二、热力系统的分类 2）开口系统（open system）：系统与外界有质量交 换，控制体积CV
Concepts & Definitions
•Closed system—quantity of matter under study
• Control mass • Only heat and work can cross boundary of closed system
二、热力系统的分类
1. 按组元和相 按组元数 单元系 (one component system;pure substance system) 多元系 (multicomponent system) 按相数 单相系 (homogeneous system) 复相系 (heterogeneous system)
B 温度计
温度的热力学定义
处于同一热平衡状态的各个热力系， 必定有某一宏观特征彼此相同，用于描述 此宏观特征的物理量 温度。
温度是确定一个系统是否与其它系 统处于热平衡的物理量
温度的测量
物质 （水银，铂电阻） 温度计
特性 （体积膨胀，阻值）
基准点 刻度 温标
常用温标
绝对K 373.15 摄氏℃ 100 水沸点 华氏F 212
2、状态的单值函数：状态确定，则状态参数也确 定，反之亦然。 3、状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路 径无关，只与初终态有关。
dz
1
2
1, a

2
dz dz z2 z1
1,b
2
1
a 2 b
dz 0
例：温度变化 山高度变化
4、状态参数的微分特征：全微 分
设z
热能转换装置三要素
• 高温热源（库）：heat reservoir of high temperature • 低温热源（库）：heat reservoir of high temperature • 工质: working fluid
热源
定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。 高温热源 低温热源 恒温热源 变温热源
§1-3 (Cont.)基本状态参数
1、温度 T
2、压力 p
3、比容 v
1、温度
传统：冷热程度的度量。感觉，导热，热容量 微观：衡量分子平均动能的量度 T 0.5 m w 2
测温的基础 — 热力学零定律
如果两个系统分别与第三个系统处于热 平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。
温度测量的理 论基础
= z (x , y )
dz是全微分
z z dz dx dy x y y x
充要条件：
z z xy yx
2 2
可判断是否 是状态参数
• 状态参数是系统对应的某种微观特性的统计平均结果
例如，热力学温度只不过是气体分子运动强度在宏 观上的反映
边界(界面)：系统与外界的分 界面（线）。
系统与外界的作用都通过边界
热力系统选取的人为性
过热器 汽轮机
锅 炉
只交换功
发电机
凝 汽 器
给水泵
既交换功 也交换热 只交换热
边界特性
边界可以是假想的，也可以是实际存在的， 可以是固定的，也可以是移动的。 通常用虚线标出。
固定、活动
真实、虚构
注意：
1）系统与外界的人为性 2）外界与环境介质 3）边界可以是： a）刚性的或可变形的或有弹性的 b）固定的或可移动的 c）实际的或虚拟的
取喷管为系统 — 开口系
绝热系?
3．A、B两部落“鸡、犬之声相闻， 民至老死不相往来”
A部落为系统
— 闭口系
A A+B部落为系统 — 孤立系
B
简单可压缩系统
最重要的系统 简单可压缩系统
只交换热量和一种准静态的容积变化功
容积变化功 压缩功膨 胀功
—由可压缩物质组成，无化学反应、与外界有交 换容积变化功的有限物质系统。
工质(working substance; working medium)
定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。 对工质的要求: 1）膨胀性 2）流动性
3）热容量
4）稳定性，安全性 5）对环境友善 6）价廉，易大量获取
物质三态中气态最适宜。
§1-2 热力系统，外界，边界 一、定义
热力系统(热力系、系统)：人为分割出来，作为热 力学研究对象的有限物质系统。（人为地） 外界：与体系发生质、能交换的 物系。
热力系统
1
W 4
m Q
2
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
3
非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
三、热力系示例
1．刚性绝热气缸-活塞系统，B侧设有电热丝
红线内
——闭口绝热系
黄线内不包含电热丝 ——闭口系 兰线内 ——孤立系
2．刚性绝热喷管
取红线为系统 — 闭口系
注意：
1）不计恒外力场影响（eg：电磁场，重力场）； 2）复相系未必不均匀—湿蒸汽； 单元系未必均匀—气液平衡分离状态。
二、热力系统的分类 2.按系统与外界交换的形式分类
系统与外界有三种相互作用形式：质、功、热 1）闭口系统（closed system）：没有质量越过边界， 控制质量CM
闭口系统具有恒定质量，
§1-3 状态和状态参数
一、热力学状态和状态参数 热力学状态（状态）：某一瞬间热力系所呈现的宏观物 理状况 状态参数：描述物系所处状态的宏观物理量 二、状态参数的特征： 1．状态参数是宏观量，是大量粒子的统计平均效应， 只有平衡态才有状态参数，系统有多个状态参数， 如
p,V , T ,U , H , S
问题 2：
隔热板
A B
TA TB
取A+B为系统 系统的温度是多少？ 系统没有确定的温度！
只有当热力系统各处状态一致的时候，才可 以用一组的确定的状态参数来描述。
热力学平衡的内容
力学平衡： 系统中各部分间不存在 不平衡力的作用 ， 相互间不会作功，从而不会引起系统内部的压力变化 和密度变化
热平衡：系统中各部分间不存在温度差别，因而系统 内部不同部分间不会发生传热现象 化学平衡：系统中各相间不存在化学势差，不会发生 化学反应、相变、溶解、等现象，即不同相之间不发生 质量转移 “相”指的是物质内部性质均匀一致的聚集体 平衡的本质：不存在不平衡势
当地大气压pb(local atmospheric pressure)
p
环境压力与大气压力
环境压力指压力表所处环境
注意：环境压力一般为大气压，但不一定。
见习题1－7
大气压随时间、地点变化。
物理大气压 1atm=760mmHg
当h变化不大，ρ常数
当h变化大，ρ ρ(h)
1mmHg=
ρgh=133.322Pa
p (h) gdh
工程计算中，选取的压力必须是绝对压 力。火电厂中所测得的锅炉汽包、主蒸汽 的压力值都是表压力，负压燃烧锅炉炉膛 内的烟气和凝汽器内乏汽的压力值为真空， 计算时都须换算为绝对压力。
3 、 比容 v
V v m
［m3/kg]
工质聚集的疏密程度
物理上常用密度 ［kg/m3]
Fluid
C on tr ol Mas s
Control Surface
•Open system—region in space on which attention is focused
• Control volume • Heat and work may cross control surface • Mass may also cross control surface
mw 2 BT 2

状态参数在数学上的组合也是状态参数
例如状态参数焓的定义式为h = u + Pv，式中u、P、 v 均为状态参数， h 是它们数学上的一种的组合，因此 也是系统的一个状态参数
三、状态参数的分类 强度参数：与物质的量无关的参数
如压力 p、温度T
广延参数：与物质的量有关的参数可加性
1. 蒸汽动力装臵 (steam power plant) 2. 气体动力装臵(combustion gas power plant) 内燃机 (internal combustion gas engine) 燃气轮机装臵 (gas turbine power plant) 喷气发动机 (jet power plant) ……
v 1

§1-4 平衡状态 (Equilibrium state)
1.定义：
在不受外界影响的条件下，如果系统的状态参 数不随时间变化，则该系统处于平衡状态。
A A B B
pA pB A B
TA TB A B
问题 1：
取A+B为系统
A
B
系统的压力是多少？ 系统没有确定的压力！
p A pB
第一章 基本概念
Basic Concepts and Definition
•第一节 •第二节 •第三节 •第四节 •第五节 •第六节 •第七节
热能和机械能转换 热力系统与工质 基本状态参数 平衡状态 准静态过程、可逆过程 过程功和热量 热力循环