工程热力学读书笔记

2011/6/1 第一部分：绪论 1、工程热力学

工程热力学是研究热能有效利用及其热能与其他形式能量转换规律的科学。 2、热力学分类

工程热力学（热能与机械能），物理热力学，化学热力学等 3、热力装置的共同特点

热源和冷源、工质、容积变化功、循环 4、热效率

1

W Q η=

=收益

代价

5、工程热力学研究内容

能量转换的基本定律，工质的基本性质和热力过程，热工转换设备及其工作原理，化学热力学基础。

6、工程热力学研究方法

（1）宏观方法：连续体(continuum)，用宏观物理量描述其状态，其基本规律是无数经验的总结（如：热力学第一定律）。

特点：可靠，普遍，不能任意推广 经典 （宏观,平衡）热力学

（2）微观方法：从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象及规律 特点：揭示本质，模型近似 微观（统计）热力学

第一章：基本概念

1、热力系统

（1）热力系统(热力系、系统)：人为指定的研究对象（如：一个固定的空间）；

（2）外界：系统以外的所有物质；

（3）边界(界面)：系统与外界的分界面；

（4）系统与外界的作用都通过边界；

（5）以系统与外界关系划分：

有无

是否传质开口系闭口系

是否传热非绝热系绝热系

是否传功非绝功系绝功系

是否传热、功、质非孤立系孤立系

（6）简单可压缩系统

只交换热量和一种准静态的容积变化功；

2、状态和状态参数

（1）状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况

（2）状态参数：描述热力系状态的物理量

（3）状态参数的特征：

●状态确定，则状态参数也确定，反之亦然

●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

●状态参数的微分特征：全微分

（4）强度参数与广延参数

●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,如质量m、容积V、内能（也称之

为：热力学能）U、焓H、熵S

3、基本状态参数

（1）压力p ( pressure )

●物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2。

●绝对压力与环境压力的相对值——相对压力；

●只有绝对压力p 才是状态参数；

●大气压随时间、地点变化；

（2）温度T ( Temperature )

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；

热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931），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。

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。

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。

（3）比容v ( specific volume )——工质的稀疏程度。

●

V

v

m

[m3/kg]

4、平衡状态

（1）定义：

在不受外界影响的条件下（重力场除外），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。

（2）几种平衡状态

●热平衡Thermal equilibrium : if the temperature is the same throughout the entire

●力平衡Mechanical equilibrium : if there is no change in pressure at any point of the system

with time

●相平衡Phase equilibrium : when the mass of each phase reaches an equilibrium level and

stays there

●化学平衡Chemical equilibrium : if its chemical composition does not change with time. That

is, no chemical reactions occur.

（3）平衡的本质

平衡的本质是不存在不平衡势。

●温差—热不平衡势

●压差—力不平衡势

●相变—相不平衡势

●化学反应—化学不平衡势

●稳定不一定平衡，但平衡一定稳定

●平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的

（4）为什么引入平衡概念？

如果系统平衡，可用一组确切的参数（压力、温度）描述。但平衡状态是死态，没有能量交换，为此，引入准静态过程。

5、状态方程、坐标图

（1）状态公理

●对组元一定的闭口系，独立状态参数个数N=n+1；

●独立参数数目N=不平衡势差数=能量转换方式的数目=各种功的方式+热量= n+1

（n为容积变化功、电功、拉伸功、表面张力功等）；

●只交换热量和一种准静态的容积变化功，简单可压缩系统：N=n+1=2；

（2）状态方程

●基本状态参数（p,v,T)之间的关系，其方程的形式取决于工质的性质。

●理想气体的状态方程：PV=mRT

（3）座标图

常见p-v图和T-s图

6、准静态过程、可逆过程

（1）准静态过程