热力学基本状态参数

功和热量

1-1 工质和热力系

一、工质、热机、热源与冷源

1、热机（热力发动机）：实现热能转换为机械能的设备。

如:电厂中的汽轮机、燃气轮机和内燃机、航空发动机等。

2、工质:实现热能转换为机械能的媒介物质。

对工质的要求:

1）良好的膨胀性; 2）流动性好；3）热力性质稳定,热容量大；4）安全对环境友善；5）价廉，易大量获取。如电厂中的水蒸汽；制冷中的氨气等。

问题：为什么电厂采用水蒸汽作工质？

3、高温热源：不断向工质提供热能的物体（热源）。

如电厂中的炉膛中的高温烟气

4、低温热源：不断接收工质排放热的物体（冷源）

如凝汽器中的冷却水

二、热力系统

1、热力系统和外界概念

热力系:人为划分的热力学研究对象(简称热力系）。

外界:系统外与之相关的一切其他物质。

边界:分割系统与外界的界面。在边界上可以判断系统与外界间所传递的能量和质量的形式和数量。边界可以是实际的、假想的、固定的，或活动的。

注意:热力系的划分，完全取决于分析问题的需要及分析方法的方便。它可以是一个设备（物体），也可以是多个设备组成的系统。

如：可以取汽轮机内的空间作为一个系统，也可取整个电厂的作为系统。

2、热力系统分类

按系统与外界的能量交换情况分

1）绝热系统：与外界无热量交换。

2）孤立系统：与外界既无能量（功量、热量）交换，又无质量交换的系统。

注意：实际中，绝对的绝热系和孤立系统是不存在的，但在某些理想情况下可简化为这两种理想模型。这种科学的抽象给热力学的研究带来很大的方便。

如：在计算电厂中的汽轮机作功时，通常忽略汽缸壁的散热损失，可近似看作绝热系统。状态及基本状态参数

状态参数特点

u状态参数仅决定于状态，即对应某确定的状态，就有一组状态参数。反之，一组确定的状态参数就可以确定一个状态。状态参数的变化量仅决定于过程的初终状态，而与达到该状态的途径无关。因此，状态参数的变化量可表示为（以压力p为例）：

二、基本状态参数

1.表压与真空

表压力：当气体的压力高于大气压力时（称为正压），压力表的读数（pg），如锅炉汽包、主蒸汽的压力等。

有:pg=p-pb p的计算式： p=pg+pb

真空（度）：当气体的压力低于大气压力时（称为负压），负压表（真空表）的读数（pv），如凝汽器的压力、炉膛压力等。

有: pv=pb-p p的计算式：p=pb-pv

压力的单位

（1）国际制：1帕=1pa=1N/m2

1千帕=1kpa=103pa

1兆帕=1Mpa=106pa ; 1巴=1bar=105pa

（2）工程中可用液柱高和工程大气压表示压力大小。

1mmHg≈

1工程大气压=1at=1kg/cm2

（3）标准大气压：将纬度45o海平面上的常年平均气压称之，（物理大气压）

1标准大气压=1atm=760mmHg=

（4）标准状态: 处于1标准大气压下，温度为0 oC的状态.

各种压力单位与帕的换算关系

2、温度

（1）概念：

传统：标志物体冷热程度的物理量。

微观：衡量分子平均动能的量度。

（2）温标：温度的数值标尺。温标的建立是确定其基准点和分度方法，常用的有摄氏温标和热力学温标。

1）摄氏温标（t，℃）：

2）热力学温标（绝对温标、开尔文温标）（T， K）：

以水的三相点为基点，并定义为 K,每1/为1K。

3）相互关系：基准点不同，但分度一样

热力学第零定律：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。或表述为处于热平衡的物体必具有相同的温度。是温度测量的理论基础。

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

测温仪表

日常：水银温度计，酒精温度计，

工业：热电偶、热电阻、辐射温度计

计量：铂电阻温度计

3、比体积v （比容）

比体积：单位质量工质所占有的容积。

v=V/m 单位： (m3/kg)

密度ρ：单位容积内工质的质量。

ρ=m/V单位： (kg/m3)

相互关系：ρv=1即互为倒数

例题分析

例题1-1：如图所示,用水银压力计测量凝汽器的压力，已知测压计读数为 706mmHg,当地大气压pb＝，求凝汽器的绝对压力、表压力和真空。

解：由于凝汽器内蒸汽的密度远小于水银的密度，忽略蒸汽高度产生的压力，

则凝汽器内真空:pv=706× =94110(Pa)

绝对压力力p＝pb-pv＝98070—94110＝3960(Pa)

凝汽器的表压力pg=p-pb=3960-98070=94110(Pa)

说明：凝汽器内的表压力为负值．称为负压，负压与真空的绝对数值是相等的。

例1-2

? 一台型号HGl021／—540／540的锅炉，其中指的是蒸汽的表压力为，当地大气压为750mmHg，试求蒸汽的绝对压力为多少?

解：根据p=pb+pg，则绝对压力为

p=750×十×l06=×106(Pa) ＝18 .3Mpa

1-3 平衡状态和热力过程

1．平衡状态

（3）实现平衡的条件

热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的传递。

力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位移。

化学平衡：系统内各组成成分不再变化。

（4）平衡状态特点：1）只有平衡状态是可以描述的（有确定的状态参数）；2）平衡状态不会自行打破；3）非平衡状态会自动趋于平衡。