热工课件

一、工质、热机、热源与冷源 工质、热机、
3、高温热源：不断向工质提供热能的物体（热源）。 高温热源 如电厂中的炉膛中的高温烟气 低温热源：不断接收工质排放热的物体（冷源） 4、低温热源 如凝汽器中的冷却水
热源 热机 冷源
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。
1
工质经历一个循环， 工质经历一个循环，则其所有状态参数物变 化量为零， 化量为零，其数学表达式如下
∫
dx = 0
强度参数与广延参数
强度参数： 强度参数：与物质的量无关的参数 如压力 p、温度T 温度 广延参数：与物质的量有关的参数可加性 广延参数：与物质的量有关的参数 如 质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S 容积 内能 焓 熵 比参数： 比参数： 比容 比内能 比焓 比熵
正压 p=pg+pb
负压p=pb-pv
压力关系计算示意图
压力的单位
（1）国际制：1帕=1pa=1N/m2 国际制： 千帕=1kp 1千帕=1kpa=103pa 兆帕=1Mp 1巴 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。 工程中可用液柱高和工程大气压表示压力大小。 液柱高 表示压力大小 1mmHg≈133.3Pa 1mmH2o≈9.81Pa 工程大气压=1at=1kg/cm 1工程大气压=1at=1kg/cm2 =9807Pa=0.09807MPa ≈0.1MPa 标准大气压：将纬度45 （3）标准大气压：将纬度45o海平面上的常年平均气压称 ，（物理大气压 物理大气压） 之，（物理大气压） 1标准大气压=1atm=760mmHg=1.01325X105pa 标准大气压=1atm=760mmHg=1.01325X10 =1atm=760mmHg=1.01325 标准状态: 处于1标准大气压下，温度为0 的状态. （4）标准状态: 处于1标准大气压下，温度为0 oC的状态.
一一对应
状态
两个独立参数
状态参数
状态参数特点
状态参数仅决定于状态， 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）： 2 ∆p1, 2 = p 2 − p1 ∫ dp = p2 − p1 = ∆p1,2
2、温度
（1）概念： 传统：标志物体冷热程度的物理量。 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。1 mc = BT 微观：衡量分子平均动能的量度。 2 （2）温标：温度的数值标尺。温标的建立是 确定其基准点 分度方法 基准点和分度方法 基准点 分度方法，常用的有摄氏温 标和热力学温标。 1）摄氏温标（t，℃） ： 在标准状态下，
例1-2
• 一台型号HGl021／18.2—540／540的锅炉，其中18.2指的 是蒸汽的表压力为 18.2MPa，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=750×133.3十18.2×l06=18.3×106(Pa) ＝18 .3Mpa • 说明： (1)在火力发电厂的设备型号中，通常有表示压力的 参数。在不同设备型号中，其含 义不尽相同。例如，在锅 炉型号HGl021／18.2—540／540中，18．2指的是过热蒸 汽的表压力 18.2Mpa；而汽轮机型号N300—16.7／537 表压力为 表压力 ／537中，16.7指的是新蒸汽绝对压力 绝对压力为16.7 MPa。 绝对压力 • 对600MW亚临界机组：锅炉的蒸发量是2019t/h,过热蒸汽 压力为17.5MPa,温度为541℃；汽轮机（东汽） N600— 16.7／538／538。
p = ρgh
各种压力单位与帕的换算关系
单位名称 巴 标准大气压 毫米水柱 毫米汞柱 工程大气压 单位代号 bar atm mmH2O mmHg at 与帕的换算关系 1bar=105 Pa 或 0.1MPa 1atm=101325Pa=1.01325bar 1mmH2O=9.806Pa 1mmHg=133.3Pa 1at =98066.5Pa
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
比容） 3、比体积v （比容）
• 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。
1-2 状态及基本状态参数
一、热力状态及状态参数
1、热力状态：热力学系统（工质）在某一瞬间所呈现的宏观 热力状态：热力学系统（工质） 过热蒸汽、负压等。 物理特性（简称状态） 物理特性（简称状态）。如：过热蒸汽、负压等。 状态参数：描述系统或工质状态的宏观物理量。 2、状态参数：描述系统或工质状态的宏观物理量。 热力学有:温度T 压力p 比容v 内能u 热力学有:温度T、压力p、比容v、内能u、焓h、熵s等。 基本状态参数—可以直接测量得到的状态参数 可以直接测量得到的状态参数， 1）基本状态参数 可以直接测量得到的状态参数， 如p,v,T 。 2）导出状态参数 由基本状态参数计算得到的状态参数， 导出状态参数—由基本状态参数计算得到的状态参数 由基本状态参数计算得到的状态参数， 如u、h、s等。
单位质量工质所占有的容积。 比体积 ：单位质量工质所占有的容积。 v=V/m 单位： v= 单位： (m3/kg) 密度ρ：单位容积内工质的质量。 密度 ：单位容积内工质的质量。 ρ=m/V 单位： 单位： (kg/m3) 相互关系： v=1 相互关系： ρv=1 即互为倒数 常态下：干空气密度约为1.209 常态下：干空气密度约为1.209 kg/m3, 水的密度约为1000 水的密度约为1000 kg/m3, 水银的密度约为13595 水银的密度约为13595 kg/m3, 油的密度约为900 油的密度约为900 kg/m3, 标压下， 烟气的密度为 的密度为0.748 标压下，200 ℃时，烟气的密度为0.748 kg/m3
第一篇 工程热力学
本章主要内容
工质和热力系 状态和基本状态参数 平衡状态和热力过程 功和热量
本章基本要求
1．掌握工质及热力系的概念，掌握常用热力系（闭口系和 开口系和绝热系）的特点； 2．掌握状态参数的特性和三个基本状态参数（温度、压力 及比体积）的热力学定义及其物理意义；掌握热力学温 度与摄氏温度之间的换算；掌握绝对压力、表压力及真 空的概念并能熟练地进行不同情况下的绝对压力计算， 会进行不同压力单位间的换算； 3．理解平衡状态的概念。了解状态方程的定义及参数坐标 图的作用； 4．理解准平衡过程及可逆过程的概念；了解分析热力过程 常用的分析方法以及准平衡过程和可逆过程在热力学研 究中的意义； 5．掌握功与热量是过程量的性质，理解体积变化功的计算 式，了解p-v图上功的表示方法和T-s图上热量的表示方法。
1-1 工质和热力系
一、工质、热机、热源与冷源 工质、热机、
1、热机 热机（热力发动机） ：实现热能转换为机械 热机 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。
Байду номын сангаас
600MW汽轮机装置图示
一、工质、热机、热源与冷 工质、热机、 源
2、工质:实现热能转换为机械能的媒介物质。 、工质 实现热能转换为机械能的媒介物质 实现热能转换为机械能的媒介物质。 • 对工质的要求 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？
T [ K ] = t [ C ] + 2 7 3 .1 5
O
t[ F ] = t[ R] − 459.67
t[ O C ] =
5 (t[ F ] − 3 2 ) 9
绝对K 绝对
373.15
温标之间的关系 华氏F 摄氏℃ 华氏
100 水沸点 37.8 发烧 0.01水三相点 0 冰熔点 -17.8 212 100 32
注意:只有绝对压力才能反应工质的真实状态,才 注意:只有绝对压力才能反应工质的真实状态, 能作为状态参数. 能作为状态参数.
表压与真空
表压力： 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。 =p的计算式： 有:pg=p-pb p的计算式： p=pg+pb 真空（ ）：当气体的压力低于大气压力时（称为负压）， 真空（度）： 负压表（真空表）的读数（pv），如凝汽器的压力、炉膛 p 压力等。 p的计算式 的计算式： 有: pv=pb-p p的计算式：p=pb-pv
2、热力系统分类
系统
物质交换 能量交换（热、功） (1)按系统与外界的物质交换情况分： (1)按系统与外界的物质交换情况分： 按系统与外界的物质交换情况分 1）闭口系统：与外界无质量交换（控制质量） 闭口系统：与外界无质量交换（控制质量） 2）开口系统：与外界有质量交换（控制容积） 开口系统：与外界有质量交换（控制容积）
2
划分100等份 等份 划分
冰点 为0 ℃
沸点 100 ℃
2、温度
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273.16 K, 每1/273.16为1K。 3）其它温标：华氏温标[F]；朗肯温标[R]。 4）相互关系：基准点不同，但分度一样，∆t=∆T
外界
（a）闭口系统 ）
（b）开口系统 ）
(2)按系统与外界的能量交换情况分 (2)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。 绝热系统： 孤立系统： 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 注意：
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。
二、基本状态参数
1、压力p 、压力
单位：帕（ pa） 单位：
物理学上：单位面积上受到的作用力，也称压强，p=F/A 2 (N/m ) 热力学中：大量气体分子作不规则热运动时撞击容器内壁时， 在单位面积所产生的垂直方向的平均作用力。 绝对压力p: 气体的真实压力。 绝对压力p: 气体的真实压力。 大气压力p 大气环境对物体的作用力。 大气压力pamb或pb ：大气环境对物体的作用力。 相对压力：指相对环境大气压力的差值，有表压力和真空。 相对压力：指相对环境大气压力的差值，有表压力和真空。
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＝ 98.07kpa，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=706×133.3 =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。
朗肯R 朗肯R
671.67 559.67 491.67 459.67
273.16 273.15
盐水熔点 0
0
-273.15
-459.67
0
（3）温度的测量
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。