热力学基础知识

分类：高温热源 低温热源 功源：与系统只发生功的相互作用的外界。
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一、工质和热力系统
案例1
边界
工质
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一、工质和热力系统
案例2
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一、工质和热力系统
案例3
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一、工质和热力系统
总结：
热机：能够将热能转变为机械能的设备。
热能
工质
机械能
制冷机：将机械能转换为热能用以降温的设备。
机械能
工质
热能
共同特点：热源 冷源；工质；体积变化功；循环
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二、热力状态及状态参数
2、常用状态参数 ⑤焓H 定义式：H=U+pV，热力学能和流动功之和，单位：(J)。 热力学研究对象：ΔH 比焓：1kg工质的焓，符号h，单位：(J/kg).
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二、热力状态及状态参数
2、常用状态参数
⑥熵S 热力学第二定律中定义的状态参数，单位：(J/K)， 体现了可逆过程传热量的大小和方向。
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一、工质和热力系统
2、热力系统、边界与外界 外界：系统以外与系统相互作用的周围物体。 界面（边界）：热力系统与外界的分界面。 界面性质：可以是真实存在的，也可以是遐 想的，可以固定也可以移动。 系统与外界的相互作用都通过边界进行。
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一、工质和热力系统
3、热源和功源 热源：与系统只发生热的相互作用的外界。
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一、工质和热力系统
说明：
绝热系和孤立系是两种理想模型，自然界中不存在；
孤立系一定是绝热系，但绝热系不一定是孤立系！
实际意义：
绝热系：在某段时间内系统与外界的传热量很少，对 于系统的能量传递和能量转换所起的作用可以忽略。
（汽轮机 压缩机） 可以近似为孤立系的模型：由坚固的不导热壁包裹的 气体或者液体。
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一、工质和热力系统
3、热力系统类型：
①闭口系：系统与外界只有能量交换而无物质交换。热 能与机械能的转换通过工质的体积变化实现。
控制质量 ②开口系：系统与外界既有物质交换又有能量交换。
控制容积 ③绝热系：无论是开口系还是闭口系，只要没有热量越 过边界（系统与外界无热量交换），就是绝热系。
④孤立系：系统与外界既无能量交换又无物质交换。 是热力学研究的抽象概念，自然界中不存在；孤立系一 定是绝热系，但绝热系不一定是孤立系！
本章主要知识点
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第一章 热力学基础知识 第一节内容
• 工质和热力系统
一
• 热力状态及状态参数
二
2020年4月19日星期日
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教学目标
知识目标：
掌握热力系统概念及分类。 掌握热力系统六个常用状态参数的概念及应用。 了解状态方图程及状态参数坐标图。
能力目标：
清楚掌握热力系统基本概念，为后续学习打好基础。
1MPa=103kPa=106Pa=10bar 标准大气压 1atm=0.101325MPa
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二、热力状态及状态参数
2、常用状态参数 ② 压强（压力） P
U形管测压计
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弹簧管压力表
二、热力状态及状态参数
2、常用状态参数 ② 压强（压力） P
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二、热力状态及状态参数
2、常用状态参数 ② 压强（压力） P
温度相同 压力相同
热平衡 力平衡
热力平衡
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二、热力状态及状态参数
1、热力状态 非平衡状态：系统各部分之间时刻存在着能量的传递 和相对位移，其状态随时间不断变化。 非平衡状态如果没有外界影响将逐步过渡到平衡状态 。 工程热力学提到的系统通常指平衡状态的系统； 热力系统处于平衡状态时才能用确切的参数描述。
T-s图 (也称示热图)
图中每一点代表工质 的任一平衡状态
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小结
工质和热力系统
工质及其性质 热力系统及类型
热力状态及状态参数
平衡状态 6个参数 状态方程及坐标图
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符号：v ； 单位：(m3/kg)
V v= m
密度ρ与比体积的关系？
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二、热力状态及状态参数
2、常用状态参数
④ 热力学能 U
定义： 组成物质的分子的内动能和内位能之和，简称热能。
（取决于温度）（取决于比体积）
由工质的温度和比体积决定的参数
符号：U ； 单位：J。 热力学研究对象：ΔU
比热能：1kg工质的热力学能。符号 ：u；单位：(J/kg)
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二、热力状态及状态参数
2、常用状态参数
例题：
已知某船通风机排出管上U形管压力计测得值为 0.025bar，大气压力为1bar，求排出管中空气的绝对压 力为多少Pa？
P =Pb+Pe =1+0.025=1.025bar =0.1025MPa
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二、热力状态及状态参数
2、常用状态参数 ③ 比体积 v 定义：单位质量的物质所占有的体积。
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二、热力状态及状态参数
2、常用状态参数 ② 压强（压力） P 定义：单位面积上所受到的垂直作用力，工程上习惯
称为压力 。
P F A
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二、热力状态及状态参数
2、常用状态参数 ② 压强（压力） P 单位 “帕” 单位符号“Pa” 1Pa=1(N/m2) 工程常用单位千帕(kPa)、兆帕(Mpa)、巴(bar)
具体形式取决于工质
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二、热力状态及状态参数
4、状态参数坐标图
工程常见的气态物质热力系统都是简单可压缩系统， 其任一平衡状态可以用任一两个独立的状态参数确定 。
P-v图 (也称压容图、示功图)
图中每一点代表工质 的任一平衡状态
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二、热力状态及状态参数
4、状态参数坐标图
工程常见的气态物质热力系统都是简单可压缩系统， 其任一平衡状态可以用任一两个独立的状态参数确定 。
水的三相点热力学温度0.01 ℃为273.16K， T = t + 273.15
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二、热力状态及状态参数
2、常用状态参数 ① 温度 T 热力学温标，1954年由国际计量大会确定： 定义纯水的三相点热力学温度0.01 ℃为273.16K， 每一K为纯水三相点值的1/273.16。 温度差1 ℃与1K完全相等
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二、热力状态及状态参数
2、常用状态参数
①温度 T •压力 P •比体积 v
基本状态参数 仪表直接测量
•热力学能 U •焓 H •熵 S
导出状态参数
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二、热力状态及状态参数
2、常用状态参数
① 温度 T
定义：标志物体冷热程度的物理量。 其数值成为温标。
摄氏温度 摄氏温标 t 单位 ℃ 热力学（开尔文或绝对）温度 热力学温标 T 单位 K （热力学温标，1954年由国际计量大会确定：定义纯
Pb-当地大气压力 Pe-表压力
Pe P
Pv-真空压力
Pb
P-绝对压力
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大气压力 Pv
P
二、热力状态及状态参数
2、常用状态参数 ② 压强（压力） P 系统的真实压力称绝对压力，绝对压力P是工质的 状态参数。 当P>Pb时，表压力Pe： Pe =P-Pb 当P<Pb时，真空度Pv： Pv =Pb-P
比熵 s：1kg工质的熵； 单位：J/(kg·K)。
热力学研究对象：ΔS
Q dS = T
dS-微元变化量， Q -工质与外界交换的热量
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二、热力状态及状态参数
3、状态方程式 定义：表示三个基本状态参数之间关系的函数关系式
F(p,v,T)=0 或
T=f(p,v), p=f(v,T), v=f(p,T)
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一、工质和热力系统
1、工质 定义： 可实现热能和机械能相互转换的媒介物 性质： 可压缩、易膨胀、流动性 工程应用： 一般工质都是气（汽）态物质
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一、工质和热力系统
2、热力系统、边界与外界 系统：同类事物按一定关系组成的整体。 定义：研究范围内工质的总和。
（用边界分离出来的研究对象） 范围：具体制定的界限。
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一、工质和热力系统
例题1： 绝热活塞把一个刚性绝热容器分成A和B两部分，分别 有某种气体，B侧有电加热丝，活塞可以自由移动，但 是气体不能相互渗透，合上电闸，B侧气体缓缓膨胀。
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一、工质和热力系统
问： 1、取A侧气体为系统，是什么系统？
闭口、绝热系统 2、取A、B两侧全部气体为系统是什么系统？
闭口系统 3、取A、B两侧全部气体加电阻丝是什么系统？
开口系统 4、图中虚线内部是什么系统？
孤立系统
ห้องสมุดไป่ตู้15
二、热力状态及状态参数
1、热力状态
热力状态：热力系统在任一瞬间所呈现的宏观物理状 况，简称状态。
平衡状态：系统不受外界影响的情况下宏观性质不随 时间而变化的状态。 特性：系统内工质均匀一致状态相同，可以用确定的 数值—状态参数来表示。