《发电厂热力设备及系统》第一章热力学基本概念
《发电厂热力设备及系统》第一章热力学基本概念资料重点
非准平衡(高温传热至低温) 不可逆
准平衡 可逆
３、作功过程
F
p
pb
f
pA F cos f pb A
非准静态过程
pA F cos f pb A 准静态过程，不可逆 pA F cos pb A ( f 0) 准静态过程，可逆
讨论：
1.可逆=准静态+没有耗散效应 2.准静态着眼于系统内部平衡，可逆着眼于
•热平衡 ： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界 处处温
度相等。
•力平衡： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外 界处处压力相等。
•热力平衡的充要条件 —系统同时达到热平衡和力平衡。
讨论：
1）系统平衡与均匀
2）平衡与稳定
— 平衡可不均匀
— 稳定未必平衡
四、纯物质的状态方程
状态方程——对简单可压缩热力系统，参数服从一定的关系；
又：广延量的比性质具有强度量特性，母表示单位质量参数。
２、系统状态相同的充分必要条件
系统两个状态相同的充要条件： 所有状态参数一一对应相等
简单可压缩系两状态相同的充要条件： 两个独立的状态参数对应相等
三、平衡状态
1．定义：无外界影响系统保持状态参数不随时间而改变的状态
２、热量
定义：仅仅由于温差而通过边界传递 的能量。
符号约定：系统吸热“+”； 放热“-”
单位： J kJ
计算式及状态参数图
（T-s图上）表示
2
Q 1 TdS
δQ TdS
(可逆过程）
热量是过程量
３、热量与功的异同：
（1）.均为通过边界传递的能量；
（2）.均为过程量；
（3）.功传递由压力差推动，比体积变化是作功标志； 热量传递由温差推动，比熵变化是传热的标志；
(完整word版)工程热力学概念总结
工程热力学总结第一章基本概念1.基本概念热力系统：这种被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统（简称系统，体系）。
边界：系统与外界之间的分界面，称为边界。
外界：与系统发生质能交换的物体称为外界。
闭口系统：一个热力系统如果和外界只有能量交换而无物质交换的系统称为闭口系统，因闭口系统内的质量保持恒定不变，所以闭口系统也称控制质量。
开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。
绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。
孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。
单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。
复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。
单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。
多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。
均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。
非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。
热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。
平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。
状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。
如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。
基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。
温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。
热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。
压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。
《热力学1章》课件
热量指的是在热传递过程中传递 的能量，单位是焦耳。热量是能 量转移的过程，表示物体之间热 能传递的多少。
热能和其他形式能量的转换
热能与其他形式能量的转换
热能可以与其他形式的能量相互转换，如机械能、电能和化学能等。热力学第 一定律指出，能量不能凭空产生也不能凭空消失，只能从一种形式转化为另一 种形式。
研究环境中的热力学过程和能量 转换规律，为环境保护提供理论
支持。
THANKS
感谢您的观看
恒。
推导过程中涉及到的概念和原理 还包括：热量、温度、功等。
热力学第一定律的应用
01
02
03
应用领域
热力学第一定律在能源、 化工、环境、航空航天等 领域都有广泛的应用。
具体应用
如燃烧过程、蒸汽机工作 原理、制冷技术等都遵循 热力学第一定律，即能量 的转换与守恒。
注意事项
在实际应用中，需要考虑 到能量的损失和效率问题 ，以及如何提高能量的利 用率。
02
通过分析分子运动和热传导等现 象，我们可以推导出热力学第二 定律，它限制了热量自发地从低 温物体传到高温物体的可能性。
热力学第二定律的应用
热力学第二定律在能源利用、制 冷技术、空调等领域有广泛应用
。
它指导我们如何更有效地利用能 源，例如在发电站中，通过提高 蒸汽机的效率来减少热量损失，
从而提高发电效率。
制冷技术
制冷技术是热力学的另一个重要应用领域，如空调、冰箱和工业制冷等
。制冷技术利用物质的相变和热力学原理实现物体的冷却和温度控制。
03
化工生产
化工生产中许多工艺过程都涉及到热力学原理，如蒸馏、萃取、结晶和
化学反应等。了解和掌握热力学原理有助于优化化工生产过程，提高产
热力学第一章课件
热力学第一章
§1-1 热力系统
1 开口系
1
m
2
1+2 闭口系
WQ
1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
热力学第一章
状态参数的微分特征
设 z =z (x , y)
dz是全微分
Total
dzxzy
z dxyx
dy
differentials
充要条件：
2z 2z xy yx
可判断是否 是状态参数
热力学第一章
强度参数与广延参数
Intensive properties Extensive properties
4
3
非孤立系＋相关外界
＝孤立系
热力学第一章
热力系统其它分类方式
其它分类方式
均匀系 物理化学性质
非均匀系
工质种类
单元系 多元系
相态
单相 多相热力学第一章
简单可压缩系统
Simple compressible system
最重要的系统
只交换热量和一种准静态的容积变化功
Moving Boundary Work 容积变化功 Compression Work
氟化锂晶体的实验发现负的开尔文温度
3) T=0 0.5mw 2=0 分子一切运动停止，
零点能
热力学第一章
温度的热力学定义
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
热力学第一章
物理大气压 1atm = 760mmHg
当h变化不大，ρ常数
1mmHg = ρgh = 133.322Pa
当h变化大，ρ ρ(h)
p(h)gdh
Other Pressure Measurement Devices
工业或一般科研测量：压力传感器
Pressure transducers Piezoelectric effect
U-tube manometer
示意图
Bourdon Tube
绝对压力与相对压力
absolute pressure relative pressure
当 p > pb
Ga表ge压p力respsue re
p pe pb
当 p < pb
真空度 pv
p pb pv
Vacuum pressure
状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 2、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 3、状态参数的微分特征：全微分
状态参数的微分特征
设 z =z (x , y)
dz是全微分
Total
dzxzy
z dxyx
dy
differentials
pe
p
pv
pb
p
环境压力与大气压力
环境压力Environmental pressure
指压力表所处环境
大气压力 Atmospheric pressure
barometric
注意：
环境压力一般为 barometer h
大气压，但不一定。 见例题1－1
大气压力Atmospheric pressure
热工基础 1 第一章 基本概念
平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的
平衡：时间上 均匀：空间上
Fundamentals of thermal engineering
热 工 基 础
1-2 平衡状态和状态参数
2、基本状态参数 热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体 积、比热力学能、比焓、比熵等，其中可以直接测 量的状态参数如压力、温度、比体积，称为基本状 态参数。 （1）压力 单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）
ds 0 ， q 0 ， 系统吸热； ds 0 ， q 0 ， 系统放热。 ds 0 ， q 0 ，系统绝热，定熵过程。
比体积和密度二者相关，通常以比体积作为状态参数 。
Fundamentals of thermal engineering
热 工 基 础
1-3 状态方程与状态参数坐标图 1 状态公理 对于和外界只有热量和体积变化功（膨胀功或 压缩功）的简单可压缩系统，只需两个独立的参数 （如p、v；p、T 或v、T）便可确定它的平衡状态。
温度相等
热平衡
Fundamentals of thermal engineering
热
工基Βιβλιοθήκη 础1-2 平衡状态和状态参数
② 热力学温标（绝对温标） 英国物理学家开尔文（Kelvin)在热力学第二定 律基础上建立，也称开尔文温标。用符号 T 表示， 单位为 K（开）。
热力学温标取水的三相点为基准点，并定义其 温度为273.16 K。温差1K相当于水的三相点温度的 1/273.16.。
规定：系统对外界作功“＋”，外界对系统作功“－”
膨胀：dv > 0 , w > 0
Fundamentals of thermal engineering
最新工程热力学复习总结
第一章基本概念、基本过程一、热力系统1、（热力）系统：系统：通常选取一定的工质或空间作为研究对象，称之为热力系统。
2、外界：与体系发生质、能交换的物系。
3、边界：系统与外界的分界面（线）。
边界可实可虚，可定可动。
二、系统的分类根据系统和外界之间物质、能量的交换情况分：1、闭口系统（控制质量）：和外界没有物质交换。
2、开口系统（控制容积、控制体）和外界有物质交换。
3、绝热系统：和外界间没有热量交换。
4、孤立系统：和外界既无能量交换又无物质交换。
三、平■衡状态（一）定义：无外界影响（重力场除外）的条件下，系统保持状态参数不随时间而改变的状态。
1、热平衡：在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界之间无温差。
2、力平衡：在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界之间无压差。
3、化学平衡：在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界之间无化学势差。
平衡的充要条件：系统同时达到热平衡、力平衡、化学平衡。
（二）平衡状态的特点：1、在不受外界影响下，平衡不会自发的破坏；2、处于不平衡的系统，在不受外界影响时，会自发的趋于平衡；3、单相工质处于平衡状态时，在忽略重力的影响下，其内部性质均匀一致。
4、平衡必稳定，稳定未必平衡，平衡可以不均匀。
★对于气液两相并存的热力平衡系统，气相和液相密度不同，所以整个系统不是均匀的。
四、状态参数状态确定，状态参数的数值也确定，反之亦然。
非平衡状态系统内部存在不平衡势，因此不能用状态参数来描写。
（一）状态参数分类：1、基本状态参数：压力P、比体积v、温度T （可以直接测量）导出状态参数：内能U、粉H、痼S2、强度参数：参数与系统质量无关，且不可相加。
如：P、T广延参数：参数与系统质量成正比，且可相加。
如：m、V、U、H、S（二）基本状态参数1、温度摄氏温度t （C）与热力学温度T （K）关系：t=T-273.152、压力（绝对压力）p Pa、MPa（压强）单位面积上的垂直作用力。
绝对压力P；表压力p e；真空度p v；环境压力p bo,绝对压力的值不变，表压力或真空度会随着环境压力的变化而变化。
热力学基本概念1状态参数、热力学温标
Walther Hermann Nernst • (1864-1941) • 德国 • 热化学，熵基准 • 1920年诺贝尔化 学奖
工程热力学
热力学方面获诺贝尔奖的科学家（4）
• L.昂萨格 Lars Onsager
• (1903-1976) • 美国 • 不可逆过程热力学理
论 • 1968年诺贝尔化学奖
工程热力学
能源转换利用的关系
生物质
风 能
水 能
化 学 能
燃
料 电 池
风 车
水水
轮 机
车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
地太 热阳 能能
利 用
光转 热换
能 90%
一次能源 (天然存在)
光 电 转 换
机械能 发电 电动 机机
热机 电
直接利用 能
二次能源
工程热力学
Future Energy to Low-Carbon Town in China
New Energy Technologies
Renewable e nergy
Future energy
Conventional Energy clean
工程热力学
工程热力学与节能
工程热力学
是一门研究热能有效利用及 热能和其它形式能量转换规律 的科学
建立节能的理论基础
工程热力学
(1) 中国能源资源缺乏 (2) 中国能源利用效率低下 (3) 能源环境问题突出
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
工程热力学
U-tube manometer
示意图
Bourdon Tube
绝对压力与相对压力
absolute pressure relative pressure
热力学
第1章基本概念一、名词解释1．热力系统：热力学分析中选取的, 由某种界面包围的特定物质或空间作为研究对象称为热力系统.2．闭口系统：与外界无物质交换，但可有功和热交换的系统。
3．开口系统：与外界既有物质交换，又有能量交换的系统。
4．孤立系统：系统与外界既无能量（功、热量）交换又无物质交换。
5．绝热系统：系统与外界无热量交换。
6．高温热源：在工程热力学中，把热容量很大且在放出有限量热量时自身温度及其它热力学参数没有明显改变的物体称为高温热源。
7．低温热源：在工程热力学中，把热容量很大且在吸收有限量热量时自身温度及其它热力学参数没有明显改变的物体称为低温热源。
8．温度：温度是用来标志物体冷热程度的物理量。
根据气体分子运x动论，气体的温度是组成气体的大量分子平均移动动能的量度。
处于同一热平衡状态的热力系无论它们是否相互接触均有一个共同的物理性质，描述此物理性质的物理称为温度。
9．表压力：当绝对压力高于大气压力时，压力表指示的数值称为表压力。
10．真空度：当工质的绝对压力低于大气压力时，测压仪表指示的读数称为真空度。
11．平衡状态：在没有外界作用的情况下，工质（或系统）的宏观性质不随时间而变化的状态称为平衡状态。
12．准平衡过程：为了便于对实际过程进行分析和研究，假设过程中系统所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态，这种过程称为准平衡过程，又称为准静态过程。
13．可逆过程：如果系统完成了某一过程之后，再沿着原路逆行而回复到原来的状态，外界也随之回复到原来的状态，而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。
二、填空1、标准大气压为在纬度海平面上的常年平均气压。
（450）2、与外界既无能量交换也无物质交换的热力系称为_____热力系。
（孤立）3、可逆过程实现的条件是和。
（准平衡过程，没有耗散）三、选择题1、_________过程是可逆过程。
( )a) 可以从终态回复到初态的b) 没有摩擦的d) 没有温差的2、绝对压力p, 真空度p v，环境压力p a间的关系为( )a) p+p v+p a=0 b) p+p a－p v=0 c) p－p a－p v=03、摄氏温标1℃的刻度与绝对温标1K的刻度相比a）前者大于后者 b）后者大于前者）不定4、可逆过程实现的条件是。
最新发电厂(第一章热力学基本概念与基本定律)(高广德老师)ppt课件
二、系统的状态和基本状态参数
一般来讲，划定的热机系统中，随着时间和空间 的变化，系统内工质的物理特性都不断地发生变 化。
1. 状态：是指工质在某一瞬间所呈现的物理状况。 人的状态：学习、精神、运动。 热力学状态：指热力系统某一瞬间工质的
物理状况。 平衡状态：在外界条件不变的情况下，若
系统内各物理特征参数不随时间变化。 （平衡：力平衡、热平衡（内热平衡和外热
• 基本参数：是可直接测量的，即温度、压力、 比容；
• 导出参数：用于热功转换计算而引出的状态参 数，不可测量，即内能、焓、熵。
14
(1) 基本状态参数： • A 温度——表明物质冷热程度的物理
量。——它的微观实质是分子热运动剧 烈程度的反映。
T 0.5 m w 2
15
温度的测量
温度计
物质 （水银，热电偶） 特性 （体积膨胀，电势差）
基准点 刻度
温标
16
常用温标
17
温标的换算
T[K]t[OC]273.15 t[OC]5(t[F]32)
9 t[F]t[R]459.67
18
• B 压力——工质作用于器壁单位面积上的垂直作用力。 物理中压强，单位: Pa , N/m2
1N/m2=1Pa 1bar=1 105Pa 1MPa=1 106Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665104 Pa 1mmH2O=9.8067Pa
平衡）、化学平衡。） 2.热力学状态参数： 描述工质所处热力状态的宏观
物理特征量。
13
• 描述物理状态的物理量有很多，并不是所有的 物理量都是状态参数。只有那些能够确定存在 状态的物理量才是状态参数。如体积、质量等 不是状态参数。 在动力工程中，常以膨胀性和流动性好的气态 物质作为工质，它的热力学状态参数有六个：
《发电厂热力设备及系统》第一章 热力学基本概念
讨论：
1）系统平衡与均匀 2）平衡与稳定
— 平衡可不均匀
— 稳定未必平衡
四、纯物质的状态方程
状态方程——对简单可压缩热力系统，参数服从一定的关系； 状态方程
f p, v, T 0
1．理想气体状态方程
pv RgT
pV mRgT
pV nRT
T K
摩尔质量
2 3 p Pa N/m v m /kg
４、逆向循环
▲制冷循环 ▲热泵循环
一般地讲：输入净功； 在状态参数图逆时针运行； 吸热小于放热。
４、逆向循环
M
压气机
向外界环 境散失热 量
吸收低温 处的热量
蒸发器 节流阀
冷凝器
蒸汽压缩式制冷示意图
九、循环经济性指标：
动力循环： 热效率 逆向循环： 制冷系数
wnet t q1
q2 wnet
δQ dU pdV
门窗紧闭房间用电冰箱降温
以房间为系统 闭口系能量方程 绝热闭口系
Q U W
Q0
W 0
U W 0
电 冰 箱
39
T
门窗紧闭房间用空调降温
以房间为系统 闭口系能量方程 闭口系 Airconditioner
Q U W
Q0
W 0
Q
空 调
U Q W
W1b2 Q1b2 U1b2 90 45 45(kJ )
43
例题：
（2）热力系由2变化到1，其热力学能的变化量
U 2c1 45kJ
外界对气体做功
W 30kJ
Q2c1 U 2c1 W2c1 45 30 75(kJ )
发电厂动力部分课件-第一章 热力学基本概念与基本定律
二、热力学第二定律、熵增原理
说法一：热不可能自发地、不付代价地从低 温物体传向高温物体。 说法二：只冷却一个热源而连续做功的循环 发动机是造不或功的。
三、卡诺循环与卡诺定理
卡诺循环与卡诺定律主要解决了如何提高从高温热 源所吸取热量中转变为功的比例，即提高循环热效 率的问题。 1、卡诺循环
卡诺循环是由两个可逆定温过程和两个可逆绝热 过程所构成的动力循环。
hupv
第三节 热力学第二定律
一、熵、自然过程的方向性 热力学第一定律，能量之间可以相互转换，以及转
换过程中的数量关系，而没有指明此种能量与他种能 量相互转化的差异。
状态参数熵结出了自然过程方向性的定量描述。
dS dQ T
熵就是在可逆的条件下，传入系统的微元热量dQ与 热源温度T的比值。理论证明了熵确实是一个状态参 数，单位质量熵〔符号s)的单位是kJ／(kg·K)。
2．稳定流动能量方程
1
Q W m (c2 c2) m (z g z) U
22
1
2
1
W W p V p V W (p)V
s
22
11
s
1
Q U (p)V m c2 m z g W
2
s
1
Q H m c2m z g W
2
s
1
q h c2g zw
2
s
H—焓，h—质量焓或比焓
放热和可逆膨胀或压缩都是不可能的。 主要结论如下： (1)在两个不同湿度的恒温热源间工作的一切可
逆循环，均具有相同的热效率，且与工质的性质 无关。
(2)在两个不同温度的恒温热源问工作的任何不 可逆循环，其热效率必低于在两个同样恒温热源 间工作曲可逆循环。
工程热力学-名词解释
1.第一章 基本概念及定义 2.热能动力装置：从燃料燃烧中得到热能，以及利用热能所得到动力的整套设备（包括辅助设备）统称热能动力装置。
3.工质：热能和机械能相互转化的媒介物质叫做工质，能量的转换都是通过工质状态的变化实现的。
4.高温热源：工质从中吸取热能的物系叫热源，或称高温热源。
5.低温热源：接受工质排出热能的物系叫冷源，或称低温热源。
6.热力系统：被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统。
7.闭口系统：如果热力系统与外界只有能量交换而无物质交换，则称该系统为闭口系统。
（系统质量不变） 8.开口系统：如果热力系统与外界不仅有能量交换而且有物质交换，则称该系统为开口系统。
（系统体积不变） 9.绝热系统：如果热力系统和外界间无热量交换时称为绝热系统。
（无论开口、闭口系统，只要没有热量越过边界） 10.孤立系统：如果热力系统和外界既无能量交换又无物质交换时，则称该系统为孤立系统。
11.表压力：工质的绝对压力>大气压力时，压力计测得的差数。
12.真空度：工质的绝对压力<大气压力时，压力计测得的差数，此时的压力计也叫真空计。
13.平衡状态：无外界影响系统保持状态参数不随时间而改变的状态。
充要条件是同时到达热平衡和力平衡。
14.稳定状态：系统参数不随时间改变。
（稳定未必平衡） 15.准平衡过程(准静态过程)：过程进行的相对缓慢，工质在平衡被破环后自动恢复平衡所需的时间很短，工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不致显著偏离平衡状态，那么这样的过程就称为准平衡过程。
它是无限接近于平衡状态的过程。
16.可逆过程：完成某一过程后，工质沿相同的路径逆行回复到原来的状态，并使相互作用所涉及的外界亦回复到原来的状态，而不留下任何改变。
可逆过程=准平衡过程+没有耗散效应（因摩擦机械能转变成热的现象）。
17.准平衡与可逆区别：准平衡过程只着眼工质内部平衡;可逆过程是分析工质与外界作用产生的总效果，不仅要求工质内部平衡，还要求工质与外界作用可以无条件逆复。
工程热力学第一章基本概念PPT课件
详细描述
等压过程在各种工业生产过程中发挥着重要作用，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机等热力机械中的工作过程。此外， 在制冷技术、气体压缩、气体分离等领域也广泛应用等压过程。在生活中，等压过程也随处可见，如气瓶的压力 保持、气瓶压力的调节等。
感谢您的观看
THANKS
06
热力学第三定律
绝对零度不能达到原理
绝对零度是热力学的最低温度，理论 上不可能通过任何有限过程达到。
这一定律对于理解热力学的基本概念 和原理非常重要，因为它揭示了热力 学过程不可逆性。
这是由于热力学第三定律指出，熵在 绝对零度时为零，而熵是系统无序度 的量度，因此系统必须经历无限的过 程才能达到绝对零度。
04
热力学第一定律
能量守恒
1 2
能量守恒定律
能量不能凭空产生，也不能消失，只能从一种形 式转化为另一种形式。
热力学能
系统内部能量的总和，包括分子动能、分子位能 和内部势能等。
3
热力学第一定律表达式
ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统能量的变化，Q 表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
热量与功的转换
是与系统相互作用的其它物质或 能量的总和。
状态与状态参数
状态
描述系统在某一时刻的物理状态，包括宏观和微观状态。
状态参数
描述系统状态的物理量，如压力、温度、体积、内能等。
热力学平衡
热力学平衡
系统内部各部分之间以及系统与外界 之间达到相对静止的一种状态。
热力学平衡的条件
系统内部不存在宏观的净力、净热和 净功。
热力学的应用领域
能源转换
热能转换为机械能： 如内燃机、蒸汽机和 燃气轮机等。
热力学第一章优秀课件
1 2
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以 与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程 中，能量的总值保持不变。
热力学基本方程
dU=TdS-PdV，其中U为内能，T为温度，S为熵 ，P为压强，V为体积。
3
应用举例
利用热力学基本方程可以求解系统在特定过程中 的内能、功和热量等热力学量的变化。
热量可以从一个物体传递到另一 个物体，也可以与机械能或其他 能量互相转换，但是在转换过程
中，能量的总值保持不变。
能量守恒
能量既不会凭空产生，也不会凭 空消失，它只会从一种形式转化 为另一种形式，或者从一个物体 转移到其它物体，而能量的总量
保持不变。
热力学能
热力学系统内部的所有能量之和 ，包括系统内所有分子的动能、 势能、化学能、电离能和原子核
多方过程与可逆过程
01
多方过程
系统状态变化时，其压强和体积按一定关系变化的过程。多方过程的特
性由多方指数n描述，表示压强与体积的n次方成正比。
02 03
可逆过程
系统状态变化可以无限缓慢地进行，使得在每一个瞬间，系统都接近于 平衡态的过程。可逆过程是理想化的过程，实际中难以实现，但具有重 要的理论意义。
热力学第零定律与温度概念
热力学第零定律
如果两个系统分别与第三 个系统处于热平衡状态， 那么这两个系统彼此之间 也必定处于热平衡状态。
温度概念
温度是表征物体冷热程度 的物理量，是物体分子运 动平均动能的标志。
温标
温度的数值表示法，如摄 氏温标、华氏温标、热力 学温标等。
热力学第一定律与能量守恒
热力学第一定律
麦克斯韦关系式推导
麦克斯韦关系式的引入
热力学第一章基本概念
h
15
四、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
黄线内包含电热丝 ——闭口绝热系
兰线内
——孤立系
h
16
2．刚性绝热喷管
取红线为系统— 闭口系
取喷管为Hale Waihona Puke 统—开口系绝热系?h
17
３．A、B两部落“鸡、犬之声相闻， 民至老死不相往来”
又：广延量的比性质具有强度量特性，如比体积
v
V
m
工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数。
h
20
状态参数的微分特征
设 z =z (x , y)
dz是全微分
dzxzy dxyzxdy
充要条件：
2z 2z xy yx
h
可判断是否是状 态参数
22
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
h
6
1-2 热力系统（热力系、系统、体系） 外界和边界
一、定义
• 系统(thermodynamic system, system)
人为分割出来，作为热力学 研究对象的有限物质系统。 • 外界(surrounding )： 与体系发生质、能交换的物系。
• 边界(boundary)：
系统与外界的分界面（线）。
A部落为系统
—闭口系 A
A+B部落为系统—孤立系
h
B
18
1-3 工质的热力学状态和基本状态参数
一、热力学状态和状态参数
热力学状态（state of thermodynamic system） —系统宏观物理状况的综合
热力学中的一些基本概念
1．什么叫工质？火力发电厂采用什么作为工质？工质是热机中热能转变为机械能的一种媒介物质（如燃气、蒸汽等），依靠它在热机中的状态变化（如膨胀）才能获得功。
为了在工质膨胀中获得较多的功，工质应具有良好的膨胀性。
在热机的不断工作中，为了方便工质流入与排出，还要求工质具有良好的流动性。
因此，在物质的固、液、气三态中，气态物质是较为理想的工质。
目前火力发电厂主要以水蒸气作为工质。
2．何谓工质的状态参数？常用的状态参数有几个？基本状态参数有几个？描述工质状态特性的物理量称为状态参数。
常用的工质状态参数有温度、压力、比容、焓、熵、内能等，基本状态参数有温度、压力、比容。
3．什么叫温度、温标？常用的温标形式有哪几种？温度是衡量物体冷热程度的物理量。
对温度高低量度的标尺称为温标。
常用的有摄氏温标和绝对温标。
⑴摄氏温标。
规定在标准大气压下纯水的冰点为0℃，沸点为100℃，在0℃与100℃之间分成100个格，每格为1℃，这种温标为摄氏温标，用℃表示单位符号，用t作为物理量符号。
⑵绝对温标。
规定水的三相点（水的固、液、汽三相平衡的状态点）的温度为273.15K。
绝对温标与摄氏温标的每刻度的大小是相等的，但绝对温标的0K，则是摄氏温标的－273.15℃。
绝对温标用K作为单位符号，用T作为物理量符号。
摄氏温标与绝对温标的关系为 t＝T－273.15℃。
4．什么叫压力？压力的单位有几种表示方法？单位面积上所受到的垂直作用力称为压力。
用符号“p”表示，即 p=F／A (1—1)式中 F——垂直作用于器壁上的合力，N；A——承受作用力的面积m2。
压力的单位有：⑴国际单位制中表示压力采用N/m2，名称为[帕斯卡]，符号是Pa。
1Pa=1N/m2，在电力工业中，机组参数多采用MPa（兆帕），1MPa=106N/m2。
⑵以液柱高度表示压力的单位有：毫米水柱（mmH2O）、毫米汞柱（mmHg），1 mmHg=133 N/m2，1 mmH2O=9.81 N/m2。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
热能→动能→转子旋转
汽轮机
机械能
(对外作功过程)
冷凝器(冷源):将作功后
水泵
的低温低压蒸汽凝结成
冷凝器
水
(对外放热过程)
（T-s图上）表示
2
Q 1 TdS
δQ TdS
(可逆过程）
热量是过程量
３、热量与功的异同：
（1）.均为通过边界传递的能量；
（2）.均为过程量；
（3）.功传递由压力差推动，比体积变化是作功标志； 热量传递由温差推动，比熵变化是传热的标志；
功
热是无条件的；
热
功是有条件、限度的。
八、热力循环
非准静态过程
pA F cos f pb A 准静态过程，不可逆 pA F cos pb A ( f 0) 准静态过程，可逆
讨论：
1.可逆=准静态+没有耗散效应 2.准静态着眼于系统内部平衡，可逆着眼于
系统内部及系统与外界作用的总效果 3.一切实际过程都不可逆 4. 可逆过程可用状态参数图上实线表示
３、 系统分类： 按能量交换
绝热系— 与外界无热量交换; 孤立系— 与外界无任何形式的质能交换。
简单可压缩系 —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。
注意：1）闭口系与系统内质量不变的区别； 2）开口系与绝热系的关系； 3）孤立系与绝热系的关系。
以系统与外界关系划分：
一简单可压缩系只有两个独立参数，所以可用平 面坐标上一点确定其状态，反之任一状态可在平面坐 标上找到对应点，如：
p
p1 1
T
T2
2
p
p3
3
O
v1
vO
s2
sO
T3
T
六、工质的状态变化过程
１、准静态过程(准平衡过程）
定义：偏离平衡态无穷小，随时 恢复平衡的状态变化过程。
进行条件： 破坏平衡的势—
•热平衡 ： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界 处处温
度相等。
•力平衡： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外 界处处压力相等。
•热力平衡的充要条件 —系统同时达到热平衡和力平衡。
讨论：
1）系统平衡与均匀
2）平衡与稳定
— 平衡可不均匀
— 稳定未必平衡
四、纯物质的状态方程
状态方程——对简单可压缩热力系统，参数服从一定的关系；
• 汽缸-活塞装置（闭口系例）
3
２、系统及边界示例
• 移动和虚构边界
注意：
1）系统与外界的人为性 2）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
３、 系统分类：按系统与外界质量交换
闭口系 （控制质量CM） —没有质量越过边界
开口系 （控制体积CV） —通过边界与外界有质量交换
１、状态参数的特性和分类
(1)．状态参数是宏观量，是大量粒子的统计平均效 应， 只有平衡态才有状参，系统有多个状态参数，如
p,V ,T,U, H, S
(2)．状态的单值函数。 物理上—与过程无关； 数学上—其微量是全微分。
dx 0
dx dx
1b2
1a2
(3)．状态参数分类 广延量（extensive property） 强度量（intensive property ）
p, T 无穷小
过程进行无限缓慢 工质有恢复平衡的能力
准静态过程可在状态参数图上用连续实线表示
２、可逆过程
定义：系统可经原途径返回原来状 态而在外界不留下任何变化 的过程。
可逆过程与准静态过程的关系
非准平衡(高温传热至低温) 不可逆
准平衡 可逆
３、作功过程
F
p
pb
f
pA F cos f pb A
J 或 kJ J/s W kJ/s kW
附： 1kWh 3600kJ
讨论
有用功概念
Wu W Wl Wp
pb
f
其中: W—膨胀功
Wl—摩擦耗功； Wp＿排斥大气功。
２、热量
定义：仅仅由于温差而通过边界传递 的能量。
符号约定：系统吸热“+”； 放热“-”
单位： J kJ
计算式及状态参数图
是否传质
有 开口系
无 闭口系
是否传热
系 绝功系
是否传热、功、质 非孤立系 孤立系
热力系统
1
m
Q W
4
1 开口系
2
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
二、热力学状态和状态参数
热力学状态 —系统宏观物理状况的综合 状态参数 —描述物系所处状态的宏观物理量
１、定义：
封闭的热力过程
特性：一切状态参数恢复原值，即 dx 0
２、可逆循环与不可逆循环
３、动力循环（正向循环）
输出净功；
在p－v图及T－s图上顺时针进行；
膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方。
３、动力循环（正向循环）
锅 炉(热源):燃料燃烧
产生热量,将水变成蒸
汽
锅炉
(吸热过程)
汽轮机:将蒸汽携带的
又：广延量的比性质具有强度量特性，如比体积
v
V
m
工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数。
２、系统状态相同的充分必要条件
系统两个状态相同的充要条件： 所有状态参数一一对应相等
简单可压缩系两状态相同的充要条件： 两个独立的状态参数对应相等
三、平衡状态
1．定义：无外界影响系统保持状态参数不随时间而改变的状态
七、功和热量
１、功的定义和可逆过程的功
功的力学定义 沿力的方向的位移与力的乘积
功的热力学定义：通过边界传递的能量，其全部 效果可表现为举起重物。
可逆过程功的计算
2
W 1 δW
2
2
1 pAdx 1 pdV
▲功是过程量
▲功可以用p-v图上过程线
与v轴包围的面积表示
功的符号约定： 系统对外作功为“+” 外界对系统作功为“-” 功和功率的单位：
第一章 热力学基本概念与基本定律 第一节 热能转换的基本概念
一、热力系统（热力系、系统、体系）、 外界和边界 １、定义：
• 系统：人为分割出来，作为热力学 研究对象的有限物质系统
• 外界：与体系发生质、能交换的 物系。 • 边界：系统与外界的分界面 （线）。
２、系统及边界示例
• 汽车发动机
2
２、系统及边界示例
状态方程 f p, v,T 0
1．理想气体状态方程
pv RgT
pV mRgT
pV nRT
p Pa N/m2 v m3/kg
Rg —气体常数
J/(kg K)
T K
R—通用气体常数
R 8.3145J/(mol K)
摩尔质量
R MRg
五、 状态参数坐标图