高等工程热力学第二章要点

1.
.
p
2 v
16
准静态过程
p1 = p0+重物
假如重物有无限多层 每次只去掉无限薄一层
系统随时接近于平衡态
p0
p
1.
Байду номын сангаас
.
.
p，T
2 v
17
实现条件 ： 推动过程进行的势差（温差，压差）无限小， 保证系统在任意时刻皆无限接近于平衡状态。
驰豫时间 （relaxation time） 当工质在平衡被破坏后，自动恢复到 平衡所需时间。
www.themegallery.com
各种过程的体积功
www.themegallery.com
（3）热量 在温差作用下，通过微观粒子无序运动传递的能量。 也是一个强度参数（温度T）和广延参数（熵S）的 Q TdS 乘积。
Q TdS
1
2
也是热容与其温差的乘积
dQ mcdT
www.themegallery.com
（2）功 在力的作用下，通过宏观有序运动而传递的能量，以W 表示，单位焦耳，符号为J。
机械功： dW F dx 是一个强度参数（作用力F）和广延参数（位移dx）的 乘积 广义功：各种模式的功，等于广义力×广义位移。 当系统存在多种模式的功时
含有k种物质的多组分系中的总传质能：
多组分系从状态1变化到状态2时。总传质能变化：
www.themegallery.com
（5）传递势 系统的势强度参数具有的传递能量的潜力 热力系中有三个势强度参数 压力：作功的势强度参数 温度：传热的势强度参数 化学势：改变组分量的传质能的势强度参数 比能、比焓不是势强度参数，是比势强度参数 是压力、温度的函数
www.themegallery.com
传质能也可看作是一个强度量和一个广延量的乘积 强度量： 单组分系统：一般用比能e 开口系：一般用比焓h 多组分系：化学势μi 广延量：系统中某组分物质的量 摩尔数ni 质量mi
www.themegallery.com
开口系的传质能
W X i dxi
i 1
www.themegallery.com
www.themegallery.com
注意： W在传递中才有意义，一旦越过边界，就成为外界的能量 W是过程量，与初终状态有关，还与过程有关。 V2 对于过程中每一点都是平衡态时：
W pdV
V1
www.themegallery.com
2.2 过程、准静态过程、可逆过程 （1）过程 热力过程：由于平衡被破坏，从某个平衡态变到另一个 平衡的过程。 必须始、终态都是平衡态，否则不归热力学范畴 平衡态可用状态参数表示 变化中的状态则不能 过程中可能是平衡态或非平衡态 对于非平衡态，热力学只研究其始、终态的变化。
实现条件： ①过程是准静态过程，即过程所 涉及的有相互作用的各物体之间的 不平衡势差为无限小。 ② 过程中不存在耗散效应 耗散效应： 通过摩擦，粘性扰动，温差传热 等消耗功或潜在作功能力的损失．
1 2
pA pext A
F
F=0
21
可逆过程与准静态过程的关系 区别：二者的着眼点不同。 准静态： 只着眼于工质内部的平衡，有无外部的机械 摩擦（耗散）对工质内部的平衡并无影响 可逆过程： 分析工质与外界作用所产生的总效果。 不仅强调工质内部的平衡，而且要求工质与 外界作用可以无条件地逆复，过程进行时不存 在任何能量的耗散。
19
准静态过程的工程应用
例：
活塞式内燃机中，活塞运动速度为10m/s 压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s
破坏平衡所需时间 （外部作用时间） >> 恢复平衡所需时间 （驰豫时间）
一般的工程过程都可认为是准静态过程
20
可逆过程 （reversible process）
可逆过程： 系统经历某一过程后，如果令过程沿相同的路径 而能使系统与外界同时恢复到初始状态，而不留下 任何痕迹，则此过程为可逆过程。
高等工程热力学
主讲：王春华
LOGO
Contents
1
2 3
基本概念
热力学第一定律
热力学第二定律和熵
4
有效能和功函数
www.themegallery.com
第二章 热力学第一定律
2.1作用 功 热量 传质能 传递势
（1）作用
发生在热力系和外界之间，能引起系统状态变化的
相互作用。
本质是能量交换。 能量交换的基本形式：作功、传热和传质
平衡状态
平衡状态
变化过程
www.themegallery.com
准平衡过程
（quasistatic process）
准平衡过程（准静态过程） ： 假设过程中系统所经历的每一个状态都无限接近于 平衡状态的过程。
15
一般过程
3、当p2 = p0 1、若p1 = p0+重物 2、突然去掉重物 则 p1 > p0 达到新的平衡状态2 为平衡状态1 活塞上行 中间状态：不平衡状态 中间过程：不平衡过程 p0 p
2
1 过程量 系统吸热为正，放热为负。
www.themegallery.com
Q mcdT
（4）传质能 系统和外界通过物质交换所传递的能量 开口系中物质的流入和流出、吸附和逸出 如：溴化锂溶液对外界水蒸气的吸附 也可延伸到封闭系统的化学反应和相的增减 如：氢气和氧气反应生成水 如：蒸发器中液体工质蒸发为气体 也可看作是一个强度量和一个广延量的乘积
系统对外做功为正，外界对系统做功为负。 热力系通常是通过容积变化来实现功的传递的，称为容积 变化功或体积功。 如活塞膨胀作功： 力：F=pA 位移：dL W=pAdL，称为容积功或体积功
www.themegallery.com
在准静态可逆过程中，对外做功由系统内部参数决定的， 不用考虑外界因素。 对于理想气体，温度恒等时
特点： 是实际过程进行的无限缓慢的极限情况，是热 力学意义上的缓慢。 好处： （1）可用确切的状态参数描述过程； （2）可在参数坐标图上用一条连续曲线表示过程
18
准静态过程的工程条件
破坏平衡所需时间 （外部作用时间）
>>
恢复平衡所需时间 （驰豫时间）
系统状态的变化速度小于系统恢复平衡的 速度，系统化有足够时间恢复新平衡 准 静态过程