热力学基本状态全参数

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≈.3Pa

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=1.01325X105pa

（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273.16 K,每1/273.16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＝98.07kpa，求凝汽器的绝对压力、表压力和真空。

解：由于凝汽器蒸汽的密度远小于水银的密度，忽略蒸汽高度产生的压力，

则凝汽器真空:pv=706×.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HGl021／18.2—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×.3十18.2×l06=18.3×106(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。

2、状态方程式

状态方程式：状态参数之间的函数关系式称为状态方程。

简单可压缩系统：系统和外界只有热量和体积变化功（膨胀功或压缩功）交换的系统。对这种系统只需两个独立的状态参数，便可确定它的平衡状态（由状态定理）。

3、状态参数坐标图

两个独立的状态参数可以确定一个状态，这样由任意两个相互独立的状态参数构成一个直角坐标图称为状态参数坐标图。常用的有p-v图和T-s图等.