湖南大学工程热力学第一章基本概念.pptx
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符号：T
单位：K 开
绝对K 373.15
273.16 273.15
摄氏℃ 100 水沸点
37.8 0.01 水三相点 0 冰熔点
-17.8
0
-273.15
温标的换算
T[K] t[OC] 273.15 t[OC] 5 (t[F] 32)
9
2. 压力 p
绝对压力：通常用垂直作用于器壁单位面 积上的力来表示压力（压强）大小 p=F/f
三个基本概念
工质：实现热能与机械能相互转化的媒介物质 热源：工质从中吸取热能的物系，或称高温热源
冷源：接受工质排出热能的物系，或称低温热源
热动力装置的工作过程：工质从高温热源吸热，将 其中一部分转化为机械能而作功，并将余下部分传 给低温热源
吸热 膨胀 作功 排气
热能
机械能
1-2 热力系统
概述
工程热力学中，为分析问题方便起见，和力学中取分 离体的方法一样，把热力学分析的对象从周围物体中 隔离出来,研究它与周围物体之间的能量和物质的传递. •选取热力系统是热力学分析的首要步骤 •目的：明确研究对象所包含的范围和内容 •能清楚地显示它与周围事物的相互关系 •便于针对热力系统建立定性和定量的关系
vV m
比容
/kmol
uU m
h H m
比内能 比焓
具有强度量的性质
s S m
比熵
一、温度 temperature
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
温度测量的 理论基础 B 温度计
常用温标 temperature scale
温标：温度的数值标尺 SI规定：
State of thermodynamic system and state properties
状态: 某一瞬间工质所呈现的宏观物理状况 状态参数: 描述工质所处状态的宏观物理量，如T，P
状态参数的特征： 1. 状态确定，则状态参数也确定，反之亦然. 状态参
数的全部或部分变化，则工质的状态发生了变化。
压力p的测量
相对压力: 压力计指示的压力是工质的绝对压 力与环境压力的相对值，随地理位置及气候条 件等因素而变化
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
Pb p
Pe
Pb
p Pv
绝对压力与相对压力
当 p > Pb 当 p < Pb
表压力 pe 真空度 Pv
P = Pb + pe P = Pb- Pv
pe
•强度性参数：系统中单元体的参数值与整个系统的参 数值相同，与质量的多少无关，不具有可加性，如压力
p、温度T；在热力工程中起着推动力作用，又称为广义
力或势
•广延性参数：整个系统的广延性参数等于各单元体该 广延性参数值之和，具有可加性，如质量m、容积 V、 内能 U、焓 H、熵S；又称为广义位移
•比参数： 单位：/kg
对于理想气体： p=2/3n(mw2/2)=2/3nBT 单位: Pa , N/m2
常用单位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665104 Pa
第一章 基本概念
Basic Concepts and Definition
1-1 热能在热机中转 变成机械能的过程
热能动力装置
•定义：从燃料燃烧中得到热能，以及利用热 能得到动力的整套设备（包括辅助设备）
蒸汽动力装置
•分类：
燃气动力装置
内燃机构造
内燃机工作原理动画
蒸汽动力装置系统简图
锅炉Байду номын сангаас
绝热系统 —adiabatic system
•系统与外界无热量交换（理想化） •如汽轮机、喷管
孤立系统 —isolated system
•系统与外界无任何形式的质能交换(理想化) •一切热力系统连同与之相互作用的外界都可以 抽象成孤立系统
热力系统选取的人为性（1）
过热器
锅 炉
汽轮机
发电机 凝 汽 器
一、系统、边界与外界
Thermodynamic system, boundary and surrounding
• 系统—人为分割出来，作为热力学研究对象的有限
物质系统 • 边界—分隔系统与外界的分界面（线）
• 外界—边界以外与系统相互 化作用的物体 ， 通过功、热、 物质交换3种形式与系统相互 作用
p
Pv
Pb
p
0
3. 比容v specific volume
v V ［m3/kg]
m
工质聚集的疏密程度物理上常用密度
1 ［kg/m3]
v
例题
1. 某热电厂新蒸汽的表压力为10 MPa，凝 汽器的真空度为94620Pa，送风机表压为 145mmHg，当时气压计读数为755mmHg。 试问以Pa为单位的绝对压力为多少？
给水泵
只交换功 既交换功 也交换热
只交换热
热力系统选取的人为性（2）
1
m
WQ
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
热力系统其它分类方式
其它分 类方式
相态 单相系 多相系
单元系 工质种类
多元系
均匀系 物理化学性质
非均匀系
1-3 工质的热力学状态 及其基本状态参数
发电机 汽轮机
冷凝器
水泵
水蒸气动力循环系统
汽轮机
四个主要装置：
锅
锅炉
炉
发电机
汽轮机
凝汽器
凝汽器 给水泵
给水泵
燃气轮机
燃气轮机结构图
活塞
热动力装置的本质
•利用某一种媒介物从某个能源获取热能，具 备作功能力并对机器作功，最后把余下的 热能排向环境介质(大气或冷却水)
•本质特性：吸热 → 膨胀做功→ 排热
22.. 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（物理特征）
3. 状态参数的微分特征：全微分（数学特征）
热力学中常见的状态参数
基本状态参数：温度T 压力p 体积V •可以直接用仪表测量出来
其他：内能U、焓H、熵S、自由能等
•可以根据基本状态参数间接计算出来
强度性参数与广延性参数
边界特性
固定或运动
实际或假想
系统与外界的作用都通过边界
二、热力系统的分类(1)
按系统 与外界 质量交 换分类
闭口系 —closed system
•通过边界与外界只有能量交换而无物质交换 •控制质量CM系统
开口系 —open system
•通过边界与外界有能量与物质交换 •控制体积CV
热力系统的分类(2)
1.解大气压力 Pb 755133.322 100660Pa
单位：K 开
绝对K 373.15
273.16 273.15
摄氏℃ 100 水沸点
37.8 0.01 水三相点 0 冰熔点
-17.8
0
-273.15
温标的换算
T[K] t[OC] 273.15 t[OC] 5 (t[F] 32)
9
2. 压力 p
绝对压力：通常用垂直作用于器壁单位面 积上的力来表示压力（压强）大小 p=F/f
三个基本概念
工质：实现热能与机械能相互转化的媒介物质 热源：工质从中吸取热能的物系，或称高温热源
冷源：接受工质排出热能的物系，或称低温热源
热动力装置的工作过程：工质从高温热源吸热，将 其中一部分转化为机械能而作功，并将余下部分传 给低温热源
吸热 膨胀 作功 排气
热能
机械能
1-2 热力系统
概述
工程热力学中，为分析问题方便起见，和力学中取分 离体的方法一样，把热力学分析的对象从周围物体中 隔离出来,研究它与周围物体之间的能量和物质的传递. •选取热力系统是热力学分析的首要步骤 •目的：明确研究对象所包含的范围和内容 •能清楚地显示它与周围事物的相互关系 •便于针对热力系统建立定性和定量的关系
vV m
比容
/kmol
uU m
h H m
比内能 比焓
具有强度量的性质
s S m
比熵
一、温度 temperature
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
温度测量的 理论基础 B 温度计
常用温标 temperature scale
温标：温度的数值标尺 SI规定：
State of thermodynamic system and state properties
状态: 某一瞬间工质所呈现的宏观物理状况 状态参数: 描述工质所处状态的宏观物理量，如T，P
状态参数的特征： 1. 状态确定，则状态参数也确定，反之亦然. 状态参
数的全部或部分变化，则工质的状态发生了变化。
压力p的测量
相对压力: 压力计指示的压力是工质的绝对压 力与环境压力的相对值，随地理位置及气候条 件等因素而变化
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
Pb p
Pe
Pb
p Pv
绝对压力与相对压力
当 p > Pb 当 p < Pb
表压力 pe 真空度 Pv
P = Pb + pe P = Pb- Pv
pe
•强度性参数：系统中单元体的参数值与整个系统的参 数值相同，与质量的多少无关，不具有可加性，如压力
p、温度T；在热力工程中起着推动力作用，又称为广义
力或势
•广延性参数：整个系统的广延性参数等于各单元体该 广延性参数值之和，具有可加性，如质量m、容积 V、 内能 U、焓 H、熵S；又称为广义位移
•比参数： 单位：/kg
对于理想气体： p=2/3n(mw2/2)=2/3nBT 单位: Pa , N/m2
常用单位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665104 Pa
第一章 基本概念
Basic Concepts and Definition
1-1 热能在热机中转 变成机械能的过程
热能动力装置
•定义：从燃料燃烧中得到热能，以及利用热 能得到动力的整套设备（包括辅助设备）
蒸汽动力装置
•分类：
燃气动力装置
内燃机构造
内燃机工作原理动画
蒸汽动力装置系统简图
锅炉Байду номын сангаас
绝热系统 —adiabatic system
•系统与外界无热量交换（理想化） •如汽轮机、喷管
孤立系统 —isolated system
•系统与外界无任何形式的质能交换(理想化) •一切热力系统连同与之相互作用的外界都可以 抽象成孤立系统
热力系统选取的人为性（1）
过热器
锅 炉
汽轮机
发电机 凝 汽 器
一、系统、边界与外界
Thermodynamic system, boundary and surrounding
• 系统—人为分割出来，作为热力学研究对象的有限
物质系统 • 边界—分隔系统与外界的分界面（线）
• 外界—边界以外与系统相互 化作用的物体 ， 通过功、热、 物质交换3种形式与系统相互 作用
p
Pv
Pb
p
0
3. 比容v specific volume
v V ［m3/kg]
m
工质聚集的疏密程度物理上常用密度
1 ［kg/m3]
v
例题
1. 某热电厂新蒸汽的表压力为10 MPa，凝 汽器的真空度为94620Pa，送风机表压为 145mmHg，当时气压计读数为755mmHg。 试问以Pa为单位的绝对压力为多少？
给水泵
只交换功 既交换功 也交换热
只交换热
热力系统选取的人为性（2）
1
m
WQ
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
热力系统其它分类方式
其它分 类方式
相态 单相系 多相系
单元系 工质种类
多元系
均匀系 物理化学性质
非均匀系
1-3 工质的热力学状态 及其基本状态参数
发电机 汽轮机
冷凝器
水泵
水蒸气动力循环系统
汽轮机
四个主要装置：
锅
锅炉
炉
发电机
汽轮机
凝汽器
凝汽器 给水泵
给水泵
燃气轮机
燃气轮机结构图
活塞
热动力装置的本质
•利用某一种媒介物从某个能源获取热能，具 备作功能力并对机器作功，最后把余下的 热能排向环境介质(大气或冷却水)
•本质特性：吸热 → 膨胀做功→ 排热
22.. 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（物理特征）
3. 状态参数的微分特征：全微分（数学特征）
热力学中常见的状态参数
基本状态参数：温度T 压力p 体积V •可以直接用仪表测量出来
其他：内能U、焓H、熵S、自由能等
•可以根据基本状态参数间接计算出来
强度性参数与广延性参数
边界特性
固定或运动
实际或假想
系统与外界的作用都通过边界
二、热力系统的分类(1)
按系统 与外界 质量交 换分类
闭口系 —closed system
•通过边界与外界只有能量交换而无物质交换 •控制质量CM系统
开口系 —open system
•通过边界与外界有能量与物质交换 •控制体积CV
热力系统的分类(2)
1.解大气压力 Pb 755133.322 100660Pa