工程热力学01第一章

第1章（第一章）基本知识
本章将介绍推导热力学第一定律能量方程式所需要的概念。

在这部分里，将概念按照工质、系统、状态、过程和循环五部分归类，突出“工程热力学”课程的整体性，明确指出“工程热力学”最关心的量是那些，最终要解决什么问题。

1.1.工质
热能与物质是不可分割的，物质是热能的载体。

热能是物质内部以分子运动、振动、旋转和位能形式具有的内部微观能量，它可以随物质的转移而转移，也可以通过温差传热传给其它物质。

在温差的作用下两个物体之间传递中的热能叫做热量，热量是一个过程量。

热能与机械能之间的互换转化以及热能的转移都要借助一种工作物质，这种工作物质简称为工质(Working fluid)。

工质的种类很多，有气体、有液体。

例如水泵中的工质是水；制冷机中的工质是HCFC;汽油机中的工质是燃气。

Working fluid is the matter contained within boundaries of a system. Matter can be in solid, liquid, vapor or gaseous phase. The working fluid in applied thermodynamic problems is either approximated by a perfect gas or a substance that exists as liquid and vapor. The state of the working fluid is defined by certain characteristics known as properties.
1.1.1.实际气体
实际气体（actual gas）是比较复杂的，其分子有质量、有体积而且分子与分子之间有作用力。

实际气体的计算是比较复杂的【详见后面】。

如果模型复杂，有的问题就不可能用数学的方法解决。

在工程热力学中，为了解决一个复杂问题，经常将问题理想化、简单化，然后解决问题，再修正。

实际气体中有一些气体分子原子数目少，可以按比较简单方法来计算，这些气体就是下面要讲的理想化的模型，理想气体。

当然，这些气体按理想气体的方法来计算，也有一定的误差。

1.1.
2.理想气体
理想气体(ideal gas)是这样一个假想气体模型，其分子是只有质量没有体积的质点而且其分子与分子之间没有作用力。

理想气体是当实际气体的压力趋向于零，比体积趋向于无穷大时的极限情况。

当实际气体远离两相区时可以当作理想气体来处理。

【详见】
理想气体由于其分子与分子之间没有作用力，故其分子与分子之间没有位能。

位能的大小与气体的压力或比体积有关。

1.1.3.混合气体
混合气体(Mixed gas)是几种气体的混合物。

理想气体的混合物称为理想混合气体。

如空气等。

1.1.4. 热源
热源（Heat source ）是能够吸收或放出热量的物体。

吸收或放出热量时温度不变的物体称为恒温热源。

如相变过程中的物质放热或吸热时，可以看做恒温热源。

大气环境也可以近似的看做恒温低温热源。

吸收或放出热量时温度变化的物体称为变温热源。

热源就是能够放出或吸收热量的工质，热源在计算其热量、熵的变化等参数时，看该热源是什么工质，参照该工质计算。

1.2. 系统
1.2.1. 系统
1.2.1.1. 系统
为了明确研究对象，通常把研究对象与周围环境用虚线画出来。

虚线画出来的研究对象称为热力系统，简称系统(system )。

A system is a collection of matter within defined boundaries. The boundaries may be flexible. There are two types of system: closed system and open system.
图 1-1 热力系统
1.2.1.2. 外界
系统以外的部分称为外界或环境（Surroundings ）。

系统与外界之间可以有功量、热量和物质的交换。

1.2.1.3. 边界
系统与外界之间的分界面称为边界（Boundary ）。

系统的边界可以是实际存在的，也可以是假想的；可以是固定的，也可以是运动的或可变形的。

系统都可以通过边界与外界之间发生功量、热量和物质的交换。

物质穿过边界时，除本身自带能量（宏观动能、宏观位能，微观动能，微观位能）外，还要对边界做推挤功（流动功）。

随物质转移而穿过边界的总能量是它们的总和。

微观动能和微观位能之和是后面要讲的热力学能或内能。

而热力学能与流动功之和就是后面要讲的焓。

图 1-2 边界假想的闭口系统
图 1-3开口系统
1.2.2. 闭口系统和开口系统
没有物质穿过边界的系统称为闭口系统（Closed System ）。

有物质穿过边界的系统称为开口系统（Open System ）。

闭口系统和开口系统都可能通过边界与外界之间发生功量、热量的交换。

In closed systems, nothing leaves the system boundaries. As an example, consider the fluid in the cylinder of a reciprocating engine during the expansion stroke. The system boundaries are the cylinder walls and the piston crown. Notice that the boundaries move as the piston moves.
In open systems there is a mass transfer across the system's boundaries; for instance the steam flow through a steam turbine at any instant may be defined as an open system with fixed boundaries.
稳态稳流（steady flow ）是指开口系统内每一点的热力学和力学参数都不随时间变化的流动，但在系统的不同点上，参数值可以不同。

图 1-4 闭口系统
图 1-5 开口系统 1.2.3. 绝热系统
系统与外界之间没有热量交换的系统称为绝热系统（Adiabatic system ）。

绝热系统可以是闭口系统，也可以开口系统。

绝热系统与外界之间可以发生功量和物质的交换。

1.2.4. 孤立系统
系统与外界之间没有功量、热量和物
质交换的系统称为孤立系统（Isolated
system ）。

任一系统与其发生关系的外界组成的
新系统可以看作为孤立系统。

这样一来，
任一系统就可以用后面要学习的孤立系统
熵增原理了。

图 1-6 孤立系统
1.3. 状态
1.3.1. 状态
系统中某瞬时表现出的工质热力性质的总状况称为状态（State ）。

1.3.1.1. 非平衡状态
系统在不受外界影响的条件下，宏观物理量随时间变化的状态或在受外界影响的条件下，宏观物理量不随时间变化的状态称为非平衡状态（Nonequlibrium State ）。

一般实际的过程都是非平衡状态。

传热学中的稳态导热就是热力学中的非平衡状态，它是在受外界影响的条件下，宏观物理量不随时间变化的。

一般实际的过程都是非平衡状态。

由于处于非平衡状态的系统内工质状态参数在变化，就不能用仪器来精确测量。

在实际工程中，有的过程的状态变化比较慢。

为了解决这些问题，我们就将其状态理想化成平衡状态。

1.3.1.
2. 平衡状态
系统在不受外界影响的条件下，宏观物理量不随时间变化的状态称为平衡状态（Equlibrium State ）。

平衡状态必需满足力平衡、热平衡、化学平衡和相平衡。

事物运动的方向是由非平衡状态到平衡状态。

平衡状态时宏观物理量不随时间变化，我们就可以用仪器来测量P ，V ，T 三个基本状态参数，这三个基本状态参数之间只有两个是独立的（后面的状态方程式）。

这样，已知两个就可以确定一个状态，如图1-7。

如果状态一个平衡状态，已知两个状态参数就可以确定这个状态，在图上是一个实点。

如果状态一个非平衡状态，参数就不能用仪器来精确测量，也没有状态方程式，已知两个状态参数就不能确定这个状态，如果要在图上表示的话也只能是个虚点。

图 1-7平衡状态
1.3.
2. 状态参数
1.3.
2.1. 状态参数
描述工质状态特性的各物理量称为工质的状态参数（Properties ）。

状态参数有压力P （Pressure ）、体积V （Volume ）、温度T （Temperature ）、热力学能（内能）U （Internal energy ）、焓H （Enthalpy ）、熵S （Entropy ）、自由能F 、自由焓G 等。

规定：大写字母V 、U 、H 、S 、F 、G 代表m Kg 的符号。

小写字母v 、u 、h 、s 、f 、g 个代表1Kg 的符号。

单位Kg 的参数统称比参数，如
有u m U ∆=∆、h m H ∆=∆、s m S ∆=∆、mv V =等。

比体积（Specific volume ）、比内
能（Specific internal energy ）、比焓（Specific enthalpy ）、比熵（Specific entropy ）等
Some of the properties which are important in thermodynamic problems are: Pressure(P) , Temperature(T), Specific enthalpy(h), Specific entropy(s), Specific volume(v), Specific internal energy(u).
1.3.
2.2. 状态参数特征（characteristic of Properties ）
状态参数有以下特征，可以用其判断某个量是否状态参数。

1) ⎰≡0dx 公式( 1-1)
2) 1221x x dx -=⎰ 公式( 1-2)
利用状态参数特征可以计算状态参数差值，例如初终态参数已定，可以选一个比较简单的过程计算其状态参数。

只要初终态确定不变，不管经历什么路径过程、过程可逆还是不可逆，这些过程的u ∆、h ∆、s ∆都相等。

不管是正循环还是逆循环、可逆循环还是不可逆循环，工质的内能、焓、熵对于该循环的积分恒等于零。

1.3.3. 基本状态参数（basic Properties ）
1.3.3.1. 压力
压力（Pressure ）是单位面积上所受的力，其单位是Pa 。

The pressure of a system is defined as the force exerted by the system on unit area of its boundaries. This is the definition of the absolute pressure. Often in measurements a gauge is used to record the pressure difference between the system and the atmospheric pressure. This is called gauge pressure and can be stated by the following equation.
图 1-8 U 型管压力计
压力的测量是用压力传感器、压力表或U 型管压力计来测量的。

测量得出的压力是真实的绝对压力(absolute pressure)与大气压力的差值(atmospheric pressure)，叫做表压(gauge pressure)。

表压Pg 是绝对压力与大气压力的差值。

绝对压力高于大气压力，表压的数值为正；绝对压力低于大气压力，表压的数值为负。

绝对压力才是状态参数，与状态有关。

大气压力与气象条件、海拔高度有关。

如阴天大气压力低些，晴天大气压力高些。

大气压力随海拔升高而降低。

附表 1给出了大气压力随海拔高度的关系。

真空值是绝对压力低于大气压力的表压数值的绝对值。

绝对压力=大气压力+表压，g P B P += 公式( 1-3)
z g P g ∆=ρ 公式( 1-4)
图 1-9 压力表示意图If the pressure of a system is below atmospheric, it is called vacuum pressure. The SI unit of pressure is pascal (Pa)
【例1-1】蒸汽锅炉压力表读数为 3.23MPa;凝汽器真空表的读数为95kPa 。

若大气压力为
101.325kPa 。

试求锅炉和凝汽器中的绝对压力。

【解】锅炉中的绝对压力
g P B P +==0.101325+3.32 MPa 凝汽器的绝对压力g P B P +==101.325-95kPa
【例1-2】一容器被一刚性壁分为两部分，压力表D 读数为175kPa ，C 读数为110kPa ，如大气压
力为97kPa 。

试求压力表A 读数为多少？
图 1-10 例1-12图
【解】
gD gA
gC
P P P P P P P +=+=+=2121 又B B
gD
gA gC P P P ++=+B B
kPa P P P gD gC gA 6597175110-=--=-=
【例1-3】锅炉烟道中的烟气压力常用上部开口的斜管测量，若已知斜管的倾角︒=30α，压力计使用3cm g 8.0=ρ的酒精，斜管中的液柱长度L=200mm ，当地大气压力B=0.1Mpa 。

求烟气的
绝对压力。

【解】依题意 g P B P +=
kPa
215.99784101.0Pa
78430sin 2.08.9108.0sin 63=-⨯=+=∴=︒⨯⨯⨯⨯===g g P B P gL gh P αρρ
1.3.3.
2. 温度
处于热平衡的两个物体之间没有热量的交换，其间肯定有一个物理量相等，这个物理量我们称其为温度（Temperature ）。

温度的大小用温标来度量。

绝对温标是法定的温度度量温标，摄氏温标是一个辅助的温度实用度量温标。

绝对温标，符号T ，单位K ，基本定点是水的三相点（273.16K ）。

摄氏温标，符号t,单位，基本定点是的冰的（0℃/273.15K ）。

绝对温标与摄氏温标之间的关系： 15.273+=t T 公式( 1-5)
温度利用温度计来测量，温度计的产生对热力学的发展起了非常重要的作用。

十七世纪，伽利略利用气体膨胀的性质制造出了气体温度计，博伊尔（Robert Boyle ）在一六六二年发现在定温下，定量气体的压力与体积成反比；十八世纪，根据准确的实验建立了摄氏及华氏温标；一七八一年查理发现了在定压下气体体积会随着温度改变而改变的现象，但对于热本质没有认识。

Temperature is a measure of hotness and can be related to the kinetic energy of molecules of a substance.
A number of physical phenomena can be used for measuring the temperature of an object. An instrument used for measuring temperature is called a thermometer and is constructed by using one of the following principles:
•
the change of length, such as length of a mercury column, •
the change of volume, such as volume of a fixed mass of gas at constant pressure, •
the change of pressure, such as pressure of a fixed mass of gas at constant volume, •
the change in electric resistance, as in a thermistor, •
the flow of electricity due to Seebeck effect, as in a thermocouple, • the radiation, as in radiation pyrometers.
All thermometers require a scale. This scale should be defined by easily repeatable circumstances or fundamental properties.
Absolute temperature or thermodynamic temperature (degree kelvin, K) is a fundamental dimension. It can be related to the energy possessed by matter and is an SI base unit.
1.3.3.3. 比体积与密度
比体积（Specific Volume ）的定义是单位质量物质所占有的体积： m V v = m 3/kg 公式( 1-6)
密度（Density ）的定义是单位体积物质所占有的质量：
v V m 1==
ρ kg/ m 3 公式( 1-7)
1.3.4. 广义力和广义位移参数
广义力（extensive force ）（强度性参数）如T ，P 起推动作用的参数。

没有可加性。

广义位移（extensive displacement ）（广延性参数）如V ，U ，H 和S 。

有可加性。

功=力×位移
电功=电位差×电量
容积功=压力×比体积变化
功=广义力×广义位移
热量=温度×某广义位移
温度所对应的广义位移称为熵S
1.3.5. 导出量（derivative property ）
1.3.5.1. 热力学能（内能internal energy ）U （kJ ）
热力学能（内能）是气体所具有的内动能与分子位能的总和。

包括：
1) 分子的平移动能。

2) 旋转动能。

3) 振动动能。

4) 分子之间的位能。

另外还有化学能，核能。

只不过，如果没有化学反应或核反应的话，可不考虑。

热力学能中的前三项取决于温度，第四项取决于压力和比体积。

热力学能，也叫作内能，就是我们最初讲的热能。

工质的热力学能（内能）是工质状态的函数。

理想气体的热力学能（内能）只是温度的函数。

这是因为理想气体的分子与分子之间没有作用力，因此，没有分子之间的位能。

而温度是由气体所具有的内动能所决定的，与位能的大小无关。

在工程上一般只计算热力学能（内能）差(the difference of internal energy)或内能变化（the change of internal energy ）。

只要初终态确定不变，不管经历什么路径过程、过程可逆还是不可逆，这些过程的u ∆都相等。

不管是正循环还是逆循环、可逆循环还是不可逆循环，工质的内能对于
该循环的积分恒等于零。

对于理想气体，内能变化的计算要借助于气体的定容比热容。

T c dT c q u v v v ∆==≡∆⎰21。

对于实际气体，内能变化的计算通常是借助于实际气体各工质的图、表或计算软件，分别查出初终态的h 、P 、v ，然后分别计算初终态的内能10001111v P h u -=，10002
222v P h u -=，再计算
12u u u -=∆。

Internal energy of a system is the energy content of the system due to its thermodynamic properties such as pressure and temperature. The change of internal energy of a system depends only on the initial and final states of the system and not in any way by the path or manner of the change. This concept is used to define the first law of thermodynamics.
Specific internal energy is defined as the internal energy of the system per unit mass of the system and naturally has the same dimension as [energy/mass]
1.3.5.
2. 焓H （kJ ）
在热力学中H 和PV 经常同时出现，为了便于计算我们定义其和为焓（Enthalpy ）。

kJ PV
U H 1000+= 公式( 1-8)
Specific enthalpy of a working fluid, h, is a property of the fluid which is defined as:
比焓（Specific enthalpy ）定义式是：
kg kJ Pv
u h /1000+= 公式( 1-9)
工质的焓是工质状态的函数。

理想气体的焓只是温度的函数。

这是因为理想气体的热力学能（内能）只是温度的函数。

对于理想气体有PV=mRT ，PV 只与温度有关。

在工程上一般只计算焓差(the difference of enthalpy)或焓变化（the change of enthalpy ）。

注意单位：U 为kJ ：而pv 为J ，因此，不能直接相加。

P 取kPa 时才能相加。

只要初终态确定不变，不管经历什么路径过程、过程可逆还是不可逆，这些过程的h ∆都相等。

不管是正循环还是逆循环、可逆循环还是不可逆循环，工质的焓对于该循环的积分恒等于零。

对于理想气体，焓变化的计算要借助于气体的定压比热容。

T c dT c q h p p P ∆==≡∆⎰21。

对于实际气体，焓变化的计算通常是借助于实际气体各工质的图、表或计算软件，分别查出
初终态的焓1h 和2h ，然后计算12h h h -=∆。

1.3.5.3. 熵S （kJ/K ）
温度所对应的广义位移称为熵S(entropy)。

Entropy of a system, is a measure of the avaialability of its energy. A system with high entropy can do less useful work. This concept was formally used to define the second law of thermodynamics.
熵（entropy ）定义式是：
()T S
rev dS δ= 公式( 1-10)
Specific entropy of a system is the entropy of the unit mass of the system and has the dimension of energy/ mass/temperature. The SI unit of specific entropy is J/(Kg.K).
比熵（Specific entropy ）定义式是：
()T q
rev ds δ= 公式( 1-11)
在工程上一般只计算熵差 S (the difference of entropy )或焓变化（the change of entropy ）。

只要初终态确定不变，不管经历什么路径过程、过程可逆还是不可逆，这些过程的s ∆都相等。

不管是正循环还是逆循环、可逆循环还是不可逆循环，工质的熵对于该循环的积分恒等于零。

对于理想气体，熵变化的计算要借助于气体的比热容和气体常数。

12121221
ln ln ln v v R T T c v v R T dT c s v v +=+=∆⎰ 12
121221ln ln ln P P R T T c P P R T dT c s p p -=-=∆⎰
⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=∆P P v v s c c v p 1212ln ln 对于实际气体，熵变化的计算通常是借助于实际气体各工质的图、表或计算软件，分别查
出初终态的熵1s 和2s ，然后计算
12s s s -=∆。

1.3.6. 状态方程式(Equation of State)
1.3.6.1. 实际气体状态方程式 处于平衡状态下的工质，其T v P ,, 三个状态参数之间有个函数关系，这个函数关系就是状态方程式。

其形式是()0,,=T v P f 。

处于平衡状态下的工质，如果已知T v P ,, 三个状态参数的其中两个，就可以确定这个平衡
状态，根据状态方程式可以求出另外一个未知参数。

已知一个平衡状态的11,v P ，在v P -图上，根据这两个坐标就可以确定一个实点，这个实
点代表该平衡状态。

一个非平衡状态是不能用一个实点在图上表示的。

非平衡状态没有状态方程。

实际气体的状态方程式(Equation of state for actual gases)是比较复杂的，有很多，最简单的是范德瓦尔方程式（van der waals equation of state ）、马丁-侯方程式（Martin-Hou Equation of State ）。

遇到实际气体可用实际气体的状态方程式、对比参数法计算。

或查图、查表或利用计算机软件计算。

下面是纯物质的相图。

The thermodynamic properties for a pure substance can be related by the general relationship, ()0,,=T v P f , which represents a surface in the ()T v P ,, space. The thermodynamic laws do not give any information about the nature of this relationship for the substances in the liquid and vapor phases. These properties may only be related by setting up measurements. The measured data can be described by equations obtained e.g. by curve fitting. In this case the equations should be thermodynamically consistent.
The state of any pure working fluid can be defined completely by just knowing two independent properties of the fluid. This makes it possible to plot state changes on 2D diagrams such as:
•
pressure-volume ()v P - diagram, •
temperature-entropy ()s T -diagram, • enthalpy-entropy
()s h - diagram.
1.3.6.
2. 理想气体状态方程式
理想气体状态方程式(Equation of state for ideal gases)可以通过实验和理论推导都可以得到。

其形式如下：
RT Pv =或mRT PV = 公式( 1-12)
其中P 代表压力，单位Pa
v 代表比体积，单位m 3/kg
V 代表体积，单位m 3
T 代表温度，单位K
m 代表质量，单位kg
R 代表气体常数，M R R 0
=（Ｍ是平均分子量） 公式( 1-13)
Ｒ0代表通用气体常数Ｒ0＝8314Ｊ／kmol.K
按理想气体状态方程式计算，是具有一定误差的！如果要精确计算还是要查数表的。

【例1-4】某活塞式压气机将空气压入储气箱中。

压气机每分钟从大气（大气压力Ｂ＝100ＫＰa ）
中吸入温度t 1=15,V 1=0.2m 3，储气箱的容积Ｖ＝9.5m 3。

问经过多少分钟后压气机才能把箱内压力提高到Ｐ３＝０.7ＭＰa 和温度t 3=50℃。

压气机开始工作以前，储气箱表压Ｐ２为50kPa 温度t 2为17℃。

【解】储气箱内空气初始压力P B P g +=2 =100+50=150KPa
()min /0.242152732872.010151111kg T R V P m =+⨯⨯⨯==
初始温度：
27322+=t T =t2+273=17+273=290K 最终温度：27333+=t T =50+273=323K 原有质量：()kg 1212.17172732875.910)5.01(52222=+⨯⨯⨯+==T R V P m 最终质量：()kg 763.71502732875.910753333=+⨯⨯⨯==T R V P m
压气机压入储气箱质量：kg 615.54121.17763.7123=-=-=m m m 所需时间：min 7.225242.0615.541===
m m τ
【例1-5】用压缩空气开动内燃机时，储气罐内的压力从6MPa 降到4MPa ，储气罐的容积为
0.07m 3，空气温度27℃。

试确定开动内燃机所消耗的空气量。

【解】空气罐放气前空气的质量:()kg 88.42727328707.01060511=+⨯⨯==RT V P m
放气后空气的质量:()kg 25.32727328707.01040522=+⨯⨯==RT V P m
开动内燃机消耗的空气量:
1.3.7. 标准状态
1.3.7.1. 标准状态
热力学中定义：Ｐ0＝101325Ｐa ，t 0=0℃的状态为标准状态（normal state ）。

化学热力学中定义：Ｐ0＝101325Ｐa ，t 0=25℃的状态为标准状态。

1.3.7.
2. 标米３
标准状态下的容积称为标米３。

标米３
是(normal cubic metre)一个物量单位，可以代表物质的多少(象千克、千摩尔一样)。

与一般的体积的换算关系如下： 111000T V P T V P = 公式( 1-14)
【例1-6】有一充满气体的容器。

容积Ｖ1＝4.5m ３
，气体压力表的读数为Ｐg=245.2kPa ，温度计读
数为t １=40℃。

在标准状态下气体容积为多少？
【解】
压力：Ｐ1＝Ｂ＋Ｐg=101.325+245.2=346.525kPa
温度：T 1=t 1+273=40+273=313K
在标准状态下气体容积： m 224.141013253132735.43465253
010110=⨯⨯⨯==P T T V P V
【例1-7】已知的N 2=28，求（1）N 2的气体常数；（2）标准状态下N 2的比体积和密度；
(3)P=0.1MPa ，t=500℃时的摩尔容积Mv 。

【解】
（1）N 2的气体常数：
K kg J 93.2962883148314⋅===M R
（2）标准状态下N 2的比体积： kg Nm 8.010********.2963
00
0=⨯==P T R v
kg 63.125.388.421=-=-=m m m
(3) 标准状态下N 2的密度：
kg 25.18.01100===v ρ
(4) 摩尔容积Mv
由mRT PV =
/kg m 2.2952689101)500273(93.29635=⨯+⨯==P RT v
/kmol m 64.26752922.2952689283=⨯=⋅=v M Mv
1.3.8. 系统的储存能
工程热力学的解决问题步骤是，选系统，分析系统与外界交换的热量、功量和物质交换的多少和物质交换携带多少能量。

系统本身里面的工质具有多少能量，就是系统的储存能。

相对于参照体，具有一定速度C 和一定高度Z 的工质，具有宏观动能、宏观势能和热力学能，该能量叫做系统的储存能（the energy deposited in a system ）。

对于m kg 工质:
kJ mgz c m U E 1000
20002++= 公式( 1-15)
对于1 kg 工质: kg kJ gz c u e /1000
20002++= 公式( 1-16)
对于三维流场控制体: kJ dV gz c u E V ρ⎰⎪⎭⎫ ⎝
⎛++=1000200012 （理解用）
1) 闭口系统储存能变化： 闭口系统取其本身为参照系，没有宏观动能和宏观势能，闭口系统的储存能变化是该闭口系统终态的和初态的热力学能的差，即：
U U E sys 12-=∆ 公式( 1-17)
图 1-11 闭口系统
2) 稳定流动开口系统储存能变化：
在稳态稳流开口系统内，每一点的热力学和力学参数都不随时间变化，因此其系统的
储存能变化为0，即：0=∆E sys 公式( 1-18)
图 1-12 稳定流动开口系统
3） 冲气、漏气问题储气罐储存能变化：
冲气、漏气问题和闭口系统一样取其本身为参照系，没有宏观动能和宏观势能，其系
统的储存能变化是该系统终态的和初态的热力学能的差，（由于初、终态质量不同，其形式也不一样）即：1122u m u m E sys -=∆ 公式( 1-19)
1表示储气罐的初态，2表示储气罐的终态。

图 1-13 冲气、漏气问题
1.4. 过程
1.4.1. 过程
工质从某一状态过渡到另一状态所经历的全部状态变化称为热力过程，简称过程（process ）。

图 1-14实际过程和可逆过程
1.4.1.1. 实际过程
事物运动的方向是由非平衡状态到平衡状态。

实际上，工质从某一状态平衡过渡到另一平衡状态，所经历的全部状态必须是非平衡状态。

没有非平衡状态的势差（压力差、温度差等），实际过程就不能够进行。

势差是驱动实际过程进行的动力。

实际过程（Actual process）所经历状态是一个非平衡状态，有摩擦，有温差传热。

如绝热混合（Adiabatic mixing）、节流（Throttling）, 自由膨胀（Free expansion）。

实际过程经历的非平衡状态没有状态方程，不能用实点表示。

因此，实际过程只能用虚线表示个大概。

实际过程工程上很难计算，也不能用微积分。

为了对一些偏离非平衡状态比较小的过程进行工程计算，我们要引入下面的准静态过程和可逆过程。

1.4.1.
2. 准静态过程
准静态过程（quasi static process）进行地相当缓慢，以致所经历的状态是无限小地偏离平衡状态，有点摩擦，有点温差传热。

这样的过程在工程上有很多，迫切需要解决其功量、热量计算等问题。

由于一般机械的运动速度远小于气体分子运动速度600-1000m/s，因此多数机械的热力过程可以看作准静态过程。

准静态过程所经历的状态是无限小地偏离平衡状态，但还是非平衡状态，没有状态方程，图上也不是实点，因此理想化的还不够，为了满足数学上的严密性等，下面引入一个高度理想化的概念-可逆过程。

1.4.1.3. 可逆过程
可逆过程所经历的状态是一个平衡状态，无摩擦，无温差传热。

可逆过程（reversible process）的定义是：当系统进行正反两个过程后，系统与外界都能完全回复到初始状态，而不留下任何变化。

可逆过程的实质是：准静态过程+无能量贬值。

由功转变为热的现象称为耗散效应。

可逆过程进行的条件是：过程没有势差，过程没有耗散效应。

可逆过程有以下基本热力学过程：定温过程、定压过程、定容过程、定熵过程和多变过程等。

如图是一气缸活塞飞轮系统，初始状态1时气体在气缸内最大限度地被压缩，气缸内气体的温度为T1、压力为P1，飞轮的动能为零。

首先假定系统是不可逆的，即气缸活塞飞轮系统内有磨察、气缸活塞内气体与外届有温差传热。

如果给该系统一个小扰动，气体就会推动活塞对外做功，其中的一部分转变成飞轮的动能，一部分对环境做无用功，还有一部分通过磨察变成热被环境吸收。

到达状态2时，活塞停止对外做功，飞轮具有动能E2。

在从状态1到状态2的过程中，气缸内的气体温度降低。

由于气缸活塞内气体与外届有温差传热，吸收了来自外界的热量，到达状态2时气缸活塞内气体的温度T2比无温差传热时要高。

由于气缸活塞飞轮系统内有磨察，状态2时飞轮具有动能E2比无磨察时要小。

由于飞轮具有动能，这时活塞受连杆和外界空气的作用对内做功，就促使活塞沿着原路朝反方向运动，但使系统不能回到初始状态1。

如果想让系统回复到初始状态1，必须消耗足够多的外界功W out，同时活塞内气体必须向外界放出热量Q。

最后，系统回到初始状态1时，外界不能回到初始状态，即，外界消耗了功W out，外界得到了热量Q。