工程热力学 第一章1整理知识点第三版

工程热力学第三版

沈维道蒋智敏童钧耕合编

第一章基本概念

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) , 统称热能动力装置。热能动力装置可分为蒸汽动力装置及燃气动力装置。

热能和机械能相互转化的媒介物质叫做工质; 把工质从中吸取热能的物系叫做热源, 或称高温热源; 把接受

工质排出热能的物系叫做冷源,或称低温热源。

热能动力装置的工作过程可概括成:工质自高温热源吸热, 将其中一部分转化为机械能而作功,并把余下部分传给低温热源。

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, 周围物体统称外界。系统和外界之间的分界面叫做边界。

闭口系统:热力系统和外界只有能量交换而无物质交换。闭口系统内的质量保持恒定不变,所以闭口系统又叫做控制质量。稳定流动系统内质量也保持恒定

开口系统:热力系统和外界不仅有能量交换而且有物质交换。开口系统中的能量和质量都可以变化, 但这种变化通常是

在某一划定的空间范围内进行的,所以开口系统又叫做控制容积, 或控制体。

绝热系统:热力系统和外界无热量交换。(绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热力学能不在其中。)孤立系统:热力系统和外界既无能量交换又无物质交换。孤立系统的一切相互作用都发生在系统内部。

热力工程中,最常见的热力系是由可压缩流体(如水蒸气、空气、燃气等) 构成的。这类热力系若与外界可逆的功交换只有体积变化功(膨胀功或压缩功) 一种形式,则该系统称为简单可压缩系。工程热力学讨论的大部分系统都是简单可压缩系。

工质在热力变化过程中的某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力学状态, 简称状态。描述工质所处状态的宏观物理量称为状态参数。状态参数一旦完全确定, 工质的状态也就确定了,因而状态参数是热力系统状态的单值函数, 它的值取决于给定的状态,而与如何达到这一状态的途径无关。状态参数的这一特性表现在数学上是点函数,其微元差是全微分, 而全微分沿闭合路线的积分等于零。研究热力过程时, 常用的状态参数有压力p、温度T、体积V、热力学能(以前称为内能) U、焓H 和熵S, 其中压力、温度及体积可直接用仪器测量,使用最多, 称为基本状

态参数。压力和温度与系统质量无关, 称为强度量; 体积、热力学

能、焓和熵等与系统质量成正比, 具有可加性,称做广延量。广延量的比参数, 例如比体积、比热力学能、比焓和比熵, 即单位质量工质的体积、热力学能、焓和熵,又具有强度量的性质, 不具有可加性。工程热力学中通常用v 作为独立参数。

温度是物体冷热程度的标志。

温度计测温的基本原理:热力学第零定律

从微观上看,温度标志物质分子热运动的激烈程度。对于气体, 它是大量分子平移动能平均值的量度。

测量温度的仪器称做温度计,选作温度计的感应元件的物体应具备某种物理性质,它随物体的冷热程度不同有显著的变化(如金属丝的电阻、封在细管中的水银柱的高度等)。为了给温度确定数值, 还应建立温标—温度的数值表示法。摄氏温标规定: 在标准大气压下纯水的冰点是0 ℃, 汽点是 100 ℃, 而其他温度的数值由作为温度标志的物理量(金属丝电阻、水银柱高度等)的线性函数来确定。

经验温标:采用任意一种温度标定规则所得到的温标。经验温标的缺点:测温结果依赖于测温物质的性质,不同测温物质的测温结果有较大的误差。

国际上规定热力学温标作为测量温度的最基本温标, 它是根据热力学第二定律的基本原理制定的,与测温物质的特性无关, 成为度量温度的标准。

热力学温标的温度单位是开尔文, 符号为K(开) , 把水的三相点的温度, 即水的固相、液相、气相平衡共存状态的温度作为单一基准点, 并规定为 273.16 K。因此,热力学温度单位“开尔文”是水的三相点温度的1 /273.16。1960 年, 国际计量大会通过决议, 规定摄氏温度由热力学温度移动零点来

获得,即 t = T - 273.15 K

式中: t 为摄氏温度, 其单位为摄氏度, 符号为℃; T 为热力学温度。这样规定的摄氏温标称为热力学摄氏温标。摄氏温标和热力学温标并无实质差异,而仅仅只是零点取值的不同。

单位面积上所受的垂直作用力称为压力(即压强)。分子运动学说把气体的压力看作是大量气体分子撞击器壁的平均结果。

压力计的测压元件处于某种环境压力的作用下,因此压力计所测得的压力是工质的真实压力(或称绝对压力)，与环境介质压力之差,叫做表压力或真空度。

工质绝对压力p 与大气压力p b 及表压力p e 或真空度p

v 当绝对压力大于大气压力，

p = p b + p e ，p e 表示测得的差数, 称为表压力。工质的绝对压力低于大气压力则 p = p b - p v 式中

p v 也表示测得的差数, 称为真空度。此时测量压力的仪表叫做真空计。

作为工质状态参数的压力应该是绝对压力。大气压力是地面以上空气柱的重量所造成的, 它随着各地的纬度、高度和气候条件而有些变化, 可用气压计测