热工基础第一章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一篇,工程热力学,1,第一章 基本概念,1-1,热机、工质、热源,与热力系统,热机,：,能将热能转换为机械能的机器。,如蒸汽机、蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机和喷气发动机等。,2,工质,：,实现热能和机械能之间转换的媒介物质,。,热源,：,本身热容量很大，且在放出或吸收有限量热量时自身温度及其它热力学参数没有明显变化的物体。,例如空气、燃气、水蒸气等。,例如锅炉、循环水池、大气等。,提供热量的热源称为,高温热源,；吸收热量的热源称为,低温热源,。,3,热力系统,：,在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为研究的对象，称之为,热力系统,，简称,系统,。系统以外的物体称为,外界,或,环境,。系统与外界之间的分界面称,为,边界,。,边界,闭口系统,（,1,）,闭口系统,与外界无物质交换的系统。系统的质量始终保持恒定，也称为,控制质量系统,。,外界,4,（,2,）,开口系统,与外界有物质交换的系统。系统的容积始终保持不变，也称为,控制容积系统,。,进口,出口,（,3,）,绝热系统,与外界没有热量交换的系统。,（,4,）,孤立系统,与外界,既无能量（功、热量）交换又无物质交换的系统。,5,1-2,平衡状态及基本状态参数,1.,平衡状态,（,1,）状态（热力状态）,系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为系统的,热力状态,，简称,状态,。,（,2,）平衡状态,系统内部各处的宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为,平衡状态,。,系统内部不存在热量传递，即各处的温度均匀一致的状态称为,热平衡状态,。,6,（,4,）非平衡状态,系统内部存在不平衡势（温差或压差），因此存在能量或质量传递的宏观物理状况。非平衡状态不能用状态参数来描写。,状态参数的特点,：,（,3,）状态参数,用于描述系统平衡状态的物理量称为,状态参数,，如温度、压力、比体积等。,状态确定，状态参数的数值也确定，反之亦然。,7,2.,基本状态参数,工程热力学中常用的状态参数有,压力,、,温度,、,比体积,、,比热力学能,、,比焓,、,比熵,等，其中可以直接测量的状态参数有,压力,、,温度,、,比体积,，称为,基本状态参数,。,（,1,）压力,单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）,单位,:,Pa,（,帕,），,1,Pa,=1,N/m,2,，,1,MPa,=10,3,kPa,=10,6,Pa,8,常用非,SI,压力单位,：,1,bar,（,巴,）,=10,5,Pa,1,atm,（,标准大气压,）,=1.013,10,5,Pa,1,at,（,工程大气压,）,=0.981,10,5,Pa,1,mmH,2,O,（,毫米水柱,）,=9.81,Pa,1,mmHg,（,毫米汞柱,）,=133.3,Pa,9,压力测量,：,绝对压力,p,、,大气压力,p,b,、,表,压力,p,e,、,真空度,p,v,只有绝对压力,p,才是状态参数。,10,（,2,）温度,温度是反映物体冷热程度的物理量。温度的高低反映物体内部微观粒子热运动的强弱。,当两个温度不同的物体相互接触时，它们之间将发生热量传递，如果没有其它物体影响，这两个物体的温度将逐渐趋于一致，最终将达到,热平衡,（即温度相等）。所以,温度是热平衡的判据,。,1,）温度的物理意义,温度相等,热平衡,11,2,）热力学第零定律,：,如果两个物体中的每一个都分别与第三个物体处于热平衡，则这两个物体彼此也必处于热平衡。,热力学第零定律是温度测量的理论依据,。,A,B,C,3,）温标,：,温度的数值表示法。,建立温标的三个要素：,a.,选择温度的固定点，规定其数值；,b.,确定温度标尺的分度方法和单位；,c.,选择某随温度变化的物性作为温度测量的 依据。,12,摄氏温标,:,在标准大气压下，纯水的冰点温度为,0,，纯水的,沸点温度为,100,，,纯水的三相点（固、液、汽三相平衡共存的状态点）温度为,0.01,。,瑞典天文学家摄尔修斯（,Celsius,）于,1742,年建立。用摄氏温标确定的温度称为,摄氏温度,，用符号,t,表示，单位为,。,选择水银的体积作为温度测量的物性，认为其随温度线性变化，并将,0,100,温度下的体积差均分成,100,份，每份对应,1,。,13,用热力学温标确定的温度称为,热力学温度,，用符号,T,表示，单位为,K,（,开）。,热力学温标（绝对温标）,:,英国物理学家开尔文（,Kelvin),在热力学第二定律基础上建立，也称,开尔文温标。,热力学温标取水的三相点为基准点，并定义其温度为,273.16,K,。,温差,1,K,相当于,水的三相点温度的,1/273.16,。,热力学温标,与,摄氏温标,的关系：,温差,:,1 K=1,t,=,T,273.15,K,14,国际单位制（,SI,）,采用热力学温度,T,作为基本状态参数。,4),温度的测量,a.,接触式,水银温度计、酒精温度计,热电偶、电阻温度计等。,b.,非接触式,光学辐射高温计,激光全息干涉仪,CARS,（,相干反斯托克斯喇曼光谱）法,15,（,3,）比体积,定义：,单位质量的工质所占有的体积，用符号,v,表示，单位为,m,3,/kg,。,密度,：,单位体积工质的质量，用符号,表示,，,单位为,kg/m,3,。,比体积,和,密度,二者相关，通常以比体积作为状态参数,。,16,1-3,状态方程与状态参数坐标图,（,1,）状态公理,对于和外界只有热量和体积变化功（膨胀功或压缩功）的简单可压缩系统，只需两个独立的参数（如,p,、,v,，,p,、,T,或,v,、,T,）,便可确定它的,平衡状态,。,（,2,）状态方程式,表示,状态参数之间关系的方程式称为,状态方程式,。如：,17,（,3,）状态参数坐标图,在以两个独立状态参数为坐标的平面坐标图上，每一点都代表一个,平衡状态,。,以独立状态参数为坐标的坐标图。,18,1-4,准平衡过程和可逆过程,（,1,）热力过程,系统由一个状态到达另一个状态的变化过程。,19,（,2,）准平衡过程,（,准静态过程,）,所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。,在状态参数坐标图上，准平衡过程可以近似地用连续的实线表示。,在系统内外的,不平衡势,（如压力差、温度差等）较小、过程进行较慢、,弛豫时间,非常短的情况下，可以将实际过程近似地看作准平衡过程。,p,v,1,2,20,（,3,）可逆过程,如果系统完成了某一过程之后可以沿原路逆行回复到原来的状态，并且不给外界留下任何变化，这样的过程为,可逆过程,。,实际过程都是,不可逆过程,，如传热、混合、扩散、渗透、溶解、燃烧、电加热等。,可逆过程是一个理想过程。可逆过程的条件：,准平衡过程,无耗散效应,。,21,1-5,功量与热量,1.,功量与示功图,(1),膨胀功,工质在体积膨胀时所作的功称为,膨胀功,。,符号：,W,单位：,J,或,kJ,对于,微元可逆过程，,对于可逆过程,1,2,：,22,单位质量工质所作的膨胀功用符号,w,表示，,单位为,J/kg,或,kJ/kg,。,(2),示功图,（,p-v,图,）,功,是,过程量,而不是,状态量,。,膨胀：,d,v,0,w,0,压缩：,d,v,0,w,0,;,系统放热：,q,0,。,热量,和,功量,都是系统与外界在相互作用的过程中所传递的能量，都是,过程量,而不是,状态量,24,在可逆过程中，系统与外界交换的热量与功量的计算公式具有相同的形式。,功量,：,热量,：,s,称为,比熵,。,比熵,同,比体积,v,一样是工质的状态参数。,比熵,的定义式：,（可逆过程）,比熵,的单位为,J/(kgK),或,kJ/(kgK),。,25,对于质量为,m,的工质，,S,为质量为,m,的工质的熵，单位是,J/K,。,根据熵的变化判断一个可逆过程中系统与外界之间热量交换的方向：,系统吸热；,，,，,系统放热。,，,，,系统绝热，,定熵过程,。,，,，,26,（,2,）,示热图,（,T,-,s,图,）,在可逆过程中单位质量工质与外界交换的热量可以用,T,-,s,图,（,温熵图,）上过程曲线下的面积来表示。,温熵图,也称,示热图,27,