高等工程热力学.pptx

工程热力学复习工程热力学复习1、基本概念、基本概念1）、工质：）、工质：热能转换为机械能（或是其他能量）热能转换为机械能（或是其他能量）的中间媒介物质。的中间媒介物质。2）、状态：）、状态：工质在热力变化过程中的某一瞬间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所呈现的宏观物理状况称为工质的热力学状态。简称状态。热力学状态。简称状态。例如：例如：水蒸气，水蒸气，氨等等。氨等等。分类分类 和外界只有能量交换而无物质和外界只有能量交换而无物质交换。交换。既有能量交换又有物质交换。既有能量交换又有物质交换。热力系统和外界无热量交换。热力系统和外界无热量交换。3）、热力系统：）、热力系统：人为分割出来作为热力学分析对象的人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。有限物质系统。开口系统：开口系统：绝热系统：绝热系统：闭口系统：闭口系统：孤立系统：孤立系统：热力系统和外界既无能量交换，热力系统和外界既无能量交换，又无物质交换。又无物质交换。4）、）、平衡状态平衡状态5）、准平衡过程：）、准平衡过程：热力学系统进行能量转换的过程中，如果过热力学系统进行能量转换的过程中，如果过程进行的相对缓慢，工质在平衡被破坏后能过自程进行的相对缓慢，工质在平衡被破坏后能过自动动回复回复平衡所需的时间（驰豫时间）很短，工质平衡所需的时间（驰豫时间）很短，工质有足够的时间来回复平衡，随时都有足够的时间来回复平衡，随时都不致显著偏离不致显著偏离平衡状态平衡状态，那么，这个过程就叫准平衡过程。又，那么，这个过程就叫准平衡过程。又叫准静态过程。叫准静态过程。6）、可逆过程：）、可逆过程：当工质经历某一热力学过程后如果有可能使工质沿当工质经历某一热力学过程后如果有可能使工质沿相同的路径相同的路径逆行而回复到原来的状态，并使相互作用中逆行而回复到原来的状态，并使相互作用中所涉及的外界也回复到原来的状态而不留下任何改变，所涉及的外界也回复到原来的状态而不留下任何改变，则这个过程就叫可逆过程。则这个过程就叫可逆过程。可逆过程与准平衡过程的可逆过程与准平衡过程的区别区别:1、准平衡过程只是着眼于、准平衡过程只是着眼于工质内部工质内部的平衡，有无外的平衡，有无外部机械摩擦对工质内部的平衡并无关系，准平衡过程部机械摩擦对工质内部的平衡并无关系，准平衡过程进行时进行时可能发生能量的耗散可能发生能量的耗散。2、可逆过程则是分析工质和外界作用产生的、可逆过程则是分析工质和外界作用产生的总效果总效果，不仅要求工质内部平衡，而且要求工质与外界的作用可以不仅要求工质内部平衡，而且要求工质与外界的作用可以无条件的逆复，过程进行时不存在任何耗散。无条件的逆复，过程进行时不存在任何耗散。7）、焓：）、焓：工质所具有的热力学能和推动功的和。工质所具有的热力学能和推动功的和。8）、熵（）、熵（entropy）：）：定义于定义于 可逆过程的换热量可逆过程的换热量工质温度工质温度第一章第一章 热力学系统的平衡热力学系统的平衡1.1平衡的概念，自发变化和稳定性的准则平衡的概念，自发变化和稳定性的准则一、例子一、例子：一个由隔板分开的一个由隔板分开的容器中分别装有两种气容器中分别装有两种气体，如果移去隔板，回体，如果移去隔板，回答下列的问题：答下列的问题：4）如果反应能够进如果反应能够进 行，那么这些气行，那么这些气 体的最终组成成体的最终组成成 分是什么？分是什么？2）如果产生混合则如果产生混合则 在什么情况下状在什么情况下状 态才不再进一步态才不再进一步 发生变化发生变化？3）如果考虑到这些如果考虑到这些 气体之间的化学气体之间的化学 反应，那么在这反应，那么在这 个条件下反应能个条件下反应能 否进行？否进行？1）这些气体是保持这些气体是保持 原来分隔开的状原来分隔开的状 态不变还是产生态不变还是产生 混合？混合？二、关于平衡的概念二、关于平衡的概念如果一个热力学系统有如果一个热力学系统有自发的状态变化，我们自发的状态变化，我们就说这个系统处于不平就说这个系统处于不平衡状态中。衡状态中。一个热力学系统如果没一个热力学系统如果没一个热力学系统如果没一个热力学系统如果没有引起状态变化的非平有引起状态变化的非平有引起状态变化的非平有引起状态变化的非平衡趋势，我们就说这个衡趋势，我们就说这个衡趋势，我们就说这个衡趋势，我们就说这个系统处于平衡状态之系统处于平衡状态之系统处于平衡状态之系统处于平衡状态之中中中中。功量功量热量热量质量质量传递传递区别表现区别表现 1 平衡状态：平衡状态：2 不平衡状态：不平衡状态：一个热力系统，如果在不受一个热力系统，如果在不受外界影响外界影响条件下，系条件下，系统的状态能够始终保持不变，则系统的这种状态称为统的状态能够始终保持不变，则系统的这种状态称为 平衡平衡状态。状态。包括多种平衡包括多种平衡化学平衡化学平衡热平衡热平衡力平衡力平衡 在工程热力学中，平衡的概念如下在工程热力学中，平衡的概念如下：返回返回 处于热力平衡状态的系统，只要不受外界影响处于热力平衡状态的系统，只要不受外界影响,它的状态就不会随时间改变，平衡也不会自发地破它的状态就不会随时间改变，平衡也不会自发地破坏；相反地，若系统受到外界影响，则不能保持平坏；相反地，若系统受到外界影响，则不能保持平衡状态。衡状态。只有在系统内或是系统与外界之间的一切不平衡只有在系统内或是系统与外界之间的一切不平衡的作用都不存在时，系统的一切宏观变化方可以停止，的作用都不存在时，系统的一切宏观变化方可以停止，此时热力系统所处的状态才是热力平衡状态。此时热力系统所处的状态才是热力平衡状态。综合两方面：综合两方面：电势电势引起的电流引起的电流 温差温差引起的热流引起的热流 压差压差引起的功传递引起的功传递 浓度差浓度差引起的质量流引起的质量流 共同特点：共同特点：存在各存在各种不平种不平衡趋势衡趋势举例：举例：作稍微深入一步的研究可知，所谓的系统平衡状作稍微深入一步的研究可知，所谓的系统平衡状态都指的是动态平衡，其主要特点如下：态都指的是动态平衡，其主要特点如下：1）系统的宏观指数系统的宏观指数压力压力温度温度比容比容熵熵不发生变化不发生变化焓焓2）当系统为当系统为单组分多相系统单组分多相系统时，表达宏观性质的状时，表达宏观性质的状 态特性可能在不同的相中有不同的数值。态特性可能在不同的相中有不同的数值。4）当系统处于当系统处于恒定恒定的外力场中，系统的特性值在不的外力场中，系统的特性值在不 同的位置处有不同值。同的位置处有不同值。概括以上四条，平衡状态是指在没有外界的影响下系统的概括以上四条，平衡状态是指在没有外界的影响下系统的状态状态不随时间改变。均匀指不随地点而改变。但对气相和液不随时间改变。均匀指不随地点而改变。但对气相和液相系统，达到平衡时系统也是均匀的。相系统，达到平衡时系统也是均匀的。3）当系统为当系统为多组分多相系统多组分多相系统时，同组分的各相之间时，同组分的各相之间 有不同的特性值，而且各相中的各个组成成分之有不同的特性值，而且各相中的各个组成成分之 间的浓度也可以不一样，但间的浓度也可以不一样，但不随时间变化不随时间变化的规律的规律 仍然成立。仍然成立。6）宏观的热动平衡并不意味着宏观的热动平衡并不意味着微观微观的平衡的平衡。7）系统从不平衡状态转到平衡状态所需要的时间称系统从不平衡状态转到平衡状态所需要的时间称 为为迟豫时间迟豫时间。迟豫时间的长短主要取决于迟豫过。迟豫时间的长短主要取决于迟豫过 程的性质。程的性质。8）宏观平衡状态中起伏的大小与系统中的宏观平衡状态中起伏的大小与系统中的分子数分子数有有 关，关，分子数越多，起伏就越小分子数越多，起伏就越小。所以，热动平衡。所以，热动平衡 是在是在有限体积系统有限体积系统的基础上建立起来的。这说明的基础上建立起来的。这说明 热动平衡的观点也与所取时间间隔和有限体积中热动平衡的观点也与所取时间间隔和有限体积中 所包含的分子数有关。所包含的分子数有关。5）达到热动平衡的系统，如果没有达到热动平衡的系统，如果没有外界作用外界作用，将一，将一 直停留在这个平衡状态，没有时间的限制。直停留在这个平衡状态，没有时间的限制。分分类类 2 稳定平衡稳定平衡1 亚稳平衡亚稳平衡3 不稳平衡不稳平衡 4 随迂平衡随迂平衡2、平衡的类别：、平衡的类别：9）从宏观的观点看，平衡状态要求所有的能量位从宏观的观点看，平衡状态要求所有的能量位 在整个系统是一致的，否则就会发生能量流动。在整个系统是一致的，否则就会发生能量流动。研究方法：研究方法：（虚过程虚过程）我们想象由于系统的一个或是几个特性的小的我们想象由于系统的一个或是几个特性的小的有限的变化，引起了系统状态的转换，我们确定这有限的变化，引起了系统状态的转换，我们确定这种转换的结果就可以确定系统原来状态的稳定性。种转换的结果就可以确定系统原来状态的稳定性。至于一个实际的系统究竟是什么类型的平衡还至于一个实际的系统究竟是什么类型的平衡还取决于加在系统上的约束条件。取决于加在系统上的约束条件。因此，在划定系统的同时还要指出相应的约束因此，在划定系统的同时还要指出相应的约束条件，才能正确的讨论系统的稳性。条件，才能正确的讨论系统的稳性。