1、多媒體教學課件沈陽工程學院能動學院第一章第一章 基本概念基本概念1-1 1-1 工質和熱力系統工質和熱力系統1-2 1-2 工質的熱力學狀態及基本狀態參數工質的熱力學狀態及基本狀態參數1-3 1-3 平衡狀態、狀態方程式、坐標圖平衡狀態、狀態方程式、坐標圖1-4 1-4 準靜態過程和可逆過程準靜態過程和可逆過程1-5 1-5 過程功和熱量過程功和熱量1-6 1-6 熱力循環熱力循環什么是工質？什么是工質？ 定義：實現能量轉化的媒介物質定義：實現能量轉化的媒介物質 制冷工程中又稱為制冷劑制冷工程中又稱為制冷劑 對工質的要求對工質的要求: :1 1）膨脹）膨脹性性 2 2）流動）流動性性3 3）熱

2、容量熱容量(比熱）比熱） 4 4）穩定性）穩定性，安全性，安全性5 5）對環境友善對環境友善 6 6）價廉）價廉，易大量獲取，易大量獲取 物質三態中氣態最適宜作為工質物質三態中氣態最適宜作為工質工質的舉例工質的舉例 火力發電、核電等火力發電、核電等 水蒸氣水蒸氣 太陽能、地熱發電、制冷設備等太陽能、地熱發電、制冷設備等 低沸點物質：氨、氟里昂低沸點物質：氨、氟里昂 內燃機、燃氣輪機內燃機、燃氣輪機 燃氣和空氣燃氣和空氣 熱力系統熱力系統? ?人為分割出來作為熱力學人為分割出來作為熱力學分析對象的分析對象的有限有限物質系統物質系統系統與外界之間的分界面系統與外界之間的分界面熱力系統以外的部分熱力

3、系統以外的部分熱力系統熱力系統（熱力系）（熱力系）外界外界界面（邊界）界面（邊界）系統與外界系統與外界通過通過邊界邊界進進行相互作用行相互作用1-鍋爐；2-汽輪機；3-凝汽器；4-水泵a）以鍋爐為熱力系統；b）以汽輪機為熱力系統； c）以整個蒸汽動力裝置為熱力系統熱力系的選取主要決定于熱力系的選取主要決定于研究任務研究任務劃分熱力系統舉例劃分熱力系統舉例選取熱力系時注意：選取熱力系時注意：v 邊界可以是實際存在的，邊界可以是實際存在的，也可以是假想的。也可以是假想的。（真空（真空容器）容器）v 邊界可以是固定的，邊界可以是固定的，也可以是變動的。也可以是變動的。v熱力系可以很大，但不能大到無限

4、。熱力系可以很大，但不能大到無限。v熱力系可以很小，但不能小到只包含少量分子，熱力系可以很小，但不能小到只包含少量分子，以致不能遵守統計平均規律。以致不能遵守統計平均規律。系統與外界通過邊界進行系統與外界通過邊界進行相互作用。相互作用。物質交換物質交換能量交換能量交換熱量交換熱量交換功量交換功量交換根據熱力系與外界的相根據熱力系與外界的相互作用，熱力系分為：互作用，熱力系分為：閉口系閉口系和外界無物質交換和外界無物質交換（控制質量系統）（控制質量系統）開口系開口系和外界有物質交換和外界有物質交換（控制容積、控制體）（控制容積、控制體）絕熱系絕熱系和外界無熱量交換和外界無熱量交換（可以有功量和物

5、質交換）（可以有功量和物質交換）孤立系孤立系和外界無任何相互作用和外界無任何相互作用1234mQW1 開口系開口系非孤立系非孤立系相關外界相關外界孤立系孤立系1+2 閉口系閉口系1+2+3 絕熱閉口系絕熱閉口系1+2+3+4 孤立系孤立系系統及邊界示例系統及邊界示例 汽車發動機汽車發動機開口系統開口系統 汽缸汽缸- -活塞裝置（閉口系例）活塞裝置（閉口系例） 氣缸進、排氣閥都關閉時，取氣缸進、排氣閥都關閉時，取氣缸內工質為系統氣缸內工質為系統閉口系統閉口系統進排氣及燃燒膨脹過程一起研進排氣及燃燒膨脹過程一起研究，取氣缸為系統究，取氣缸為系統開口系統開口系統 移動和虛構邊界移動和虛構邊界1 1、

6、系統內質量保持恒定的熱力系一定是閉口系。、系統內質量保持恒定的熱力系一定是閉口系。2 2、孤立系一定是絕熱閉口系。、孤立系一定是絕熱閉口系。3 3、絕熱閉口系一定是孤立系。、絕熱閉口系一定是孤立系。XX1-2 1-2 工質的熱力學狀態及基本狀態參數工質的熱力學狀態及基本狀態參數狀態狀態：工質某一瞬間所呈現的宏觀物理狀況工質某一瞬間所呈現的宏觀物理狀況狀態參數狀態參數：描述工質所處狀態的宏觀物理量：描述工質所處狀態的宏觀物理量基本狀態參數基本狀態參數可直接測量可直接測量溫度、壓力、比體積、熱力學能、焓、熵溫度、壓力、比體積、熱力學能、焓、熵熱力學中常用的熱力學中常用的6 6個狀態參數：個狀態參數

7、：一、溫度一、溫度 宏觀上：物體冷熱程度的標志宏觀上：物體冷熱程度的標志 微觀上：物質分子熱運動激烈程度的標志微觀上：物質分子熱運動激烈程度的標志溫度計：溫度計：測量溫度的儀器測量溫度的儀器溫標溫標：溫度的數值表示法溫度的數值表示法攝氏溫標攝氏溫標符號：符號：t單位：單位：水的三相點溫度水的三相點溫度為為0.01常用常用熱力學溫標熱力學溫標（又稱：絕對溫標、（又稱：絕對溫標、開爾文溫標）開爾文溫標）符號：符號：T單位：單位：K (K (開爾文開爾文) )規定水的三相點溫度為規定水的三相點溫度為273.16K273.16KT= t+273.15溫度間隔相等溫度間隔相等二者無實質差異，二者無實質差

8、異，僅零點取值不同僅零點取值不同常用溫標之間的關系常用溫標之間的關系絕對絕對K攝氏攝氏 華氏華氏F100373.150.01273.160273.15-17.80-273.1521237.8100032-459.67冰熔點冰熔點水三相點水三相點鹽水熔點鹽水熔點發燒發燒水沸點水沸點溫標的換算溫標的換算O 273.15T Kt CO5( 32)9t Ct F二、壓力二、壓力壓力（壓強）：單位面積上所受的垂直作用力壓力（壓強）：單位面積上所受的垂直作用力壓力計：測量工質壓力的儀器。壓力計：測量工質壓力的儀器。 常見的有常見的有U U型管壓力計和彈簧管壓力計。型管壓力計和彈簧管壓力計。（atm , 1

9、atm=101325 Paatm , 1atm=101325 Pa）巴巴（bar,1bar=10bar,1bar=105 5PaPa）工程大氣壓（工程大氣壓（1at=0.9811at=0.981* *105pa）毫米汞柱（毫米汞柱（1mmHg=133Pa)1mmHg=133Pa)毫米水柱（毫米水柱（mmHmmH2 2O=13.6Pa)O=13.6Pa)工程單位：工程單位：帕斯卡帕斯卡( (帕帕) Pa) Pa1 Pa=1N/m1 Pa=1N/m2 2國際單位：國際單位：1 kPa = 103 Pa 1 MPa = 106 PaAFp 壓力計測壓元壓力計測壓元件處于某種環件處于某種環境壓力作用下

10、，境壓力作用下，因此因此測得的壓測得的壓力是真實壓力力是真實壓力與環境壓力之與環境壓力之差。差。絕對壓力絕對壓力p p 工質的真實壓力工質的真實壓力表壓力表壓力p pe e p pe e= p - p= p - pb b ( (p p p pb b) )真空度真空度p pv v p pv v= p= pb b - p - p ( (p p 熱力系有足夠時間熱力系有足夠時間恢復被破壞的平衡恢復被破壞的平衡 例：例： 2 2沖程活塞式內燃機，活沖程活塞式內燃機，活塞運動速度塞運動速度= =10 m/s10 m/s，壓力波恢，壓力波恢復平衡速度（聲速）復平衡速度（聲速）350 m/s350 m/s。

11、二、可逆過程和不可逆過程二、可逆過程和不可逆過程準平衡過程著眼于系統內部平衡，不排斥準平衡過程著眼于系統內部平衡，不排斥耗散效應耗散效應。引入一個更引入一個更徹底的理想徹底的理想化過程化過程可逆過程可逆過程 如果系統完成某一熱力過程后，再沿原來路徑如果系統完成某一熱力過程后，再沿原來路徑逆向運行時，能使逆向運行時，能使系統和外界系統和外界都返回到都返回到原來的狀態原來的狀態，而而不留下任何變化不留下任何變化，則這一過程稱為可逆過程，否，則這一過程稱為可逆過程，否則為不可逆過程。則為不可逆過程。可逆過程的特征：可逆過程的特征：q實現可逆過程的條件：實現可逆過程的條件：1 1）準靜態過程）準靜態過

12、程2 2）無）無耗散效應耗散效應II. 有摩擦的準靜態過程有摩擦的準靜態過程III. 可逆過程可逆過程不平衡勢差無限小不平衡勢差無限小實際過程都是實際過程都是不可逆過程不可逆過程I. 非平衡過程非平衡過程準平衡過程只要求系統內部平衡，不排斥耗準平衡過程只要求系統內部平衡，不排斥耗散效應。散效應。可逆過程不僅要求系統內部平衡，而且要求可逆過程不僅要求系統內部平衡，而且要求工質和外界可以無條件地逆復，過程進行時不存工質和外界可以無條件地逆復，過程進行時不存在任何能量耗散。在任何能量耗散。 可逆過程必是準平衡過程。準平衡過程只是可逆過程必是準平衡過程。準平衡過程只是可逆過程的必要條件之一。可逆過程的

13、必要條件之一。 無任何耗散效應的準靜態過程是可逆過程，無任何耗散效應的準靜態過程是可逆過程，反之亦然。反之亦然。準平衡過程與可逆過程的區別和聯系：準平衡過程與可逆過程的區別和聯系： 實際過程非常復雜。熱力學中先按可逆過程處實際過程非常復雜。熱力學中先按可逆過程處理，然后考慮不可逆因素加以修正，即可得到實際理，然后考慮不可逆因素加以修正，即可得到實際過程的結果。過程的結果。可逆過程的功與熱完全可用系統內工質的狀態參可逆過程的功與熱完全可用系統內工質的狀態參數表達，可不考慮系統與外界的復雜關系，易分析。數表達，可不考慮系統與外界的復雜關系，易分析。易于揭示過程規律和本質。易于揭示過程規律和本質。可

14、逆過程是實際過程的理想極限，可作為實際可逆過程是實際過程的理想極限，可作為實際過程的比較標準。過程的比較標準。 實際過程都是不可逆過程，那么研究實際過程都是不可逆過程，那么研究可逆過程有何意義？可逆過程有何意義？有人說，不可逆過程是熱力系無法恢有人說，不可逆過程是熱力系無法恢復到初始狀態的過程，這種說法對嗎？復到初始狀態的過程，這種說法對嗎？為什么？為什么？X一、過程功一、過程功1-5 1-5 過程功和熱量過程功和熱量功的表達式WFdxWFdxWpdVWpdVp pV. .12. .WdV 準靜態過程功可用準靜態過程功可用p p- -V V圖中圖中曲線下的面積表示。曲線下的面積表示。 功為功為

15、過程量過程量，因其不僅與初終，因其不僅與初終態相關，且與過程相關。態相關，且與過程相關。 過程量的微元用過程量的微元用 表示，狀態表示，狀態量的微元用量的微元用d d表示。積分后結果表示。積分后結果不同。不同。 僅適用于準靜態僅適用于準靜態過程（包括可逆過程），非準靜態過程（包括可逆過程），非準靜態過程不可用，虛線下面積亦非功。過程不可用，虛線下面積亦非功。21wpdvpV. .12. .示功圖示功圖 W 閉口系工質膨脹作出的功，一部分因摩擦而耗散，閉口系工質膨脹作出的功，一部分因摩擦而耗散，一部用以反抗大氣壓力作功，余下的才是可被利用的一部用以反抗大氣壓力作功，余下的才是可被利用的功，稱為有

16、用功。功，稱為有用功。lruWWWWVpVVpWr0120)()(12021,VVppdVWreu其中排斥大氣功：其中排斥大氣功：對可逆過程，有用功：對可逆過程，有用功：pp0求兩過程中氣體的膨脹功。求兩過程中氣體的膨脹功。兩過程初、終態兩過程初、終態相同，但中間途相同，但中間途徑不同，因而膨徑不同，因而膨脹功不同。脹功不同。例例解解)(2)()(212212212121VVbVVadVbVapdVW1211212121lnVVVpVdVpVpdVW二、過程熱量熱量如何表達？熵的定義revQdSTrevqdsT熵的說明示熱圖（T-s圖）21QT dS二、過程熱量二、過程熱量熱力系統與外界之間由

17、于溫度熱力系統與外界之間由于溫度不同而通過邊界傳遞的能量。不同而通過邊界傳遞的能量。 規定：熱力系吸熱為正，放熱為負。規定：熱力系吸熱為正，放熱為負。 對對m kg工質，單位：工質，單位：J，kJ。 用用 Q 表示。表示。 對對1 kg工質，單位：工質，單位：J/kg，kJ/kg。 用用 q 表示。表示。2121TdsqTdsq 可逆過程熱量計算：可逆過程熱量計算： 區分：過程量和狀態量。區分：過程量和狀態量。o 功和熱量是過程量。只有在能量傳遞或轉換功和熱量是過程量。只有在能量傳遞或轉換過程中才有功和熱量。過程中才有功和熱量。o 說物系在某狀態下有多少功或多少熱量是說物系在某狀態下有多少功或

18、多少熱量是無意義的、錯誤的。無意義的、錯誤的。 熱量為熱量為過程量過程量，因其不，因其不僅與初終態相關，且與過僅與初終態相關，且與過程相關。程相關。 可逆過程熱量可用可逆過程熱量可用T-s圖圖中曲線下面積表示。中曲線下面積表示。1 1、溫度高的物體比溫度低的物體具有更多的、溫度高的物體比溫度低的物體具有更多的熱量，這種說法對嗎？熱量，這種說法對嗎？3 3、溫度、壓力、體積、膨脹功、熱量中，哪、溫度、壓力、體積、膨脹功、熱量中，哪些是狀態量，哪些是過程量？些是狀態量，哪些是過程量？ X2 2、熱量是指儲存于物體內部的熱能量。、熱量是指儲存于物體內部的熱能量。X1 1、某過程可在、某過程可在p-vp-v圖中用實線表示，則必為準靜態過程圖中用實線表示，則必為準靜態過程2 2、某過程可在、某過程可在p-vp-v圖中用實線表示，則必為可逆過程。圖中用實線表示，則必為可逆過程。3 3、某過程如圖所示，則曲線、某過程如圖所示，則曲線 下面積表示膨脹功。下面積表示膨脹功。4 4、工質經歷一不可逆過程后不能回到原狀態。、工質經歷一不可逆過程后不能回到原狀態。5 5、可逆過程肯定是準靜態過程。、可逆過程肯定是準靜態過程。6 6、如右圖所示，有、如右圖所示，有21212121 , babaTTwwpV. .12. .pv