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单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件1第一篇工程热力学工程热力学第一章第一章 基本概念基本概念 1-11-1 热机、工质、热源热机、工质、热源与热力系统与热力系统热机热机： 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、内如蒸汽机、蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机和喷气发动机等燃机和喷气发动机等 清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l2工质工质： 实现热能和机械能之间转换的媒介物质 热源热源： 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、水蒸气等例如空气、燃气、水蒸气等 例如锅炉、循环水池、大气等例如锅炉、循环水池、大气等 提供热量的热源称为提供热量的热源称为高温热源高温热源；吸收热；吸收热量的热源称为量的热源称为低温热源低温热源清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l3热力系统热力系统： 在工程热力学中，通常选取一定的工质或在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为研究的对象，称之为空间作为研究的对象，称之为热力系统热力系统，简，简称称系统系统系统以外的物体称为。

系统以外的物体称为外界外界或或环境环境系统与外界之间的分界面称系统与外界之间的分界面称为为边界边界 边界边界闭口闭口系统系统（1 1）闭口系统闭口系统 与外界无物质交与外界无物质交换的系统系统的质换的系统系统的质量始终保持恒定，也量始终保持恒定，也称为称为控制质量系统控制质量系统 外界外界清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l4（2 2）开口系统开口系统 与外界有物质交与外界有物质交换的系统系统的容换的系统系统的容积始终保持不变，也积始终保持不变，也称为称为控制容积系统控制容积系统 进口进口出口出口（3 3）绝热系统绝热系统 与外界没有热量交换的系统与外界没有热量交换的系统4 4）孤立系统孤立系统 与外界既无能量（功、热量）与外界既无能量（功、热量）交换又无物质交换的系统交换又无物质交换的系统清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l51-21-2 平衡状态及基本状态参数平衡状态及基本状态参数 1. 1. 平衡状态平衡状态（1 1）状态（热力状态）状态（热力状态） 系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为系统的况称为系统的热力状态热力状态，简称，简称状态状态。

（2 2）平衡状态）平衡状态 系统内部各处的宏观性质均匀一致、不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随时间而变化的状态称为平衡状态平衡状态 系统内部不存在热量传递，即各处的温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度均匀一致的状态称为热平衡状态热平衡状态清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l6（4 4）非平衡状态）非平衡状态 系统内部存在不平衡势（温差或压差），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非平衡状态不能用状态参数来描写 状态参数的特点状态参数的特点： （3 3）状态参数）状态参数 用于描述系统平衡状态的物理量称为用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数状态参数，如温度、压力、比体积等如温度、压力、比体积等 状态确定，状态参数的数值也确定，反状态确定，状态参数的数值也确定，反之亦然清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l72. 2. 基本状态参数基本状态参数 工程热力学中常用的状态参数有工程热力学中常用的状态参数有压力压力、温度温度、比体积比体积、比热力学能比热力学能、比焓比焓、比熵比熵等等，其中可以直接测量的状态参数有，其中可以直接测量的状态参数有压力压力、温温度度、比体积比体积，称为，称为基本状态参数基本状态参数。

（1 1）压力）压力 单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）单位面积上所受到的垂直作用力（即压强） 单位单位 : : PaPa （帕帕），），1 1 PaPa =1 =1 N/ mN/ m2 2 ， 1 MPa = 103 kPa =106 Pa 清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l8常用非常用非SISI压力单位压力单位： 1 bar（巴） = 105 Pa 1 atm（标准大气压） = 1.013105 Pa 1 at （工程大气压） = 0.981105 Pa 1 mmH2O（毫米水柱） = 9.81 Pa1 mmHg （毫米汞柱） = 133.3 Pa 清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l9压力测量压力测量：绝对压力绝对压力 p p、大气压力pb、表压力pe、真空度pv 只有绝对压力只有绝对压力 p p 才是状态参数才是状态参数清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l10（2 2）温度）温度 温度是反映物体冷热程度的物理量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，这两个物体的温度将逐渐趋于一致，最终将达到达到热平衡热平衡（即温度相等）。

所以（即温度相等）所以温度是热平温度是热平衡的判据衡的判据 1 1）温度的物理意义）温度的物理意义温度相等温度相等 热平衡热平衡 清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l112 2）热力学第零定律）热力学第零定律： 如果两个物体中的每如果两个物体中的每一个都分别与第三个物体一个都分别与第三个物体处于热平衡，则这两个物处于热平衡，则这两个物体彼此也必处于热平衡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热力学第零定律是温度测量的理论依据 A AB BC3 3）温标）温标： 温度的数值表示法温度的数值表示法 建立温标的三个要素：建立温标的三个要素： a a . . 选择温度的固定点，规定其数值；选择温度的固定点，规定其数值；b. b. 确确定温度标尺的分度方法和单位；定温度标尺的分度方法和单位；c. c. 选择某随温选择某随温度变化的物性作为温度测量的度变化的物性作为温度测量的 依据清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l12摄氏温标摄氏温标: : 在标准大气压下，纯水的冰点温度为在标准大气压下，纯水的冰点温度为0 0 ，纯水的，纯水的沸点温度为沸点温度为100 100 ，纯水的三相纯水的三相点（固、液、汽三相平衡共存的状态点）温点（固、液、汽三相平衡共存的状态点）温度为度为0.010.01 。

瑞典天文学家摄尔修斯（瑞典天文学家摄尔修斯（CelsiusCelsius）于）于17421742年建立用摄氏温标确定的温度称为年建立用摄氏温标确定的温度称为摄摄氏温度氏温度，用符号，用符号t t 表示，单位为表示，单位为 选择水银的体积作为温度测量的物性，认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，并将为其随温度线性变化，并将0 0 100 100 温度下温度下的体积差均分成的体积差均分成100100份，每份对应份，每份对应1 1 清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l13 用热力学温标确定的温度称为用热力学温标确定的温度称为热力学温热力学温度度，用符号，用符号T T 表示，单位为表示，单位为 KK（开） 热力学温标（绝对温标）热力学温标（绝对温标）: : 英国物理学家开尔文（英国物理学家开尔文（Kelvin)Kelvin)在热力学在热力学第二定律基础上建立，也称第二定律基础上建立，也称开尔文温标开尔文温标 热力学温标取水的三相点为基准点，并热力学温标取水的三相点为基准点，并定义其温度为定义其温度为273.16 273.16 KK温差1 1KK相当于相当于水的水的三相点温度的三相点温度的1/273.161/273.16。

热力学温标热力学温标与与摄氏温标摄氏温标的关系：的关系：温差温差: :1 K = 1 1 K = 1 t t = = T T 273.15 273.15 KK清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l14 国际单位制（国际单位制（SISI）采用热力学温度）采用热力学温度T T作作为基本状态参数为基本状态参数4)4) 温度的测量温度的测量a. a. 接触式接触式水银温度计、酒精温度计水银温度计、酒精温度计热电偶、电阻温度计等热电偶、电阻温度计等b.b. 非接触式非接触式光学辐射高温计光学辐射高温计激光全息干涉仪激光全息干涉仪CARSCARS（相干反斯托克斯喇曼光谱）法（相干反斯托克斯喇曼光谱）法清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l15（3 3）比体积）比体积定义：定义： 单位质量的工质所占有的体积，用单位质量的工质所占有的体积，用符号符号v v表示，单位为表示，单位为 mm3 3/kg/kg 密度密度：单位体积工质的质量，用符号单位体积工质的质量，用符号 表示表示，单位为单位为 kg/ mkg/ m3 3 比体积比体积和和密度密度二者相关，通常以比体积作二者相关，通常以比体积作为状态参数为状态参数 。

清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l161-31-3 状态方程与状态参数坐标图状态方程与状态参数坐标图 （1 1）状态公理）状态公理 对于和外界只有热量和体积变化功（膨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，只需两胀功或压缩功）的简单可压缩系统，只需两个独立的参数（如个独立的参数（如p p、v v，p p、T T 或或v v、T T）便可便可确定它的确定它的平衡状态平衡状态 （2 2）状态方程式）状态方程式 表示表示状态参数之间关系的方程式称为状态参数之间关系的方程式称为状状态方程式态方程式 如：清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l17（3 3）状态参数坐标图）状态参数坐标图 在以两个独立状态参数为坐标的平面在以两个独立状态参数为坐标的平面坐标图上，每一点都代表一个坐标图上，每一点都代表一个平衡状态平衡状态 以独立状态参数为坐标的坐标图以独立状态参数为坐标的坐标图 清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l181-41-4 准平衡过程和可逆过程准平衡过程和可逆过程 （1 1）热力过程）热力过程 系统由一个状态到达另一个状态的变化过系统由一个状态到达另一个状态的变化过程。

程 清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l19（2 2）准平衡过程）准平衡过程（准静态过程准静态过程） 所经历的每一个状态都无限地接近平衡所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程状态的过程 在状态参数坐标在状态参数坐标图上，准平衡过程图上，准平衡过程可以近似地用连续可以近似地用连续的实线表示的实线表示 在系统内外的在系统内外的不平衡势不平衡势（如压力差、温（如压力差、温度差等）较小、过程进行较慢、度差等）较小、过程进行较慢、弛豫时间弛豫时间非非常短的情况下，可以将实际过程近似地看作常短的情况下，可以将实际过程近似地看作准平衡过程准平衡过程pv12清华大学热工基础工程热力学加传热学最新课件l20（3 3）可逆过程）可逆过程 如果系统完成了某如果系统完成了某一过程之后可以沿原路一过程之后可以沿原路逆行回复到原来的状态逆行回复到原来的状态，并且不给外界留下任，并且不给外界留下任何变化，这样的过程为何变化，这样的过程为可逆过程可逆过程 实际过程都是实际过程都是不可逆过程不可逆过程，如传热、混，如传热、混合、扩散、渗透、溶解、燃烧、电加热等合、扩散、渗透、溶解、燃烧、电加热等 可逆过程是一个理想过程。

可逆过程的可逆过程是一个理想过程可逆过程的条件：条件：准平衡过程准平衡过程无耗散效应无耗散。