工程热力学-第1章-基本概念及定义课件.ppt

工程热力学西安交通大学热流中心 吴江涛 Email:第一章第一章 基本概念及定义基本概念及定义第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心目录目录 1-1 1-1 热力系统热力系统 1-2 1-2 工质的热力学状态及其基本状态参数工质的热力学状态及其基本状态参数 1-3 1-3 平衡状态、平衡方程、坐标图平衡状态、平衡方程、坐标图 1-4 1-4 工质的状态变化过程工质的状态变化过程 1-5 1-5 过程功和热量过程功和热量 1-6 1-6 热力循环热力循环第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心第1-1节 热力系统热力系统热力系统（热力系、系统热力系、系统）人为划定的一定范围内的研究对象人为划定的一定范围内的研究对象一、热力系统定义一、热力系统定义 外界外界 热力系统以外的部分热力系统以外的部分 边界边界 系统与外界之间的分界面系统与外界之间的分界面系统系统系统系统与与与与外界外界外界外界的作用都通过的作用都通过的作用都通过的作用都通过边界边界边界边界第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心一、热力系统定义一、热力系统定义锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器只交换功只交换功只交换功只交换功只交换热只交换热只交换热只交换热既交换功既交换功既交换功既交换功也交换热也交换热也交换热也交换热热力系统选取的人为性热力系统选取的人为性第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心二、热力系统分类二、热力系统分类根据系统与外界物质交换、热量交换的情况根据系统与外界物质交换、热量交换的情况（1 1）闭口系统闭口系统：系统与外界：系统与外界有能量有能量、无物质无物质交换交换 闭口系统内的质量保持恒定不变，所以闭口系统又叫闭口系统内的质量保持恒定不变，所以闭口系统又叫做做控制质量控制质量。

第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心二、热力系统分类二、热力系统分类根据系统与外界物质交换、热量交换的情况根据系统与外界物质交换、热量交换的情况（2 2）开口系统开口系统：系统与外界：系统与外界有能量、有物质有能量、有物质交换交换 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控制容积，或控制体积，或控制体第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心二、热力系统分类二、热力系统分类根据系统与外界物质交换、热量交换的情况根据系统与外界物质交换、热量交换的情况（3 3）绝热系统绝热系统：系统与外界：系统与外界无热量无热量交换交换 冷源冷源WW把冷源包括在内的绝热系统把冷源包括在内的绝热系统把冷源包括在内的绝热系统把冷源包括在内的绝热系统第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心二、热力系统分类二、热力系统分类根据系统与外界物质交换、热量交换的情况根据系统与外界物质交换、热量交换的情况（4 4）孤立系统孤立系统：系统与外界：系统与外界无物质、无能量无物质、无能量交换交换 孤立系统的孤立系统的一切相互作用都一切相互作用都发生系统内部。

发生系统内部第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心二、热力系统分类二、热力系统分类闭口系：闭口系：与外界与外界无物质交换无物质交换的系统的系统 CM 开口系：开口系：与外界与外界有物质交换有物质交换的系统的系统 CV 按物质交换按物质交换简单可压缩系：简单可压缩系：热力系与外界只有热力系与外界只有热量热量和和可逆体积变化可逆体积变化 功功的交换孤立系：孤立系：与外界与外界无任何能量和物质交换无任何能量和物质交换的热力系的热力系绝热系：绝热系：与外界与外界无热量无热量交换的系统交换的系统热热 源：源：与外界仅有热量的交换，且有限热量的交换与外界仅有热量的交换，且有限热量的交换 不引起系统温度变化的热力系统不引起系统温度变化的热力系统按能量交换按能量交换第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心二、热力系统分类二、热力系统分类以系统与外界关系划分：以系统与外界关系划分：有有 无无是否传质是否传质 开口系开口系 闭口系闭口系是否传热是否传热 非绝热系非绝热系 绝热系绝热系是否传功是否传功 非绝功系非绝功系 绝功系绝功系是否传热、功、质是否传热、功、质 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系第1-2节 热力系统第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心三、工质三、工质用来实现能量相互转换的媒介物质称为用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。

工质工质工质理想气体理想气体 实际气体实际气体 蒸蒸 气气 第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心第1-2节 工质的热力学状态及其基本状态参数一、热力学状态一、热力学状态热力系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况热力系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况简称状态简称状态)二、状态参数二、状态参数 定义：定义：描述系统状态的宏观物理量描述系统状态的宏观物理量第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心2 2 2 2、积分特征：积分特征：积分特征：积分特征：状参变化量与路径无关，只与初终态有关状参变化量与路径无关，只与初终态有关状参变化量与路径无关，只与初终态有关状参变化量与路径无关，只与初终态有关 3 3 3 3、微分特征：微分特征：微分特征：微分特征：全微分全微分全微分全微分数学上：数学上：点函数、状态函数例：温度变化，高度变化例：温度变化，高度变化设设 z z=z z(x x,y y)充要条件：1 1a ab b2 2状态参数的状态参数的特征特征：1 1 1 1、单值性：单值性：单值性：单值性：状态确定，则状态参数也确定，反之亦然状态确定，则状态参数也确定，反之亦然状态确定，则状态参数也确定，反之亦然状态确定，则状态参数也确定，反之亦然第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心 按与所含工质的量有关否按与所含工质的量有关否分类：分类：二、状态参数二、状态参数 广延量参数：广延量参数：有关，如有关，如 H、U、S 等，广延量参数等，广延量参数 具有可加性具有可加性 强度量参数：强度量参数：无关，如无关，如 p、T、v，u，h 等等 注意：广延量的比参数（单位质量工质的体积、热力学能等）具有广延量的比参数（单位质量工质的体积、热力学能等）具有强度量的性质，不具有可加性。

强度量的性质，不具有可加性第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心 按是否直接或易测按是否直接或易测基本状态参数：基本状态参数：可以直接或易测的状态参数如可以直接或易测的状态参数如p、v 和和T 非基本状态参数：非基本状态参数：不能直接或易测的状态参数如不能直接或易测的状态参数如H，S，U 等等 第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心三、温度三、温度温度计温度计第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心三、温度三、温度温度温度T 的一般定义的一般定义传统：传统：冷热程度的度量感觉，导热，热容量冷热程度的度量感觉，导热，热容量微观：微观：衡量分子平均动能的量度衡量分子平均动能的量度 T 0.5 m w 21)同同T,0.5mw 2 不同，如碳固体和碳蒸气不同，如碳固体和碳蒸气2)0.5mw 2总总 0,T 0,1951年核磁共振法对氟化年核磁共振法对氟化锂晶体的实验发现负的开尔文温度锂晶体的实验发现负的开尔文温度3)T=0 0.5mw 2=0 分子一切运动停止，零点能分子一切运动停止，零点能第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心三、温度三、温度1.1.温度的温度的科学定义科学定义 温度是决定系统间是否存在热平衡的宏观物理量。

温度是决定系统间是否存在热平衡的宏观物理量热力学第零定律热力学第零定律 温度测量的基础处于热平衡的两物体，如果分处于热平衡的两物体，如果分别和第三个物体处于热平衡，则别和第三个物体处于热平衡，则这两个物体之间必然处于热平衡这两个物体之间必然处于热平衡第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心2.2.温度的数值表示法温度的数值表示法温标温标 热力学温标：热力学温标：理论温标，符号理论温标，符号T ，单位，单位K经验温标：经验温标：摄氏温标（摄氏温标（）、华氏温标（）、华氏温标（O OF F）国际实用温标：国际实用温标：（ITS90）经验温标建立的三要素：经验温标建立的三要素：t（）=T（K）-273.15 第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心常用温标之间关系对比常用温标之间关系对比绝对绝对K摄氏摄氏 华氏华氏F朗肯朗肯R100373.150.01273.160273.15-17.8-273.15212671.6737.8100032459.67491.67冰熔点冰熔点水三相点水三相点盐水沸点盐水沸点发烧发烧水沸点水沸点559.67第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心3.温度测量方法温度测量方法日常日常：水银温度计，酒精温度计，水温度计：水银温度计，酒精温度计，水温度计工业工业：热电偶，热敏电阻：热电偶，热敏电阻计量计量：铂电阻温度计：铂电阻温度计按用途分类：第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心按测温原理分类：3.温度测量方法温度测量方法膨胀式温度计膨胀式温度计：水银温度计、双金属温度计电阻温度计电阻温度计：铂电阻温度计、热敏电阻温度计热电温度计热电温度计：热电偶温度计辐射温度计辐射温度计：光电高温计、辐射高温计声学温度计声学温度计 。

第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心四、压力四、压力第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心四、压力四、压力定义定义单位面积上所受的垂直作用力称为压力（即压强单位面积上所受的垂直作用力称为压力（即压强)分子运动学说认为压力是大量气体分子撞分子运动学说认为压力是大量气体分子撞分子运动学说认为压力是大量气体分子撞分子运动学说认为压力是大量气体分子撞击器壁的平均结果击器壁的平均结果击器壁的平均结果击器壁的平均结果第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心四、压力四、压力压力的单位压力的单位国际标准单位：帕斯卡国际标准单位：帕斯卡(简称帕简称帕)符号：符号：Pa 1Pa=1N/m2标准大气压（标准大气压（atm,也称物理大气压）也称物理大气压）巴（巴（bar）工程大气压（工程大气压（at）毫米汞柱（毫米汞柱（mmHg)毫米水柱（毫米水柱（mmH2O)工程单位：工程单位：第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心四、压力四、压力绝对压力、表压力、真空度绝对压力、表压力、真空度及及大气压力大气压力之间的关系之间的关系第1-3节 工质的热力学状态及其基本状态参数第一章 基本概念及定义西安交通大学热与流体中心五、比体积及密度五、比体积及密度单位质量的工质所占的体积，单位是单位质量的工质所占的体积，单位是m3/kg。

1 1、比体积、比体积2 2、密度、密度单位体积物质的质量，单位是单位体积物质的质量，单位是kg/m3第1-4节 平衡状态、状态方程式、坐。