1、工程熱力學第一章第1頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三1-1 熱力系統 一、系統、邊界與外界熱力系統的定義：將所要研究的對象與周圍分隔開來，這種人為分隔出來的研究對象，稱為熱力系統（簡稱系統） 。 系統以外的一切物質統稱為外界。系統與外界的界面稱為邊界。 系統與外界之間，通過邊界進行能量的傳遞與物質的遷移。第2頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三界面的特性:可以是真實的， 也可以是虛擬的；可以是固定的， 也可以是運動的。第3頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三界面熱源外界外界熱力系統熱力系統、界面、外界例第4頁，共54頁，2022年

2、，5月20日，4點24分，星期三系 統系 統界面熱力系統、界面、外界例研究氣缸中的氣體(打開閥門)。是什么熱力系？第5頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三系 統界面外界外界熱力系、界面、外界例第6頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三熱力系、界面、外例系 統界面第7頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三二、熱力系統的分類(一)按系統與外界之間的相互聯系劃分：1.閉口系統系統與外界無物質交換的熱力系統。2.開口系統系統與外界有物質交換的熱力系統。3.絕熱系統系統與外界無熱量交換的熱力系統。4.孤立系統系統與外界之間不發生任何能量傳遞和物質交

3、換的系統。第8頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三閉口系統第9頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三開口熱力系第10頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三1234mQW1 開口系 熱力系統非孤立系相關外界孤立系1+2 閉口系1+2+3 絕熱閉口系1+2+3+4 孤立系第11頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三三、按照系統內部的情況可劃分1.單相系系統中工質的物理、化學性質都均勻一致的稱為一個相，由單一物相組成的系統稱為單相系。2.復相系有兩個相以上組成的系統稱為復相系，如固、液、氣組成稱三相系。3.單元系由一種化學成分

4、組成的系統稱為單元系。4.多元系由兩種或兩種以上物質組成的系統稱為多元系。5.均勻系成分和相在整個系統空間呈均勻分布稱為均勻系6.非均勻系在整個系統空間非均勻分布稱為非均勻系熱力系統的分類第12頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三1-2工質的熱力狀態及其基本狀態參數一、狀態與狀態參數熱力狀態定義:工質在熱力變化過程中某一瞬間表現的工質熱力性質的總狀況，稱為熱力狀態（簡稱為狀態） 。狀態參數定義:描述工質宏觀特性的物理量稱為狀態參數。狀態參數的數學特性：或熱力學中常用的狀態參數：溫度、壓力、比容、熱力學能（內能）、焓、熵。第13頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分

5、，星期三二、基本狀態參數基本狀態參數： 能夠用儀器儀表直接或間接測量的參數稱為。如 ：溫度、壓力、比容1.溫度）熱力學第零定律 如果兩個物體分別和第三個物體處于熱平衡，則它們彼此之間也必然處于熱平衡，這一規律稱為熱力學第零定律。第14頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三）溫度 將描述熱平衡的這一宏觀特性的物理量，稱為溫度。）溫標 為進行溫度測量，需要有溫度的數值表示方法，測量溫 度的標尺稱為溫標。建立任何一種溫標都要選擇測溫物質及其物質的特性、規定溫標的基準點及分度方法。狀態參數溫度第15頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三熱力學溫標 常用的溫標攝氏溫標

6、 t 基 準 點：標準大氣壓力下純水的冰點和沸點溫度為基準 點，規定冰點溫度為0。沸點溫度為100。分度方法：認定測溫物質的測溫屬性隨溫度的變化是線性 的。0與100這兩個基準點之間分成100等分, 每一等分為1度。基 準 點：純水的汽、液、固三相平衡共存的狀態點(三相 點)為基準點，并規定它的溫度為273.16K。 t = T273.15熱力學溫標與攝氏溫標之間的關系：常用的溫標第16頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三.壓力 單位面積上所受到的垂直作用力。表達式或上式計算出的是熱力系的真實壓力稱為絕對壓力 p。由壓力表測量出來的壓力稱為表壓力 pg。由氣壓計測量出來的壓

7、力稱為大氣壓力 B。表壓力pg、大氣壓力B和絕對壓力p之間的關系如下：常用的壓力單位間的關系第17頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三U形管式壓力計示意圖真空度U形管式壓力計示意圖BBpBP有足夠時間恢復新平衡 準靜態過程第30頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三準靜態過程的工程應用例：活塞式內燃機 2000轉/分 曲柄 2沖程/轉，0.15米/沖程活塞運動速度=20002 0.15/60=10 m/s壓力波恢復平衡速度（聲速）350 m/s破壞平衡所需時間（外部作用時間）恢復平衡所需時間（馳豫時間）一般的工程過程都可認為是準靜態過程具體工程問題具體分析

8、?！巴蝗弧薄熬徛钡?1頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三可逆過程的定義： 當系統進行正反兩個過程后，系統與外界均能完全回復到初始狀態而不留下任何痕跡，則此過程稱為可逆過程。可逆過程的描述注意：可逆過程只是指可能性，并不 是指必須要回到初態的過程。二、可逆過程第32頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三可逆過程的實現準靜態過程 + 無耗散效應 = 可逆過程無不平衡勢差通過摩擦使功變熱的效應(摩阻，電阻，非彈性變性，磁阻等） 不平衡勢差不可逆根源 耗散效應 耗散效應第33頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三典型的不可逆過程不等溫傳熱節流

9、過程 (閥門）自由膨脹混合過程第34頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三可逆過程與準平衡過程的區別：1.可逆過程一定是準平衡過程；2.準平衡過程不一定是可逆過程。實際過程都是不可逆過程！第35頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三引入可逆過程的意義 準靜態過程是實際過程的理想化過程，但并非最優過程，可逆過程是最優過程。 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。 實際過程不是可逆過程，但為了研究方便，先按理想情況（可逆過程）處理，用系統參數加以分析，然后考慮不可逆，因素加以修正。第36頁，共54頁，2022年，

10、5月20日，4點24分，星期三三、可逆過程的膨脹功（體積功）1、力學定義: 力 在力方向上的位移 2、功是系統與外界相互作用的一種方式，在力的推動下，通過有序運動方式傳遞的能量。功的一般表達式功的單位:J,kJ第37頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三可逆過程功的推導 第38頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三示功圖pV.12.pp外21mkg工質：W =pdV1kg工質：w =pdvW第39頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三注意：微元功 不是全微分， 表示微小量，而不是微小增量所以功可正可負也可以為零即：功是過程量,不是狀態量，其

11、大小與初、終狀態有關, 也與路徑有關第40頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三四、可逆過程的熱量1、熱量定義： 熱力系通過邊界與外界的交換的能量中，除了功的部分。 另一定義：熱量是熱力系與外界相互作用的另一種方式，在溫度的推動下，以微觀無序運動方式傳遞的能量。第41頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三熱量計算公式:熱量單位:J,kJ第42頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三微小熱量 ： 0 表示系統從外界吸熱； 0 表示系統向外界放熱?？偀崃浚?積分與過程有關 。 熱量是過程量第43頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星

12、期三熱量與容積變化功的對比能量傳遞方式 容積變化功 傳熱量性質 過程量 過程量 推動力 壓力 p 溫度 T 標志 dV , dv dS , ds公式條件 準靜態或可逆 可逆第44頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三循環過程工質從某一初態出發，經歷一系列狀態變化，最后又回到初始狀態的全過程為循環過程（簡稱為循環）。 如圖：循環1-2-3-4-11-5 熱力循環PV01243循環概念 第45頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三循環過程的特點經一個循環后系統的內能不變。 凈功 A = 循環過程曲線所包圍的面積 V0Aa21QQP第46頁，共54頁，2022年，

13、5月20日，4點24分，星期三循環的經濟性可逆循環與不可逆循環全部由可逆過程組成的循環為可逆循環；循環中有一個過程不可逆，即為不可逆循環。可逆循環在狀態參數坐標圖上為一封閉的曲線。第47頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三一、正循環定義把熱能轉化為機械能的循環叫正向循環，也叫動力循環，它使外界得到功熱源冷源熱機Q2Q1第48頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三正循環pVTS凈效應：對外作功凈效應：吸熱正循環：順時針方向2112第49頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三正循環的評價指標正循環：凈效應（對外作功，吸熱）WnetT1Q1Q2T2動力循環：熱效率第50頁，共54頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三二、逆循環定義把熱量從低溫熱源傳給高溫熱源的循環叫逆向循環，也叫制冷循環或熱泵循環，它消耗外界的功熱源冷源熱機Q2Q1第51頁，共5