第一章基本概念1-1熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換過程1-2熱力系統(tǒng)1-3工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)1-4平衡狀態(tài)1-5工質(zhì)的狀態(tài)變化過程1-6功和熱量1-7熱力循環(huán)1取熱力系統(tǒng)，對工質(zhì)狀態(tài)的描述，狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系，狀態(tài)參數(shù)，平衡狀態(tài)，狀態(tài)方程，可逆過程。本章基本要求:深刻理解熱力系統(tǒng)、外界、熱力平衡狀態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)過程、可逆過程、熱力循環(huán)的概念，掌握溫度、壓力、比容的物理意義，掌握狀態(tài)參數(shù)的特點(diǎn)。本章重點(diǎn)：2一、熱能動力裝置

定義：從燃料燃燒中獲得熱能并利用熱能得到動力的整套設(shè)備。分類共同本質(zhì)：由媒介物通過吸熱—膨脹作功—排熱

氣體動力裝置(combustiongaspowerplant)

內(nèi)燃機(jī)(internalcombustiongasengine)

燃?xì)廨啓C(jī)裝置(gasturbinepowerplant)

噴氣發(fā)動機(jī)(jetpowerplant)……

蒸氣動力裝置(steampowerplant)1-1熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的過程3內(nèi)燃機(jī)返回4燃?xì)廨啓C(jī)裝置示意圖返回5噴氣發(fā)動機(jī)示意圖返回6核電廠汽輪機(jī)返回78(一)內(nèi)燃動力裝置空氣、油廢氣吸氣壓縮燃燒（吸熱）膨脹（做功）排氣（放熱）89內(nèi)燃機(jī)裝置基本特點(diǎn)：1、熱源，冷源2、工質(zhì)（燃?xì)猓?、膨脹做功4、循環(huán)(壓縮、吸熱、膨脹做功、放熱)左止點(diǎn)上死點(diǎn)右止點(diǎn)下死點(diǎn)910（二）蒸汽動力裝置（火力發(fā)電裝置）鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器過熱器基本特點(diǎn)：1、熱源，冷源2、工質(zhì)（水蒸汽）3、膨脹做功4、循環(huán)

(壓縮、吸熱、膨脹做功、放熱)1011火電廠系統(tǒng)圖1112（三）燃?xì)鈩恿ρb置（燃?xì)獍l(fā)電裝置）1213燃?xì)庋b置基本特點(diǎn)：1、熱源，冷源2、工質(zhì)（燃?xì)猓?、膨脹做功4、循環(huán)

(壓縮、吸熱、膨脹做功、放熱)壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室空氣廢氣1314熱機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碤1Q2W動力循環(huán)簡圖熱效率1415制冷空調(diào)裝置基本特點(diǎn)：1、熱源，冷源2、工質(zhì)（制冷劑）3、得到容積變化功4、循環(huán)(加壓、放熱、膨脹、吸熱)15二、工質(zhì)(workingsubstance;workingmedium)定義：實現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。對工質(zhì)的要求:物質(zhì)三態(tài)中氣態(tài)最適宜。

1）膨脹性

2）流動性

3）熱容量

4）穩(wěn)定性，安全性

5）對環(huán)境友善

6）價廉，易大量獲取16三、熱源(heatsource;heatreservoir)

定義：工質(zhì)從中吸取或向之排出熱能的物質(zhì)系統(tǒng)。?高溫?zé)嵩础獰嵩?/p>

（

heatsource）低溫?zé)嵩础湓矗╤eatsink）?恒溫?zé)嵩?constantheatreservoir)變溫?zé)嵩?71-2熱力系統(tǒng)?系統(tǒng)(thermodynamicsystem,system)

人為分割出來，作為熱力學(xué)研究對象的有限物質(zhì)系統(tǒng)。?外界(surrounding)：與體系發(fā)生質(zhì)、能交換的物系。?邊界(boundary)：系統(tǒng)與外界的分界面（線）。一、定義18二、系統(tǒng)及邊界示例?汽車發(fā)動機(jī)19?汽缸-活塞裝置（閉口系例）20?移動和虛構(gòu)邊界211）系統(tǒng)與外界的人為性2）邊界可以是：a）剛性的或可變形的或有彈性的b）固定的或可移動的c）實際的或虛擬的注意：22三、熱力系分類

按組元數(shù)

單元系(onecomponentsystem;puresubstancesystem)多元系(multicomponentsystem)按相數(shù)單相系(homogeneoussystem)復(fù)相系(heterogeneoussystem)注意：1）不計恒外力場影響；2）復(fù)相系未必不均勻—濕蒸汽；單元系未必均勻—?dú)庖浩胶夥蛛x狀態(tài)。

1.按組元和相23

閉口系（closedsystem）

（控制質(zhì)量CM）—沒有質(zhì)量越過邊界

開口系（opensystem）

（控制體積CV）—通過邊界與外界有質(zhì)量交換2.按系統(tǒng)與外界質(zhì)量交換24

1）閉口系與系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量不變的區(qū)別；2）開口系與絕熱系的關(guān)系；3）孤立系與絕熱系的關(guān)系。注意：4.簡單可壓縮系（simplecompressiblesystem）

—由可壓縮物質(zhì)組成，無化學(xué)反應(yīng)、與外界有交換容積變化功的有限物質(zhì)系統(tǒng)。絕熱系（adiabaticsystem）—與外界無熱量交換;

孤立系（isolatedsystem）—與外界無任何形式的質(zhì)能交換。3.按能量交換25四、熱力系示例1．剛性絕熱氣缸-活塞系統(tǒng)，B側(cè)設(shè)有電熱絲

紅線內(nèi)——閉口絕熱系黃線內(nèi)不包含電熱絲——閉口系黃線內(nèi)包含電熱絲——閉口絕熱系蘭線內(nèi)——孤立系26閉口系2．剛性絕熱噴管取紅線為系統(tǒng)—取噴管為系統(tǒng)—開口系絕熱系?271-3工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)和基本狀態(tài)參數(shù)

熱力學(xué)狀態(tài)（stateofthermodynamicsystem）

—系統(tǒng)宏觀物理狀況的綜合

狀態(tài)參數(shù)（stateproperties）

—描述物系所處狀態(tài)的宏觀物理量

1．狀態(tài)參數(shù)是宏觀量，是大量粒子的統(tǒng)計平均效應(yīng)，只有平衡態(tài)才有狀參，系統(tǒng)有多個狀態(tài)參數(shù)，如一、熱力學(xué)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)二、狀態(tài)參數(shù)的特性和分類282．狀態(tài)的單值函數(shù)。物理上—與過程無關(guān)；數(shù)學(xué)上—其微量是全微分。3．狀態(tài)參數(shù)分類

廣延量:與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)可加性如質(zhì)量m、容積V、內(nèi)能U、焓H、熵S

強(qiáng)度量:與物質(zhì)的量無關(guān)的參數(shù)如壓力p、溫度T

又：廣延量的比性質(zhì)具有強(qiáng)度量特性，如比體積工程熱力學(xué)約定用小寫字母表示單位質(zhì)量參數(shù)。29強(qiáng)度參數(shù)與廣延參數(shù)速度動能高度位能內(nèi)能溫度應(yīng)力摩爾數(shù)（強(qiáng)）（強(qiáng)）（強(qiáng)）（強(qiáng)）（廣）（廣）（廣）（廣）VelocityKineticEnergyHeightPotentialEnergyTemperatureInternalEnergyStressMol30三、系統(tǒng)狀態(tài)相同的充分必要條件

系統(tǒng)兩個狀態(tài)相同的充要條件：

所有狀態(tài)參數(shù)一一對應(yīng)相等簡單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件：

兩個獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)對應(yīng)相等31四、溫度和溫標(biāo)（temperatureandtemperaturescale）

溫度的定義：測溫的基礎(chǔ)—熱力學(xué)零定律(zerothlawofthermodynamics)熱力學(xué)溫標(biāo)和國際攝氏溫標(biāo)

32華氏溫標(biāo)和朗肯溫標(biāo)華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)附：{T}°R={t}℉

+459.67{t}℃=5/9[{t}℉-32]{t}℉

=9/5{t}℃

+3233五、壓力(pressure)絕對壓力p(absolutepressure)表壓力pe（pg）(gaugepressure;manometerpressure)真空度pv(vacuum;vacuumpressure)當(dāng)?shù)卮髿鈮簆b(localatmosphericpressure)34常用壓力單位：35

如圖，已知大氣壓pb=101325Pa，U型管內(nèi)汞柱高度差H=300mm，氣體表B讀數(shù)為0.2543MPa，求：A室壓力pA及氣壓表A的讀數(shù)peA典型例題1解：3637六、比體積和密度比體積(specificvolume)單位質(zhì)量工質(zhì)的體積密度(density)單位體積工質(zhì)的質(zhì)量兩者關(guān)系:381-4平衡狀態(tài)1．定義：無外界影響系統(tǒng)保持狀態(tài)參數(shù)不隨時間而改變的狀態(tài)?熱平衡（thermalequilibrium）：在無外界作用的條件下，系統(tǒng)內(nèi)部、系統(tǒng)與外界處處溫度相等。?力平衡（mechanicalequilibrium）：在無外界作用的條件下，系統(tǒng)內(nèi)部、系統(tǒng)與外界處處壓力相等。?熱力平衡的充要條件—系統(tǒng)同時達(dá)到熱平衡和力平衡。一、平衡狀態(tài)（thermodynamicequilibriumstate）平衡的本質(zhì)：不存在不平衡勢39討論：1）系統(tǒng)平衡與均勻2）平衡與穩(wěn)定—平衡可不均勻—穩(wěn)定未必平衡若以（熱源+銅棒+冷源）為系統(tǒng)，又如何？平衡：時間上均勻：空間上40*二、狀態(tài)公理n—系統(tǒng)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)數(shù)；f—系統(tǒng)與外界交換功形式數(shù)。簡單可壓縮系與外界僅有容積變化功一種形式41三、純物質(zhì)的狀態(tài)方程（puresubstancestateequation）狀態(tài)方程1．理想氣體狀態(tài)方程（ideal-gasequation;Clapeyronequation）Rg—?dú)怏w常數(shù)（gasconstant）R—通用氣體常數(shù)（universal(molargasconstant)摩爾質(zhì)量42２．實際氣體(realgas;imperfectgas)的狀態(tài)方程范德瓦爾方程（a,b為物性常數(shù)）R-K方程（a,b為物性常數(shù)）43BWR方程維里型方程44四、狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖（parametriccoordinates）

一簡單可壓縮系只有兩個獨(dú)立參數(shù)，所以可用平面坐標(biāo)上一點(diǎn)確定其狀態(tài)，反之任一狀態(tài)可在平面坐標(biāo)上找到對應(yīng)點(diǎn)，如：pv1p1v1Ts2T2s2pT3p3T3OOO45§1-5工質(zhì)的狀態(tài)變化過程平衡狀態(tài)狀態(tài)不變化能量不能轉(zhuǎn)換非平衡狀態(tài)無法簡單描述熱力學(xué)引入準(zhǔn)靜態(tài)（準(zhǔn)平衡）過程46一般過程p1

=

p0+重物p，Tp0T1

=

T0突然去掉重物最終p2

=

p0T2

=T0pv12..471.準(zhǔn)靜態(tài)過程（quasi-static

process）p1

=

p0+重物p，Tp0T1

=T0假如重物有無限多層每次只去掉無限薄一層pv12...系統(tǒng)隨時接近于平衡態(tài)48準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程條件破壞平衡所需時間（外部作用時間）恢復(fù)平衡所需時間（馳豫時間）>>有足夠時間恢復(fù)新平衡準(zhǔn)靜態(tài)過程49準(zhǔn)靜態(tài)過程的工程應(yīng)用例：活塞式內(nèi)燃機(jī)2000轉(zhuǎn)/分曲柄2沖程/轉(zhuǎn)，0.15米/沖程活塞運(yùn)動速度=200020.15/60=10m/s壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速）350m/s破壞平衡所需時間（外部作用時間）>>恢復(fù)平衡所需時間（馳豫時間）一般的工程過程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過程具體工程問題具體分析。“突然”“緩慢”50準(zhǔn)靜態(tài)過程的容積變化功pp外f初始：pA

=p外A

+fA如果

p外微小可視為準(zhǔn)靜態(tài)過程dl以汽缸中工質(zhì)為系統(tǒng)mkg工質(zhì)發(fā)生容積變化對外界作的功W=pAdl=pdV1kg工質(zhì)w=pdvdl很小，近似認(rèn)為p不變51準(zhǔn)靜態(tài)過程的容積變化功pp外2mkg工質(zhì)：W=pdV1kg工質(zhì)：w=pdv1注意：

上式僅適用于準(zhǔn)靜態(tài)過程52示功圖pV.12.pp外21mkg工質(zhì)：W=pdV1kg工質(zhì)：w=pdvW53準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功的說明pV.12.1）單位為[kJ]

或[kJ/kg]2）

p-V圖上用面積表示3）功的大小與路徑有關(guān)功，是過程量4）統(tǒng)一規(guī)定：dV>0，膨脹對外作功（正）

dV<0，壓縮外內(nèi)作功（負(fù)）5）適于準(zhǔn)靜態(tài)下的任何工質(zhì)（一般為流體）6）外力無限制，功的表達(dá)式只是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)7）有無f，只影響系統(tǒng)功與外界功的大小差別54摩擦損失的影響若有f存在，就存在損失pp外21系統(tǒng)對外作功W，外界得到的功W’<W若外界將得到的功W’再返還給系統(tǒng)，系統(tǒng)得到的功W’’<W’則外界、活塞、系統(tǒng)不能同時恢復(fù)原態(tài)。55摩擦損失的影響若f＝0pp外21系統(tǒng)對外作功W，外界得到的功W’＝W若外界將得到的功W’再返還給系統(tǒng)則外界、活塞、系統(tǒng)同時恢復(fù)原態(tài)。562.可逆過程（reversible

process）定義：系統(tǒng)經(jīng)歷某一過程后，如果能使系統(tǒng)與外界同時恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過程為可逆過程。注意：可逆過程只是指可能性，并不是指必須要回到初態(tài)的過程。57可逆過程的實現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)過程+無耗散效應(yīng)=可逆過程無不平衡勢差通過摩擦使功變熱的效應(yīng)(摩阻，電阻，非彈性變形，磁阻等）

不平衡勢差

不可逆根源

耗散效應(yīng)：

耗散效應(yīng)58典型的不可逆過程不等溫傳熱T1T2T1>T2Q自由膨脹真空?????????????????59典型的不可逆過程節(jié)流過程(閥門）p1p2p1>p2混合過程?????????????????★★★★★★★★★★★★★★601.可逆=準(zhǔn)靜態(tài)+沒有耗散效應(yīng)2.準(zhǔn)靜態(tài)著眼于系統(tǒng)內(nèi)部平衡，可逆著眼于系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界作用的總效果3.一切實際過程不可逆4.可逆過程可用狀態(tài)參數(shù)圖上實線表示討論：61一、功(work)的定義和可逆過程的功

1．功的力學(xué)定義

2．功的熱力學(xué)定義：通過邊界傳遞的能量其全部效果可表現(xiàn)為舉起重物。3．可逆過程功的計算▲功是過程量▲功可以用p-v圖上過程線與v軸包圍的面積表示1-6功和熱量62

系統(tǒng)對外作功為“+”外界對系統(tǒng)作功為“-”5．功和功率的單位：附：4．功的符號約定：636．討論有用功(usefulwork)概念其中:W—膨脹功(compression/expansionwork)；

Wl—摩擦耗功；

Wp＿排斥大氣功。pbf64

1kg某種氣態(tài)工質(zhì)，從初態(tài)1可逆膨脹到達(dá)終態(tài)2的過程中分別遵循：（2）典型例題2求：兩過程中各作功多少（a、b、c為常數(shù)）解：（1）（2）（1）可用面積1A2MN1表示可用面積1B2MN1表示功與初、終態(tài)及中間過程有關(guān)！65用外部參數(shù)計算不可逆過程的功?66二、廣義功(generalizedwork)簡介(自學(xué))彈性力功表面張力功

電極化功及磁化功等67三、熱量（heat）1．定義：僅僅由于溫差而通過邊界傳遞的能量。2．符號約定：系統(tǒng)吸熱“+”；放熱“-”3．單位：

4．計算式及狀態(tài)參數(shù)圖熱量是過程量（T-s圖上）表示68四、熱量與功的異同：

1.均為通過邊界傳遞的能量；