熱力學基本概念1工質的狀態參數2工質的熱力狀態3工質的熱力過程目錄CONTENTS1.工質的狀態參數熱機工質基本要求常用種類將熱能轉換成機械能的設備。完成能量轉換的媒介物質。具有良好的流動性和膨脹性。空氣、水蒸汽、燃氣4火力發電廠中，工質是什么？熱機是什么？水蒸氣汽輪機5

工質在進行能量轉換的過程中,其狀態不斷發生變化。用來描述和說明工質熱力狀態的物理量稱為工質的狀態參數。鍋爐汽輪機凝汽器高溫蒸汽低溫水6比容溫度熱力學能壓力焓熵常用的狀態參數基本狀態參數導出狀態參數7壓力物體單位面積上承受的垂直作用力溫度表示物體冷熱程度的物理量比體積單位質量的工質所占有的體積8壓力物體單位面積上承受的垂直作用力環境壓力表壓力絕對壓力表壓力：當氣體的壓力高于大氣壓力時，壓力表的讀數（pg），如鍋爐汽包、主蒸汽的壓力等。絕對壓力p：p=pg+pb真空度環境壓力絕對壓力真空度：當氣體的壓力低于大氣壓力時，真空表的讀數（pv），如凝汽器的壓力、爐膛壓力等。絕對壓力p：p=pb-pv9壓力物體單位面積上承受的垂直作用力國際制（SI制）：1pa=1N/m21kpa=103pa1Mpa=106pa

重慶地區的平均大氣壓力：pb=98（kpa）

600MW超臨界機組鍋爐過熱蒸汽壓力：P=25.4MPa.汽輪機低壓缸排汽背壓：P=5.8kPa

標準大氣壓：緯度45o海平面上的常年平均氣壓

1標準大氣壓=1atm=760mmHg=1.01325X105pa標準狀態:處于標準大氣壓下，溫度為0℃的狀態101.表壓力或真空度為什么不能當作工質的壓力？思考作為工質狀態參數的壓力是絕對壓力，而測得的表壓力或真空度都是工質的絕對壓力與大氣壓力的相對值，因此不能作為工質的壓力。112.工質的壓力不變化，測量它的壓力表或真空表的讀數是否會變化？會。因為壓力表或真空表顯示的壓力是工質絕對壓力與大氣壓力的相對值，即使工質的壓力不變，當大氣壓力改變時也會引起壓力表或真空表讀數的變化。思考12溫度表示物體冷熱程度的物理量溫度是確定一個系統是否與其它系統處于熱平衡的物理量。溫標：溫度的數值標尺。1）攝氏溫標（t，℃）2）熱力學溫標（絕對溫標、開爾文溫標）（T，K）

攝氏溫標和熱力學溫標相互關系：基準點不同，但分度一樣13例：蒸汽溫度=450℃，相當于絕對溫度多少？絕對溫度=450+273=723（K）14溫度計15比體積單位質量的工質所占有的體積比體積：單位質量工質所占有的容積。

v=V/m(m3/kg)比體積與密度之間的關系：

ρv=1比體積與密度互為倒數16熱力學能（內部儲存能，簡稱內能）組成物質的微觀粒子所具有的能量。內位能內位能主要取決于比體積，比體積越大，內位能越小熱力學能符號與單位：mkg工質：U，J(kJ)1kg工質：u，J/kg(kJ/kg)內動能內動能主要取決于溫度，溫度越高，內動能越大17分子動能主要取決于溫度，位能主要取決于比體積，所以熱力學能是狀態參數，可表示為熱力學能注意：

需要計算的是熱力學能的變化量而不是絕對值。

注意：對理想氣體u=f(T)

？18焓

定義：h=u+pv[kJ/kg]H=U+pV[kJ]對流動工質，焓代表能量(內能+推進功)

對靜止工質，焓不代表能量開口系中隨工質流動而攜帶的、取決于熱力狀態的能量。19熵比熵

[kJ/kg.K]ds:

可逆過程

qrev除以傳熱時的T所得的熵

[kJ/K]關于熵的說明：1.熵是狀態參數2.符號規定：系統吸熱時為正Q>0，dS>0系統放熱時為負

Q<0，dS<03.熵的物理意義：熵體現了可逆過程中傳熱的大小與方向4.用途：判斷熱量方向，計算可逆過程的傳熱量202.工質的熱力狀態熱力狀態工質（系統）在某一瞬間所呈現的宏觀物理特性。平衡狀態下，工質各點相同的狀態參數均勻一致，即各點的壓力、溫度、比體積等參數都相同。22平衡狀態工質（系統）在不受外界影響的條件下，系統內工質的宏觀熱力性質不隨時間而變化。為什么強調平衡狀態？在工程熱力學的分析中常常要描述狀態。因為平衡狀態與時間無關，因此狀態是可以用確定的量來表述。而非平衡狀態不能用確定的狀態參數描述。23狀態方程反映工質處于平衡狀態時基本狀態參數之間的函數關系式。實際上三個基本狀態參數之間是存在聯系的。因此，已知任意兩個基本狀態參數，可求得另一個基本狀態參數，即用兩個基本狀態參數就可確定工質的狀態。24任意兩個獨立的狀態參數組成的平面直角坐標圖稱為狀態參數坐標圖。常用的狀態參數坐標圖：p－v圖、T－s圖、h－s圖圖上任意一點表示一個平衡狀態如：點1——狀態(p1,v1)

點2——狀態(p2,v2)參數坐標圖25為什么兩個相互獨立的狀態參數可以確定一個狀態？討論兩個相互獨立的狀態參數是指彼此不相互依存、無關的參數。如比體積v和密度ρ不是兩個相互獨立的參數。如通常狀態下水的壓力p和溫度t，壓力p和比體積v等均為相互獨立的狀態參數。達到沸騰時，其壓力p和溫度t是一一對應的，不再是相互獨立的狀態參數。263.工質的熱力過程熱力過程：工質從一個狀態過渡到另一個狀態所經歷全部狀態的總和。（在坐標圖中表示為一條線），過程由連續的狀態構成，對應在圖中，線由點組成。28按過程中內部狀態特點分：1）準平衡過程：系統經歷一系列無限接近平衡狀態的過程。2）非平衡過程：系統經歷一系列不平衡狀態的過程。29按過程與外界產生的效果分：可逆過程：一個過程進行以后，若使其原路返回至原態，并使系統和外界不發生任何改變，則這一過程稱為可逆過程。否則稱為不可逆過程。30功的定義

力學中功：功=力х位移，W＝F·x

熱力學中的功：熱力系統與外界間通過邊界傳遞的機械能；功是過程量；功是傳遞的能量。31功的符號：用W表示單位：國際單位中，J（焦耳）或KJ（千焦）1kg氣體作功稱比功，用w表示，單位用J/kg或KJ/kg正負規定：對外做功為正，外界對系統做功為負。32熱量的定義工程熱力學中把依靠溫差而通過邊界傳遞的能量稱為熱量。33討論熱量=熱能？熱量是過程量，不是狀態參數，它不僅與過程初、終態有關，而且與過程如何進行密切相關；熱能是狀態參數，是物質熱運動形態的反映，僅取決于初、終狀態。熱量的符號：用Q表示單位：國際單位中，J（焦耳）或KJ（千焦）1kg氣體與外界交換的熱量，用q表示，單位為J/kg。熱量正負：工質從外界吸熱，熱量為正；工質向外界放熱，熱量為負。34例題:如圖所示工質經歷了AB、BC、CD、DA四個可逆過程，試根據T-S圖的意義求出每個過程的傳熱量及整個過程的總熱量。TST1T2S1S2ABDC解：qAB=面積ABCS2S1DA=T1(S2-S1)qBC=0qCD=面積CDS1S2C=-T2(S2-S1)qDA=0qABCD=面積ABCDA=(T1-T2)(S2-S1)35熱力學基本定律1熱力學第一定律2熱力循環3熱力學第二定律目錄CONTENTS1.熱力學第一定律熱力學第一定律：熱可以變為功，功也可以變為熱。一定量的熱消失時，必產生數量與之相當的功。消耗一定量的功時，也將產生相應數量的熱。邁爾·焦耳39能量守恒！40能量平衡方程？思考WQ閉口系能量方程式wsqP1v1h1c1c2z1z2P2v2h2進入系統的能量-離開系統的能量=系統內部儲存能量的變化41開口系能量方程式42穩定流動能量方程應用舉例1.熱力發動機（汽輪機、燃氣輪機等）特點：工質在熱機中所作的功等于熱機進、出口工質焓的減少，這時的軸功就是技術功。故有：432.換熱器（過熱器、再熱器、省煤器、空氣預熱器、回熱加熱器、凝汽器、冷油器等）特點：故有：工質在換熱設備中換熱時，吸收的熱量等于其焓的增加。電廠高壓加熱器穩定流動能量方程應用舉例故有：443.泵與風機（電廠中的給水泵、循環水泵、送風機、引風機等）特點：泵與風機對工質所作的功等于工質進、出口焓的增加，這時的軸功就是技術功。h1h2w穩定流動能量方程應用舉例故有：2.熱力循環熱力循環：工質從某一狀態出發，經過一系列的狀態變化后又回到初態的熱力過程。循環特點：經循環后，任意一狀態參數的變化量為零。pv02134abW034T021absQ046正向循環：又稱動力循環或熱機循環凈效應：對外作功凈效應：吸熱順時針方向：熱能機械能pv21w0Ts12q047正向循環的評價指標正循環總效應：對外作功w0，吸熱q1評價指標：熱效率w0q1q2T1T2熱機48逆向循環凈效應：對內作功凈效應：放熱逆時針方向：機械能熱能vp21w049s12q02T制冷循環的評價指標制冷循環總效應:對內作功w0，吸熱q2評價指標：制冷系數w0q1q2T0T2制冷機環境溫度50熱泵循環的評價指標熱泵循環總效應：對內作功w0，放熱q1評價指標：供熱系數w0q1q2T1T0熱泵513.熱力學第二定律181、兩種典型表述：（1）克勞修斯說法（1850）：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化。從傳熱角度來描述的。如：空調，制冷代價：耗功（2）開爾文說法（1851）：不可能從單一熱源取熱，使之完全變為有用功，而不引起其它變化。從熱功轉換角度來描述的。如：火電廠動力循環效率小于50%。5420實質：一切自發過程都是有方向性和不可逆性。能量存在著品質的問題,有高級能量和低級能之分，降低能量的品質的過程為自發過程；升高能量的品質的過程為非自發過程，非自發過程的進行必須有自發過程作為補充條件。如：機械能的品質高于熱能；高溫熱能的品質高于低溫熱能。思考56熱過程的方向性和能量品質的變化能量的品位：反映能量的轉換能力大小。能量不但的數量特性，也有質量特性；不同形式的能量具有不同的品位。高品位能機械能電能高溫熱源低品位能熱能熱能低溫熱源自發進行非自發21理想氣體的熱力性質1狀態方程式2比熱容目錄CONTENTS1.狀態方程式60實際氣體與理想氣體1.理想氣體：是一種假象的氣體模型，氣體分子是一些彈性的、不占體積的質點，分子之間沒有相互作用力。2.實際氣體：實際氣體是真實氣體，在工程使用范圍內離液態較近，分子間作用力及分子本身體積不可忽略，熱力性質復雜，工程計算主要靠圖表。如：電廠中的水蒸氣、制冷機中的氟里昂蒸汽、氨蒸汽等。理想氣體是實際氣體p0的極限情況。61理想氣體的狀態方程式理想氣體在任一平衡狀態時p、v、T之間關系的函數關系即理想氣體狀態方程式，或稱克拉貝龍(Clapeyron)方程。式中：Rg為氣體常數（單位J/kg·K），與氣體所處的狀態無關，隨氣體的種類不同而異。應用時注意單位：p的單位pa；v的