清华大学工程热力学课件-第1章1.ppt

1、作业作业1-141-151-16 温馨提示温馨提示科代表到助教处借：科代表到助教处借：“实验指示书实验指示书 ”“水和水蒸气热力性质图表水和水蒸气热力性质图表”望妥善保管，用后归还，如有丢望妥善保管，用后归还，如有丢失等，需赔偿。失等，需赔偿。准静态过程的容积变化功准静态过程的容积变化功(续续)pp外外2mkg工质：工质：W =pdV1kg工质：工质：w=pdv121dWp V21dwp v注意：注意：上式仅适用于上式仅适用于准静态过程准静态过程示功图示功图indicator(p-V)diagrampV.12.pp外外21mkg工质：工质：W =pdV21dWp V1kg工质：工质：w=pdv

2、21dwp vW准静态容积变化功的说明准静态容积变化功的说明pV.12.2）p-V 图上用图上用面积面积表示表示3）功的大小与路径有关，功的大小与路径有关，过程量过程量Path function4）统一规定：统一规定：dV0，膨胀，膨胀 对外作功（对外作功（正正）dV0，压缩，压缩 对内作功（对内作功（负负）5）适于适于准静态下准静态下的的任何任何工质（一般为流体）工质（一般为流体）6）外力无限制，功的表达式只是系统内部参数外力无限制，功的表达式只是系统内部参数7）有无有无f，只影响系统功与外界功的大小差别，只影响系统功与外界功的大小差别1）单位为单位为 kJ 或或 kJ/kgWw摩擦损失摩擦

3、损失Friction Loss的影响的影响若有若有f 存在，就存在损失存在，就存在损失pp外外21系统膨胀作功系统膨胀作功W，外界得到的功，外界得到的功W W若外界将得到的功若外界将得到的功W 再返还给系统，再返还给系统，系统得到的功系统得到的功WT2Q节流过程节流过程 (阀门）阀门）p1p2p1p2Frequently encountered irreversibilities Valve常见的不可逆常见的不可逆（续）（续）混合过程混合过程自由膨胀自由膨胀真空真空Frequently encountered irreversibilitiesUnrestrained expansionMix

4、ing process引入可逆过程的意义引入可逆过程的意义 准静态过程是实际过程的准静态过程是实际过程的理想化理想化过程，过程，但并非但并非最优最优过程，可逆过程是过程，可逆过程是最优最优过程。过程。可逆过程的可逆过程的功功和和热热可可完全完全用用系统内系统内工质工质 的的状态参数状态参数表达，可不考虑系统与外界表达，可不考虑系统与外界 的复杂关系，易分析。的复杂关系，易分析。实际过程不是可逆过程，但为了研究方实际过程不是可逆过程，但为了研究方 便，先按便，先按理想理想情况（情况（可逆过程可逆过程）处理，）处理，用系统参数加以分析，然后考虑不可逆用系统参数加以分析，然后考虑不可逆 因素加以因素

5、加以修正。修正。完全可逆、内可逆与外可逆完全可逆、内可逆与外可逆 完全可逆完全可逆可逆可逆 内部可逆，外部不可逆内部可逆，外部不可逆 常见常见90 0 例：例：内可逆内可逆外不可逆外不可逆Totally reversible Internally reversible 外部可逆，内部不可逆外部可逆，内部不可逆Externally reversible 1-7 功功 量量 Work1 1、力学力学定义定义:力力 在力方向上的在力方向上的位移位移2、热力学热力学定义定义I热力学热力学定义定义II功的力学定义功的力学定义Definition of Work of Mechanics锅锅炉炉汽轮机汽轮

6、机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器The product of a force and the distance through which this force acts力力 在力方向上的位移在力方向上的位移But功的热力学定义功的热力学定义 I 如果系统与外界发生能量传递时，如果系统与外界发生能量传递时，其其唯一效果可归结为举起重物唯一效果可归结为举起重物，则系，则系统与外界交换了功。统与外界交换了功。Work is done by a system if the sole effect on the surroundings could be the raising of

7、 a weight.作功与传热的不同：传热的全部效作功与传热的不同：传热的全部效果不可能与举起重物的效果相当。果不可能与举起重物的效果相当。功的热力学定义功的热力学定义II 功功是系统与外界相互作用的一种方是系统与外界相互作用的一种方式，在式，在力力的推动下，通过的推动下，通过有序有序运动方运动方式传递的能量式传递的能量。功的表达式功的表达式功功的一般表达式的一般表达式dwF xdwF x热力学最常见的功热力学最常见的功 容积变化功容积变化功 （膨胀功（膨胀功 or 压缩功）压缩功）dwp vdwp v其它准静态功：其它准静态功：拉伸功拉伸功，表面张力功表面张力功，电功电功等等1-8 热量与熵

8、热量与熵 Heat and EntropyHeat is defined as the form of energy that is transferred between two systems(or a system and its surroundings)by virtue of a temperature difference.定义：定义：热量热量是热力系与外界相互作用的是热力系与外界相互作用的另一种方式，在另一种方式，在温差温差的推动下，以微观的推动下，以微观无序无序运动方式传递的运动方式传递的能量。能量。热热 量量 如如 何何 表表 达达？热量是否可以用类似于热量是否可以用类似于

9、功的式子表示功的式子表示？引入引入“熵熵”热量与容积变化功热量与容积变化功能量传递方式能量传递方式 容积变化功容积变化功 传热量传热量性质性质 过程量过程量 过程量过程量推动力推动力 无限小无限小 p势差势差 无限小无限小T势差势差标志标志 dV,dv dS,ds公式公式dwp vdqT sdwp vdqT s适用适用条件条件 准静态或可逆准静态或可逆 可逆可逆熵熵(Entropy)的定义的定义drevQSTreversibledrevqsT比参数比参数 kJ/kg.Kds:可逆过程可逆过程 qrev除以传热时的除以传热时的T所得的所得的商商 清华大学清华大学刘仙洲刘仙洲教授将其命名为教授将其

10、命名为“熵熵”广延量广延量 kJ/K熵的说明熵的说明1 1、熵熵是是状态参数状态参数 3、熵熵的物理意义：的物理意义：熵熵体现了体现了可逆过程可逆过程 传热的传热的大小大小与与方向方向2、符号符号规定规定系统系统吸热吸热时时为为正正 Q 0 dS 0系统系统放热放热时时为为负负 Q 0 dS 04、用途：用途：判断热量方向判断热量方向 计算可逆过程的传热量计算可逆过程的传热量(?)示功图与示热图示功图与示热图pVWTSQ 示功图示功图温熵温熵(示热示热)图图dWp VdQTS1-9 热力循环热力循环 Cycle要实现要实现连续连续作功，必须构成作功，必须构成循环循环定义：定义：热力系统经过一系

11、列变化回到初态，热力系统经过一系列变化回到初态，这一系列变化过程称为这一系列变化过程称为热力循环热力循环。A system is said to have undergone a cycle if it returns to its initial state at the end of the process循环循环 和和 过程过程 Cycle and Processpv123Ts12344循环由过程构成循环由过程构成不可逆循环不可逆循环(含虚线含虚线)可逆可逆过程过程不可逆不可逆循环循环可逆循环可逆循环(闭合实线闭合实线)正循环正循环pVTS净效应：净效应：对外作功对外作功净效应：净效应：

12、吸热吸热顺时针方向顺时针方向2112动力循环动力循环 Power cycle逆循环逆循环pVTS净效应：净效应：对内作功对内作功净效应：净效应：放热放热逆时针方向逆时针方向2112制冷循环制冷循环Refrigeration cycle热力循环的评价指标热力循环的评价指标正循环：净效应（对外作功，吸热）正循环：净效应（对外作功，吸热）1 WQ收 益代 价净 功吸 热WT1Q1Q2T2动力循环：热效率动力循环：热效率热力循环的评价指标热力循环的评价指标 (续续)逆循环：净效应（对内作功，放热）逆循环：净效应（对内作功，放热）2QW收 益吸 热代 价耗 功WT0Q1Q2T2制冷循环：制冷系数制冷循环

13、：制冷系数制热循环：制热系数制热循环：制热系数1QW收益放热代价耗功第一章第一章 小小 结结 Summary基本概念：基本概念：热力系热力系 平衡态平衡态 准静态、可逆准静态、可逆 状态参数、状态量、过程量状态参数、状态量、过程量 功量、热量、熵功量、热量、熵 p-V图、图、T-S图图 循环、评价指标循环、评价指标第一章第一章 讨论课讨论课 Discussion 热力系热力系种类：种类：闭口系、开口系、闭口系、开口系、绝热系、孤立系绝热系、孤立系 热力系的选取取决于研究目的热力系的选取取决于研究目的和方法，具有和方法，具有随意随意性，选取不当将性，选取不当将不便于分析。不便于分析。一旦取定系统

14、，一旦取定系统，沿边界沿边界寻找相寻找相互作用。互作用。例例1：绝热刚性容器向气缸充气：绝热刚性容器向气缸充气试分别选取试分别选取闭口系闭口系和和开口系开口系，画出充气，画出充气前后前后边界边界，标明，标明功功和和热热的方向。的方向。(1)以容器内原有气体为系统以容器内原有气体为系统闭口系闭口系功量：功量：气体对活塞作功气体对活塞作功WWQ热量：热量：气体通过活塞从外界吸热气体通过活塞从外界吸热Q(2)以容器内残留的气体为系统以容器内残留的气体为系统闭口系闭口系功量：功量：残留气体对放逸气体作功残留气体对放逸气体作功WWQ热量：热量：残留气体从放逸气体吸热残留气体从放逸气体吸热Q(3)以放逸气

15、体为系统以放逸气体为系统闭口系闭口系功量：功量：W+W热量：热量：Q+QWQW Q(4)以容器为系统以容器为系统开口系开口系功量：功量：W热量：热量：QWQ(5)以气缸活塞为系统以气缸活塞为系统开口系开口系功量：功量：W+W热量：热量：Q+QWQWQTry it?有人说，不可逆过程是无法恢复到初有人说，不可逆过程是无法恢复到初始状态的过程，这种说法对吗？始状态的过程，这种说法对吗？不对。关键看是否引起外界变化。不对。关键看是否引起外界变化。可逆过程指可逆过程指若若系统回到初态，外界系统回到初态，外界同时恢复到初态。同时恢复到初态。可逆过程并不是指系统必须回到初可逆过程并不是指系统必须回到初态的

16、过程。态的过程。可逆过程与准静态过程的区别及联系可逆过程与准静态过程的区别及联系可逆过程可逆过程一定是一定是准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程不一定是不一定是可逆过程可逆过程可逆过程可逆过程准静态过程准静态过程无耗散无耗散可逆过程可逆过程完全理想，完全理想，以后均用以后均用可逆过程可逆过程的概念。的概念。准静态过程准静态过程很少用。很少用。判断是否准静态与可逆判断是否准静态与可逆（1）以冰水混合物为热力系以冰水混合物为热力系90 0 系统内部被缓慢系统内部被缓慢加热加热外部温差传热外部温差传热准静态过程准静态过程 等温，无耗散等温，无耗散内可逆内可逆外不可逆外不可逆判断是否准静态与可逆（

17、判断是否准静态与可逆（2）蒸汽流经减压阀进入汽轮机蒸汽流经减压阀进入汽轮机典型的典型的不可逆过程不可逆过程，因有漩涡，产生，因有漩涡，产生耗散耗散是不是是不是准静态准静态，取决于，取决于开度开度判断是否准静态与可逆（判断是否准静态与可逆（3）带活塞的气缸中，水被缓慢加热带活塞的气缸中，水被缓慢加热缓慢加热，每一时缓慢加热，每一时刻水有确定的温度刻水有确定的温度准静态加热准静态加热火与水有温差火与水有温差外不可逆外不可逆以以水为系统：水为系统：内可逆内可逆以以水活塞为系统：水活塞为系统：活塞与壁面无摩擦活塞与壁面无摩擦内可逆内可逆活塞与壁面有摩擦活塞与壁面有摩擦内不可逆内不可逆判断是否准静态与可

18、逆（判断是否准静态与可逆（4）电或重物电或重物电或重物带动搅拌器加热容器中气体电或重物带动搅拌器加热容器中气体电功电功热热机械功机械功热热耗散耗散是否是否准静态准静态，取决于加热快慢取决于加热快慢不可逆不可逆有用功有用功 useful work气缸中气体膨胀对外作功，气缸中气体膨胀对外作功，准静态过程准静态过程气体膨胀作功若不考虑摩擦，外界得到功若不考虑摩擦，外界得到功但外界得到的但外界得到的有用功有用功pbpdWp VbppVW重物（）bWWpV有用可逆过程与准静态过程可逆过程与准静态过程缓慢电加热缓慢电加热A腔中气体，腔中气体，B中理想气体被压缩中理想气体被压缩BA1 1）以以B中气体中气体为为系统系统绝热，无摩擦绝热，无摩擦缓慢压缩缓慢压缩准静态准静态无摩擦无摩擦可逆可逆B中气体（理想气体，可逆，绝热）中气体（理想气体，可逆，绝热）ConstkpVB B得到的功得到的功ddBkCWp VVV遵循遵循BAWW 可逆过程与准静态过程可逆过程与准静态过程(续续)BA2 2）以以A中气体中气体为为系统系统绝热，无摩擦绝热，无摩擦缓慢加热缓慢加热准静态准静态无摩擦无摩擦内可逆内可逆3）以以A腔腔为为系统系统4）以以AB腔腔为为系统系统电功耗散为热电功耗散为热不可逆不可逆电功耗散为热电功耗散为热不可逆不可逆缓慢电加热缓慢电加热A腔中气体，腔中气体，B中理想气体被压缩中理想气体被压缩