1、l一、工质、热源和热力系统 l凡是能将热能转换为机械能的机器统称为热力发动机，简称热机热机。例如蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机和喷气发动机皆为热机。l热能和机械能之间的转换是通过一种媒介物质在热机中的一系列状态变化过程来实现的，这种媒介物质称为工质工质。l把热容量很大且在吸收或放出有限量热量时自身温度及其它热力学参数没有明显改变的物体称为热源热源 热力系统热力系统(热力系、系统热力系、系统)：人为地：人为地 研究对象研究对象外界外界：系统以外的所有物质：系统以外的所有物质边界边界(界面界面)：系统与外界的分界面：系统与外界的分界面系统系统与与外界外界的作用都通过的作用都通过边界边界真实、虚构固定、
2、活动固定、活动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 孤立系孤立系图1-1 封闭系示意图图1-2 开口系示意图最重要的最重要的系统系统 简单可压缩系统简单可压缩系统只交换只交换热量热量和和一种一种准静态的准静态的容积变化功容积变化功容积变化功容积变化功压缩功压缩功膨胀功膨胀功状态状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况某一瞬间热力系所呈现的宏观状况状态参数状态参数：描述热力系状态的物理量描述热力
3、系状态的物理量状态参数的状态参数的特征特征：1、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2、状态参数的积分特征状态参数的积分特征：状态参数的变化量：状态参数的变化量 与路径无关，只与初终态有关与路径无关，只与初终态有关3、状态参数的微分特征状态参数的微分特征：全微分：全微分强度参数：强度参数：与物质的量无关的参数与物质的量无关的参数 如如压力压力 p、温度温度T广延参数：广延参数：与物质的量有关的参数与物质的量有关的参数可加性可加性 如如 质量质量m、容积容积 V、内能内能 U、焓焓 H、熵熵S比参数：比参数：比容比容VvmUum比比内能内能Hhm比比焓焓Ss
4、m比比熵熵单位：单位：/kg /kmol 具有强度量的性质具有强度量的性质压力压力 p、温度、温度 T、比容、比容 v （容易测量）（容易测量）1 1、压力压力 p 物理中物理中压强压强，单位单位:Pa,N/m2常用单位：常用单位：1 bar=105 Pa 1 MPa=106 Pa 1 atm=760 mmHg=1.013 105 Pa 1 mmHg=133.3 Pa 1 at=1kgf/cm2=735.6mmHg=9.8 104 Pa当当 p pb表压力表压力 peebppp当当 p 有足够时间恢复新平衡有足够时间恢复新平衡 准静态过程准静态过程例：例：活塞式内燃机活塞式内燃机 2000转转
5、/分分 曲柄曲柄 2冲程冲程/转，转，0.15米米/冲程冲程活塞运动速度活塞运动速度=2000 2 0.15/60=10 m/s压力波恢复平衡速度（声速）压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s破坏平衡所需时间破坏平衡所需时间（外部作用时间）（外部作用时间）恢复平衡所需时间恢复平衡所需时间（驰豫时间）（驰豫时间）一般的工程过程都可认为是一般的工程过程都可认为是准静态过程准静态过程具体工程问题具体分析。具体工程问题具体分析。“突然突然”“”“缓慢缓慢”pp外外f初始：初始：p A=p外外 A+fA如果如果 p外外微小微小 可视为可视为准静态过程准静态过程dl以汽缸中工质为系统以汽缸中工质为系统m
6、kg工质发生容积变工质发生容积变化对外界作的功化对外界作的功 W=p A dl=pdV1kg工质工质 w=pdvdl 很小很小，近似认为近似认为 p 不变不变pp外外2mkg工质：工质：W =pdV1kg工质：工质：w=pdv121WpdV21wpdv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pV.12.pp外外21mkg工质：工质：W =pdV21WpdV1kg工质：工质：w=pdv21wpdvWpV.12.1）单位为单位为 kJ 或或 kJ/kg2）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，功是过程量功是过程量4）统一规定：统一规定：dV
7、0，膨胀，膨胀 对外作功（对外作功（正正）dV0，压缩，压缩 外内作功（外内作功（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系统对外作功系统对外作功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，系再返还给系统，系统得到的功统得到的功WT2Q自由膨胀自由膨胀真空真空节流过程节流过程 (阀门）阀门）p1p2p
8、1p2混合过程混合过程1 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(外文参考书外文参考书）a a、当热力系与外界发生能量传递当热力系与外界发生能量传递时，如果对外界的时，如果对外界的唯一效果可归结为唯一效果可归结为举起重物举起重物，此即为热力系对外作功。，此即为热力系对外作功。b b、功是系统与外界相互作用的一功是系统与外界相互作用的一种方式，在种方式，在力力的推动下，通过的推动下，通过有序有序运运动方式传递的能量动方式传递的能量。功功的一般表达式的一般表达式Fdxw Fdxw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 pdvwpdvw其
9、他准静态功：其他准静态功：拉伸功拉伸功，表面张力功表面张力功，电功电功等等1 1、热量热量定义：定义：热力系通过边界与外界的交换的热力系通过边界与外界的交换的能能量量中，除了中，除了功功的部分的部分（不确切）（不确切）。另一定义：另一定义：热量热量是热力系与外界是热力系与外界相互作用的另一种方式，在相互作用的另一种方式，在温度温度的推的推动下，以微观动下，以微观无序无序运动方式传递的运动方式传递的能能量量。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 压力压力 p 温度温度 T标志标志 dV,dv dS,ds公式公式pdvw Td
10、sq pdvw Tdsq条件条件 准静态或可逆准静态或可逆 可逆可逆revQdSTReversible可逆可逆熵的简单引入熵的简单引入revqdsT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命名为教授命名为“熵熵”广延量广延量 kJ/K1 1、熵熵是是状态参数状态参数 2、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3、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
11、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pVWTSQ 示功图示功图温熵温熵(示热示热)图图pdVWTdSQ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：热力系统经过一系列变化回到初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态，这一系列变化过程称为热力循环热力循环。不可逆循环不可逆循环分类：分类：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pVTS净效应：净效应：对外作功对外作功净效应：净效应：吸热吸热正循环：顺时针方向正循环：顺时针方向2112pVTS净效应：净效应：对内作功对内作功净效应：净效应：放热放热逆循环：逆时针方向逆循环：逆时针
12、方向2112正循环：净效应（对外作功，吸热）正循环：净效应（对外作功，吸热）1WQ收 益代 价净 功吸 热WT1Q1Q2T2动力循环：热效率动力循环：热效率逆循环：净效应（对内作功，放热）逆循环：净效应（对内作功，放热）2QW收 益代 价吸 热耗 功WT0Q1Q2T2制冷循环：制冷系数制冷循环：制冷系数逆循环：净效应（对内作功，放热）逆循环：净效应（对内作功，放热）1QW收 益代 价放 热耗 功WT1Q1Q2T0制热循环：制热系数制热循环：制热系数基本概念：基本概念：热力系热力系 平衡平衡 准静态、可逆准静态、可逆 过程量、状态量、状态参数过程量、状态量、状态参数 功、热量、熵功、热量、熵 p-V图、图、T-S图图 循环、工作系数循环、工作系数
