过程流体机械-补充工程热力学内容

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1、过程流体机械过程流体机械工程热力学补充内容工程热力学补充内容u本课程的主要内容本课程的主要内容基本概念基本概念热力学第一定律热力学第一定律理想气体的性质理想气体的性质理想气体的热力过程理想气体的热力过程1.1 1.1 工质及热力系工质及热力系1.2 1.2 热力系的宏观描述热力系的宏观描述1.3 1.3 基本状态参数基本状态参数1.4 1.4 热力过程及热力循环热力过程及热力循环第一章第一章 热力学基本概念热力学基本概念1.1 1.1 工质及热力系工质及热力系工工 质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质热源（高温热源）热源（高温热源） ：工质从中吸取热能的

2、物系：工质从中吸取热能的物系冷源（低温热源）冷源（低温热源） ：接受工质放出热能的物系：接受工质放出热能的物系 为了研究问题方便，热力学中常把为了研究问题方便，热力学中常把分析对象分析对象从周围从周围物体中分割出来，研究它与周围物体之间的能量和物物体中分割出来，研究它与周围物体之间的能量和物质的传递。质的传递。热力系统（热力系）：热力系统（热力系）：人为分割人为分割出来作为热出来作为热力学分析对象的有限物质系统。力学分析对象的有限物质系统。外外 界：热力系统以外的部分。界：热力系统以外的部分。边边 界：界：系统与外界之间的分界面系统与外界之间的分界面。 边界可以是实在的，也可以是假想的；边界可

3、以是实在的，也可以是假想的；可以是固定的，也可以是移动的。可以是固定的，也可以是移动的。系统与边界：系统与边界： 以空间为系统，进、以空间为系统，进、出口边界均为假想边出口边界均为假想边界，系统与外界有物界，系统与外界有物质交换质交换以气缸内气体为系统以气缸内气体为系统, ,活塞表面上的边界是移活塞表面上的边界是移动边界，系统与外界没动边界，系统与外界没有物质交换有物质交换系统系统1-2 1-2 热力系的宏观描述热力系的宏观描述一一. . 热力学状态：热力学状态： 工质在某一瞬间呈现出来的宏观物理状工质在某一瞬间呈现出来的宏观物理状况，简称状态。况，简称状态。二二. . 状态参数：状态参数：描

4、述工质所处状态的宏观物理量。如温度、描述工质所处状态的宏观物理量。如温度、压力等。压力等。三三. . 状态参数的特性：状态参数的特性： 状态参数都是宏观的物理量。状态参数都是宏观的物理量。 状态参数是热力系统的单值函数，其值只取状态参数是热力系统的单值函数，其值只取决于初终态，与过程无关。决于初终态，与过程无关。四四. . 平衡状态平衡状态 如果在不受外界影响的条件下，系统的状如果在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变态能够始终保持不变, ,则系统的这种状态称为则系统的这种状态称为平衡状态。平衡状态。实现平衡的充要条件：实现平衡的充要条件： 系统内部及系统与外界之间的一切不平衡系统

5、内部及系统与外界之间的一切不平衡势差（力差、温差、化学势差）消失是系统实势差（力差、温差、化学势差）消失是系统实现热力平衡状态的充要条件。现热力平衡状态的充要条件。 自然界的物质实际上都处于非平衡状态，自然界的物质实际上都处于非平衡状态，平衡只是一种极限的理想状态。平衡只是一种极限的理想状态。 工程热力学通常只研究平衡状态。工程热力学通常只研究平衡状态。热力平衡状态满足：热力平衡状态满足：热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的传递。传递。力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位移。移。一一. . 温标温标

6、定义：温标是指温度的数值表示法定义：温标是指温度的数值表示法温标三要素：温标三要素：测温物质及其测温属性测温物质及其测温属性基准点基准点分度方法分度方法1-3 1-3 基本状态参数基本状态参数 任选任选一种物质一种物质的某一的某一测温属性测温属性，采用以，采用以上温标的规定所得到的温标称为经验温标，上温标的规定所得到的温标称为经验温标，经验温标经验温标依赖于测温物质的物理性质依赖于测温物质的物理性质。热力学理论指出可以建立一种不依赖于测温热力学理论指出可以建立一种不依赖于测温物质的性质的温标物质的性质的温标, ,即热力学即热力学绝对温标绝对温标。 经验温标与绝对温标：经验温标与绝对温标：热力学

7、绝对温标热力学绝对温标（热力学温度或绝对温度）（热力学温度或绝对温度） 开尔文在热力学第二定律的基础上，从理论开尔文在热力学第二定律的基础上，从理论上引入的上引入的与测温物质性质无关的温标与测温物质性质无关的温标。它可作为。它可作为标准温标，一切经验温标均可以用此温标来校正。标准温标，一切经验温标均可以用此温标来校正。符号为符号为T T，单位为，单位为K(K(称称“开尔文开尔文”) ) 规定水的三相点为基准点，并规定此点的温规定水的三相点为基准点，并规定此点的温度为度为273.16K273.16K二二. . 压力压力定义：单位面积上所受的垂直作用力称为压力定义：单位面积上所受的垂直作用力称为压

8、力（即压强（即压强) )压力计：测量工质压力的仪器。常见的压力计有压力计：测量工质压力的仪器。常见的压力计有压力表和压力表和U U型管。型管。 由于压力计的测压元件处于某种环境压力由于压力计的测压元件处于某种环境压力的作用下，因此压力计所测得的压力是工质的的作用下，因此压力计所测得的压力是工质的真真实压力实压力 （或称绝对压力）与环境压力（或称绝对压力）与环境压力bpp之差之差，叫做表压力，叫做表压力ep或真空或真空度度vp压力的单位：国际标准单位：帕斯卡压力的单位：国际标准单位：帕斯卡( (简称帕简称帕) ) 符符号：号： ，211/apNmap工程单位：工程单位：标准大气压（标准大气压（a

9、tmatm , , 也称物理大气压）也称物理大气压）巴巴 (bar)(bar)工程大气压（工程大气压（atat）毫米汞柱（毫米汞柱（mmHg)mmHg)毫米水柱（毫米水柱（mmHmmH2 2O)O)三三. . 比体积和密度比体积和密度比体积比体积单位质量物质所占的体积单位质量物质所占的体积mVv 单位：单位：3/mkg密度密度单位体积物质的质量单位体积物质的质量Vm单位：单位：kg/mkg/m3 3v v与与互成倒数，即：互成倒数，即：vv1 11.4 1.4 热力过程及热力循环热力过程及热力循环一一. . 热力过程：热力过程：热力系统由一个状态变化到另一个状态的全部过热力系统由一个状态变化到

10、另一个状态的全部过程。程。 就热力系本身而言，热力学仅对平衡状态就热力系本身而言，热力学仅对平衡状态进行描述。进行描述。二、二、 过程量过程量- -功和热量功和热量 只要存在不平衡势差的推动作用，系统和外只要存在不平衡势差的推动作用，系统和外界就会发生能量的交换界就会发生能量的交换- -作功或传热作功或传热 功的力学定义：功的力学定义：功是力和力方向上位移的乘积。功是力和力方向上位移的乘积。功的热力学定义：功的热力学定义： 在力差推动下，热力系统通过边界而传递的能在力差推动下，热力系统通过边界而传递的能量，且其全部效果可表现为举起重物。量，且其全部效果可表现为举起重物。21 21WFdxWFd

11、x气缸活塞飞轮热源观察下面的过程观察下面的过程,看热能是如何看热能是如何转换为功的转换为功的工质、机器和热源组成的工质、机器和热源组成的系统系统气缸活塞飞轮热源左止点1pv可逆过程模拟可逆过程模拟气缸活塞飞轮热源左止点12pv续续41气缸飞轮热源左止点12pv续续41气缸飞轮热源左止点12pv续续41气缸飞轮热源左止点12pv续续41气缸飞轮热源左止点12pv续续41气缸飞轮热源左止点1pv续续41气缸飞轮热源左止点1pv续续41气缸飞轮热源左止点1pv续续41气缸飞轮热源左止点右止点12pv续续41气缸飞轮热源左止点右止点12pv续续41问题：左图中阴影部分的面积代表什么？作功：借作功来传递