南京工業(yè)大學(xué) 工程熱力學(xué)PPT (全)

1、熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng)熱力系、系統(tǒng))：用界面分：用界面分離出的研究對象。離出的研究對象。外界外界：系統(tǒng)以外的所有物質(zhì)：系統(tǒng)以外的所有物質(zhì)1、系統(tǒng)與邊界、系統(tǒng)與邊界邊界邊界(界面界面)：系統(tǒng)與外界的分界面：系統(tǒng)與外界的分界面系統(tǒng)系統(tǒng)與與外界外界的作用都通過的作用都通過邊界邊界鍋鍋爐爐汽輪機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵給水泵凝凝汽汽器器過熱器過熱器只交換功只交換功只交換熱只交換熱既交換功既交換功也交換熱也交換熱固定、活動(dòng)固定、活動(dòng)以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分： 有有 無無是否傳質(zhì)是否傳質(zhì) 開口系開口系 閉口系閉口系是否傳熱是否傳熱 非絕熱系非絕熱系 絕熱系絕熱系是否傳功是否傳功

2、非絕功系非絕功系 絕功系絕功系是否傳熱、功、質(zhì)是否傳熱、功、質(zhì) 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系1234mQW1 開口系開口系非孤立系相關(guān)外界非孤立系相關(guān)外界孤立系孤立系1+2 閉口系閉口系1+2+3 絕熱閉口系絕熱閉口系1+2+3+4 孤立系孤立系 其它分類方式其它分類方式 物理化學(xué)性質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì) 均勻系均勻系 非均勻系非均勻系工質(zhì)種類工質(zhì)種類多元系多元系單元系單元系相態(tài)相態(tài)多相多相單相單相最重要的最重要的系統(tǒng)系統(tǒng) 簡單可壓縮系統(tǒng)簡單可壓縮系統(tǒng)只交換只交換熱量熱量和和一種一種準(zhǔn)靜態(tài)的準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功容積變化功容積變化功容積變化功壓縮功壓縮功膨脹功膨脹功狀態(tài)：狀態(tài)：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀

3、狀況某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況狀態(tài)參數(shù)：狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系狀態(tài)的物理量描述熱力系狀態(tài)的物理量狀態(tài)參數(shù)的狀態(tài)參數(shù)的特征特征：1、狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然、狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然2、狀態(tài)參數(shù)的積分特征狀態(tài)參數(shù)的積分特征：狀態(tài)參數(shù)的變化量：狀態(tài)參數(shù)的變化量 與路徑無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)與路徑無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)3、狀態(tài)參數(shù)的微分特征狀態(tài)參數(shù)的微分特征：全微分：全微分 狀態(tài)參數(shù)變化量與路徑無關(guān)，只與狀態(tài)參數(shù)變化量與路徑無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)。初終態(tài)有關(guān)。數(shù)學(xué)上：數(shù)學(xué)上：點(diǎn)函數(shù)、態(tài)函數(shù)點(diǎn)函數(shù)、態(tài)函數(shù)1 2ab 0dz212, 12, 112abzzdzdzdz例：溫度變化例：

4、溫度變化山高度變化山高度變化設(shè)設(shè) z z =z z (x , y)dz z是全微分是全微分yxzzdzdxdyxy充要條件：充要條件：22zzx yy x 可判斷是否可判斷是否是狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)參數(shù)強(qiáng)度參數(shù)：強(qiáng)度參數(shù)：與物質(zhì)的量無關(guān)的參數(shù)與物質(zhì)的量無關(guān)的參數(shù) 如如壓力壓力 p、溫度溫度T廣延參數(shù)：廣延參數(shù)：與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)可加性可加性 如如 質(zhì)量質(zhì)量m、容積容積 V、熱力學(xué)能熱力學(xué)能 U、焓焓 H、熵熵S比參數(shù)：比參數(shù)：比容比容VvmUum比熱力比熱力學(xué)能學(xué)能Hhm比焓比焓Ssm比熵比熵單位：單位：/kg /kmol 具有強(qiáng)度量的性質(zhì)具有強(qiáng)度量的性質(zhì)壓力壓力 p、溫度、溫

5、度 T、比容、比容 v （容易測量）（容易測量）1 1、壓力壓力 p 物理中物理中壓強(qiáng)壓強(qiáng)，單位單位: Pa , N/m2常用單位：常用單位： 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 101325 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665 104 Pa一般是一般是工質(zhì)工質(zhì)絕對壓力絕對壓力與與環(huán)境壓力環(huán)境壓力的的相對值相對值 相對壓力相對壓力注意：注意：只有只有絕對壓力絕對壓力 p 才才是是狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)當(dāng)當(dāng) p pb表壓力表壓力 peebppp當(dāng)當(dāng) p 有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡有足夠時(shí)間恢

6、復(fù)新平衡 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程 系統(tǒng)經(jīng)歷某一過程后，如果能使系統(tǒng)經(jīng)歷某一過程后，如果能使系系統(tǒng)統(tǒng)與與外界外界同時(shí)同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過程為下任何痕跡，則此過程為可逆過程可逆過程。注意：注意：可逆過程只是指可能性，并不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。是指必須要回到初態(tài)的過程。準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程 + 無耗散效應(yīng)無耗散效應(yīng) = 可逆過程可逆過程無不平衡勢差無不平衡勢差通過摩擦使功通過摩擦使功變熱的效應(yīng)變熱的效應(yīng)(摩阻，電阻，摩阻，電阻，非彈性變性，非彈性變性，磁阻等）磁阻等） 不平衡勢差不平衡勢差不可逆根源不可逆根源 耗散效應(yīng)耗散效

7、應(yīng) 耗散效應(yīng)耗散效應(yīng) 準(zhǔn)靜態(tài)過程是實(shí)際過程的準(zhǔn)靜態(tài)過程是實(shí)際過程的理想化理想化過程，過程， 但并非但并非最優(yōu)最優(yōu)過程，可逆過程是過程，可逆過程是最優(yōu)最優(yōu)過程。過程。 可逆過程的功與熱可逆過程的功與熱完全完全可用可用系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)工質(zhì) 的的狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)表達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界表達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界 的復(fù)雜關(guān)系，易分析。的復(fù)雜關(guān)系，易分析。 實(shí)際過程不是可逆過程，但為了研究方實(shí)際過程不是可逆過程，但為了研究方 便，先按便，先按理想理想情況（情況（可逆過程可逆過程）處理，）處理， 用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆 因素加以因素加以修正。修正。 完全可逆完全

8、可逆可逆可逆 內(nèi)部可逆，外部不可逆內(nèi)部可逆，外部不可逆 外部可逆，內(nèi)部不可逆外部可逆，內(nèi)部不可逆 常見常見90 0 例：例：內(nèi)可逆內(nèi)可逆外不可逆外不可逆1 1、力學(xué)力學(xué)定義定義: : 力力 在力方向上的在力方向上的位移位移2、熱力學(xué)熱力學(xué)定義定義(外文參考書外文參考書） a a、當(dāng)熱力系與外界發(fā)生能量傳遞當(dāng)熱力系與外界發(fā)生能量傳遞時(shí)，如果對外界的時(shí)，如果對外界的唯一效果可歸結(jié)為唯一效果可歸結(jié)為取起重物取起重物，此即為熱力系對外作功。，此即為熱力系對外作功。 b b、功是系統(tǒng)與外界相互作用的一功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，在種方式，在力力的推動(dòng)下，通過的推動(dòng)下，通過有序有序運(yùn)運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能

9、量動(dòng)方式傳遞的能量。鍋鍋爐爐汽輪機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵給水泵凝凝汽汽器器過熱器過熱器功功的一般表達(dá)式的一般表達(dá)式Fdxw Fdxw熱力學(xué)最常見的功熱力學(xué)最常見的功 容積變化功容積變化功 pdvwpdvw其他準(zhǔn)靜態(tài)功：其他準(zhǔn)靜態(tài)功：拉伸功拉伸功，表面張力功表面張力功，電功電功等等pV. .12. .pp外外21mkg工質(zhì)：工質(zhì)： W =pdV21WpdV1kg工質(zhì)：工質(zhì)： w =pdv21wpdvW1 1、熱量熱量定義：定義： 熱力系通過邊界與外界的交換的熱力系通過邊界與外界的交換的能能量量中，除了中，除了功功的部分的部分（不確切）（不確切）。 另一定義：另一定義：熱量熱量是熱力系與外界是熱

10、力系與外界相互作用的另一種方式，在相互作用的另一種方式，在溫度溫度的推的推動(dòng)下，以微觀動(dòng)下，以微觀無序無序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能能量量。熱量是否可以用類似于功的式子熱量是否可以用類似于功的式子表示表示？引入引入“熵熵”能量傳遞方式能量傳遞方式 容積變化功容積變化功 傳熱量傳熱量性質(zhì)性質(zhì) 過程量過程量 過程量過程量推動(dòng)力推動(dòng)力 壓力壓力 p 溫度溫度 T標(biāo)志標(biāo)志 dV , dv dS , ds公式公式pdvw Tdsq pdvw Tdsq條件條件 準(zhǔn)靜態(tài)或可逆準(zhǔn)靜態(tài)或可逆 可逆可逆revQdSTreversible熵的簡單引入熵的簡單引入revqdsT比參數(shù)比參數(shù) kJ/kg.Kds:

11、可逆過程可逆過程 qrev除以傳熱時(shí)的除以傳熱時(shí)的T所得的所得的商商 清華大學(xué)清華大學(xué)劉仙洲劉仙洲教授命名為教授命名為“熵熵”廣延量廣延量 kJ/K1 1、熵熵是是狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù) 3、熵熵的物理意義：的物理意義：熵熵體現(xiàn)了體現(xiàn)了可逆過程可逆過程 傳熱的傳熱的大小大小與與方向方向2、符號符號規(guī)定規(guī)定系統(tǒng)系統(tǒng)吸熱吸熱時(shí)時(shí)為為正正 Q 0 dS 0系統(tǒng)系統(tǒng)放熱放熱時(shí)時(shí)為為負(fù)負(fù) Q 0 dS 04、用途：用途：判斷熱量方向判斷熱量方向 計(jì)算可逆過程的傳熱量計(jì)算可逆過程的傳熱量pVWTSQ 示功圖示功圖溫熵溫熵(示熱示熱)圖圖pdVWTdSQ要實(shí)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)連續(xù)連續(xù)作功，必須構(gòu)成作功，必須構(gòu)成循環(huán)循環(huán)定義：定義： 熱力系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化回到初熱力系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化回到初態(tài)，這一系列變化過程稱為態(tài)，這一系列變化過程稱為熱力循環(huán)熱力循環(huán)。不可逆循環(huán)不可逆循環(huán)分類：分類：可逆可逆過程過程不可逆不可逆循環(huán)循環(huán)可逆循環(huán)可逆循環(huán)pVTS凈效應(yīng)：凈效應(yīng)：對外作功對外作功凈效應(yīng)：凈效應(yīng)：吸熱吸熱正循環(huán)：順時(shí)針方向正循環(huán)：順時(shí)針方向2112pVTS凈效應(yīng)：凈效應(yīng)：對內(nèi)作功對內(nèi)作功凈效應(yīng)：凈效應(yīng)：放熱放熱逆循環(huán)：逆時(shí)針方向逆循環(huán)：逆時(shí)針方向2112正循環(huán)：凈效應(yīng)（對外作功，吸熱）正循環(huán)：凈效應(yīng)（對外作功，吸熱）1W