熱力學(xué)1章ssppt課件

1、作業(yè)作業(yè)1-41-71-81-10第一章第一章 根本概念根本概念Basic ConceptsBasic Concepts1-1 1-1 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng)熱力系、系統(tǒng))：人為地選?。喝藶榈剡x取 一定范圍內(nèi)的物質(zhì)一定范圍內(nèi)的物質(zhì)研討對(duì)象研討對(duì)象1、系統(tǒng)的定義、系統(tǒng)的定義Thermodynamic systemThermodynamic system :A quantity of matter or a region in space chosen for study1-1 1-1 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng) ( (續(xù)續(xù)) )外界：系統(tǒng)以外的一切物質(zhì)外界：系統(tǒng)以外的一切物質(zhì)2、外

2、界、系統(tǒng)的邊境、外界、系統(tǒng)的邊境邊境邊境(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)與外界的作用都經(jīng)過(guò)邊境系統(tǒng)與外界的作用都經(jīng)過(guò)邊境surroundingsboundary邊境特性邊境特性真實(shí)、虛擬真實(shí)、虛擬固定、活動(dòng)固定、活動(dòng)fixed 、 movablereal 、 imaginary熱力系統(tǒng)分類(lèi)熱力系統(tǒng)分類(lèi)以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：能否傳熱能否傳熱能否傳功能否傳功 非絕功系非絕功系 絕功系絕功系能否傳熱、功、質(zhì)能否傳熱、功、質(zhì) 非孤立系非孤立系 有 無(wú)能否傳質(zhì)開(kāi)口系開(kāi)口系 閉口系閉口系非絕熱系非絕熱系 絕熱系絕熱系孤立系孤立系Types of System開(kāi)

3、口系開(kāi)口系絕熱系絕熱系孤立系孤立系Closed system Control massIsolated systemOpen systemControl volume閉口系閉口系A(chǔ)diabatic system1234mQW1 開(kāi)口系開(kāi)口系系統(tǒng)間的關(guān)系系統(tǒng)間的關(guān)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 孤立系孤立系簡(jiǎn)單可緊縮系統(tǒng)簡(jiǎn)單可緊縮系統(tǒng)最重要的系統(tǒng)最重要的系統(tǒng) 只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功容積變化功容積變化功緊縮功緊縮功膨脹功膨脹功Simple compressible sys

4、temMoving Boundary WorkCompression WorkExpansion Work1-2 形狀和形狀參數(shù)形狀和形狀參數(shù)形狀：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀情況形狀：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀情況形狀參數(shù)：描畫(huà)熱力系形狀的物理量形狀參數(shù)：描畫(huà)熱力系形狀的物理量形狀參數(shù)的特征：形狀參數(shù)的特征：1、形狀確定，那么形狀參數(shù)也確定，反之亦、形狀確定，那么形狀參數(shù)也確定，反之亦然然2、形狀參數(shù)的積分特征：形狀參數(shù)的變化量、形狀參數(shù)的積分特征：形狀參數(shù)的變化量 與途徑無(wú)關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)與途徑無(wú)關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)3、形狀參數(shù)的微分特征：全微分、形狀參數(shù)的微分特征：全微分State and

5、 state properties形狀參數(shù)的積分特征形狀參數(shù)的積分特征 形狀參數(shù)變化量與途徑無(wú)關(guān)，只與形狀參數(shù)變化量與途徑無(wú)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 2abd0z 2222111,1,dddabzzzzz 例：登山高度例：登山高度point function形狀參數(shù)的微分特征形狀參數(shù)的微分特征設(shè)設(shè) z =z (x , y)dz是全微分是全微分dddyxzzzxyxy充要條件：充要條件：22zzx yy x 可判別能否可判別能否是形狀參數(shù)是形狀參數(shù)Total differentials強(qiáng)度參數(shù)與廣延參數(shù)強(qiáng)度參數(shù)與廣延參數(shù)強(qiáng)度參數(shù)：與物質(zhì)的量無(wú)

6、關(guān)的參數(shù)強(qiáng)度參數(shù)：與物質(zhì)的量無(wú)關(guān)的參數(shù) 如壓力如壓力 p、溫度、溫度T廣延參數(shù)：與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)廣延參數(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、內(nèi)能、內(nèi)能 U、焓、焓 H、熵、熵S比參數(shù)：比參數(shù)：比容比容VvmUum比內(nèi)能比內(nèi)能Hhm比焓比焓Ssm比熵比熵 單位：?jiǎn)挝唬?kg /kmol 具有強(qiáng)度參數(shù)的性質(zhì)具有強(qiáng)度參數(shù)的性質(zhì)Intensive properties Extensive properties 強(qiáng)度參數(shù)與廣延參數(shù)強(qiáng)度參數(shù)與廣延參數(shù) (續(xù)續(xù)) 速度速度動(dòng)能動(dòng)能高度高度 勢(shì)能勢(shì)能 內(nèi)能內(nèi)能溫度溫度應(yīng)力應(yīng)力摩爾數(shù)摩爾數(shù)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)廣廣廣廣廣廣廣廣Ve

7、locity Kinetic EnergyHeight Potential EnergyTemperature Internal EnergyStressMol1-3 根本形狀參數(shù)根本形狀參數(shù)壓力壓力 p、溫度、溫度 T、比容、比容 v 容易丈量容易丈量1 1、壓力、壓力 p ( pressure ) p ( pressure ) 物理中壓強(qiáng)，單位物理中壓強(qiáng)，單位: Pa : Pa (Pascal), N/m2(Pascal), N/m2常用單位常用單位 (Units)： 1 kPa = 103 Pa 1bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg

8、= 1.013105 Pa 1 mmHg = 133.3 Pa 1 at = 1 kgf/cm2 = 9.80665104 PaBasic state properties壓力壓力p丈量丈量表示圖絕對(duì)壓力與環(huán)境壓力的相對(duì)值絕對(duì)壓力與環(huán)境壓力的相對(duì)值 相對(duì)壓力相對(duì)壓力留意：只需絕對(duì)壓力留意：只需絕對(duì)壓力 p 才是形狀參數(shù)才是形狀參數(shù)U-tube manometerBourdon Tube絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力當(dāng)當(dāng) p pb表壓力表壓力 pebeppp當(dāng)當(dāng) p 可以足夠快恢復(fù)新平衡可以足夠快恢復(fù)新平衡 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程Relaxation time準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的工程運(yùn)用準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的

9、工程運(yùn)用例：活塞式內(nèi)燃機(jī)例：活塞式內(nèi)燃機(jī) 2000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分分 曲柄曲柄 2沖程沖程/轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)，0.15米米/沖程沖程活塞運(yùn)動(dòng)速度活塞運(yùn)動(dòng)速度=20002 0.15/60=10 m/s壓力波恢復(fù)平衡速度壓力波恢復(fù)平衡速度(聲速聲速)：350 m/s破壞平衡所需時(shí)間破壞平衡所需時(shí)間外部作用時(shí)間外部作用時(shí)間恢復(fù)平衡所需時(shí)間恢復(fù)平衡所需時(shí)間馳豫時(shí)間馳豫時(shí)間普通的工程過(guò)程都可以為是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程普通的工程過(guò)程都可以為是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程詳細(xì)工程問(wèn)題詳細(xì)分析。詳細(xì)工程問(wèn)題詳細(xì)分析?！昂鋈缓鋈?“緩慢緩慢準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的容積變化功準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的容積變化功pp外外f初始：初始：pA = p外外A +fA假設(shè)假設(shè) p外微小外微小可

10、視為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程可視為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程dl以汽缸中以汽缸中mkg工質(zhì)為系統(tǒng)工質(zhì)為系統(tǒng)mkg工質(zhì)發(fā)生容積變化工質(zhì)發(fā)生容積變化 對(duì)外界作的功：對(duì)外界作的功： W = p A dl =pdV1kg工質(zhì)：工質(zhì)： w =pdvdl 很小，近似以為很小，近似以為 p 不變，不變，Moving Boundary Work準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的容積變化功準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的容積變化功 (續(xù)續(xù))pp外外2m kg工質(zhì)：工質(zhì)： W =pdV1 kg工質(zhì)：工質(zhì)： w =pdv121dWp V21dwp v留意：留意：上式僅適用于上式僅適用于準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程示功圖示功圖indicator (p-V) diagrampV. .12. .pp

11、外外21mkg工質(zhì)：工質(zhì)： W =pdV21dWp V1kg工質(zhì)：工質(zhì)： w =pdv21dwp vW作業(yè)作業(yè)1-141-151-16準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功的闡明準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功的闡明pV. .12. .2 p-V 圖上用面積表示圖上用面積表示3功的大小與途徑有關(guān)，功的大小與途徑有關(guān)， 過(guò)程量過(guò)程量Path function4一致規(guī)定：一致規(guī)定：dV0，膨脹，膨脹 對(duì)外作功正對(duì)外作功正 dV0，緊縮，緊縮 對(duì)內(nèi)作功負(fù)對(duì)內(nèi)作功負(fù)5適于準(zhǔn)靜態(tài)下的任何工質(zhì)普通為流體適于準(zhǔn)靜態(tài)下的任何工質(zhì)普通為流體6外力無(wú)限制，功的表達(dá)式只是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)外力無(wú)限制，功的表達(dá)式只是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)7有無(wú)有無(wú)f，只影響系統(tǒng)功與外界

12、功的大小差別，只影響系統(tǒng)功與外界功的大小差別1單位為單位為 kJ 或或 kJ/kgWw摩擦損失摩擦損失Friction Loss的影響的影響假設(shè)有假設(shè)有f 存在，就存在損存在，就存在損失失pp外外21系統(tǒng)膨脹作功系統(tǒng)膨脹作功W，外界得到的功，外界得到的功W W假設(shè)外界將得到的功假設(shè)外界將得到的功W 再返還給系統(tǒng)，再返還給系統(tǒng)，系統(tǒng)得到的功系統(tǒng)得到的功WT2Q節(jié)流過(guò)程節(jié)流過(guò)程 ( (閥門(mén)閥門(mén)p1p2p1p2Frequently encountered irreversibilities Valve常見(jiàn)的不可逆常見(jiàn)的不可逆 續(xù)續(xù)混合過(guò)程混合過(guò)程自在膨脹自在膨脹真空真空Frequently enco

13、untered irreversibilitiesUnrestrained expansionMixing process引入可逆過(guò)程的意義引入可逆過(guò)程的意義 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是實(shí)踐過(guò)程的理想化過(guò)程，準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是實(shí)踐過(guò)程的理想化過(guò)程， 但并非最優(yōu)過(guò)程，可逆過(guò)程是最優(yōu)過(guò)程。但并非最優(yōu)過(guò)程，可逆過(guò)程是最優(yōu)過(guò)程。 可逆過(guò)程的功和熱可完全用系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)可逆過(guò)程的功和熱可完全用系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì) 的形狀參數(shù)表達(dá)，可不思索系統(tǒng)與外界的形狀參數(shù)表達(dá)，可不思索系統(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)踐過(guò)程不是可逆過(guò)程，但為了研討方實(shí)踐過(guò)程不是可逆過(guò)程，但為了研討方 便，先按理想情況可逆過(guò)程處置，便，先按理想情

14、況可逆過(guò)程處置， 用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后思索不可逆用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后思索不可逆 要素加以修正。要素加以修正。完全可逆、內(nèi)可逆、外可逆完全可逆、內(nèi)可逆、外可逆 完全可逆完全可逆可逆可逆 內(nèi)部可逆，外部不可逆內(nèi)部可逆，外部不可逆 常見(jiàn)常見(jiàn)905例：例：內(nèi)可逆內(nèi)可逆外不可逆外不可逆Totally reversible Internally reversible 外部可逆，內(nèi)部不可逆外部可逆，內(nèi)部不可逆Externally reversible 1-7 功功 量量 Work1 1、力學(xué)定義、力學(xué)定義: : 力力 在力方向上的位移在力方向上的位移2、熱力學(xué)定義、熱力學(xué)定義I熱力學(xué)定義熱力學(xué)定義I

15、I功的熱力學(xué)定義功的熱力學(xué)定義 I 假設(shè)系統(tǒng)與外界發(fā)生能量傳送時(shí)，假設(shè)系統(tǒng)與外界發(fā)生能量傳送時(shí)，其獨(dú)一效果可歸結(jié)為舉起重物，那么其獨(dú)一效果可歸結(jié)為舉起重物，那么系統(tǒng)與外界交換了功。系統(tǒng)與外界交換了功。 Work is done by a system if the Work is done by a system if the sole effect on the surroundings sole effect on the surroundings could be the raising of a weight.could be the raising of a weight. 作功與傳

16、熱的不同：傳熱的全部效作功與傳熱的不同：傳熱的全部效果不能夠與舉起重物的效果相當(dāng)。果不能夠與舉起重物的效果相當(dāng)。功的熱力學(xué)定義功的熱力學(xué)定義II 功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，在力的推進(jìn)下，經(jīng)過(guò)有序運(yùn)動(dòng)方式，在力的推進(jìn)下，經(jīng)過(guò)有序運(yùn)動(dòng)方式傳送的能量。式傳送的能量。功的表達(dá)式功的表達(dá)式功的普通表達(dá)式功的普通表達(dá)式dwF xdwF x熱力學(xué)最常見(jiàn)的功熱力學(xué)最常見(jiàn)的功 容積變化功容積變化功 膨脹功膨脹功 or 緊緊縮功縮功dwp vdwp v其它準(zhǔn)靜態(tài)功：拉伸功，外表張力功，電功等其它準(zhǔn)靜態(tài)功：拉伸功，外表張力功，電功等1-8 熱量與熵?zé)崃颗c熵 Heat and E

17、ntropyHeat 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. 定義：熱量是熱力系與外界相互作用的定義：熱量是熱力系與外界相互作用的另一種方式，在溫差的推進(jìn)下，以微觀另一種方式，在溫差的推進(jìn)下，以微觀無(wú)序運(yùn)動(dòng)方式傳送的能量。無(wú)序運(yùn)動(dòng)方式傳送的能量。熱量與容積變化功熱量與容積變化功能量傳送方式能量傳送方式 容積變化功容積變化功 傳熱量傳熱量性質(zhì)性質(zhì) 過(guò)程量過(guò)程量 過(guò)程量過(guò)程量推進(jìn)力推進(jìn)力 無(wú)限小無(wú)限小 p勢(shì)差勢(shì)差 無(wú)限小無(wú)限小T勢(shì)差勢(shì)差標(biāo)志標(biāo)志 dV , dv dS , ds公式公式dwp vdqT sdwp vdqT s適用條件適用條件 準(zhǔn)靜態(tài)或可逆準(zhǔn)靜態(tài)或可逆 可逆可逆熵熵 (Entropy) 的定義的定義drevQSTreversibledrevqsT比參數(shù)比參數(shù) kJ/kg.Kds: 可逆過(guò)程可逆過(guò)程 qrev除以傳熱時(shí)的除以傳熱時(shí)的T所所得的商得的商 清華大學(xué)劉仙洲教授將其命名為清華大學(xué)劉仙洲教授將其命名為“熵熵廣延量廣延量 kJ/K熵的闡明