工程熱力學 第一章課件

第一章基本概念第一章基本概念1本章基本要求：掌握工程熱力學中一些基本術(shù)語和概念：熱力系、平衡態(tài)、準平衡過程、可逆過程等。掌握狀態(tài)參數(shù)的特征，基本狀態(tài)參數(shù)p、v、T的定義和單位等。掌握熱量和功量這些過程量的特征，并會用系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)對可逆過程的熱量、功量進行計算。了解工程熱力學分析問題的特點、方法和步驟。本章基本要求：掌握工程熱力學中一些基本術(shù)語和概念：熱力系、平2§1－1熱能在熱機中轉(zhuǎn)變成機械能的過程§1－1熱能在熱機中轉(zhuǎn)變成機械能的過程3熱能動力裝置：從燃料燃燒中得到熱能，并利用熱能得到動力的設(shè)備。熱能動力裝置分為兩大類：燃氣動力裝置（內(nèi)燃機、燃氣輪機）蒸汽動力裝置（蒸汽輪機）熱能機械能化學能熱能動力裝置：熱能動力裝置分為兩大類：熱能機械能化學能4

內(nèi)燃機的工作原理圖活塞曲柄連桿機構(gòu)氣缸內(nèi)燃機的工作原理圖活塞曲柄連桿機構(gòu)氣缸5兩沖程內(nèi)燃機工作過程進氣排氣兩沖程內(nèi)燃機工作過程進氣排氣6四沖程內(nèi)燃機工作過程進氣排氣四沖程內(nèi)燃機工作過程進氣排氣7內(nèi)燃機（汽油機）燃氣熱能機械能燃料化學能排入大氣壓縮燃燒、膨脹吸氣排氣工作過程：能量轉(zhuǎn)換：工作物質(zhì)：燃氣內(nèi)燃機（汽油機）燃氣機械能燃料排入大氣壓縮吸氣工作過程：能量8蒸汽動力裝置流程簡圖蒸汽動力裝置流程簡圖550℃過熱器鍋爐給水泵冷凝器冷卻水汽輪機發(fā)電機QQ12W20℃高溫高壓蒸汽Wp蒸汽動力裝置流程簡圖蒸汽動力裝置流程簡圖550℃過鍋給水泵冷9蒸汽動力裝置1－爐子2－爐墻3－沸水管4－汽鍋5－過熱器6－汽輪機7－噴嘴8－葉片9－葉輪10－軸11－發(fā)電機12－冷凝器13、14、16－泵15－蓄水池蒸汽動力裝置1－爐子2－爐墻3－沸水管4－汽鍋5－過10燃料在鍋爐中燃燒，加熱沸水管內(nèi)的水，使之變?yōu)檎羝?，并在過熱器內(nèi)過熱，成為過熱蒸汽，完成從化學能轉(zhuǎn)變到熱能的過程；高溫高壓（相對于環(huán)境）蒸汽膨脹推動汽輪機作功（機械能）；作功后的乏汽從汽輪機進入冷凝器，被冷卻水冷凝成水，并由泵加壓送入鍋爐加熱。蒸汽動力裝置工作過程：燃料在鍋爐中燃燒，加熱沸水管內(nèi)的水，使之變?yōu)檎羝?，并在過熱器11不同點：構(gòu)造和工作特性不同。相同點：從高溫熱源吸熱(吸熱過程)將其中一部分轉(zhuǎn)變?yōu)楣?對外作功過程)將其余部分傳給低溫熱源(對外放熱過程)工質(zhì)提高壓力需要耗功(消耗外功)。結(jié)論：各種形式的熱機都存在以下幾個相同的熱力過程：吸熱、膨脹作功和排熱。比較上述兩種熱機不同點：構(gòu)造和工作特性不同。結(jié)論：比較上述兩種熱機12名詞定義：工質(zhì)：實現(xiàn)熱能和機械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。熱源（高溫熱源）：工質(zhì)從中吸取熱能的物系。冷源（低溫熱源）：接受工質(zhì)排出熱能的物系。名詞定義：工質(zhì)：13工質(zhì)從高溫熱源吸熱，將其中一部分轉(zhuǎn)化為機械能而作功，并把余下部分傳給低溫熱源。熱能動力裝置的工作過程可概括成：熱源冷源熱機作功吸熱放熱工質(zhì)從高溫熱源吸熱，將其中一部分轉(zhuǎn)化為機械能而作功，并把14§1－2熱力系統(tǒng)§1－2熱力系統(tǒng)15

為了研究問題方便，熱力學中常把分析對象從周圍物體中分割出來，研究它與周圍物體之間的能量和物質(zhì)的傳遞。熱力系統(tǒng)（熱力系）：

人為分割出來作為熱力學分析對象的有限物質(zhì)系統(tǒng)邊界：系統(tǒng)與外界之間的分界面外界：熱力系統(tǒng)以外的部分邊界可以是實在的，也可以是假想的；可以是固定的，也可以是移動的一、基本概念為了研究問題方便，熱力學中常把分析對象從周圍物體中分割出16系統(tǒng)與邊界：以空間為系統(tǒng)，進、出口邊界均為假想邊界，系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換以氣缸內(nèi)氣體為系統(tǒng)，活塞表面上的邊界是移動邊界，系統(tǒng)與外界沒有物質(zhì)交換系統(tǒng)與邊界：以空間為系統(tǒng)，進、出口邊界均為假想邊界，系統(tǒng)與外17熱二、熱力系統(tǒng)的分類物質(zhì)功功熱物質(zhì)物質(zhì)功物質(zhì)絕熱熱力系孤立熱力系閉口熱力系開口熱力系(一)根據(jù)系統(tǒng)與外界物質(zhì)交換、熱量交換的情況：

1.閉口系—系統(tǒng)與外界無物質(zhì)交換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量恒定不變，也稱控制質(zhì)量;

2.開口系—系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，系統(tǒng)被劃定在一定容積范圍內(nèi)，也稱控制容積;

3.絕熱系—系統(tǒng)與外界無熱量交換；4.孤立系—系統(tǒng)與外界既無能量交換，也無物質(zhì)交換。熱二、熱力系統(tǒng)的分類物質(zhì)功功熱物質(zhì)物質(zhì)功物質(zhì)絕熱熱力系孤立熱18閉口熱力系閉口熱力系19開口熱力系開口熱力系20開口舉例熱力系（管道）穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)開口舉例熱力系（管道）穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)21開口熱力系續(xù)15開口熱力系續(xù)1522開口熱力系（鍋爐示意圖）來自水泵過熱器爐墻蒸發(fā)管去汽輪機燃料與空氣開口熱力系（鍋爐示意圖）來自水泵過熱器爐墻蒸發(fā)管去汽輪機燃料23鍋爐的簡化熱力學分析模型(主要考慮蒸汽的發(fā)生)熱力系熱量（熱源）(高溫蒸汽)物質(zhì)(鍋爐給水)物質(zhì)鍋爐的簡化熱力學分析模型鍋爐的簡化熱力學分析模型熱力系熱量（熱源）(高溫蒸汽)物質(zhì)24開口熱力系汽輪機去凝汽器調(diào)速器來自鍋爐噴管葉片汽輪機發(fā)電機開口熱力系汽輪機示意圖開口熱力系汽輪機去凝汽器調(diào)速器來自鍋爐噴管葉片汽輪機25軸功（水蒸汽）物質(zhì)汽輪機的簡化熱力學分析模型熱力系（水蒸汽）物質(zhì)汽輪機的簡化熱力學分析模型軸功（水蒸汽）物質(zhì)汽輪機的簡化熱力學分析模型熱力系（水蒸汽）26來自汽輪機的水蒸汽去水泵的凝結(jié)水冷卻水冷卻水開口熱力系（冷凝器）來自汽輪機的水蒸汽去水泵的凝結(jié)水冷卻水冷卻水開口熱力系（冷凝27(凝結(jié)水）

物質(zhì)蒸汽放熱給冷卻水冷凝器的簡化熱力學分析模型熱力系（水蒸汽）物質(zhì)冷凝器的簡化熱力學分析模型

(主要考慮蒸汽的凝結(jié))(凝結(jié)水）物質(zhì)蒸汽放熱給冷卻水冷凝器的簡化熱力學分析模型熱28蒸汽動力裝置流程簡圖蒸汽動力裝置流程簡圖蒸汽動力裝置流程簡圖蒸汽動力裝置流程簡圖29冷卻水帶走熱量（工質(zhì)放熱量）向外輸出功（汽輪機）（水泵耗功）（工質(zhì)吸熱量）蒸汽動力裝置的簡化熱力學分析模型熱力系向系統(tǒng)輸入功熱源供熱蒸汽動力裝置的簡化熱力學分析模型冷卻水帶走熱量（工質(zhì)放熱量）向外輸出功（汽輪機）（水泵耗功）30（二）按照系統(tǒng)內(nèi)部的情況可劃分1.均勻熱力系:系統(tǒng)內(nèi)部各部分化學成分和物理性質(zhì)都均勻一致的系統(tǒng)，它是由單相組成的。2.非均勻熱力系:由兩個或兩個以上的相態(tài)組成的熱力系。3.單元熱力系:由一種化學成分組成的熱力系。4.多元熱力系:由兩種或兩種以上物質(zhì)組成的熱力系。5.可壓縮系統(tǒng):由可壓縮流體組成的熱力系。6.簡單熱力系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界只有熱量與一種形式的準靜功交換。7.簡單可壓縮系統(tǒng):與外界只有熱量和機械功交換的可壓縮系統(tǒng)。熱力學中大多屬于簡單可壓縮系統(tǒng)（二）按照系統(tǒng)內(nèi)部的情況可劃分1.均勻熱力系:系統(tǒng)內(nèi)部各部分31熱力系統(tǒng)的劃分要根據(jù)具體要求而定，如內(nèi)燃機在氣缸進、排氣門關(guān)閉時，取封閉于氣缸內(nèi)的工質(zhì)為系統(tǒng)是閉口系統(tǒng)；而把內(nèi)燃機進、排氣及燃燒膨脹過程一起研究時，取氣缸為劃定的空間就是開口系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)的劃分要根據(jù)具體要求而定，如內(nèi)燃機在氣缸進、排氣門關(guān)321－3工質(zhì)的熱力學狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)1－3工質(zhì)的熱力學狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)33熱力學狀態(tài)：工質(zhì)在熱力變化過程中某一瞬間呈現(xiàn)出來的宏觀物理狀況，簡稱狀態(tài)。狀態(tài)參數(shù)：

描述工質(zhì)所處狀態(tài)的宏觀物理量。如溫度、壓力等。熱力學狀態(tài)：狀態(tài)參數(shù)：341）工程熱力學只從總體上研究工質(zhì)所處的狀態(tài)及其變化，不從微觀角度研究個別粒子的行為和特性，因而所采用的物理量都是宏觀的物理量。2）狀態(tài)參數(shù)的全部或一部分發(fā)生變化，即表明物質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生變化。物質(zhì)的狀態(tài)變化也必然可由參數(shù)的變化標志出來。狀態(tài)參數(shù)一旦確定，工質(zhì)的狀態(tài)也完全確定。因而狀態(tài)參數(shù)是熱力系統(tǒng)的單值函數(shù)，其值只取決于初終態(tài)，與過程無關(guān)。狀態(tài)參數(shù)的特性：狀態(tài)參數(shù)的特性：35即滿足：

3)狀態(tài)參數(shù)是點函數(shù)，其微分是全微分。設(shè)Z＝f(x,y),則：

反之，如能證明某物理量具有上述數(shù)學特征，則該物理量一定是狀態(tài)參數(shù)，全微分是狀態(tài)參數(shù)的充要條件。即滿足：364）常用的狀態(tài)參數(shù)有:壓力P、溫度T、體積V、熱力學能U、焓H和熵S，其中壓力、溫度和體積可直接用儀器測量，稱為基本狀態(tài)參數(shù)。其余狀態(tài)參數(shù)可根據(jù)基本狀態(tài)參數(shù)間接算得。5）狀態(tài)參數(shù)有強度量與廣延量之分：

強度量：與系統(tǒng)質(zhì)量無關(guān)，如P、T。強度量不具有可加性。

廣延量：與系統(tǒng)質(zhì)量成正比，如V、U、H、S。廣延量具有可加性。廣延量的比參數(shù)（單位質(zhì)量工質(zhì)的體積、熱力學能等）具有強度量的性質(zhì)，不具有可加性。4）常用的狀態(tài)參數(shù)有:37熱平衡定律（熱力學第零定律）:分別與第三個系統(tǒng)處于熱平衡（相互之間沒有熱量傳遞）的兩個系統(tǒng)，它們彼此也必定處于熱平衡。（這是由實驗、經(jīng)驗中得到的，不可以由其它定律推出。）

既然兩個（或多個）獨立的系統(tǒng)各自處于一定狀態(tài)時是熱平衡的，那么，這兩個（或多個）系統(tǒng)具有一個共同的宏觀性質(zhì)。可以用一個物理量－溫度來描述。一、溫度基本熱力學參數(shù)熱平衡定律（熱力學第零定律）:分別與第三個系統(tǒng)處于熱平衡（相38溫度的定義：1）宏觀上溫度是物體冷熱程度的標志2）微觀上溫度是物質(zhì)分子熱運動劇烈程度的標志溫度是描述熱力學平衡系統(tǒng)的一個狀態(tài)參數(shù)，是強度量。測量溫度的儀器稱做溫度計，選作溫度計的感應(yīng)元件的物體應(yīng)具備特定的物理性質(zhì)：隨物體的冷熱程度不同有顯著的變化。溫度的定義：39定義：溫標是指溫度的數(shù)值表示法溫標測溫物質(zhì)及其測溫屬性基準點分度方法溫標三要素：任選一種物質(zhì)的某一測溫屬性，采用以上溫標的規(guī)定所得到的溫標稱為經(jīng)驗溫標，經(jīng)驗溫標依賴于測溫物質(zhì)的物理性質(zhì)。熱力學理論指出可以建立一種不依賴于測溫物質(zhì)的性質(zhì)的溫標,即熱力學絕對溫標。定義：溫標是指溫度的數(shù)值表示法溫標測溫物質(zhì)及其測溫屬性溫標40熱力學絕對溫標（熱力學溫度或絕對溫）開爾文在熱力學第二定律的基礎(chǔ)上，從理論上引入的與測溫物質(zhì)性質(zhì)無關(guān)的溫標。它可作為標準溫標，一切經(jīng)驗溫標均可以用此溫標來校正。

符號為T，單位為K(稱“開爾文”)。

規(guī)定水的三相點為基準點，并規(guī)定此點的溫度為273.16K熱力學絕對溫標（熱力學溫度或絕對溫）41

攝氏溫標1742年瑞典人攝氏(Anderscelsius)提出的。他把一個大氣壓下純水的冰點取為0度，沸點取為100度，中間100等分作為溫標。符號t、單位℃。1960年國際計量會議給攝氏溫標以新的基準，即由熱力學絕對溫標來規(guī)定攝氏溫標，稱熱力學攝氏溫標，把水的三相點定為273.16K，0.01℃。則0℃＝273.15K，t(℃)=T(K)-273.15華氏溫標：1724年由德國人華氏（cabridlDFahrenheit）提出。他把水、冰和氯化銨的混合物作為制冷劑而獲得的當時可得到的最低溫度作為0度，把人體的溫度作為96度，中間等分，這樣的數(shù)字是由于當時廣泛使用12進位法。符號tF

，單位°F。攝氏溫標1742年瑞典人攝氏(Ander42華氏溫標與攝氏溫標的換算關(guān)系為：t(℃)=0℃=32oF100℃=212oF郎肯溫標：

是盎格魯撒克遜民族（歐洲）用的溫標。采用符號T，單位用r。T(r)=9/5T(K)華氏溫標與攝氏溫標的換算關(guān)系為：43常用溫標絕對K攝氏℃

華氏F100373.150.01273.160273.15-17.80-273.1521237.8100032-459.670冰熔點水三相點鹽水熔點發(fā)燒水沸點常用溫標絕對K攝氏℃華氏F100373.150.0127344二、壓力定義：單位面積上所受的垂直作用力稱為壓力（即壓強)壓力計測量工質(zhì)壓力的儀器。常見的壓力計有壓力表和U型管。由于壓力計的測壓元件處于某種環(huán)境壓力的作用下，因此壓力計所測得的壓力是工質(zhì)的真實壓力p（或稱絕對壓力）與環(huán)境壓力pb之差，叫做表壓力pe或真空度pv分子運動學說認為壓力是大量氣體分子撞擊器壁的平均結(jié)果。二、壓力定義：壓力計由于壓力計的測壓元件處于某種環(huán)境壓力45絕對壓力、表壓力、真空度及大氣壓力之間的關(guān)系絕對壓力、表壓力、真空度及大氣壓力之間的關(guān)系46壓力的單位國際標準單位：帕斯卡(簡稱帕)符號：Pa1Pa=1N/m2標準大氣壓（atm,也稱物理大氣壓）巴（bar）工程大氣壓（at）毫米汞柱（mmHg)毫米水柱（mmH2O)工程單位：壓力的單位標準大氣壓（atm,也稱物理大氣壓）工程單位47各壓力單位之間的換算關(guān)系：PabaratmatmmHgmmH2OPa11×10-5

0.98692×10-5

0.10197×10-4

7.5006×10-2

0.1019712bar1×10510.986921.01972750.06210197.2atm1013251.0132511.0332376010332.3at98066.50.980660.967841735.55910000mmHg133.322133.322×10-5

1.31579×10-3

1.35951×10-3

113.5951mmH2O9.806659.80665×10-5

9.07841×10-5

1×10-4735.559×10-4

1各壓力單位之間的換算關(guān)系：PabaratmatmmHgmmH48三、比體積和密度v與ρ互成倒數(shù)，即：vρ＝1比體積單位質(zhì)量物質(zhì)所占的體積密度單位體積物質(zhì)的質(zhì)量單位：kg/m3單位：m3/kg三、比體積和密度v與ρ互成倒數(shù)，即：vρ＝1比體積單位質(zhì)量物491－4平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標圖1－4平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標圖50定義：一、平衡狀態(tài)一個熱力系統(tǒng)，如果在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)能夠始終保持不變，則系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。如果系統(tǒng)是在外界作用下系統(tǒng)的狀態(tài)保持不變，則不屬于平衡狀態(tài)，如穩(wěn)態(tài)導熱定義：一、平衡狀態(tài)一個熱力系統(tǒng)，如果在不受外界影響的條件51系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界之間的一切不平衡勢差（力差、溫差、化學勢差）消失是系統(tǒng)實現(xiàn)熱力平衡狀態(tài)的充要條件。實現(xiàn)平衡的充要條件：熱平衡：組成熱力系統(tǒng)的各部分之間沒有熱量的傳遞力平衡：組成熱力系統(tǒng)的各部分之間沒有相對位移熱力平衡狀態(tài)滿足：此外還有化學平衡、相平衡等系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界之間的一切不平衡勢差（力差、溫差、化52自然界的物質(zhì)實際上都處于非平衡狀態(tài)，平衡只是一種極限的理想狀態(tài)工程熱力學通常只研究平衡狀態(tài)自然界的物質(zhì)實際上都處于非平衡狀態(tài)，平衡只是一種極限的理想狀53平衡與穩(wěn)定穩(wěn)定：參數(shù)不隨時間變化穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定平衡與穩(wěn)定穩(wěn)定：參數(shù)不隨時間變化穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)54平衡與均勻平衡：時間上均勻：空間上平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻的平衡與均勻平衡：時間上平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻55思考題平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)之間的關(guān)系？平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)之間的關(guān)系？思考題平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)之間的關(guān)系？56平衡狀態(tài)是相對時間而言的，均勻狀態(tài)是相對空間而言的對于處于熱力平衡態(tài)下的氣體、液體（單相），如果不計重力的影響，則系統(tǒng)內(nèi)部各處的性質(zhì)是均勻一致的，各處的溫度、壓力、比體積等狀態(tài)參數(shù)相同。如果考慮重力影響，則系統(tǒng)中的壓力和密度將沿高度而有所差別。對于氣液兩相并存的熱力平衡系統(tǒng)，氣相和液相的密度不同，因而系統(tǒng)不是均勻的。本書在未加特別說明之處，一律把平衡狀態(tài)下的單相物系當作是均勻的，各處的狀態(tài)參數(shù)相同。平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)之間的關(guān)系平衡狀態(tài)是相對時間而言的，均勻狀態(tài)是相對空間而言的平衡狀態(tài)57就平衡而言，不存在不平衡勢是其本質(zhì)，而狀態(tài)參數(shù)不隨時間變化只是其現(xiàn)象平衡必穩(wěn)定，穩(wěn)定不一定平衡平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)之間的關(guān)系就平衡而言，不存在不平衡勢是其本質(zhì)，而狀態(tài)參數(shù)不隨時間變化只58二、狀態(tài)公理與狀態(tài)方程熱力系的平衡狀態(tài)可以用狀態(tài)參數(shù)來描述，每一個狀態(tài)參數(shù)都是從某一個角度來描述系統(tǒng)的某一方面宏觀的性質(zhì)，但是這些狀態(tài)參數(shù)并不都是獨立的，而是相互影響的。

系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，有幾個獨立變量呢？二、狀態(tài)公理與狀態(tài)方程熱力系的平衡狀態(tài)可以用狀態(tài)參數(shù)來描59狀態(tài)公理對于組成一定的物質(zhì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)平衡態(tài)的獨立狀態(tài)參數(shù)有

n

+1n－表示系統(tǒng)與外界進行準靜功交換的數(shù)目1－表示系統(tǒng)與外界的熱交換狀態(tài)公理對于組成一定的物質(zhì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)平衡態(tài)的獨立狀態(tài)60系統(tǒng)與外界由于某種不平衡勢的存在，將發(fā)生相互作用，這種作用體現(xiàn)于某種能量的交換，那么系統(tǒng)的狀態(tài)就要發(fā)生變化，這種變化就使這種不平衡勢減小，直到消失，系統(tǒng)相應(yīng)地達到了某種平衡，從而就得到了一種描述這一平衡性質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。例如，溫度不平衡勢導致熱量的交換，導致系統(tǒng)狀態(tài)變化，使溫度不平衡勢消失，從而系統(tǒng)達到了熱平衡，得到描述熱平衡的狀態(tài)參數(shù)T。那么有多少獨立的能量交換，就有多少個獨立的狀態(tài)參數(shù)。各種能量交換都可以獨立的進行。因此決定系統(tǒng)平衡狀態(tài)獨立變量的數(shù)目，等于系統(tǒng)與外界交換能量方式的總數(shù)。系統(tǒng)與外界由于某種不平衡勢的存在，將發(fā)生相互作用，這種作用體61對于簡單可壓縮系統(tǒng)，不存在電功、磁功等其它形式的功，系統(tǒng)與外界能量的交換方式除熱之外只有容積變化功（膨脹功或壓縮功）一

種形式的功交換。因而描述純物質(zhì)的簡單可壓縮系統(tǒng)平衡狀態(tài)的獨立狀態(tài)參數(shù)只有2個。對于簡單可壓縮系統(tǒng)，不存在電功、磁功等其它形式的功，系統(tǒng)與外62狀態(tài)方程式

簡單可壓縮系統(tǒng)平衡態(tài)的獨立參數(shù)只有2個，因此一個狀態(tài)參數(shù)均可以用其它任意兩個不同的狀態(tài)參數(shù)表示：對于基本狀態(tài)參數(shù)之間：稱為狀態(tài)方程式?；驙顟B(tài)方程式簡單可壓縮系統(tǒng)平衡態(tài)的獨立參數(shù)只有2個，因63狀態(tài)方程式是平衡狀態(tài)下基本狀態(tài)參數(shù)p、v、T之間的關(guān)系狀態(tài)方程式的具體形式取決于工質(zhì)的性質(zhì)理想氣體的狀態(tài)方程式為：狀態(tài)方程式是平衡狀態(tài)下基本狀態(tài)參數(shù)p、v、T之間的關(guān)系64狀態(tài)參數(shù)坐標圖對于簡單可壓系統(tǒng)，由于獨立參數(shù)只有兩個，可用兩個獨立狀態(tài)參數(shù)組成二維平面坐標系，坐標圖中任意一點代表系統(tǒng)某一確定的平衡狀態(tài)，任意一平衡狀態(tài)也對應(yīng)圖上一個點，這種圖稱狀態(tài)參數(shù)坐標圖。狀態(tài)參數(shù)坐標圖對于簡單可壓系統(tǒng)，由于獨立參數(shù)只有兩個，65只有平衡態(tài)才能在狀態(tài)坐標圖上用點表示，不平衡態(tài)沒有確定的熱力學狀態(tài)參數(shù)，無法在圖上表示只有平衡態(tài)才能在狀態(tài)坐標圖上用點表示，不平衡態(tài)沒有確定的熱力661－5工質(zhì)的狀態(tài)變化過程

（熱力過程）1－5工質(zhì)的狀態(tài)變化過程

（熱力過程）67就熱力系本身而言，熱力學僅對平衡狀態(tài)進行描述，“平衡”意味著宏觀是靜止的，而要實現(xiàn)能量交換，熱力系又必須通過狀態(tài)的變化即過程來完成，“過程”意味著變化，意味著平衡被破壞?！捌胶狻焙汀斑^程”這兩個矛盾的概念怎樣統(tǒng)一起來呢？這就需要引入準平衡過程。就熱力系本身而言，熱力學僅對平衡狀態(tài)進行描述，“平衡”意味著6811、針閥的開度非常小（Δp→0），內(nèi)部無壓差；過程實施的假設(shè)條件：4、活塞與汽缸壁無摩擦；5、在任何時刻，工質(zhì)1的內(nèi)部是均勻的。2、工質(zhì)內(nèi)部無溫差；3、工質(zhì)內(nèi)部無化學反應(yīng)；一、準平衡過程（準靜態(tài)過程）11、針閥的開度非常小（Δp→0），內(nèi)部無壓差；過程實施的假6912v21p2一、準平衡過程（準靜態(tài)過程）12v21p2一、準平衡過程（準靜態(tài)過程）70

準靜態(tài)過程:若過程進行得很緩慢,工質(zhì)在平衡被破壞后自動回復平衡所需要的時間(即所謂的弛豫時間)又短,工質(zhì)有足夠的時間來恢復平衡,隨時都不致于顯著偏離平衡狀態(tài),這樣的過程稱為準靜態(tài)過程。

準靜態(tài)過程又稱為準平衡過程。只有準靜態(tài)過程才能在坐標圖中用連續(xù)曲線表示。

實際過程都是不平衡的。準靜態(tài)過程:若過程進行得很緩慢,工質(zhì)在平衡被71

實現(xiàn)準平衡過程的條件：推動過程進行的勢差無限小。（以保證系統(tǒng)在任意時刻都無限接近于平衡態(tài)）T實現(xiàn)準平衡過程的條件：T72建立準平衡過程概念的好處：有確定的狀態(tài)參數(shù)變化描述過程在參數(shù)坐標圖上用一條連續(xù)曲線表示過程建立準平衡過程概念的好處：73準靜態(tài)過程有實際意義嗎？既是平衡，又是變化既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進行熱功轉(zhuǎn)換疑問：理論上準靜態(tài)應(yīng)無限緩慢，工程上怎樣處理？準靜態(tài)過程有實際意義嗎？既是平衡，又是變化既可以用狀態(tài)參數(shù)描74準靜態(tài)過程的工程條件破壞平衡所需時間（外部作用時間）恢復平衡所需時間（馳豫時間）>>有足夠時間恢復新平衡

準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程的工程條件破壞平衡所需時間恢復平衡所需時間>>有足75準靜態(tài)過程的工程應(yīng)用例：活塞式內(nèi)燃機2000轉(zhuǎn)/分曲柄2沖程/轉(zhuǎn)，0.15米/沖程活塞運動速度=200020.15/60=10m/s壓力波恢復平衡速度（聲速）350m/s破壞平衡所需時間（外部作用時間）>>恢復平衡所需時間（馳豫時間）一般的工程過程都可認為是準靜態(tài)過程具體工程問題具體分析?！巴蝗弧薄熬徛睖熟o態(tài)過程的工程應(yīng)用例：活塞式內(nèi)燃機2000轉(zhuǎn)/分活塞運動76二、可逆過程與不可逆過程定義：如果系統(tǒng)完成某一熱力過程后，再沿原來路徑逆向運行時，能使系統(tǒng)和外界都返回到原來的狀態(tài)，而不留下任何變化，則這一過程稱為可逆過程，否則為不可逆過程。二、可逆過程與不可逆過程定義：如果系統(tǒng)完成某一熱力過程后77實現(xiàn)可逆過程的條件：首先應(yīng)是準平衡過程過程中不存在任何耗散效應(yīng)通過摩擦、電阻、磁阻等使功變成熱的效應(yīng)實現(xiàn)可逆過程的條件：首先應(yīng)是準平衡過程通過摩擦、電阻、磁78典型的不可逆過程不等溫傳熱節(jié)流過程(閥門）自由膨脹混合過程典型的不可逆過程不等溫傳熱節(jié)流過程自由膨脹混合過程79準平衡過程與可逆過程的區(qū)別：準平衡過程只要求系統(tǒng)內(nèi)部平衡，而有無外部機械摩擦對系統(tǒng)內(nèi)部平衡無影響，所以準平衡過程可以有耗散效應(yīng)?？赡孢^程則是分析系統(tǒng)與外界作用的總效果，不僅要求系統(tǒng)內(nèi)部平衡，而且要求系統(tǒng)與外界的作用可以無條件逆復，過程時行時不能存在任何能量上的耗散。可逆過程必是準平衡過程，準平衡過程是可逆過程的必要條件。準平衡過程與可逆過程的區(qū)別：準平衡過程只要求系統(tǒng)內(nèi)部平衡801－6功和熱量1－6功和熱量81一、功功的力學定義：功是力和力方向上位移的乘積。功的熱力學定義：功是熱力系統(tǒng)通過邊界而傳遞的能量，且其全部效果可表現(xiàn)為舉起重物一、功功的力學定義：功是力和力方向上位移的乘積。功的熱力學定82功的正負熱力學中約定：系統(tǒng)對外界作功取為正，外界對系統(tǒng)作功取為負。功的單位焦耳（J）比功與功率比功：單位質(zhì)量物質(zhì)所作的功，單位：J/kg功率：單位時間內(nèi)完成的功，單位：W（瓦）功的正負熱力學中約定：系統(tǒng)對外界作功取為正，外界對系統(tǒng)作83二、可逆過程的功設(shè)有質(zhì)量為m的氣體在氣缸中進行可逆膨脹，如圖過程線1－2。過程中所作的膨脹功為：如果工質(zhì)為1kg，所作的功為：可逆過程的功的計算二、可逆過程的功設(shè)有質(zhì)量為m的氣體在氣缸中進行可逆膨脹，84功的數(shù)值不僅決定于工質(zhì)的初、終態(tài)，而且還和過程的中間途徑有關(guān)，因此功不是狀態(tài)參數(shù)，是過程量。微元過程作功過程量用表示，如微功量用w（狀態(tài)參數(shù)微增量，用d表示，如dp、dv、dT）膨脹功、壓縮功均是通過工質(zhì)體積變化與外界交換的功，統(tǒng)稱為體積變化功。體積變化功只與氣體的壓力及體積的變化量有關(guān)，與形狀無關(guān)。有關(guān)功的說明功的數(shù)值不僅決定于工質(zhì)的初、終態(tài)，而且還和過程的中間途徑有關(guān)85

有用功系統(tǒng)在膨脹過程中所作出的功，可能一部分被摩擦耗散，一部用以排斥大氣、反抗大氣壓力作用，余下的才是可被利用的功，稱為有用功（有用功＝膨脹功－排斥大氣功－耗散功）其中排斥大氣功：對于可逆過程，有用功為：有用功系統(tǒng)在膨脹過程中所作出的功，可能一部分被摩擦耗散86三、熱量熱量的定義：熱力系統(tǒng)與外界之間僅僅由于溫度不同而通過邊界傳遞的能量，用Q表示（比熱量為q）熱量的正負：熱力學中約定：系統(tǒng)吸熱為正，放熱為負熱量的單位：國際單位：J（焦耳），工程單位：kJ（千焦）三、熱量熱量的定義：熱力系統(tǒng)與外界之間僅僅由于溫度不同而87可逆過程中熱量的計算：sT21可逆過程中熱量的計算：sT2188思考題功與熱量相同與不同之處？思考題功與熱量相同與不同之處？89功與熱相同之處功與熱都是系統(tǒng)與外界通過邊界交換的能量；功與熱均為過程量功與熱不同之處功是系統(tǒng)與外界在力差的推動下，通過宏觀的有序運動來傳遞能量，作功與物體的宏觀位移有關(guān)；熱量是系統(tǒng)與外界在溫差的推動下，通過微觀粒子的無序運動來傳遞能量，傳熱量無需物體的宏觀移動。思考題解答功與熱相同之處功與熱都是系統(tǒng)與外界通過邊界交換的能量；功901-7熱力循環(huán)1-7熱力循環(huán)91一、熱力循環(huán)熱力循環(huán)定義工質(zhì)由某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷一系列熱力狀態(tài)變化后，又回到原來初態(tài)的封閉熱力過程稱為熱力循環(huán)，簡稱循環(huán)顯然循環(huán)的目的是為了實現(xiàn)預期連續(xù)的能量轉(zhuǎn)換，而不可能是為了獲得工質(zhì)狀態(tài)的變化。一、熱力循環(huán)熱力循環(huán)定義工質(zhì)由某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷一系列熱92循環(huán)的經(jīng)濟性可逆循環(huán)與不可逆循環(huán)全部由可逆過程組成的循環(huán)為可逆循環(huán)；循環(huán)中有一個過程不可逆，即為不可逆循環(huán)?？赡嫜h(huán)在狀態(tài)參數(shù)坐標圖上為一封閉的曲線。循環(huán)的經(jīng)濟性可逆循環(huán)與不可逆循環(huán)全部由可逆過程組成的循環(huán)93二、正向循環(huán)定義把熱能轉(zhuǎn)化為機械能的循環(huán)叫正向循環(huán)，也叫動力循環(huán)，它使外界得到功。熱源冷源熱機Q2Q1二、正向循環(huán)定義把熱能轉(zhuǎn)化為機械能的循環(huán)叫正向循環(huán)，也叫94正向循環(huán)分析正向循環(huán)的經(jīng)濟性－熱效率：正向循環(huán)分析正向循環(huán)的經(jīng)濟性－熱效率：95三、逆向循環(huán)定義把熱量從低溫熱源傳給高溫熱源的循環(huán)叫逆向循環(huán)，也叫制冷循環(huán)或熱泵循環(huán)，它消耗外界的功熱源冷源熱機Q2Q1三、逆向循環(huán)定義把熱量從低溫熱源傳給高溫熱源的循環(huán)叫逆向96逆向循環(huán)分析熱泵循環(huán)的經(jīng)濟性－熱泵系數(shù)：制冷循環(huán)的經(jīng)濟性－制冷系數(shù)：逆向循環(huán)分析熱泵循環(huán)的經(jīng)濟性－熱泵系數(shù)：制冷循環(huán)的經(jīng)濟性－制97第一章基本概念第一章基本概念98本章基本要求：掌握工程熱力學中一些基本術(shù)語和概念：熱力系、平衡態(tài)、準平衡過程、可逆過程等。掌握狀態(tài)參數(shù)的特征，基本狀態(tài)參數(shù)p、v、T的定義和單位等。掌握熱量和功量這些過程量的特征，并會用系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)對可逆過程的熱量、功量進行計算。了解工程熱力學分析問題的特點、方法和步驟。本章基本要求：掌握工程熱力學中一些基本術(shù)語和概念：熱力系、平99§1－1熱能在熱機中轉(zhuǎn)變成機械能的過程§1－1熱能在熱機中轉(zhuǎn)變成機械能的過程100熱能動力裝置：從燃料燃燒中得到熱能，并利用熱能得到動力的設(shè)備。熱能動力裝置分為兩大類：燃氣動力裝置（內(nèi)燃機、燃氣輪機）蒸汽動力裝置（蒸汽輪機）熱能機械能化學能熱能動力裝置：熱能動力裝置分為兩大類：熱能機械能化學能101

內(nèi)燃機的工作原理圖活塞曲柄連桿機構(gòu)氣缸內(nèi)燃機的工作原理圖活塞曲柄連桿機構(gòu)氣缸102兩沖程內(nèi)燃機工作過程進氣排氣兩沖程內(nèi)燃機工作過程進氣排氣103四沖程內(nèi)燃機工作過程進氣排氣四沖程內(nèi)燃機工作過程進氣排氣104內(nèi)燃機（汽油機）燃氣熱能機械能燃料化學能排入大氣壓縮燃燒、膨脹吸氣排氣工作過程：能量轉(zhuǎn)換：工作物質(zhì)：燃氣內(nèi)燃機（汽油機）燃氣機械能燃料排入大氣壓縮吸氣工作過程：能量105蒸汽動力裝置流程簡圖蒸汽動力裝置流程簡圖550℃過熱器鍋爐給水泵冷凝器冷卻水汽輪機發(fā)電機QQ12W20℃高溫高壓蒸汽Wp蒸汽動力裝置流程簡圖蒸汽動力裝置流程簡圖550℃過鍋給水泵冷106蒸汽動力裝置1－爐子2－爐墻3－沸水管4－汽鍋5－過熱器6－汽輪機7－噴嘴8－葉片9－葉輪10－軸11－發(fā)電機12－冷凝器13、14、16－泵15－蓄水池蒸汽動力裝置1－爐子2－爐墻3－沸水管4－汽鍋5－過107燃料在鍋爐中燃燒，加熱沸水管內(nèi)的水，使之變?yōu)檎羝⒃谶^熱器內(nèi)過熱，成為過熱蒸汽，完成從化學能轉(zhuǎn)變到熱能的過程；高溫高壓（相對于環(huán)境）蒸汽膨脹推動汽輪機作功（機械能）；作功后的乏汽從汽輪機進入冷凝器，被冷卻水冷凝成水，并由泵加壓送入鍋爐加熱。蒸汽動力裝置工作過程：燃料在鍋爐中燃燒，加熱沸水管內(nèi)的水，使之變?yōu)檎羝?，并在過熱器108不同點：構(gòu)造和工作特性不同。相同點：從高溫熱源吸熱(吸熱過程)將其中一部分轉(zhuǎn)變?yōu)楣?對外作功過程)將其余部分傳給低溫熱源(對外放熱過程)工質(zhì)提高壓力需要耗功(消耗外功)。結(jié)論：各種形式的熱機都存在以下幾個相同的熱力過程：吸熱、膨脹作功和排熱。比較上述兩種熱機不同點：構(gòu)造和工作特性不同。結(jié)論：比較上述兩種熱機109名詞定義：工質(zhì)：實現(xiàn)熱能和機械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。熱源（高溫熱源）：工質(zhì)從中吸取熱能的物系。冷源（低溫熱源）：接受工質(zhì)排出熱能的物系。名詞定義：工質(zhì)：110工質(zhì)從高溫熱源吸熱，將其中一部分轉(zhuǎn)化為機械能而作功，并把余下部分傳給低溫熱源。熱能動力裝置的工作過程可概括成：熱源冷源熱機作功吸熱放熱工質(zhì)從高溫熱源吸熱，將其中一部分轉(zhuǎn)化為機械能而作功，并把111§1－2熱力系統(tǒng)§1－2熱力系統(tǒng)112

為了研究問題方便，熱力學中常把分析對象從周圍物體中分割出來，研究它與周圍物體之間的能量和物質(zhì)的傳遞。熱力系統(tǒng)（熱力系）：

人為分割出來作為熱力學分析對象的有限物質(zhì)系統(tǒng)邊界：系統(tǒng)與外界之間的分界面外界：熱力系統(tǒng)以外的部分邊界可以是實在的，也可以是假想的；可以是固定的，也可以是移動的一、基本概念為了研究問題方便，熱力學中常把分析對象從周圍物體中分割出113系統(tǒng)與邊界：以空間為系統(tǒng)，進、出口邊界均為假想邊界，系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換以氣缸內(nèi)氣體為系統(tǒng)，活塞表面上的邊界是移動邊界，系統(tǒng)與外界沒有物質(zhì)交換系統(tǒng)與邊界：以空間為系統(tǒng)，進、出口邊界均為假想邊界，系統(tǒng)與外114熱二、熱力系統(tǒng)的分類物質(zhì)功功熱物質(zhì)物質(zhì)功物質(zhì)絕熱熱力系孤立熱力系閉口熱力系開口熱力系(一)根據(jù)系統(tǒng)與外界物質(zhì)交換、熱量交換的情況：

1.閉口系—系統(tǒng)與外界無物質(zhì)交換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量恒定不變，也稱控制質(zhì)量;

2.開口系—系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，系統(tǒng)被劃定在一定容積范圍內(nèi)，也稱控制容積;

3.絕熱系—系統(tǒng)與外界無熱量交換；4.孤立系—系統(tǒng)與外界既無能量交換，也無物質(zhì)交換。熱二、熱力系統(tǒng)的分類物質(zhì)功功熱物質(zhì)物質(zhì)功物質(zhì)絕熱熱力系孤立熱115閉口熱力系閉口熱力系116開口熱力系開口熱力系117開口舉例熱力系（管道）穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)開口舉例熱力系（管道）穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)118開口熱力系續(xù)15開口熱力系續(xù)15119開口熱力系（鍋爐示意圖）來自水泵過熱器爐墻蒸發(fā)管去汽輪機燃料與空氣開口熱力系（鍋爐示意圖）來自水泵過熱器爐墻蒸發(fā)管去汽輪機燃料120鍋爐的簡化熱力學分析模型(主要考慮蒸汽的發(fā)生)熱力系熱量（熱源）(高溫蒸汽)物質(zhì)(鍋爐給水)物質(zhì)鍋爐的簡化熱力學分析模型鍋爐的簡化熱力學分析模型熱力系熱量（熱源）(高溫蒸汽)物質(zhì)121開口熱力系汽輪機去凝汽器調(diào)速器來自鍋爐噴管葉片汽輪機發(fā)電機開口熱力系汽輪機示意圖開口熱力系汽輪機去凝汽器調(diào)速器來自鍋爐噴管葉片汽輪機122軸功（水蒸汽）物質(zhì)汽輪機的簡化熱力學分析模型熱力系（水蒸汽）物質(zhì)汽輪機的簡化熱力學分析模型軸功（水蒸汽）物質(zhì)汽輪機的簡化熱力學分析模型熱力系（水蒸汽）123來自汽輪機的水蒸汽去水泵的凝結(jié)水冷卻水冷卻水開口熱力系（冷凝器）來自汽輪機的水蒸汽去水泵的凝結(jié)水冷卻水冷卻水開口熱力系（冷凝124(凝結(jié)水）

物質(zhì)蒸汽放熱給冷卻水冷凝器的簡化熱力學分析模型熱力系（水蒸汽）物質(zhì)冷凝器的簡化熱力學分析模型

(主要考慮蒸汽的凝結(jié))(凝結(jié)水）物質(zhì)蒸汽放熱給冷卻水冷凝器的簡化熱力學分析模型熱125蒸汽動力裝置流程簡圖蒸汽動力裝置流程簡圖蒸汽動力裝置流程簡圖蒸汽動力裝置流程簡圖126冷卻水帶走熱量（工質(zhì)放熱量）向外輸出功（汽輪機）（水泵耗功）（工質(zhì)吸熱量）蒸汽動力裝置的簡化熱力學分析模型熱力系向系統(tǒng)輸入功熱源供熱蒸汽動力裝置的簡化熱力學分析模型冷卻水帶走熱量（工質(zhì)放熱量）向外輸出功（汽輪機）（水泵耗功）127（二）按照系統(tǒng)內(nèi)部的情況可劃分1.均勻熱力系:系統(tǒng)內(nèi)部各部分化學成分和物理性質(zhì)都均勻一致的系統(tǒng)，它是由單相組成的。2.非均勻熱力系:由兩個或兩個以上的相態(tài)組成的熱力系。3.單元熱力系:由一種化學成分組成的熱力系。4.多元熱力系:由兩種或兩種以上物質(zhì)組成的熱力系。5.可壓縮系統(tǒng):由可壓縮流體組成的熱力系。6.簡單熱力系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界只有熱量與一種形式的準靜功交換。7.簡單可壓縮系統(tǒng):與外界只有熱量和機械功交換的可壓縮系統(tǒng)。熱力學中大多屬于簡單可壓縮系統(tǒng)（二）按照系統(tǒng)內(nèi)部的情況可劃分1.均勻熱力系:系統(tǒng)內(nèi)部各部分128熱力系統(tǒng)的劃分要根據(jù)具體要求而定，如內(nèi)燃機在氣缸進、排氣門關(guān)閉時，取封閉于氣缸內(nèi)的工質(zhì)為系統(tǒng)是閉口系統(tǒng)；而把內(nèi)燃機進、排氣及燃燒膨脹過程一起研究時，取氣缸為劃定的空間就是開口系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)的劃分要根據(jù)具體要求而定，如內(nèi)燃機在氣缸進、排氣門關(guān)1291－3工質(zhì)的熱力學狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)1－3工質(zhì)的熱力學狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)130熱力學狀態(tài)：工質(zhì)在熱力變化過程中某一瞬間呈現(xiàn)出來的宏觀物理狀況，簡稱狀態(tài)。狀態(tài)參數(shù)：

描述工質(zhì)所處狀態(tài)的宏觀物理量。如溫度、壓力等。熱力學狀態(tài)：狀態(tài)參數(shù)：1311）工程熱力學只從總體上研究工質(zhì)所處的狀態(tài)及其變化，不從微觀角度研究個別粒子的行為和特性，因而所采用的物理量都是宏觀的物理量。2）狀態(tài)參數(shù)的全部或一部分發(fā)生變化，即表明物質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生變化。物質(zhì)的狀態(tài)變化也必然可由參數(shù)的變化標志出來。狀態(tài)參數(shù)一旦確定，工質(zhì)的狀態(tài)也完全確定。因而狀態(tài)參數(shù)是熱力系統(tǒng)的單值函數(shù)，其值只取決于初終態(tài)，與過程無關(guān)。狀態(tài)參數(shù)的特性：狀態(tài)參數(shù)的特性：132即滿足：

3)狀態(tài)參數(shù)是點函數(shù)，其微分是全微分。設(shè)Z＝f(x,y),則：

反之，如能證明某物理量具有上述數(shù)學特征，則該物理量一定是狀態(tài)參數(shù)，全微分是狀態(tài)參數(shù)的充要條件。即滿足：1334）常用的狀態(tài)參數(shù)有:壓力P、溫度T、體積V、熱力學能U、焓H和熵S，其中壓力、溫度和體積可直接用儀器測量，稱為基本狀態(tài)參數(shù)。其余狀態(tài)參數(shù)可根據(jù)基本狀態(tài)參數(shù)間接算得。5）狀態(tài)參數(shù)有強度量與廣延量之分：

強度量：與系統(tǒng)質(zhì)量無關(guān)，如P、T。強度量不具有可加性。

廣延量：與系統(tǒng)質(zhì)量成正比，如V、U、H、S。廣延量具有可加性。廣延量的比參數(shù)（單位質(zhì)量工質(zhì)的體積、熱力學能等）具有強度量的性質(zhì)，不具有可加性。4）常用的狀態(tài)參數(shù)有:134熱平衡定律（熱力學第零定律）:分別與第三個系統(tǒng)處于熱平衡（相互之間沒有熱量傳遞）的兩個系統(tǒng)，它們彼此也必定處于熱平衡。（這是由實驗、經(jīng)驗中得到的，不可以由其它定律推出。）

既然兩個（或多個）獨立的系統(tǒng)各自處于一定狀態(tài)時是熱平衡的，那么，這兩個（或多個）系統(tǒng)具有一個共同的宏觀性質(zhì)。可以用一個物理量－溫度來描述。一、溫度基本熱力學參數(shù)熱平衡定律（熱力學第零定律）:分別與第三個系統(tǒng)處于熱平衡（相135溫度的定義：1）宏觀上溫度是物體冷熱程度的標志2）微觀上溫度是物質(zhì)分子熱運動劇烈程度的標志溫度是描述熱力學平衡系統(tǒng)的一個狀態(tài)參數(shù)，是強度量。測量溫度的儀器稱做溫度計，選作溫度計的感應(yīng)元件的物體應(yīng)具備特定的物理性質(zhì)：隨物體的冷熱程度不同有顯著的變化。溫度的定義：136定義：溫標是指溫度的數(shù)值表示法溫標測溫物質(zhì)及其測溫屬性基準點分度方法溫標三要素：任選一種物質(zhì)的某一測溫屬性，采用以上溫標的規(guī)定所得到的溫標稱為經(jīng)驗溫標，經(jīng)驗溫標依賴于測溫物質(zhì)的物理性質(zhì)。熱力學理論指出可以建立一種不依賴于測溫物質(zhì)的性質(zhì)的溫標,即熱力學絕對溫標。定義：溫標是指溫度的數(shù)值表示法溫標測溫物質(zhì)及其測溫屬性溫標137熱力學絕對溫標（熱力學溫度或絕對溫）開爾文在熱力學第二定律的基礎(chǔ)上，從理論上引入的與測溫物質(zhì)性質(zhì)無關(guān)的溫標。它可作為標準溫標，一切經(jīng)驗溫標均可以用此溫標來校正。

符號為T，單位為K(稱“開爾文”)。

規(guī)定水的三相點為基準點，并規(guī)定此點的溫度為273.16K熱力學絕對溫標（熱力學溫度或絕對溫）138

攝氏溫標1742年瑞典人攝氏(Anderscelsius)提出的。他把一個大氣壓下純水的冰點取為0度，沸點取為100度，中間100等分作為溫標。符號t、單位℃。1960年國際計量會議給攝氏溫標以新的基準，即由熱力學絕對溫標來規(guī)定攝氏溫標，稱熱力學攝氏溫標，把水的三相點定為273.16K，0.01℃。則0℃＝273.15K，t(℃)=T(K)-273.15華氏溫標：1724年由德國人華氏（cabridlDFahrenheit）提出。他把水、冰和氯化銨的混合物作為制冷劑而獲得的當時可得到的最低溫度作為0度，把人體的溫度作為96度，中間等分，這樣的數(shù)字是由于當時廣泛使用12進位法。符號tF

，單位°F。攝氏溫標1742年瑞典人攝氏(Ander139華氏溫標與攝氏溫標的換算關(guān)系為：t(℃)=0℃=32oF100℃=212oF郎肯溫標：

是盎格魯撒克遜民族（歐洲）用的溫標。采用符號T，單位用r。T(r)=9/5T(K)華氏溫標與攝氏溫標的換算關(guān)系為：140常用溫標絕對K攝氏℃

華氏F100373.150.01273.160273.15-17.80-273.1521237.8100032-459.670冰熔點水三相點鹽水熔點發(fā)燒水沸點常用溫標絕對K攝氏℃華氏F100373.150.01273141二、壓力定義：單位面積上所受的垂直作用力稱為壓力（即壓強)壓力計測量工質(zhì)壓力的儀器。常見的壓力計有壓力表和U型管。由于壓力計的測壓元件處于某種環(huán)境壓力的作用下，因此壓力計所測得的壓力是工質(zhì)的真實壓力p（或稱絕對壓力）與環(huán)境壓力pb之差，叫做表壓力pe或真空度pv分子運動學說認為壓力是大量氣體分子撞擊器壁的平均結(jié)果。二、壓力定義：壓力計由于壓力計的測壓元件處于某種環(huán)境壓力142絕對壓力、表壓力、真空度及大氣壓力之間的關(guān)系絕對壓力、表壓力、真空度及大氣壓力之間的關(guān)系143壓力的單位國際標準單位：帕斯卡(簡稱帕)符號：Pa1Pa=1N/m2標準大氣壓（atm,也稱物理大氣壓）巴（bar）工程大氣壓（at）毫米汞柱（mmHg)毫米水柱（mmH2O)工程單位：壓力的單位標準大氣壓（atm,也稱物理大氣壓）工程單位144各壓力單位之間的換算關(guān)系：PabaratmatmmHgmmH2OPa11×10-5

0.98692×10-5

0.10197×10-4

7.5006×10-2

0.1019712bar1×10510.986921.01972750.06210197.2atm1013251.0132511.0332376010332.3at98066.50.980660.967841735.55910000mmHg133.322133.322×10-5

1.31579×10-3

1.35951×10-3

113.5951mmH2O9.806659.80665×10-5

9.07841×10-5

1×10-4735.559×10-4

1各壓力單位之間的換算關(guān)系：PabaratmatmmHgmmH145三、比體積和密度v與ρ互成倒數(shù)，即：vρ＝1比體積單位質(zhì)量物質(zhì)所占的體積密度單位體積物質(zhì)的質(zhì)量單位：kg/m3單位：m3/kg三、比體積和密度v與ρ互成倒數(shù)，即：vρ＝1比體積單位質(zhì)量物1461－4平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標圖1－4平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標圖147定義：一、平衡狀態(tài)一個熱力系統(tǒng)，如果在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)能夠始終保持不變，則系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。如果系統(tǒng)是在外界作用下系統(tǒng)的狀態(tài)保持不變，則不屬于平衡狀態(tài)，如穩(wěn)態(tài)導熱定義：一、平衡狀態(tài)一個熱力系統(tǒng)，如果在不受外界影響的條件148系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界之間的一切不平衡勢差（力差、溫差、化學勢差）消失是系統(tǒng)實現(xiàn)熱力平衡狀態(tài)的充要條件。實現(xiàn)平衡的充要條件：熱平衡：組成熱力系統(tǒng)的各部分之間沒有熱量的傳遞力平衡：組成熱力系統(tǒng)的各部分之間沒有相對位移熱力平衡狀態(tài)滿足：此外還有化學平衡、相平衡等系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界之間的一切不平衡勢差（力差、溫差、化149自然界的物質(zhì)實際上都處于非平衡狀態(tài)，平衡只是一種極限的理想狀態(tài)工程熱力學通常只研究平衡狀態(tài)自然界的物質(zhì)實際上都處于非平衡狀態(tài)，平衡只是一種極限的理想狀150平衡與穩(wěn)定穩(wěn)定：參數(shù)不隨時間變化穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定平衡與穩(wěn)定穩(wěn)定：參數(shù)不隨時間變化穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)151平衡與均勻平衡：時間上均勻：空間上平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻的平衡與均勻平衡：時間上平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻152思考題平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)之間的關(guān)系？平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)之間的關(guān)系？思考題平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)之間的關(guān)系？153平衡狀態(tài)是相對時間而言的，均勻狀態(tài)是相對空間而言的對于處于熱力平衡態(tài)下的氣體、液體（單相），如果不計重力的影響，則系統(tǒng)內(nèi)部各處的性質(zhì)是均勻一致的，各處的溫度、壓力、比體積等狀態(tài)參數(shù)相同。如果考慮重力影響，則系統(tǒng)中的壓力和密度將沿高度而有所差別。對于氣液兩相并存的熱力平衡系統(tǒng)，氣相和液相的密度不同，因而系統(tǒng)不是均勻的。本書在未加特別說明之處，一律把平衡狀態(tài)下的單相物系當作是均勻的，各處的狀態(tài)參數(shù)相同。平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)之間的關(guān)系平衡狀態(tài)是相對時間而言的，均勻狀態(tài)是相對空間而言的平衡狀態(tài)154就平衡而言，不存在不平衡勢是其本質(zhì)，而狀態(tài)參數(shù)不隨時間變化只是其現(xiàn)象平衡必穩(wěn)定，穩(wěn)定不一定平衡平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)之間的關(guān)系就平衡而言，不存在不平衡勢是其本質(zhì)，而狀態(tài)參數(shù)不隨時間變化只155二、狀態(tài)公理與狀態(tài)方程熱力系的平衡狀態(tài)可以用狀態(tài)參數(shù)來描述，每一個狀態(tài)參數(shù)都是從某一個角度來描述系統(tǒng)的某一方面宏觀的性質(zhì)，但是這些狀態(tài)參數(shù)并不都是獨立的，而是相互影響的。

系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，有幾個獨立變量呢？二、狀態(tài)公理與狀態(tài)方程熱力系的平衡狀態(tài)可以用狀態(tài)參數(shù)來描156狀態(tài)公理對于組成一定的物質(zhì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)平衡態(tài)的獨立狀態(tài)參數(shù)有

n

+1n－表示系統(tǒng)與外界進行準靜功交換的數(shù)目1－表示系統(tǒng)與外界的熱交換狀態(tài)公理對于組成一定的物質(zhì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)平衡態(tài)的獨立狀態(tài)157系統(tǒng)與外界由于某種不平衡勢的存在，將發(fā)生相互作用，這種作用體現(xiàn)于某種能量的交換，那么系統(tǒng)的狀態(tài)就要發(fā)生變化，這種變化就使這種不平衡勢減小，直到消失，系統(tǒng)相應(yīng)地達到了某種平衡，從而就得到了一種描述這一平衡性質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。例如，溫度不平衡勢導致熱量的交換，導致系統(tǒng)狀態(tài)變化，使溫度不平衡勢消失，從而系統(tǒng)達到了熱平衡，得到描述熱平衡的狀態(tài)參數(shù)T。那么有多少獨立的能量交換，就有多少個獨立的狀態(tài)參數(shù)。各種能量交換都可以獨立的進行。因此決定系統(tǒng)平衡狀態(tài)獨立變量的數(shù)目，等于系統(tǒng)與外界交換能量方式的總數(shù)。系統(tǒng)與外界由于某種不平衡勢的存在，將發(fā)生相互作用，這種作用體158對于簡單可壓縮系統(tǒng)，不存在電功、磁功等其它形式的功，系統(tǒng)與外界能量的交換方式除熱之外只有容積變化功（膨脹功或壓縮功）一

種形式的功交換。因而描述純物質(zhì)的簡單可壓縮系統(tǒng)平衡狀態(tài)的獨立狀態(tài)參數(shù)只有2個。對于簡單可壓縮系統(tǒng)，不存在電功、磁功等其它形式的功，系統(tǒng)與外159狀態(tài)方程式

簡單可壓縮系統(tǒng)平衡態(tài)的獨立參數(shù)只有2個，因此一個狀態(tài)參數(shù)均可以用其它任意兩個不同的狀態(tài)參數(shù)表示：對于基本狀態(tài)參數(shù)之間：稱為狀態(tài)方程式?；驙顟B(tài)方程式簡單可壓縮系統(tǒng)平衡態(tài)的獨立參數(shù)只有2個，因160狀態(tài)方程式是平衡狀態(tài)下基本狀態(tài)參數(shù)p、v、T之間的關(guān)系狀態(tài)方程式的具體形式取決于工質(zhì)的性質(zhì)理想氣體的狀態(tài)方程式為：狀態(tài)方程式是平衡狀態(tài)下基本狀態(tài)參數(shù)p、v、T之間的關(guān)系161狀態(tài)參數(shù)坐標圖對于簡單可壓系統(tǒng)，由于獨立參數(shù)只有兩個，可用兩個獨立狀態(tài)參數(shù)組成二維平面坐標系，坐標圖中任意一點代表系統(tǒng)某一確定的平衡狀態(tài)，任意一平衡狀態(tài)也對應(yīng)圖上一個點，這種圖稱狀態(tài)參數(shù)坐標圖。狀態(tài)參數(shù)坐標圖對于簡單可壓系統(tǒng)，由于獨立參數(shù)只有兩個，162只有平衡態(tài)才能在狀態(tài)坐標圖上用點表示，不平衡態(tài)沒有確定的熱力學狀態(tài)參數(shù)，無法在圖上表示只有平衡態(tài)才能在狀態(tài)坐標圖上用點表示，不平衡態(tài)沒有確定的熱力1631－5工質(zhì)的狀態(tài)變化過程

（熱力過程）1－5工質(zhì)的狀態(tài)變化過程

（熱力過程）164就熱力系本身而言，熱力學僅對平衡狀態(tài)進行描述，“平衡”意味著宏觀是靜止的，而要實現(xiàn)能量交換，熱力系又必須通過狀態(tài)的變化即過程來完成，“過程”意味著變化，意味著平衡被破壞?！捌胶狻焙汀斑^程”這兩個矛盾的概念怎樣統(tǒng)一起來呢？這就需要引入準平衡過程。就熱力系本身而言，熱力學僅對平衡狀態(tài)進行描述，“平衡”意味著16511、針閥的開度非常?。é→0），內(nèi)部無壓差；過程實施的假設(shè)條件：4、活塞與汽缸壁無摩擦；5、在任何時刻，工質(zhì)1的內(nèi)部是均勻的。2、工質(zhì)內(nèi)部無溫差；3、工質(zhì)內(nèi)部無化學反應(yīng)；一、準平衡過程（準靜態(tài)過程）11、針閥的開度非常?。é→0），內(nèi)部無壓差；過程實施的假16612v21p2一、準平衡過程（準靜態(tài)過程）12v21p2一、準平衡過程（準靜態(tài)過程）167

準靜態(tài)過程:若過程進行得很緩慢,工質(zhì)在平衡被破壞后自動回復平衡所需要的時間(即所謂的弛豫時間)又短,工質(zhì)有足夠的時間來恢復平衡,隨時都不致于顯著偏離平衡狀態(tài),這樣的過程稱為準靜態(tài)過程。

準靜態(tài)過程又稱為準平衡過程。只有準靜態(tài)過程才能在坐標圖中用連續(xù)曲線表示。

實際過程都是不平衡的。準靜態(tài)過程:若過程進行得很緩慢,工質(zhì)在平衡被168

實現(xiàn)準平衡過程的條件：推動過程進行的勢差無限小。（以保證系統(tǒng)在任意時刻都無限接近于平衡態(tài)）T實現(xiàn)準平衡過程的條件：T169建立準平衡過程概念的好處：有確定的狀態(tài)參數(shù)變化描述過程在參數(shù)坐標圖上用一條連續(xù)曲線表示過程建立準平衡過程概念的好處：170準靜態(tài)過程有實際意義嗎？既是平衡，又是變化既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進行熱功轉(zhuǎn)換疑問：理論上準靜態(tài)應(yīng)無限緩慢，工程上怎樣處理？準靜態(tài)過程有實際意義嗎？既是平衡，又是變化既可以用狀態(tài)參數(shù)描171準靜態(tài)過程的工程條件破壞平衡所需時間（外部作用時間）恢復平衡所需時間（馳豫時間）>>有足夠時間恢復新平衡

準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程的工程條件破壞平衡所需時間恢復平衡所需時間>>有足172準靜態(tài)過程的工程應(yīng)用例：活塞式內(nèi)燃機2000轉(zhuǎn)/分曲柄2沖程/轉(zhuǎn)，0.15米/沖程活塞運動速度=200020.15/60=10m/s壓力波恢復平衡速度（聲速）350m/s破壞平衡所需時間（