高等工程熱力學(xué)課件

本章重點(diǎn)取熱力系統(tǒng)、對(duì)工質(zhì)狀態(tài)的描述、狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系、狀態(tài)參數(shù)、平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程、可逆過(guò)程?！?-1熱力系統(tǒng)1、系統(tǒng)與邊界熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng))：用界面分離出的研究對(duì)象。外界：系統(tǒng)以外的所有物質(zhì)邊界(界面)：系統(tǒng)與外界的分界面系統(tǒng)與外界的作用都通過(guò)邊界第一章基本概念熱力系統(tǒng)選取的人為性鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器過(guò)熱器只交換功只交換熱既交換功也交換熱邊界特性真實(shí)、虛構(gòu)固定、活動(dòng)熱力系統(tǒng)分類以系統(tǒng)與外界關(guān)系劃分：

有無(wú)是否傳質(zhì)開(kāi)口系閉口系是否傳熱非絕熱系絕熱系是否傳功非絕功系絕功系是否傳熱、功、質(zhì)非孤立系孤立系1234mQW1

開(kāi)口系

熱力系統(tǒng)非孤立系＋相關(guān)外界＝孤立系1+2

閉口系1+2+3

絕熱閉口系1+2+3+4孤立系熱力系統(tǒng)其它分類方式

其它分類方式

物理化學(xué)性質(zhì)

均勻系

非均勻系工質(zhì)種類多元系單元系相態(tài)多相單相簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)最重要的系統(tǒng)

簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功容積變化功壓縮功膨脹功§1-2狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀狀況狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系狀態(tài)的物理量狀態(tài)參數(shù)的特征：1、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)的變化量與路徑無(wú)關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)3、狀態(tài)參數(shù)的微分特征：全微分狀態(tài)參數(shù)的積分特征

狀態(tài)參數(shù)變化量與路徑無(wú)關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)。數(shù)學(xué)上：點(diǎn)函數(shù)、態(tài)函數(shù)12ab例：溫度變化山高度變化狀態(tài)參數(shù)的微分特征設(shè)z=z(x,y)dz是全微分充要條件：可判斷是否是狀態(tài)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)關(guān)的參數(shù)

如壓力

p、溫度T廣延參數(shù)：與物質(zhì)的量有關(guān)的參數(shù)可加性

如

質(zhì)量m、容積

V、內(nèi)能

U、焓

H、熵S比參數(shù)：比容比內(nèi)能比焓比熵單位：/kg/kmol具有強(qiáng)度量的性質(zhì)§1-3基本狀態(tài)參數(shù)壓力

p、溫度T、比容v

（容易測(cè)量）1、壓力

p

物理中壓強(qiáng)，單位:Pa

,N/m2常用單位：

1

bar

=105

Pa

1

MPa

=106

Pa

1

atm

=760

mmHg

=1.013105

Pa

1

mmHg

=133.3

Pa

1

at=735.6

mmHg=9.80665104

Pa壓力p測(cè)量示意圖一般是工質(zhì)絕對(duì)壓力與環(huán)境壓力的相對(duì)值

——相對(duì)壓力注意：只有絕對(duì)壓力

p

才是狀態(tài)參數(shù)絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力示意圖當(dāng)

p>pb表壓力pe當(dāng)

p<pb真空度pvpbpeppvp環(huán)境壓力與大氣壓力環(huán)境壓力指壓力表所處環(huán)境注意：環(huán)境壓力一般為大氣壓，但不一定。

見(jiàn)習(xí)題1－7大氣壓隨時(shí)間、地點(diǎn)變化。物理大氣壓

1atm=760mmHg當(dāng)h變化不大，ρ常數(shù)1mmHg=

ρgh=133.322Pa當(dāng)h變化大，ρρ(h)

其它壓力測(cè)量方法高精度測(cè)量：活塞式壓力計(jì)工業(yè)或一般科研測(cè)量：壓力傳感器熱力學(xué)第零定律溫度的熱力學(xué)定義熱力學(xué)第零定律（R.W.Fowler）

如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個(gè)系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。溫度測(cè)量的理論基礎(chǔ)B

溫度計(jì)熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律1931年T熱力學(xué)第一定律18401850年E熱力學(xué)第二定律18541855年

S熱力學(xué)第三定律1906年

S基準(zhǔn)溫度的熱力學(xué)定義

處于同一熱平衡狀態(tài)的各個(gè)熱力系，必定有某一宏觀特征彼此相同，用于描述此宏觀特征的物理量溫度。

溫度是確定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量溫度的測(cè)量溫度計(jì)物質(zhì)（水銀，鉑電阻）特性（體積膨脹，阻值）基準(zhǔn)點(diǎn)刻度溫標(biāo)比容v［m3/kg]工質(zhì)聚集的疏密程度物理上常用密度

［kg/m3]§1-4平衡狀態(tài)1、定義：

在不受外界影響的條件下（重力場(chǎng)除外），如果系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化，則該系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。

溫差

—

熱不平衡勢(shì)壓差

—

力不平衡勢(shì)化學(xué)反應(yīng)

—

化學(xué)不平衡勢(shì)平衡的本質(zhì)：不存在不平衡勢(shì)平衡與穩(wěn)定穩(wěn)定：參數(shù)不隨時(shí)間變化穩(wěn)定但存在不平衡勢(shì)差去掉外界影響，則狀態(tài)變化若以（熱源+銅棒+冷源）為系統(tǒng)，又如何？穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定平衡與均勻平衡：時(shí)間上均勻：空間上平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻的為什么引入平衡概念？

如果系統(tǒng)平衡，可用一組確切的參數(shù)（壓力、溫度）描述但平衡狀態(tài)是死態(tài)，沒(méi)有能量交換能量交換狀態(tài)變化破壞平衡如何描述§1-5狀態(tài)方程、坐標(biāo)圖平衡狀態(tài)可用一組狀態(tài)參數(shù)描述其狀態(tài)狀態(tài)公理：對(duì)組元一定的閉口系，獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)個(gè)數(shù)N=n+1想確切描述某個(gè)熱力系，是否需要所有狀態(tài)參數(shù)？狀態(tài)公理閉口系：不平衡勢(shì)差狀態(tài)變化能量傳遞消除一種不平衡勢(shì)差

達(dá)到某一方面平衡

消除一種能量傳遞方式而不平衡勢(shì)差彼此獨(dú)立獨(dú)立參數(shù)數(shù)目N=不平衡勢(shì)差數(shù)

=能量轉(zhuǎn)換方式的數(shù)目

=各種功的方式+熱量=n+1n

容積變化功、電功、拉伸功、表面張力功等狀態(tài)方程簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)：N

=n

+1=2絕熱簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)

N=?狀態(tài)方程

基本狀態(tài)參數(shù)（p,v,T)之間的關(guān)系狀態(tài)方程的具體形式理想氣體的狀態(tài)方程實(shí)際工質(zhì)的狀態(tài)方程？？？狀態(tài)方程的具體形式取決于工質(zhì)的性質(zhì)坐標(biāo)圖簡(jiǎn)單可壓縮系N=2，平面坐標(biāo)圖pv1）系統(tǒng)任何平衡態(tài)可表示在坐標(biāo)圖上說(shuō)明：2）過(guò)程線中任意一點(diǎn)為平衡態(tài)3）不平衡態(tài)無(wú)法在圖上用實(shí)線表示常見(jiàn)p-v圖和T-s圖21§1-6準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程、可逆過(guò)程平衡狀態(tài)狀態(tài)不變化能量不能轉(zhuǎn)換非平衡狀態(tài)無(wú)法簡(jiǎn)單描述熱力學(xué)引入準(zhǔn)靜態(tài)（準(zhǔn)平衡）過(guò)程一般過(guò)程p1

=p0+重物p，Tp0T1

=T0突然去掉重物最終p2

=p0T2

=T0pv12..準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程p1

=p0+重物p，Tp0T1

=T0假如重物有無(wú)限多層每次只去掉無(wú)限薄一層pv12...系統(tǒng)隨時(shí)接近于平衡態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程有實(shí)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(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換疑問(wèn)：理論上準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)無(wú)限緩慢，工程上怎樣處理？準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的工程條件破壞平衡所需時(shí)間（外部作用時(shí)間）恢復(fù)平衡所需時(shí)間（馳豫時(shí)間）>>有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程示功圖pV.12.pp外21mkg工質(zhì)：W=pdV1kg工質(zhì)：w=pdvW可逆過(guò)程的定義

系統(tǒng)經(jīng)歷某一過(guò)程后，如果能使系統(tǒng)與外界同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過(guò)程為可逆過(guò)程。注意：可逆過(guò)程只是指可能性，并不是指必須要回到初態(tài)的過(guò)程?？赡孢^(guò)程的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程+無(wú)耗散效應(yīng)=可逆過(guò)程無(wú)不平衡勢(shì)差通過(guò)摩擦使功變熱的效應(yīng)(摩阻，電阻，非彈性變性，磁阻等）

不平衡勢(shì)差

不可逆根源

耗散效應(yīng)

耗散效應(yīng)引入可逆過(guò)程的意義

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是實(shí)際過(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?？赡孢^(guò)程的功與熱完全可用系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)表達(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界的復(fù)雜關(guān)系，易分析。實(shí)際過(guò)程不是可逆過(guò)程，但為了研究方便，先按理想情況（可逆過(guò)程）處理，用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆因素加以修正。完全可逆、內(nèi)可逆與外可逆

完全可逆

可逆內(nèi)部可逆，外部不可逆

外部可逆，內(nèi)部不可逆常見(jiàn)90℃0℃例：內(nèi)可逆外不可逆§1-7功量1、力學(xué)定義:力在力方向上的位移2、熱力學(xué)定義(外文參考書）

a、當(dāng)熱力系與外界發(fā)生能量傳遞時(shí)，如果對(duì)外界的唯一效果可歸結(jié)為取起重物，此即為熱力系對(duì)外作功。b、功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，在力的推動(dòng)下，通過(guò)有序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能量。例：火力發(fā)電裝置鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器過(guò)熱器功的表達(dá)式功的一般表達(dá)式熱力學(xué)最常見(jiàn)的功容積變化功

其他準(zhǔn)靜態(tài)功：拉伸功，表面張力功，電功等§1-8熱量與熵1、熱量定義：

熱力系通過(guò)邊界與外界的交換的能量中，除了功的部分（不確切）。

另一定義：熱量是熱力系與外界相互作用的另一種方式，在溫度的推動(dòng)下，以微觀無(wú)序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能量。熱量如何表達(dá)？熱量是否可以用類似于功的式子表示？？引入“熵”熱量與容積變化功能量傳遞方式容積變化功傳熱量性質(zhì)過(guò)程量過(guò)程量推動(dòng)力壓力p

溫度T標(biāo)志

dV,dv

dS

,ds公式條件準(zhǔn)靜態(tài)或可逆可逆熵（Entropy）的定義reversible熵的簡(jiǎn)單引入比參數(shù)

[kJ/kg.K]ds:可逆過(guò)程

qrev除以傳熱時(shí)的T所得的商

清華大學(xué)劉仙洲教授命名為“熵”廣延量

[kJ/K]熵的說(shuō)明1、熵是狀態(tài)參數(shù)

3、熵的物理意義：熵體現(xiàn)了可逆過(guò)程

傳熱的大小與方向2、符號(hào)規(guī)定系統(tǒng)吸熱時(shí)為正

Q>0dS>0系統(tǒng)放熱時(shí)為負(fù)

Q<0dS<04、用途：判斷熱量方向計(jì)算可逆過(guò)程的傳熱量示功圖與示熱圖pVWTSQ

示功圖溫熵(示熱)圖§1-9熱力循環(huán)要實(shí)現(xiàn)連續(xù)作功，必須構(gòu)成循環(huán)定義：

熱力系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列變化回到初態(tài)，這一系列變化過(guò)程稱為熱力循環(huán)。不可逆循環(huán)分類：可逆過(guò)程不可逆循環(huán)可逆循環(huán)正循環(huán)pVTS凈效應(yīng)：對(duì)外作功凈效應(yīng)：吸熱正循環(huán)：順時(shí)針?lè)较?112逆循環(huán)pVTS凈效應(yīng)：對(duì)內(nèi)作功凈效應(yīng)：放熱逆循環(huán)：逆時(shí)針?lè)较?112熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)指標(biāo)正循環(huán)：凈效應(yīng)（對(duì)外作功，吸熱）WT1Q1Q2T2動(dòng)力循環(huán)：熱效率熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)指標(biāo)逆循環(huán)：凈效應(yīng)（對(duì)內(nèi)作功，放熱）WT0Q1Q2T2制冷循環(huán)：制冷系數(shù)熱力循環(huán)的評(píng)價(jià)指標(biāo)逆循環(huán)：凈效應(yīng)（對(duì)內(nèi)作功，放熱）WT1Q1Q2T0制熱循環(huán)：制熱系數(shù)本章基本要求4掌握混合氣體分壓力、分容積的概念1掌握理想氣體狀態(tài)方程的各種表述形式，并應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程及理想氣體定值

比熱進(jìn)行各種熱力計(jì)算

2掌握理想氣體平均比熱的概念和計(jì)算方法3理解混合氣體性質(zhì)

第二章理想氣體的性質(zhì)本章重點(diǎn)

1理想氣體的熱力性質(zhì)

2理想氣體狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系3理想氣體比熱§2-1理想氣體狀態(tài)方程一理想氣體定義忽略氣體分子間相互作用力和分子本身體積影響,僅具有彈性質(zhì)點(diǎn)的氣體，注意：當(dāng)實(shí)際氣體p→0v→的極限狀態(tài)時(shí)，氣體為理想氣體。二理想氣體狀態(tài)方程的導(dǎo)出

二V：nKmol氣體容積m3；

V：質(zhì)量為mkg氣體所占的容積；P：絕對(duì)壓力Pa；v：比容m3/kg；T：熱力學(xué)溫度K狀態(tài)方程VM：摩爾容積m3/kmol；RM

：通用氣體常數(shù)，J/kmol·K；工程熱力學(xué)的兩大類工質(zhì)

1、理想氣體（idealgas）

可用簡(jiǎn)單的式子描述

如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)以空氣為主的燃?xì)?、空調(diào)中的濕空氣等2、實(shí)際氣體（realgas）

不能用簡(jiǎn)單的式子描述，真實(shí)工質(zhì)

火力發(fā)電的水和水蒸氣、制冷空調(diào)中制冷工質(zhì)等狀態(tài)方程的應(yīng)用

1

求平衡態(tài)下的參數(shù)2兩平衡狀態(tài)間參數(shù)的計(jì)算3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與任意狀態(tài)或密度間的換算4求氣體體積膨脹系數(shù)

：體積為V的真空罐出現(xiàn)微小漏氣。設(shè)漏氣前罐內(nèi)壓力p為零，而漏入空氣的流率與（p0－p）成正比，比例常數(shù)為，p0為大氣壓力。由于漏氣過(guò)程十分緩慢，可以認(rèn)為罐內(nèi)、外溫度始終保持T0不變，試推導(dǎo)罐內(nèi)壓力p的表達(dá)式。

例2：容器內(nèi)盛有一定量的理想氣體，如果將氣體放出一部分后達(dá)到了新的平衡狀態(tài)，問(wèn)放氣前、后兩個(gè)平衡狀態(tài)之間參數(shù)能否按狀態(tài)方程表示為下列形式：（a）（b）題解解：放氣前、后兩個(gè)平衡狀態(tài)之間參數(shù)能按方程式（a）形式描述，不能用方程式（b）描述，因?yàn)槿萜髦兴⒂幸欢康睦硐霘怏w當(dāng)將氣體放出一部分后，其前、后質(zhì)量發(fā)生了變化根據(jù)，，而可證。

解例1例題1解:由題設(shè)條件已知

漏入空氣的流率:

罐內(nèi)的狀態(tài)方程dV=0;dT=0

積分(P由0到p)得微分（2）

（1）

或或計(jì)算時(shí)注意事項(xiàng)

1、絕對(duì)壓力2、溫度單位

K3、統(tǒng)一單位（最好均用國(guó)際單位）Rm與R的區(qū)別Rm——通用氣體常數(shù)(與氣體種類無(wú)關(guān))R——?dú)怏w常數(shù)(隨氣體種類變化)M-----摩爾質(zhì)量例如

但是,當(dāng)實(shí)際氣體p

很小,V

很大,T不太低時(shí),即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時(shí),可視為理想氣體。

哪些氣體可當(dāng)作理想氣體T>常溫，p<7MPa的雙原子分子理想氣體O2,N2,Air,CO,H2如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)以空氣為主的燃?xì)獾热臃肿樱℉2O,CO2)一般不能當(dāng)作理想氣體特殊，如空調(diào)的濕空氣，高溫?zé)煔獾腃O2

，可以§2-2理想氣體的比熱

計(jì)算內(nèi)能,焓,熱量都要用到比熱定義:比熱單位物量的物質(zhì)升高1K或1oC所需的熱量c:

質(zhì)量比熱容Mc:摩爾比熱容C’:

容積比熱容C=Mc=22.414C’Ts(1)(2)1K比熱容是過(guò)程量還是狀態(tài)量?c1c2用的最多的某些特定過(guò)程的比熱容定容比熱容定壓比熱容定容比熱容cv任意準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程u是狀態(tài)量，設(shè)

定容物理意義：v時(shí)1kg工質(zhì)升高1K內(nèi)能的增加量定壓比熱容cp任意準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程h是狀態(tài)量，設(shè)

定壓物理意義：p時(shí)1kg工質(zhì)升高1K焓的增加量cv和cp的說(shuō)明1、

cv和cp

，過(guò)程已定,可當(dāng)作狀態(tài)量。2、前面的推導(dǎo)沒(méi)有用到理想氣體性質(zhì)，所以適用于任何氣體。3、梅耶公式： ，，比熱比：定值、真實(shí)、平均比熱

定值比熱：凡分子中原子數(shù)目相同因而其運(yùn)動(dòng)自由度也相同的氣體，它們的摩爾比熱值都相等，稱為定值比熱

真實(shí)比熱：相應(yīng)于每一溫度下的比熱值稱為氣體的真實(shí)比熱。平均比熱

比熱與溫度的函數(shù)關(guān)系:2．3混合氣體的性質(zhì)

混合氣體的分壓力

:維持混合氣體的溫度和容積不變時(shí)，各組成氣體所具有的壓力

道爾頓分壓定律:維持混合氣體的溫度和壓力不變時(shí)，各組成氣體所具有的容積。阿密蓋特分容積定律：混合氣體的總?cè)莘eV等于各組成氣體分容積Vi之和。即：混合氣體的分容積：有關(guān)定義質(zhì)量成分定義式：容積成分定義式：摩爾成分定義式：某組元?dú)怏w的質(zhì)量混合氣體總質(zhì)量某組元?dú)怏w的容積混合氣體總?cè)莘e組元?dú)怏w的摩爾數(shù)混合氣體總摩爾數(shù)

本章應(yīng)注意的問(wèn)題

2．考慮比熱隨溫度變化后，產(chǎn)生了多種計(jì)算理想氣體熱力參數(shù)變化量的方法，要熟練地掌握和運(yùn)用這些方法，必須多加練習(xí)才能達(dá)到目的。1．運(yùn)用理想氣體狀態(tài)方程確定氣體的數(shù)量和體積等，需特別注意有關(guān)物理量的含義及單位的選取。3．在非定值比熱情況下,理想氣體內(nèi)能、焓變化量的計(jì)算方法，理想混合氣體的分量表示法，理想混合氣體相對(duì)分子質(zhì)量和氣體常數(shù)的計(jì)算。本章基本要求深刻理解熱量、儲(chǔ)存能、功的概念，深刻理解內(nèi)能、焓的物理意義理解膨脹（壓縮）功、軸功、技術(shù)功、流動(dòng)功的聯(lián)系與區(qū)別本章重點(diǎn)熟練應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解決具體問(wèn)題第三章熱力學(xué)第一定律§3-1系統(tǒng)的儲(chǔ)存能分子動(dòng)能（移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)）分子位能（相互作用）核能化學(xué)能一。內(nèi)能內(nèi)能是狀態(tài)量U:

廣延參數(shù)

[kJ]

u:

比參數(shù)

[kJ/kg]內(nèi)能總以變化量出現(xiàn)，內(nèi)能零點(diǎn)人為定說(shuō)明：注意：對(duì)理想氣體u=f(T)

二。外儲(chǔ)存能

系統(tǒng)工質(zhì)與外力場(chǎng)的相互作用所具有的能量如：重力位能以外界為參考坐標(biāo)的系統(tǒng)宏觀運(yùn)動(dòng)所具有的能量如：宏觀動(dòng)能組成系統(tǒng)總能外部?jī)?chǔ)存能宏觀動(dòng)能Ek=mc2/2宏觀位能Ep=mgz機(jī)械能系統(tǒng)總能E

=

U

+

Ek

+Epe

=

u

+ek

+

ep一般與系統(tǒng)同坐標(biāo)，常用U,dU,u,du

3．2系統(tǒng)與外界傳遞的能量

功隨物質(zhì)傳遞的能量

熱量外界熱源外界功源外界質(zhì)源系統(tǒng)熱量

kJ

或kcal且lkcal=4.1868kJ

定義：在溫差作用下,系統(tǒng)與外界通過(guò)界面?zhèn)鬟f的能量。規(guī)定:特點(diǎn):是傳遞過(guò)程中能量的一種形式，與熱力過(guò)程有關(guān)系統(tǒng)吸熱熱量為正，系統(tǒng)放熱熱量為負(fù)單位：功除溫差以外的其它不平衡勢(shì)差所引起的系統(tǒng)與外界傳遞的能量.1．膨脹功W：2

軸功W:在力差作用下，通過(guò)系統(tǒng)容積變化與外界傳遞的能量。規(guī)定:

系統(tǒng)對(duì)外作功為正，外界對(duì)系統(tǒng)作功為負(fù)。通過(guò)軸系統(tǒng)與外界傳遞的機(jī)械功定義:單位：lJ=lNm膨脹功是熱變功的源泉?jiǎng)傂蚤]口系統(tǒng)軸功不可能為正，軸功來(lái)源于能量轉(zhuǎn)換種類:注意:隨物質(zhì)傳遞的能量1．

流動(dòng)工質(zhì)本身具有的能量2．

流動(dòng)功(或推動(dòng)功)為推動(dòng)流體通過(guò)控制體界面而傳遞的機(jī)械功.推動(dòng)1kg工質(zhì)進(jìn)、出控制體時(shí)需功

注意:

取決于控制體進(jìn)出口界面工質(zhì)的熱力狀態(tài)由泵風(fēng)機(jī)等提供思考：與其它功區(qū)別焓

對(duì)于m千克工質(zhì)：

焓的定義式：焓=內(nèi)能+流動(dòng)功

焓的物理意義：1．對(duì)流動(dòng)工質(zhì)(開(kāi)口系統(tǒng))，表示沿流動(dòng)方向傳遞的總能量中，取決于熱力狀態(tài)的那部分能量.思考：特別的對(duì)理想氣體

h=f(T)

對(duì)于1千克工質(zhì)：h=u+pv

2

對(duì)不流動(dòng)工質(zhì)(閉口系統(tǒng))，焓只是一個(gè)復(fù)合狀態(tài)參數(shù)理想氣體內(nèi)能變化計(jì)算

適用于理想氣體一切過(guò)程或者實(shí)際氣體定容過(guò)程

用定值比熱計(jì)算:用平均比熱計(jì)算:

理想氣體組成的混合氣體的內(nèi)能：

經(jīng)驗(yàn)公式代入§3-3閉口系能量方程功（

w）

是廣義功

閉口系與外界交換的功量q

=du

+

w準(zhǔn)靜態(tài)容積變化功

pdv拉伸功

w拉伸=-

dl表面張力功

w表面張力=-

dAw

=

pdv

-

dl-

dA

+…...閉口系能量方程的通式q

=du

+

w若在地球上研究飛行器

q

=

de

+

w

=

du

+

dek

+

dep

+

w

準(zhǔn)靜態(tài)和可逆閉口系能量方程簡(jiǎn)單可壓縮系準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程w=pdv簡(jiǎn)單可壓縮系可逆過(guò)程q=Tdsq

=

du

+

pdv

q

=u

+

pdv熱一律解析式之一Tds

=

du

+

pdv

Tds=u+pdv熱力學(xué)恒等式§

3-4開(kāi)口系能量方程推導(dǎo)WnetQminmoutuinuoutgzingzout能量守恒原則進(jìn)入系統(tǒng)的能量

-離開(kāi)系統(tǒng)的能量

=系統(tǒng)儲(chǔ)存能量的變化推進(jìn)功的引入WnetQminmoutuinuoutgzingzoutQ

+

min(u

+

c2/2

+

gz)in-

mout(u

+

c2/2

+gz)out

-

Wnet

=

dEcv這個(gè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符少了推進(jìn)功推進(jìn)功的表達(dá)式推進(jìn)功（流動(dòng)功、推動(dòng)功）pApVdl

W推=

p

A

dl

=

pV

w推=

pv注意：不是

pdv

v

沒(méi)有變化對(duì)推進(jìn)功的說(shuō)明1、與宏觀流動(dòng)有關(guān)，流動(dòng)停止，推進(jìn)功不存在2、作用過(guò)程中，工質(zhì)僅發(fā)生位置變化，無(wú)狀態(tài)變化3、w推＝pv與所處狀態(tài)有關(guān)，是狀態(tài)量4、并非工質(zhì)本身的能量（動(dòng)能、位能）變化引起，而由外界做出，流動(dòng)工質(zhì)所攜帶的能量可理解為：由于工質(zhì)的進(jìn)出，外界與系統(tǒng)之間所傳遞的一種機(jī)械功，表現(xiàn)為流動(dòng)工質(zhì)進(jìn)出系統(tǒng)使所攜帶和所傳遞的一種能量開(kāi)口系能量方程的推導(dǎo)WnetQpvinmoutuinuoutgzingzoutQ

+

min(u

+

c2/2

+

gz)in-

mout(u

+

c2/2

+gz)out

-

Wnet

=

dEcvminpvout開(kāi)口系能量方程微分式Q

+

min(u

+

pv+c2/2

+

gz)in-

Wnet

-

mout(u

+

pv+c2/2

+gz)out

=

dEcv工程上常用流率開(kāi)口系能量方程微分式當(dāng)有多條進(jìn)出口：流動(dòng)時(shí)，總一起存在§3-5開(kāi)口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程WnetQminmoutuinuoutgzingzout穩(wěn)定流動(dòng)條件SteadyStateSteadyFlow(SSSF)1、2、3、軸功Shaftwork每截面狀態(tài)不變4、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的推導(dǎo)穩(wěn)定流動(dòng)條件0穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的推導(dǎo)1kg工質(zhì)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程適用條件：任何流動(dòng)工質(zhì)任何穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程幾種功的關(guān)系wwt△(pv)△c2/2wsg△z做功的根源ws準(zhǔn)靜態(tài)下的技術(shù)功準(zhǔn)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)熱一律解析式之一熱一律解析式之二技術(shù)功在示功圖上的表示機(jī)械能守恒對(duì)于流體流過(guò)管道，

壓力能

動(dòng)能

位能機(jī)械能守恒柏努利方程理想氣體焓的計(jì)算用定值比熱計(jì)算:用平均比熱計(jì)算:經(jīng)驗(yàn)公式代入適用于理想氣體的一切熱力過(guò)程或者實(shí)際氣體的定壓過(guò)程，

第四章理想氣體熱力過(guò)程及氣體壓縮本章基本知識(shí)點(diǎn)

熟練掌握定容、定壓、定溫、絕熱、多變過(guò)程中狀態(tài)參數(shù)p、v、T、u、h、s的計(jì)算，過(guò)程量Q、W的計(jì)算，以及上述過(guò)程在p-v

、T-s圖上的表示。

分析對(duì)象:

閉口系統(tǒng)

過(guò)程性質(zhì):可逆過(guò)程過(guò)程特點(diǎn):

定容過(guò)程、定壓過(guò)程、定溫過(guò)程、,絕熱(多變)過(guò)程目的:

研究外部條件對(duì)熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的影響，通過(guò)有利的外部條件，達(dá)到合理安排熱力過(guò)程，提高熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率的目的。

基本任務(wù):確定過(guò)程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù),能量轉(zhuǎn)換關(guān)系實(shí)例:

取開(kāi)口系統(tǒng)的氣體壓縮§4．1基本熱力過(guò)程

一.研究熱力學(xué)過(guò)程的目的與方法目的:提高熱力學(xué)過(guò)程的熱功轉(zhuǎn)換效率熱力學(xué)過(guò)程受外部條件影響

主要研究外部條件對(duì)熱功轉(zhuǎn)換的影響利用外部條件,合理安排過(guò)程，形成最佳循環(huán)對(duì)已確定的過(guò)程，進(jìn)行熱力計(jì)算參數(shù)會(huì)計(jì)算，就可以研究能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程對(duì)象1)參數(shù)(p,T,v,u,h,s

)變化2)能量轉(zhuǎn)換關(guān)系,

q

,w,wt方法抽象分類2)可逆過(guò)程(不可逆再修正)基本過(guò)程研究熱力學(xué)過(guò)程的依據(jù)2)理想氣體3)可逆過(guò)程

1)第一定律穩(wěn)流研究熱力學(xué)過(guò)程的步驟1)確定過(guò)程方程------該過(guò)程中參數(shù)變化關(guān)系5)計(jì)算w

,

wt,

q4)求3)用T-s

與p-v

圖表示2)根據(jù)以知參數(shù)及過(guò)程方程求未知參數(shù)斜率=？曲線上凸？下凹？斜率斜率理想氣體s

的p-v

圖和

T-s

圖

內(nèi)能變化焓變化熵變化

理想氣體s

u,h,

s的計(jì)算狀態(tài)參數(shù)的變化與過(guò)程無(wú)關(guān)

膨脹功w理想氣體s

w,wt,q的計(jì)算技術(shù)功

wt熱量

q若已知p1,T1,T2,求p2理想氣體變比熱s

過(guò)程理想氣體變比熱s

過(guò)程已知p1,T1,T2,求p2若是空氣，查附表2§4-2理想氣體熱力過(guò)程的綜合分析理想氣體的多變過(guò)程(Polytropicprocess)過(guò)程方程n是常量，每一過(guò)程只有一n值初終態(tài)關(guān)系n理想氣體s

的初、終態(tài)§4-3理想氣體的多變過(guò)程

(Polytropicprocess)

過(guò)程方程n是常量，每一過(guò)程有一n值初終態(tài)關(guān)系n理想氣體

n

u,h,

s的計(jì)算

內(nèi)能變化焓變化熵變化

狀態(tài)參數(shù)的變化與過(guò)程無(wú)關(guān)理想氣體n

w,wt,q的計(jì)算多變過(guò)程比熱容(1)

當(dāng)n=0

(2)

當(dāng)n=1多變過(guò)程與基本過(guò)程的關(guān)系(3)

當(dāng)n=k

(4)

當(dāng)n=

基本過(guò)程是多變過(guò)程的特例pTsvnpTsv初終態(tài)關(guān)系過(guò)程方程理想氣體的基本過(guò)程pTsvpTsv理想氣體基本過(guò)程的

u,h,

s

內(nèi)能變化焓變化熵變化

狀態(tài)參數(shù)的變化與過(guò)程無(wú)關(guān)pTsv理想氣體基本過(guò)程的wpTsv理想氣體基本過(guò)程的wtpTsv理想氣體基本過(guò)程的qpTsvcp

的定義cv

的定義斜率理想氣體基本過(guò)程的p-v,T-s圖上凸?下凹？sTvpppp斜率理想氣體基本過(guò)程的p-v,T-s圖上凸?下凹？sTvpppvvv斜率理想氣體基本過(guò)程的p-v,T-s圖上凸?下凹？sTvpppTvvTT理想氣體基本過(guò)程的p-v,T-s圖sTvpppsvvTTss理想氣體基本過(guò)程的p-v,T-s圖sTvpppvvTTssu在p-v,T-s圖上的變化趨勢(shì)sTvpuT=u>0u>0w在p-v,T-s圖上的變化趨勢(shì)sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0q在p-v,T-s圖上的變化趨勢(shì)sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0Tq>0u,h,w,wt,q在p-v,T-s圖上的變化趨勢(shì)sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0u↑,h↑(T↑)

w↑(v↑)

wt↑(p↓)

q↑(s↑)q>0§4-4活塞式壓氣機(jī)的壓縮過(guò)程分析壓氣機(jī)的作用生活中：自行車打氣。工業(yè)上：鍋爐鼓風(fēng)、出口引風(fēng)、煉鋼、燃?xì)廨啓C(jī)、制冷空調(diào)等等型式結(jié)構(gòu)活塞式(往復(fù)式)離心式軸流式葉輪式連續(xù)流動(dòng)壓力范圍通風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)出口當(dāng)連續(xù)流動(dòng)理論壓氣功(可逆過(guò)程)指什么功目的：研究耗功，越少越好活塞式壓氣機(jī)的壓氣過(guò)程技術(shù)功wt(1)、特別快，來(lái)不及換熱。(2)、特別慢，熱全散走。(3)、實(shí)際壓氣過(guò)程是

可能的壓氣過(guò)程sTn

三種壓氣過(guò)程的參數(shù)關(guān)系

三種壓氣過(guò)程功的計(jì)算最小重要啟示分級(jí)壓縮中間冷卻兩級(jí)壓縮中間冷卻分析有一個(gè)最佳增壓比

省功最佳增壓比的推導(dǎo)

省功最佳增壓比的推導(dǎo)

省功欲求w分級(jí)最小值，最佳增壓比的推導(dǎo)

省功w分級(jí)最小值，最佳增壓比可證明若m級(jí)分級(jí)壓縮的其它好處

潤(rùn)滑油要求t<160~180℃,高壓壓氣機(jī)必須分級(jí)分級(jí)壓縮的級(jí)數(shù)省功分級(jí)降低出口溫多級(jí)壓縮達(dá)到無(wú)窮多級(jí)(1)不可能實(shí)現(xiàn)(2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜(成本高)所以，一般采用2~4

級(jí)壓縮T活塞式壓氣機(jī)的余隙影響避免活塞與進(jìn)排氣閥碰撞，留有空隙余隙容積壓縮過(guò)程排氣，狀態(tài)未變殘留氣體膨脹進(jìn)新氣，狀態(tài)未變活塞式壓氣機(jī)的余隙影響活塞排量研究VC對(duì)耗功和產(chǎn)氣量的影響新氣量產(chǎn)氣量有效吸氣容積余隙容積VC對(duì)理論壓氣功的影響設(shè)12和43兩過(guò)程n相同功＝面積12341＝面積12561－面積43564余隙容積VC對(duì)理論壓氣功的影響余隙對(duì)單位產(chǎn)氣量耗功不影響本章知識(shí)點(diǎn)理解熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)，卡諾循環(huán)，卡諾定理，孤立系統(tǒng)熵增原理，深刻理解熵的定義式及其物理意義。熟練應(yīng)用熵方程，計(jì)算任意過(guò)程熵的變化，以及作功能力損失的計(jì)算，了解火用、火無(wú)的概念。第五章熱力學(xué)第二定律本章重點(diǎn)l．深入理解熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)，它的必要性。它揭示的是什么樣的規(guī)律；它的作用。2．深入理解熵參數(shù)。為什么要引入熵。是在什么基礎(chǔ)上引出的。怎樣引出的。它有什么特點(diǎn)。3．系統(tǒng)熵變的構(gòu)成，熵產(chǎn)的意義，熟練地掌握熵變的計(jì)算方法。4．深入理解熵增原理,并掌握其應(yīng)用。5．深入理解能量的可用性，掌握作功能力損失的計(jì)算方法能量之間數(shù)量的關(guān)系熱力學(xué)第一定律能量守恒與轉(zhuǎn)換定律所有滿足能量守恒與轉(zhuǎn)換定律的過(guò)程是否都能自發(fā)進(jìn)行自發(fā)過(guò)程的方向性自發(fā)過(guò)程：不需要任何外界作用而自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程。自然界自發(fā)過(guò)程都具有方向性

熱量由高溫物體傳向低溫物體摩擦生熱水自動(dòng)地由高處向低處流動(dòng)電流自動(dòng)地由高電勢(shì)流向低電勢(shì)自發(fā)過(guò)程的方向性功量自發(fā)過(guò)程具有方向性、條件、限度摩擦生熱熱量100%熱量發(fā)電廠功量40%放熱

熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)能不能找出共同的規(guī)律性?能不能找到一個(gè)判據(jù)?

自然界過(guò)程的方向性表現(xiàn)在不同的方面熱力學(xué)第二定律§5-1第二定律的表述與實(shí)質(zhì)

熱功轉(zhuǎn)換

傳熱

熱二律的表述有60-70

種

1851年

開(kāi)爾文－普朗克表述

熱功轉(zhuǎn)換的角度

1850年

克勞修斯表述

熱量傳遞的角度開(kāi)爾文－普朗克表述

不可能從單一熱源取熱，并使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其它影響。

熱機(jī)不可能將從熱源吸收的熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉?，而必須將某一部分傳給冷源。理想氣體T

過(guò)程q=w冷熱源:容量無(wú)限大，取、放熱其溫度不變

理想氣體T

過(guò)程q=wT

s

p

v

1

2

熱機(jī)：連續(xù)作功構(gòu)成循環(huán)1

2

有吸熱，有放熱但違反了熱力學(xué)第二定律熱二律與第二類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)：設(shè)想的從單一熱源取熱并 使之完全變?yōu)楣Φ臒釞C(jī)。這類永動(dòng)機(jī)并不違反熱力學(xué)第一定律第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制造成功的環(huán)境是個(gè)大熱源第二類永動(dòng)機(jī)???

如果三峽水電站用降溫法發(fā)電，使水溫降低5C，發(fā)電能力可提高11.7倍。設(shè)水位差為180米重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能：mkg水降低5C放熱：克勞修斯表述

不可能將熱從低溫物體傳至高溫物體而不引起其它變化。

熱量不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳至高溫物體?？照{(diào),制冷代價(jià)：耗功兩種表述的關(guān)系開(kāi)爾文－普朗克表述

完全等效!!!克勞修斯表述：違反一種表述,必違反另一種表述!!!§5-2

卡諾循環(huán)與卡諾定理法國(guó)工程師卡諾(S.Carnot)，1824年提出卡諾循環(huán)既然t

=100％不可能熱機(jī)能達(dá)到的最高效率有多少？熱二律奠基人效率最高S.卡諾

NicolasLeonardSadiCarnot（1796-1832）法國(guó)卡諾循環(huán)和卡諾定理,熱二律奠基人卡諾循環(huán)—

理想可逆熱機(jī)循環(huán)卡諾循環(huán)示意圖4-1絕熱壓縮過(guò)程，對(duì)內(nèi)作功1-2定溫吸熱過(guò)程，q1=T1(s2-s1)2-3絕熱膨脹過(guò)程，對(duì)外作功3-4定溫放熱過(guò)程，q2=T2(s2-s1)卡諾循環(huán)熱機(jī)效率卡諾循環(huán)熱機(jī)效率T1T2Rcq1q2w?

t,c只取決于恒溫?zé)嵩碩1和T2

而與工質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)；卡諾循環(huán)熱機(jī)效率的說(shuō)明?

T1

t,c,T2

c

，溫差越大，t,c越高?

當(dāng)T1=T2，t,c=0,單熱源熱機(jī)不可能?

T1

=K,T2

=0K,t,c<100%，熱二律T0

c卡諾逆循環(huán)卡諾制冷循環(huán)T0T2制冷T0T2Rcq1q2wTss2s1T2

c

T1

’卡諾逆循環(huán)卡諾制熱循環(huán)T0T1制熱TsT1T0Rcq1q2ws2s1T0

’卡諾定理—

熱二律的推論之一定理：在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩撮g工作的所有熱機(jī)，以可逆熱機(jī)的熱效率為最高。

卡諾提出：卡諾循環(huán)效率最高即在恒溫T1、T2下

結(jié)論正確，但推導(dǎo)過(guò)程是錯(cuò)誤的

當(dāng)時(shí)盛行“熱質(zhì)說(shuō)”

1850年開(kāi)爾文，1851年克勞修斯分別重新證明卡諾定理推論一

在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩撮g工作的一切可逆熱機(jī)，具有相同的熱效率，且與工質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)。T1T2R1R2Q1Q1’Q2Q2’WR1

求證：

tR1

=tR2

由卡諾定理tR1

>tR2

tR2

>tR1

WR2

只有：tR1

=tR2

tR1

=tR2=

tC與工質(zhì)無(wú)關(guān)卡諾定理推論二

在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩撮g工作的任何不可逆熱機(jī)，其熱效率總小于這兩個(gè)熱源間工作的可逆熱機(jī)的效率。T1T2IRRQ1Q1’Q2Q2’WIR

已證：tIR

>tR

只要證明tIR

=tR

反證法,假定：tIR=tR

令Q1=Q1’

則

WIR

=WR工質(zhì)循環(huán)、冷熱源均恢復(fù)原狀，外界無(wú)痕跡，只有可逆才行，與原假定矛盾。

∴

Q1’-Q1

=Q2’

-

Q2=

0

WR卡諾定理小結(jié)1、在兩個(gè)不同T的恒溫?zé)嵩撮g工作的一切

可逆熱機(jī)tR

=tC

2、多熱源間工作的一切可逆熱機(jī)

tR多

<同溫限間工作卡諾機(jī)tC

3、不可逆熱機(jī)tIR<同熱源間工作可逆熱機(jī)tR

tIR<tR=

tC

∴在給定的溫度界限間工作的一切熱機(jī)，

tC最高

熱機(jī)極限

卡諾定理的意義

從理論上確定了通過(guò)熱機(jī)循環(huán)實(shí)現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的條件，指出了提高熱機(jī)熱效率的方向，是研究熱機(jī)性能不可缺少的準(zhǔn)繩。對(duì)熱力學(xué)第二定律的建立具有重大意義?？ㄖZ定理舉例

A

熱機(jī)是否能實(shí)現(xiàn)1000

K300

KA2000kJ800

kJ1200

kJ可能

如果：W=1500kJ1500

kJ不可能500

kJ§5-3

克勞修斯不等式§5-3、§5-4熵、§5-5孤立系熵增原理圍繞方向性問(wèn)題，不等式熱二律推論之一

卡諾定理給出熱機(jī)的最高理想熱二律推論之二

克勞修斯不等式反映方向性定義熵克勞修斯不等式克勞修斯不等式的研究對(duì)象是循環(huán)方向性的判據(jù)正循環(huán)逆循環(huán)可逆循環(huán)不可逆循環(huán)

克勞修斯不等式的推導(dǎo)§5-4

熵?zé)岫赏普撝?/p>

卡諾定理給出熱機(jī)的最高理想熱二律推論之二

克勞修斯不等式反映方向性熱二律推論之三

熵反映方向性熵的導(dǎo)出定義：熵于19世紀(jì)中葉首先克勞修斯(R.Clausius)引入，式中S從1865年起稱為entropy，由清華劉仙洲教授譯成為“熵”。小知識(shí)克勞修斯不等式可逆過(guò)程，，代表某一狀態(tài)函數(shù)。=可逆循環(huán)<不可逆循環(huán)比熵熵的物理意義定義：熵?zé)嵩礈囟?工質(zhì)溫度比熵克勞修斯不等式可逆時(shí)熵變表示可逆過(guò)程中熱交換的方向和大小熵的物理意義:熵是狀態(tài)量可逆循環(huán)pv12ab熵變與路徑無(wú)關(guān),只與初終態(tài)有關(guān)不可逆過(guò)程S與傳熱量的關(guān)系任意不可逆循環(huán)pv12ab=可逆>不可逆S與傳熱量的關(guān)系=可逆>不可逆<不可能熱二律表達(dá)式之一對(duì)于循環(huán)克勞修斯不等式除了傳熱,還有其它因素影響熵不可逆絕熱過(guò)程不可逆因素會(huì)引起熵變化=0總是熵增針對(duì)過(guò)程熵流和熵產(chǎn)對(duì)于任意微元過(guò)程有：=：可逆過(guò)程>：不可逆過(guò)程定義熵產(chǎn)：純粹由不可逆因素引起結(jié)論：熵產(chǎn)是過(guò)程不可逆性大小的度量。熵流：永遠(yuǎn)熱二律表達(dá)式之一熵流、熵產(chǎn)和熵變?nèi)我獠豢赡孢^(guò)程可逆過(guò)程不可逆絕熱過(guò)程可逆絕熱過(guò)程不易求熵變的計(jì)算方法理想氣體僅可逆過(guò)程適用Ts1234任何過(guò)程§5-5

孤立系統(tǒng)熵增原理孤立系統(tǒng)無(wú)質(zhì)量交換結(jié)論：孤立系統(tǒng)的熵只能增大，或者不變，絕不能減小，這一規(guī)律稱為孤立系統(tǒng)

熵增原理。無(wú)熱量交換無(wú)功量交換=：可逆過(guò)程>：不可逆過(guò)程熱二律表達(dá)式之一為什么用孤立系統(tǒng)？孤立系統(tǒng)=非孤立系統(tǒng)+相關(guān)外界=：可逆過(guò)程>：不可逆過(guò)程最常用的熱二律表達(dá)式作功能力損失RQ1Q2WR卡諾定理tR>

tIR

可逆T1T0IRWIRQ1’Q2’作功能力:以環(huán)境為基準(zhǔn),系統(tǒng)可能作出的最大功假定Q1=Q1’

，WR

>WIR

作功能力損失作功能力損失T1T0RQ1Q2WIRW’Q1’Q2’假定Q1=Q1’

，WR>WIR

作功能力損失§5-4

熵方程閉口系開(kāi)口系out(2)in(1)ScvQW穩(wěn)定流動(dòng)熵的性質(zhì)和計(jì)算不可逆過(guò)程的熵變可以在給定的初、終態(tài)之間任選一可逆過(guò)程進(jìn)行計(jì)算。

熵是狀態(tài)參數(shù)，狀態(tài)一定，熵有確定的值；

熵的變化只與初、終態(tài)有關(guān)，與過(guò)程的路徑無(wú)關(guān)熵是廣延量第七章水和水蒸氣的性質(zhì)

基本知識(shí)點(diǎn)

水蒸氣的產(chǎn)生過(guò)程、水蒸氣狀態(tài)參數(shù)的確定、水蒸氣圖表的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用、水蒸氣在熱力過(guò)程中功量和熱量的計(jì)算。

本章重點(diǎn)：

工業(yè)上水蒸氣的定壓生成過(guò)程，學(xué)會(huì)使用水蒸氣熱力學(xué)性質(zhì)的圖表，并能熟練的運(yùn)用于各種熱力過(guò)程的計(jì)算。水和水蒸氣是實(shí)際氣體!水蒸氣在空氣中含量極小，當(dāng)作理想氣體一般情況下，為實(shí)際氣體，使用圖表18世紀(jì)，蒸氣機(jī)的發(fā)明，是唯一工質(zhì)直到內(nèi)燃機(jī)發(fā)明，才有燃?xì)夤べ|(zhì)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)優(yōu)點(diǎn):便宜，易得，無(wú)毒，膨脹性能好，傳熱性能好§7-1純物質(zhì)的熱力學(xué)面及相圖物質(zhì)有三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)熱力學(xué)面：以p,v,T表示的物質(zhì)各種狀態(tài)的曲面水的三態(tài)：冰、水、蒸汽水的熱力學(xué)面兩相區(qū)單相區(qū)氣液固pvT六個(gè)區(qū)：三個(gè)單相區(qū)、三個(gè)兩相區(qū)液--氣固--氣固--液pvT飽和線、三相線和臨界點(diǎn)pv四個(gè)線：三個(gè)飽和線、一個(gè)三相線飽和氣線三相線飽和液線飽和固線T臨界點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)：臨界點(diǎn)三相線與臨界點(diǎn)水的臨界點(diǎn)狀態(tài)飽和液線與飽和氣線的交點(diǎn)氣液兩相共存的pmax,Tmax等溫線是鞍點(diǎn)臨界點(diǎn)水的三相線純物質(zhì)的p-T相圖ppTT液液氣氣固固水一般物質(zhì)三相點(diǎn)三相點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)流體流體升華線升華線凝固線凝固線汽化線汽化線

思考題沒(méi)有。t>374.16℃有3.有沒(méi)有500oC的水？1.溜冰冰刀2.北方冬天晾在外邊的衣服，是否經(jīng)過(guò)液相4.有沒(méi)有-3℃

的蒸汽？5.一密閉容器內(nèi)有水的汽液混合物，對(duì)其加熱，是否一定能變成蒸汽？純物質(zhì)的p-T相圖ppTT液液氣氣固固水一般物質(zhì)三相點(diǎn)三相點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)流體流體飽和線、三相線和臨界點(diǎn)pv飽和氣線三相線飽和液線飽和固線T臨界點(diǎn)汽相和液相鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器過(guò)熱器因固相不流動(dòng)，更關(guān)心汽液兩相冰蓄冷§7-2汽化與飽和沸騰：表面和液體內(nèi)部同時(shí)發(fā)生的汽化(氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下)飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動(dòng)態(tài)平衡汽化:

由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過(guò)程

(不涉及化學(xué)變化)蒸發(fā)：汽液表面上的汽化飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動(dòng)態(tài)平衡飽和溫度Ts飽和壓力ps一一對(duì)應(yīng)放掉一些水，Ts不變，ps？Tspsps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高壓鍋ps=1.6barTs=113.32℃純物質(zhì)的p-T相圖ppTT液液氣氣固固水一般物質(zhì)三相點(diǎn)三相點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)流體流體汽化線汽化線§7-3水蒸氣的定壓發(fā)生過(guò)程t<tst=tst=tst=tst>tsv<v’v=v’v=v’’v’<v<v’’v>v’’未飽和水飽和水飽和濕蒸汽飽和干蒸汽過(guò)熱蒸汽h<h’h=h’h=h’’h’<h<h’’h>h’’s<s’s=s’s=s’’s’<s<s’’s>s’’水預(yù)熱汽化過(guò)熱水蒸氣定壓發(fā)生過(guò)程說(shuō)明(1)(2)只有熵加熱時(shí)永遠(yuǎn)增加(3)理想氣體實(shí)際氣體汽化時(shí)，T＝Ts不變，但h增加汽化潛熱(4)未飽和水過(guò)冷度過(guò)冷水過(guò)熱蒸汽過(guò)熱度sp-v圖，T-s圖上的水蒸氣定壓加熱過(guò)程一點(diǎn)，二線，三區(qū)，五態(tài)等壓線上飽和態(tài)參數(shù)ptsv’(bar)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061120.010.00100022206.1750.09.15621.099.630.00104341.69461.30277.36085.0151.850.00109280.374811.86046.821550.0263.920.00128580.039412.92095.9712221.29374.150.003260.003264.4294.429(bar)(℃)bdbd定壓加熱線與飽和液線相近的說(shuō)明當(dāng)忽略液體cp變化，不同的p，液體近似不可壓，v不變對(duì)每個(gè)不變的T§7-4水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表狀態(tài)公理：簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)，兩個(gè)獨(dú)立變量未飽和水及過(guò)熱蒸汽，一般已知p、T即可飽和水和干飽和蒸汽，只需確定p或T濕飽和蒸汽，p和T不獨(dú)立，汽液兩相1875年，吉布斯提出了吉布斯相律水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)確定的原則1、未飽和水及過(guò)熱蒸汽確定任意兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，如：p、T2、飽和水和干飽和蒸汽確定p或T3、濕飽和蒸汽除p或T外，其它參數(shù)與兩相比例有關(guān)兩相比例由干度x確定定義干飽和蒸汽飽和水對(duì)干度x的說(shuō)明：x=0飽和水x=1干飽和蒸汽0

≤x

≤1在過(guò)冷水和過(guò)熱蒸汽區(qū)域，x無(wú)意義濕飽和蒸汽區(qū)狀態(tài)參數(shù)的確定

如果有1kg濕蒸氣，干度為x,即有xkg飽和蒸汽，(1-x)kg飽和水。已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度xh,v,s水和水蒸氣表兩類2、未飽和水和過(guò)熱蒸汽表1、飽和水和干飽和蒸汽表飽和水和飽和水蒸氣表（按溫度排列）飽和水和飽和水蒸氣表（按壓力排列）飽和參數(shù)未飽和水和過(guò)熱蒸汽表（節(jié)錄）表的出處和零點(diǎn)的規(guī)定原則上可任取零點(diǎn)，國(guó)際上統(tǒng)一規(guī)定。但原則上不為0，對(duì)水：

表依據(jù)1963年第六屆國(guó)際水和水蒸氣會(huì)議發(fā)表的國(guó)際骨架表編制，盡管IFC（國(guó)際公式化委員會(huì)）1967和1997年先后發(fā)表了分段擬合的水和水蒸氣熱力性質(zhì)公式，但工程上還主要依靠圖表。焓、內(nèi)能、熵零點(diǎn)的規(guī)定：水的三相點(diǎn)飽和參數(shù)未飽和水和過(guò)熱蒸汽表(注意下劃線）如何在圖上表示功和熱p-v圖（示功圖）：面積代表功能否用線段表示熱和功T-s圖（示熱圖）：面積代表熱焓熵圖的畫法(1)1、零點(diǎn)：h=0，s=0；2、飽和汽線（上界線）、飽和液線（下界線）3、等壓線群：p兩相區(qū)pT=Const斜直線單相區(qū)sT向上翹的發(fā)散的形線C點(diǎn)為分界點(diǎn)，不在極值點(diǎn)上焓熵圖hsCpx=1x=0pC焓熵圖的畫法(2)氣相區(qū)：離飽和態(tài)越遠(yuǎn)，越接近于理想氣體兩相區(qū)：T、p一一對(duì)應(yīng)，T線即p線在x=0,x=1之間，從C點(diǎn)出發(fā)的等分線同理想氣體一樣，v

線比p

線陡4、定溫線T5、等容線v6、等干度線x焓熵圖hsCx=1x=0pvTx§7-5水蒸氣的熱力過(guò)程任務(wù)：確定初終態(tài)參數(shù)，計(jì)算過(guò)程中的功和熱在p-v、T-s、h-s圖上表示熱力過(guò)程：

ps

T

v

注意理想氣體過(guò)程的區(qū)別第一定律與第二定律表達(dá)式均成立理想氣體特有的性質(zhì)和表達(dá)式不能用可逆水蒸氣的定壓過(guò)程q=hwt=0342pv1例：鍋爐中，水從30℃

，4MPa,定壓加熱到450

℃

q=h2-h1ts(4MPa)=250.33℃鍋爐、換熱器水蒸氣的定壓過(guò)程例：水從30℃

，4MPa,定壓加熱到450

℃

q=h2-h12Tshs2h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kg水蒸氣的絕熱過(guò)程p12’pvp2不可逆過(guò)程：

汽輪機(jī)、水泵12可逆過(guò)程：

s12

12’q=0水蒸氣的絕熱過(guò)程汽輪機(jī)、水泵q=02’12Ts不可逆過(guò)程：

可逆過(guò)程：

sp1p2水蒸氣的絕熱過(guò)程汽輪機(jī)、水泵q=0hs不可逆過(guò)程

可逆過(guò)程：

sp1p221h1h2h2’2’透平內(nèi)效率

水蒸氣的定溫過(guò)程pv實(shí)際設(shè)備中很少見(jiàn)TCTcT遠(yuǎn)離飽和線，接近于理想氣體水蒸氣的定溫過(guò)程12Tshs122’理想氣體

測(cè)量干度原理

絕熱節(jié)流可逆過(guò)程：12’水蒸氣的定容過(guò)程實(shí)際設(shè)備中不常見(jiàn)12pv水蒸氣的定容過(guò)程1TshspT212vpv第八章濕空氣的性質(zhì)

本章學(xué)習(xí)內(nèi)容1

研究氣體流動(dòng)過(guò)程中2

研究影響氣體在管內(nèi)流的氣流速度變化能量轉(zhuǎn)換狀態(tài)參數(shù)變化的規(guī)律系統(tǒng)的外部條件管道截面積的變化基本知識(shí)點(diǎn)1.理解絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、含濕量、飽和度、濕空氣密度3.熟練使用濕空氣的焓濕圖。

4.掌握濕空氣的基本熱力過(guò)程的計(jì)算和分析。

2.干球溫度、濕球溫度、露點(diǎn)溫度和角系數(shù)等概念的定義式及物理意義。濕空氣＝（干空氣＋水蒸氣）空調(diào)、通風(fēng)、烘干、冷卻塔、儲(chǔ)存§8-1濕空氣的性質(zhì)

濕空氣與一般理想混合氣體的最大區(qū)別水蒸氣的含量是變量!!分壓低理想混合氣體冷卻塔照片飽和蒸汽

1、未飽和濕空氣未飽和濕空氣和飽和濕空氣過(guò)熱蒸汽水蒸氣干空氣＋過(guò)熱水蒸氣pv<ps(T)

Tspvps加入水蒸氣，pv2、飽和濕空氣未飽和濕空氣和飽和濕空氣干空氣＋飽和水蒸氣pv＝ps(T)

Tsps溫度一定，不能再加入水蒸氣從未飽和到飽和的途徑Tspvps1、

T

加水蒸氣pvab3、

pv

不變，Tabaddc2、

pv

，Tac4、

vaee結(jié)露Td露點(diǎn)溫度

Td=Ts(pv)結(jié)露與露點(diǎn)濕潤(rùn)的夏天水管上常出現(xiàn)水珠?

冷水管t=20oCTsdpv=0.04bar大氣溫度t=30oCtd=28.98oC干燥的冬天pv小，

td<0.0oC結(jié)霜

結(jié)霧？

濕空氣中所含水蒸氣的量濕空氣的濕度1、絕對(duì)濕度每1m3濕空氣中所含的水蒸氣的質(zhì)量kg水蒸氣/m3濕空氣絕對(duì)濕度T,pv下水蒸氣的密度不常用2、相對(duì)濕度＝1

飽和濕空氣

在相同的溫度下：相對(duì)濕度＝0

干空氣

0<<1

未飽和濕空氣

表明濕空氣與同溫下飽和濕空氣的偏離程度

反映所含水蒸氣的飽和程度

越干燥，吸水能力強(qiáng)

越濕潤(rùn)，吸水能力低

3、含濕量濕空氣中干空氣的量總不變，以此為計(jì)算基準(zhǔn)

含濕量kg水蒸氣/kg干空氣？以單位質(zhì)量干空氣為基準(zhǔn)，理想混合氣體kJ/kg干空氣工程上，取0oC時(shí)§8-2濕空氣的焓、熵和容積干空氣的焓水蒸氣的焓溫度t下飽和水的焓hv=0ha=0干空氣的焓濕空氣的熵kJ/kg干空氣.K濕空氣的容積1kg干空氣的濕空氣的容積m3/kg分壓定律§8-3

濕球溫度無(wú)法直接測(cè)量,間接方法1.

絕熱飽和溫度法d112mfTs12T2濕球溫度2.

干濕球溫度法圖5-9干濕球溫度計(jì)t-twt-twt=tw=ts(pv)球面上蒸發(fā)熱=對(duì)流熱t(yī)w絕熱飽和溫度干球溫度,濕球溫度與露點(diǎn)溫度圖5-9干濕球溫度計(jì)t=tw=tdTstwtdtt>tw>td§8-4

濕空氣的焓濕圖與熱濕比濕空氣的參數(shù)很多，有多少獨(dú)立的變量根據(jù)相律組元數(shù)

2pb,h,d焓濕圖相數(shù)

1固定pb=0.1MPa焓濕圖的結(jié)構(gòu)d=0干空氣dh2、

h線1、d線

h與

t

很接近

人為將

h旋轉(zhuǎn)135度

h135度焓濕圖的結(jié)構(gòu)dh3、t線正斜率的直線

h等干球溫度線t焓濕圖的結(jié)構(gòu)dh是一組向上凸的線

h等相對(duì)濕度線t4、

線飽和線

上部未飽和線

下部無(wú)意義

干空氣d=0

焓濕圖的結(jié)構(gòu)dhht4、

線ts=99.63oCd焓濕圖的結(jié)構(gòu)dhht5、

線d焓濕圖的結(jié)構(gòu)dhht6、露點(diǎn)tdpv下飽和濕空氣td焓濕圖的結(jié)構(gòu)dhht7、濕球溫度tw絕熱飽和溫度tdtwt濕球溫度與絕熱飽和溫度d112mfTs12熱力學(xué)第一定律焓濕圖的結(jié)構(gòu)dhht8、熱濕比h-d圖上為直線ⅣⅠⅡⅢⅠ:Ⅱ:Ⅲ:Ⅳ:角系數(shù)：過(guò)程方向與特征焓濕圖的結(jié)構(gòu)dhht8、熱濕比12已知初態(tài)1過(guò)程斜率已知可確定終態(tài)焓濕圖的結(jié)構(gòu)dhht不同的pb不同的h-d圖§8-5濕空氣的基本熱力過(guò)程

一、單純加熱或冷卻過(guò)程d不變12qdh122’加熱12放熱12’hh二、冷卻去濕過(guò)程qdh122’34d1h1d4h4d1-d4h水三、絕熱加濕過(guò)程dh12d1h1d2h2d2-d1h水t1t2向空氣中噴水，汽化潛熱來(lái)自空氣本身，t蒸發(fā)冷卻過(guò)程dt四、加熱加濕過(guò)程dh12d1h1d2h2d2-d1h水t1t2qh2h1設(shè)t不變12設(shè)