清華大學熱工基礎工程熱力學加傳熱學2第一章課件

第一篇工程熱力學1第一章基本概念1-1

熱機、工質、熱源與熱力系統(tǒng)熱機：能將熱能轉換為機械能的機器。如蒸汽機、蒸汽輪機、燃氣輪機、內燃機和噴氣發(fā)動機等。

2工質：實現(xiàn)熱能和機械能之間轉換的媒介物質。

熱源：本身熱容量很大，且在放出或吸收有限量熱量時自身溫度及其它熱力學參數(shù)沒有明顯變化的物體。

例如空氣、燃氣、水蒸氣等。例如鍋爐、循環(huán)水池、大氣等。提供熱量的熱源稱為高溫熱源；吸收熱量的熱源稱為低溫熱源。3（2）開口系統(tǒng)

與外界有物質交換的系統(tǒng)。系統(tǒng)的容積始終保持不變，也稱為控制容積系統(tǒng)。

進口出口（3）絕熱系統(tǒng)

與外界沒有熱量交換的系統(tǒng)。（4）孤立系統(tǒng)

與外界既無能量（功、熱量）交換又無物質交換的系統(tǒng)。51-2

平衡狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)1.平衡狀態(tài)（1）狀態(tài)（熱力狀態(tài)）

系統(tǒng)在某一瞬間所呈現(xiàn)的宏觀物理狀況稱為系統(tǒng)的熱力狀態(tài)，簡稱狀態(tài)。

（2）平衡狀態(tài)

系統(tǒng)內部各處的宏觀性質均勻一致、不隨時間而變化的狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。

系統(tǒng)內部不存在熱量傳遞，即各處的溫度均勻一致的狀態(tài)稱為熱平衡狀態(tài)。6（4）非平衡狀態(tài)

系統(tǒng)內部存在不平衡勢（溫差或壓差），因此存在能量或質量傳遞的宏觀物理狀況。非平衡狀態(tài)不能用狀態(tài)參數(shù)來描寫。

狀態(tài)參數(shù)的特點：（3）狀態(tài)參數(shù)

用于描述系統(tǒng)平衡狀態(tài)的物理量稱為狀態(tài)參數(shù)，如溫度、壓力、比體積等。狀態(tài)確定，狀態(tài)參數(shù)的數(shù)值也確定，反之亦然。7常用非SI壓力單位：

1bar（巴）=105

Pa

1atm（標準大氣壓）=1.013105

Pa

1at

（工程大氣壓）=0.981105

Pa

1mmH2O（毫米水柱）=9.81Pa1mmHg

（毫米汞柱）=133.3Pa

9壓力測量：絕對壓力p、大氣壓力pb、表壓力pe、真空度pv

只有絕對壓力p

才是狀態(tài)參數(shù)。10（2）溫度溫度是反映物體冷熱程度的物理量。溫度的高低反映物體內部微觀粒子熱運動的強弱。當兩個溫度不同的物體相互接觸時，它們之間將發(fā)生熱量傳遞，如果沒有其它物體影響，這兩個物體的溫度將逐漸趨于一致，最終將達到熱平衡（即溫度相等）。所以溫度是熱平衡的判據(jù)。1）溫度的物理意義溫度相等熱平衡11攝氏溫標:在標準大氣壓下，純水的冰點溫度為0℃，純水的沸點溫度為100℃，純水的三相點（固、液、汽三相平衡共存的狀態(tài)點）溫度為0.01℃。瑞典天文學家攝爾修斯（Celsius）于1742年建立。用攝氏溫標確定的溫度稱為攝氏溫度，用符號t表示，單位為℃。

選擇水銀的體積作為溫度測量的物性，認為其隨溫度線性變化，并將0～100℃溫度下的體積差均分成100份，每份對應1℃。

13

用熱力學溫標確定的溫度稱為熱力學溫度，用符號T

表示，單位為K（開）。熱力學溫標（絕對溫標）:

英國物理學家開爾文（Kelvin)在熱力學第二定律基礎上建立，也稱開爾文溫標。熱力學溫標取水的三相點為基準點，并定義其溫度為273.16K。溫差1K相當于水的三相點溫度的1/273.16。熱力學溫標與攝氏溫標的關系：溫差:1K=1℃t=T

–273.15K14國際單位制（SI）采用熱力學溫度T作為基本狀態(tài)參數(shù)。4)

溫度的測量a.

接觸式水銀溫度計、酒精溫度計熱電偶、電阻溫度計等。b.

非接觸式光學輻射高溫計激光全息干涉儀CARS（相干反斯托克斯喇曼光譜）法151-3

狀態(tài)方程與狀態(tài)參數(shù)坐標圖（1）狀態(tài)公理對于和外界只有熱量和體積變化功（膨脹功或壓縮功）的簡單可壓縮系統(tǒng)，只需兩個獨立的參數(shù)（如p、v，p、T

或v、T）便可確定它的平衡狀態(tài)。

（2）狀態(tài)方程式表示狀態(tài)參數(shù)之間關系的方程式稱為狀態(tài)方程式。如：17（3）狀態(tài)參數(shù)坐標圖在以兩個獨立狀態(tài)參數(shù)為坐標的平面坐標圖上，每一點都代表一個平衡狀態(tài)。以獨立狀態(tài)參數(shù)為坐標的坐標圖。181-4

準平衡過程和可逆過程

（1）熱力過程系統(tǒng)由一個狀態(tài)到達另一個狀態(tài)的變化過程。

19（3）可逆過程

如果系統(tǒng)完成了某一過程之后可以沿原路逆行回復到原來的狀態(tài)，并且不給外界留下任何變化，這樣的過程為可逆過程。實際過程都是不可逆過程，如傳熱、混合、擴散、滲透、溶解、燃燒、電加熱等?？赡孢^程是一個理想過程?？赡孢^程的條件：準平衡過程＋無耗散效應。211-5

功量與熱量

1.

功量與示功圖

(1)

膨脹功

工質在體積膨脹時所作的功稱為膨脹功。

符號：W

單位：J

或kJ

對于微元可逆過程，對于可逆過程1～2：22單位質量工質所作的膨脹功用符號w

表示，單位為J/kg或kJ/kg。(2)

示功圖（p-v圖）

功是過程量而不是狀態(tài)量。膨脹：dv>0,w>0壓縮：dv<

0,w<0

w的大小可以p-v圖上的過程曲線下面的面積來表示。23

在可逆過程中，系統(tǒng)與外界交換的熱量與功量的計算公式具有相同的形式。

功量：熱量：

s

稱為比熵。比熵同比體積v

一樣是工質的狀態(tài)參數(shù)。

比熵的定義式：

（可逆過程）比熵的單位為J/(kg·K)

或

kJ/