热工基础 于秋红—第1章 基本概念.ppt

1.6 热力循环 第1章 基本概念 1.1 热力系 1、热机： 能将热能转换为机械能的机器。如蒸汽机、蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机和喷气发动机等。 2、工质： 实现热能和机械能转换的媒介物质。 例如：空气、燃气、水蒸气等。 3、热力系统： 在工程热力学中，以人为划定的一个或多个任意集合面所围成的空间作为研究对象，称之为热力系统，简称热力系或系统。系统以外的物质称为外界。热力系与外界的交界称为边界。 可以是真实的， 也可以是虚拟的； 可以是固定的， 也可以是运动的。 界面的特性: （1）闭口系统： 与外界无物质交换的系统。系统的质量始终保持恒定，也称为控制质量系统。 （2）开口系统： 与外界有物质交换的系统。系统的容积始终保持不变，也称为控制容积系统。 （3）绝热系统： 与外界没有热量交换的系统。 （4）孤立系统： 与外界 既无能量（功、热量）交换又无物质交换的系统。 （5）简单可压缩系： 由可压缩流体构成，与外界只有可逆体积变化功的交换。 1.2 状态及状态参数 系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为系统的热力状态。 特点： 状态参数： 定义：用于描述工质所处状态的宏观物理量称为状态参数，如温度、压力等。 具有点函数性质，状态确定，状态参数的数值也确定，与达到这一状态的路径无关。 1. 2. 1 平衡状态 在不受外界影响的条件下（重力场除外），系统的状态参数不随时间而变化的状态称为平衡状态。 只有在系统内或系统与外界之间一切不平衡的作用都不存在时，此时热力系统所处的状态才是平衡状态。 1.2.2 基本状态参数 工程热力学中常的状态参数有压力、温度、比体积、比热力学能、比焓、比熵等，其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、比体积，称为基本状态参数。 单位面积上所受到的垂直作用力（即压强） 1. 压力 压力测量： 绝对压力 p、大气压力pb、表压力pe、真空度pv 只有绝对压力 p 才是状态参数。 pb pe p pv p 2. 温度 温度是反映物体冷热程度的物理量。温度的高低反映物体内部微观粒子热运动的强弱。 1）温度的物理意义 2）热力学第零定律： 如果两个物体中的每一个都分别与第三个物体处于热平衡，则这两个物体彼此也必处于热平衡。 热力学第零定律是温度测量的理论依据 。 A B C 3. 比体积 定义： 单位质量的工质所占有的体积，用符号v表示，单位为 m3/kg 。 密度： 单位体积工质的质量，用符号? 表示。单位为 kg/ m3 。 比体积和密度二者相关，都说明工质的疏密程度，通常以比体积作为状态参数 。 1.3 状态方程及参数坐标图 1. 状态公理 对于组元一定的闭口系统，当其处于平衡状态时，可以用与该系统有关的准静态功形式的数目n加上1个象征传热方式的独立状态参数即n+1个独立状态参数来确定。 对于和外界只有热量和体积变化功（膨胀功或压缩功）的简单可压缩系统，只需两个独立的参数（如p、v；p、T 或v、T）便可确定它的平衡状态。 3. 状态参数坐标图 在以两个独立状态参数为坐标的平面坐标图上，每一点都代表一个平衡状态。非平衡状态没有确定的状态参数值，无法在图上表示。 以独立状态参数为坐标的坐标图。 2. 状态方程 表示状态参数之间关系的方程式称为状态方程式 。如： 1.4 准平衡过程和可逆过程 热力过程 系统由一个状态到达另一个状态的变化过程。 1 1 2 p v 2 驰豫时间：若过程进行得相对缓慢,工质在平衡被破坏后自动恢复平衡所需要的时间。 破坏平衡所需时间 （外部作用时间） 恢复平衡所需时间 （驰豫时间） 有足够时间恢复新平衡 ? 准静态过程 1. 准平衡过程（准静态过程） 所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 在系统内外的不平衡势（如压力差、温度差等）不是很大，过程进行较慢的情况下，可以将实际过程近似地看作准平衡过程。 例：活塞式内燃机 2000转/分 曲柄 2冲程/转，0.15米/冲程 活塞运动速度=2000?2 ?0.15/60=10 m/s 压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s 2. 可逆过程 定义：如果系统完成了某一过程之后，再沿着原路逆行而回复到原来的状态，外界也随之回复到原来的状态，而不留下任何变化，则这一