热工基础A第一章(基本概念和定义)西南交大载运

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1、第一章基本概念和定义二、学习目标工程热力学中的一些基本术语和概念：热力系统、平衡状态、状态公理、状态参数及其性质、准平衡过程和可逆过程的定义、实现的条件及两者之间的关系。一、本章要点了解工程热力学的基本术语和概念，正确理解状态参数的性质、准静态过程和可逆过程的定义、实现的条件及两者之间的关系，不同过程在p－图和T－s图上的表示。为工程热力学的深入学习奠定基础。第一节热力系统1.定义系统：被人为分离出来，做为研究对象的物体外界：系统之外、与之有能、质交换的物质。边界：系统与外界的分界面。（真实/虚拟、固定/运动）例：2.系统的分类闭口系—系统与外界无质量交换（只有能量交换）又称控制质量

2、系统开口系---系统与外界有质量交换（也有能量交换）又称控制容积系统绝热系—系统与外界无热量交换孤立系—系统与外界无质量和能量交换简单可压缩系统----由可压缩流体组成，系统内无化学变化,系统与外界没有电、磁、重力、运动和表面张力等外力场作用，系统与外界交换的可逆功模式只有容积功一种。3、注意事项①系统划分是人为、非唯一的,②系统划分是理想化的,为抓主要矛盾.③合理选择系统是进行正确的热力学分析的前提。1.定义工质：用来实现热、功转换的工作物质，如气体、水蒸气等。状态：系统中的工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。状态参数：描述状态的特性的物理量，如P、、T、u、h、s等。2.状态参数

3、的性质是状态的单值函数，只取决于工质所处状态，与过程无关。例:设x为任意状态参数，则第二节工质的热力状态及其基本状态参数，，则3.基本状态参数（P、、T）---可测量的参数1）压力N/m2若压力可用绝对压力、表压力或真空度三种形式表示。①绝对压力P：工质的真实压力，为状态参数。②表压力Pg：绝对压力高出当地大气压的数值。或Pb——大气压力（不恒定）压力测量仪表常用单位压力表MpaU型管测压计Pa或mmH2O（Pg＝gh）③真空度P：绝对压力低于当地大气压的数。或P、Pg、P关系图：2）温度常用热力学温标T、摄氏温标t、华氏温标tF。单位:T–K,t-oC,tF-F三种温标关系式

4、：KC3）比容、和密度（、）m3/kgkg/m3注意:①严格区分T(k)和t(C),②T代表状态4）强度量和广延量强度量（压力、温度和比容）与物质的量无关,广延量正比于物质的量（如V）1002120320CF第三节平衡状态、状态公理及状态方程1.平衡状态(1)定义:系统中压力和温度处处相等，且不随时间变化，称热力平衡状态（所谓热平衡和力平衡）。(2)保持平衡状态条件:系统与外界处于热力平衡。（不存在不平衡势差）(3)意义:在热力学中,只有平衡状态才能由一组具有确定数值的状态参数进行描述。所以,又称静热力学2.系统状态的确定:是否要知道所有的状态参数才能确定系统的状态?根据“状态

5、公理”:（参见《工程热力学》教材）独立状态参数数目=可逆功的模式+1对于简单可压缩系统:只有一种模式,即容积功.这样:独立状态参数数目=1+1=2,所以:只要知道任意2个独立的状态参数,就可以确定简单可压缩系统的状态.3.系统状态变化的描述(1)状态方程式理想气体状态方程式：（2）平面坐标图既然两个独立的状态参数就能确定系统的状态。那么,就能用平面坐标图来表示状态及其变化.如:P-V图,T-S图,…例P－图图中:点---状态线---过程过程线下的面积---容积功1.准静态过程1)问题提出:热力学只能研究平衡态；而热功转换必须通过状态变化的热力过程实现；为解决又要变化又要平衡的矛盾；

6、提出“准静态”的概念.2）定义过程：工质从一个状态变化到另一个状态的全部　　　　经历。准静态过程：由一系列的平衡状态（实际上是无限接近平衡的状态）所构成的过程。第四节准静态（准平衡）过程和可逆过程3）实现准静态过程的条件⑴无势差,(或压力差、温差无穷小);即系统内外处于近似的平衡状态；⑵过程无限慢。（弛豫时间短）4）实用意义:显然,真正的“无限慢”在过程上是无意义的.但:许多实际过程可以近似的作为准静态过程处理.例:内燃机活塞的平均速度为10-14m/s但是,汽缸内压力P和温度T的传播速度分别为:P---音速----约为400-1000m/sT---分子运动速度---约为500-150

7、0m/s所以,10m/s可视为“无限慢”,汽缸内压力和温度传播的特别快,系统内的压力差和温度差可视为“无穷小”,达到了“准静态”.2.可逆过程1)定义：能逆向进行，且系统与外界同时恢复原态,而不留下其他变化的过程。2)可逆条件:1）无势差；2）无耗散；3）弛豫时间短3)分析:例:气体在气缸中绝热膨胀，推动活塞向外移　　动，到达顶点后反向运动压缩气体。⑴若过程满足可逆条件工质膨胀时,对飞轮作功,以动能的形式储存在飞轮中,压缩时,飞轮对工质作功,把