第一章 绪论 热工基础

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1、本章提要及安排本章提要:    本章阐明热力学系统（热力系）的定义及其描述，着重介绍热力系的平衡状态的概念，描述平衡状态的基本状态参数比体积、压力和温度，及体现三者相互关系的状态方程式。定义了热力系的准平衡过程并对热力循环作了初步的介绍． 本章要求: 1．了解热力系的定义，平衡状态的概念和应满足的平衡条件。 2．掌握基本状参数p、v、T的定义、计量及不同单位间的换算。 3．了解准平衡过程的定义及提出准平衡过程的意义和作用。 4．对不同的热力循环及其作用建立起初步的概念。 学习建议：本章学习时间建议共4学时

2、：1．热力系及其描述               1学时2．基本状态参数                 1学时3．状态方程式，状态参数坐标图   1学时4．热力过程及热力循环                   1学时1.1 热力系及其描述本节知识点： 热力系  平衡状态状态参数的特性本节疑问解答：思考题1.1.1思考题1.1.2思考题1.1.3思考题1.1.4思考题1.1.5本节基本概念：热力系外界界面开口系控制容积简单热力系绝热系孤立系可压缩系统简单可压缩系统热源尺度量强度量热力状态参数力学状态参数

3、　1.1.1热力系    在对一个现象或—个过程进行分析时为了确定研究的对象，规划出研究的范围，常从若干物体中取出需要研究的部分．这种被取出的部分叫做热力学系统，简称热力系。热力系以外的物质世界统称为外界（或环境）。热力系与外界的分界面叫做界面（或边界）。所谓热力系，即是由界面包围着的作为研究对象的物体的总和。热力系与外界之间的界面可以是真实的，也可以是假拟的，可以是固定的，也可以是运动的。    在一般情况下，热力系与外界处于相互作用中，彼此可交换能量(如热量及各种形式的功)及物质。按热力系与外界进行物

4、质交换的情况可将热力系分类为：闭口系(或闭系)——热力系与外界无物质交换，或者说没有物质穿过边界。此时．热力系内部的质量将保持不变，称为控制质量(C.M.)，故闭口系即是我们所研究的某“控制质量”。  开口系(或开系)——热力系与外界之间有物质交换，或者说有物质穿过边界。这种热力系内部的质量可以是变化的。这时，我们可以把研究的对象规划在一定的空间范围内，这种空间范围叫作控制容积(C.V.)，或称控制体，故开口系即是我们所研究的某“控制体”。相应地，控制质量或控制容积与外界的分界面也可称为控制面。按热力系与

5、外界进行能量交换的情况常将热力系分类为：  简单热力系——热力系与外界只交换热量及一种形式的准静功(准静功的概念将在2－2节中讨论)；    绝热系——热力系与外界无热交换；    孤立系——热力系与外界既无能量交换又无物质交换。    以上是按热力系与外界的相互关系所作的分类。热力系也可按其内部状况的不同而分类为：单元系(只包含一种化学成分的物质)、多元系(包含两种以上的物质)、均匀系(各部分具有相同的性质，如单相系)、非均匀系(各部分具有不同的性质，如复相系)；等等。    在热力工程上，能量转换是通

6、过工作物质的状态变化来实现的。最常用的工质是一些可压缩流体(如蒸汽动力装置中的水蒸气，燃气动力装置中的燃气，等等)。由可压缩流体构成的热力系称为可压缩系统。若可压缩系统与外界只有准静容积变化功(膨胀功或压缩功)的交换，则此系统称为简单可压缩系统。工程热力学中讨论的大部分系统都是简单可压缩系统。    另外，在热力学中还会遇到一些特殊的系统，例如某种具有无限大热容量的系统，它对外放出或吸入有限的热量时其自身的温度维持不变，这种系统称为热源（或冷源）。    正确地选择热力系是进行正确的热力学分析的前提。没有

7、明确选定热力系之前，对力、质量、热、功等任何问题的讨论都是不可能进行的。1.1.2热力系的状态、平衡状态及状态参数    所谓热力系的状态，即是热力系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。在热力学中我们一般取设备中的流体工质(主要是气体)作为研究对象，这时热力系的状态即是指气体所呈现的物理状况。    热力系可能呈现各种不同的状态，其中具有特别重要意义的是所谓平衡状态。平衡状态是指，在没有外界影响的条件下系统的各部分在长时间内不发生任何变化的状态。    处于平衡状态的热力系各处的温度、压力等参数是均匀一致的。

8、试设想系统中各物体之间有温差存在而发生热接触，则必然有热自发地从高温物体传向低温物体，这时系统不会维持状态不变，而是不断产生状态变化直至温差消失而达到平衡。这种平衡称为热平衡。可见，温差是驱动热流的不平衡势，而温差的消失则是系统建立起热平衡的必要条件。同样，如果物体间有力的相互作用(例如由压力差引起)，则将引起宏观物体的位形变化，这时系统的状态不断变化直至力差消失而建立起平衡。这种平衡称为力学平衡。所以，力差也是驱使系统状态变