高等工程热力学——第一章.doc

《高等工程热力学——第一章.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第一章绪论热力学研究对象的特殊性和工程热力学的研究方法是本章讨论的主要内容。1—1宏观热力学和微观热力学热力学是研究与热现象有关的能量转换过规律。能量是物质运动的度量。能量和物质不可分割，能量转换必须以物质为媒介。宏观观点和微观观点从不同角度看待物质。前者吧物质看成连续介质，后者认为物质是大量分子、原子等微观粒子所组成，因而有宏观热力学和微观热力学之分。无论是处于平衡态或非平衡态的物系都可用宏观或微观两种不同的观点进行研究，因此又有平衡热力学和非平衡热力学的区别。以宏观方法研究平衡态物系的热力学称为平衡态

2、热力学，又称为经典热力学；用宏观方法研究偏离平衡态不远的非平衡态物系的热力学，称为非平衡态热力学或不可逆过程热力学。用微观方法研究热现象的科学统称为统计物理学。统计物理学用于平衡态物系时叫做统计热力学，又称统计力学。宏观观点的理论依据是总结经验而来的基本规律；统计热力学的理论依据是粒子运动遵守的经典力学或量子力学原理。宏观方法的优点是简单、可靠，只要少数几个宏观物理量就可描写系统的状态。因此方法未涉及物质的内部结构，因而不能解释现象的微观本质，同时也不能用以得出具体物质的性质。统计热力学基于物质的内部结构

3、，不但可以解释宏观现象的本质，而且可以得出具体的物性。但微观粒子为数众多，不如宏观方法简单。因此，两种方法相互补充，相辅相成，不能说一种绝对优于另一种。1—2热力学研究对象的特殊性热力学研究涉及物系热运动时热能和机械能转换的特殊矛盾。组成物系的分子作无序的热运动时，物系所具有的相应能量称为热能；物系作宏观运动时，组成物系的分子作同向的有序运动，此时物系又具有的相应能量称为机械能。能量转换（或物系的状态变化）所以会有方向性，根本原因是物系运动的形态有无序运动和有序运动的差别。热能是相应分子无序热运动的能量，

4、电能、机械能等能量都属于有序运动的能量。热力学第一定律和热力学第二定律从量到质全面地揭示了能量转换的客观规律，奠定了研究热现象的基本理论基础。热力学中还有称之为第零定律和第三定律的两个定律，前者又名热平衡定理，是温度测量的理论依据，后者是能斯特研究各种化学反应在低温时的性质时得到的结果，又称为能斯特定理，应用于低温学和化学热力学中。1—3能量转换的内外条件能量转换不能孤立地进行，总是在一定的内部条件和外部条件下发生和发展的。实现能量转换的内、外条件是热力学研究的主要内容。热力学中对物性（工质的性质）的研究

5、，实质就是研究能量转换的内部条件。热力学中研究工质的热力过程是研究能量转换的外部条件。客观规律是不能违反的，但条件是可以选择的。在热力学中，就是立足于两个基本定律，并通过工质和过程的选择来实现人们期望的能量转换的。因此，热力学第一及第二定律、物性和过程这四方面的内容组成了热力学的理论基础。1—4能量损失分析热力学中把能质贬值的损失统称为不可逆损失。产生不可逆损失时，能量的数量未变，但能的做功能力降低即能的质量贬值。热力学是研究有关能的质量的科学，减少不可逆损失以节约能量才是我们努力的方向。工程热力学中主要

6、研究的是粘性摩擦生热和因势差（温差、压差等）而出现的这两类不可逆损失。能量损失的种类是很多的，但是不属于热力学研究的特殊问题（与能量的质五无关的问题）和无法用热力学方法（工质的选择和过程的安排）改进的损失都不是热力学分析研究的对象。进行热力学分析研究时，研究能量损失的取舍原则很重要，否则徒使问题复杂化。1—5热力分析中简化实际现象的一般方法热力学中用以描写物系状态的参数，如p、T、u、h、s等都是针对工质而引出的。此外，由于热力学是研究能量转换的学科，所有参数都直接或间接与能量有关。外界的作用和工质状态的

7、变化相互联系，两者间的关系可用公式表示。如果是可逆过程，功与热可以表达为以上两式中，等号右边相应于工质的状态变化，左边则为外界的作用。当工质的状态变化规律（过程的性质）确立后，就可根据工质的初终态算出外界的作用―q与w之值。以内燃机为例，说明热力学理论分析研究工程实际问题的思路和方法。首先要明确热力学研究内燃机的目的是节约燃料，而不是提高公升功率、节约金属等其它问题；其次还要看到，热力学用以实现节能的手段，除合理选择工质与安排过程外别无其它方法。内燃机实际工作极为复杂，围绕研究目的，注意力应集中于工质、过

8、程和能量损失等三方面。内燃机工作的复杂性可用实测的施工图说明，如图1-1所示。其中o″—o′—a是进气冲程，a—a′—b′为压缩冲程，b′—c—d—d′是膨胀冲程，d′—a′—o″是排气冲程。进气与排气这两个冲程是气缸内外物质的交换，不属于热力学研究的热力过程；压缩和膨胀虽是热力过程，但过程的性质前后不同。如何简化燃烧这一化学反应而又能达到研究的目的。所用的方法是：以一外界对成分不变的工质加热的物理过程，代替实际的燃烧化学过程