化工热力学讲稿.doc

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1、化工热力学讲稿0.绪论0.1热力学发展简史1593年伽利略制造出第一支温度计1784年有了比热容的概念18世纪中期，热质说18世纪末到19世纪中叶，热动说蒸汽机发明，1824年，卡诺提出理想热机，热力学的萌芽1738年，伯努利方程诞生，为其验证能量守恒，即热力学第一定律1824年出项第一个热功当量，焦耳进行试验测定1850年克劳修斯证明了热机效率，1854年正式命名了热力学第二定律1913年能斯特提出热力学第三定律1931年Fowler提出热力学第零定律0.2化工热力学的主要内容热力学第一定律和热力学第二定律。与物化不同之

2、处在于要讨论系统与环境既有物质交换又有能量的情况，偏重的是在实际工程上的应用。0.3化工热力学的研究方法及其发展微观与宏观相结合微观：分子热力学宏观：经典热力学量子力学的发展液位化工热力学的研究提供了新的途径，0.4化工热力学在化工中的重要性定性定量0.5热能转换的基本概念一、热力系、状态及状态参数（一）热力系与工质1、工质：在物化学习当中我门知道热机就是将热能转变为机械能的设备，如气轮机、内燃机等都是热机。在热机中要使热能不断的转变为机械能，需要借助于媒介物质。实现能量转换的媒介物质就是工质。例如在卡诺热机当中的工质就是

3、理想气体。不同性质的工质对能量转换的效果有直接影响，工质性质的研究是本学科的重要内容之一。原则上，气、液、固三态物质都可以作为工质，但热力学中，热能与机械能的转换是通过物质体积变化来实现的，为使能量转换快速而有效，常选气态物质为工质。在火电厂中，由于工质连续不断的通过热力设备膨胀做功，因此，要求工质应有良好的膨胀性和流动性，此外，还要求工质热力性质稳定，无毒，无腐蚀，价廉、易得等。因此，目前火电厂中采用水蒸气作为工质。水在锅炉中吸热生成蒸气，然后在气轮机中膨胀推动叶轮向外做功，做功后的乏汽在宁汽器中向冷却水放热又凝结为水。

4、在这一系列中，炉膛中的高温烟气是向工质提供热量的高温热源，气轮机是实现能量转换的热机，凝汽器中的冷却水是吸收工质所释放的废热的低温热源，通过工质的状态变化及它和高温热源、低温热源之间的相互作用实现了热能向机械能的连续转换。2、热力系：作任何分析，首先必须明确所研究的对象。在热力学中，具体指定的热力学研究对象称为热力系。系统外与之相关的所有相关物体称为外界。热力系与外界之间的分解面称为界面或边界。根据具体情况，这个界面可以是固定的，也可以是移动的。如图2－1a所示的气缸活塞机构，若把虚线所包围的空间去做热力系，则其边界就是真

5、实的，其中活塞所在的那条边界是可移动的；图2－1b所示的气轮机若取1－1，2－2截面所包围的空间作为热力系，那么1－1，2－2截面所形成的界面就是假想的。一般情况下，热力系与外界总是处于相互作用中，它们可以通过边界进行物质和能量的交换。物质交换是通过物质流进流出热力系来实现的，能量交换则有传热和做功两种形式。根据热力系与外界相互作用情况的不同，热力系可区分为以下几种类型。a、闭口系：与外界无物质交换的系统。此时，系统内部没有物质通过系统边界，系统内物质的质量保持不变，也称为控制质量系统。b、开口系：与外界有物质交换的系统。

6、此时，热力系统内的物质质量可以有变化，此时，可以把研究对象规划在一定的空间范围内，如图2－1b所示，因此，开口系又称为控制容积系统。c、简单可压缩系：热力系有可压缩流体构成，与外界只有热量和可逆（可逆即指可逆过程）体积变化功的交换。热能转换所涉及的系统大多属于简单可压缩系统。d、绝热系：与外界无热量和质量交换的系统。此时，系统与外界无能量的交换。e、孤立系：与外界无任何热量和能量的交换。显然，自然界中的一切事物都是相互联系和相互制约的，所以绝对的绝热系和孤立系在实际中是并不存在的。根据热源的高低不同，热源可分为高温热源和低

7、温热源。但是，由于一切热力现象所涉及的空间范围总是有限的，因此，如果我们把研究对象连同与它直接相关的外界所有物体一起取作一个新的热力系，则因该系统与外界不发生任何能量和物质的交换，它就可以看作是一个孤立系。如图2－1a所示的闭口系，它如果与热源、气缸活塞以及活塞的推动力就可以看作是一个孤立系。此时，原来的闭口系以及与它发生相互作用的所有物体都可以看作这个孤立系的组成部分。绝热系和孤立系都是热力系中的抽象概念，它们常能反应客观事物的本质，这种科学的抽象概念将给热力学的研究带来很大方便，在后面的学习中，我门还会遇到很多从客观事

8、物中抽象出来的基本概念，如平衡状态、准平衡过程、可逆过程、理想气体等。在学习当中不应把这些抽象概念绝对化，而应该把它们看作一种可靠的、科学的研究方法来理解和掌握。应当指出，热力系如何划分，划分范围的大小，完全取决于分析问题的需要及分析方法的方便。它可以是一群物体，也可以是一个物体或物体的一个部分，它可以