1、第一章基本概念、基本概念(Basic concepts and definitions )、1-1熱能動力裝置(Thermal Power Plant )，定義：從燃料燃燒中獲得熱能并利用熱能獲得動力的一套設(shè)備。 分類，氣動裝置combustion gas power plant，蒸汽動力裝置steam power plant，內(nèi)燃機，gas turbine，internal combustion engine，jetpoweer繼續(xù)，下一頁，門，繼續(xù)四沖程汽油發(fā)動機、四沖程柴油發(fā)動機、二沖程汽油發(fā)動機、門、下一頁、蒸汽動力裝置(流程圖)、工質(zhì)要求：膨脹性、流動性、熱容量、穩(wěn)定性、安全性、環(huán)保

2、性能、價格working medium )進行吸熱、膨脹功、排熱，完成燃料燃燒產(chǎn)生的熱能向機械能的轉(zhuǎn)換。 熱源，熱源。 heat reservoir )在工程學(xué)上定義了吸收或排放熱能的物質(zhì)系統(tǒng)。熱源、溫度高低、溫度變化、高溫?zé)嵩?熱源heat source )、低溫?zé)嵩?冷源heat sink )、恒溫?zé)嵩?constant heat reservoir )、溫?zé)嵩?) 系統(tǒng)被人為分割，熱力學(xué)研究外部(surrounding )與系統(tǒng)發(fā)生能量和物質(zhì)交換的物質(zhì)、邊界(boundary )系統(tǒng)與外界的邊界線(面)、System、boundary、Surroundings、三者之間的關(guān)系：汽缸-活塞

3、裝置(閉口系例)、自動外部和環(huán)境媒體邊界是剛性的或可變形的；固定的或可移動的；是真實的還是虛擬的？3.2邊界示意圖、3.3熱系統(tǒng)分類(1)、按組件數(shù)：單元系統(tǒng)one component system； 純系統(tǒng)多相系統(tǒng)相數(shù)：單相系統(tǒng)多相系統(tǒng)注意：1)沒有一定外力場的影響。 2 )多相系統(tǒng)不一定不均勻(濕蒸汽也能均勻分布)3)機組系統(tǒng)不一定均勻(汽水平衡分離)。 3.4熱系統(tǒng)分類(2)，根據(jù)系統(tǒng)與外界有無質(zhì)量交換：開口系統(tǒng)控制體積(CV )通過邊界與外界有物質(zhì)交換閉口系統(tǒng)控制質(zhì)量(CM )無物質(zhì)交換。 絕熱系統(tǒng)adiabatic system是與外界沒有熱交換的孤立系統(tǒng)isolated syste

4、m是與外界沒有能量交換也沒有物質(zhì)交換的簡單緊密系統(tǒng)simple compressible system是由緊密流體組成，沒有化學(xué)反應(yīng)，與外界相反的工作注意：1)閉口系和品質(zhì)不變系的不同2 )開口系和絕熱系的關(guān)系3 )孤立系和絕熱系的關(guān)系。 常見熱機系統(tǒng)、3.5熱系統(tǒng)樣本圖、剛性絕熱缸-活塞系統(tǒng)、b側(cè)有電熱線加熱、紅線內(nèi)、閉口絕熱系統(tǒng)、黃線內(nèi)無電熱線、閉口系統(tǒng)、黃線內(nèi)有電熱線、閉口絕熱系統(tǒng)、藍線內(nèi)孤立系統(tǒng)、3.6熱系統(tǒng)樣本、1-3工質(zhì)的熱狀態(tài)和基本狀態(tài)數(shù)、 熱力學(xué)狀態(tài)state of thermodynamic system某瞬間系統(tǒng)呈現(xiàn)的宏觀物理狀態(tài)殘奧儀表state of propertie

5、s是記述系統(tǒng)某狀態(tài)的宏觀物理量a ) .狀態(tài)殘奧儀表是宏觀量，反映了大量粒子運動的宏觀平均效果，是平衡的狀態(tài)殘奧儀表的特性：狀態(tài)的一值函數(shù)物理：與過程無關(guān)數(shù)學(xué)：微分全微分，c )狀態(tài)殘奧儀表的分類：與延時量和系統(tǒng)質(zhì)量的多少有關(guān)extensive properties與系統(tǒng)質(zhì)量的多少有關(guān)intensive properties注：延時比如兩個簡單可壓縮系統(tǒng)具有相同狀態(tài)的充要條件是兩個獨立的狀態(tài)殘奧度表各自相等。 另一方面，溫度：當(dāng)物體的冷熱程度熱平衡：冷熱程度相同時，兩物體達到熱平衡熱力學(xué)的第零定律(the zeroth law of thermodynamics )，如果a和b、a和c處于熱平

6、衡，則為溫標(biāo)(temperature scale ) 溫度的表示方法溫度標(biāo)的組成：1.基準(zhǔn)點，2 .刻度，華氏溫度標(biāo)準(zhǔn)點：1atm水冰點為32 F 1atm水冰點為212 F刻度：基準(zhǔn)點間1/180，熱力學(xué)溫度標(biāo)準(zhǔn)點：攝氏溫度標(biāo)準(zhǔn)點：基準(zhǔn)點：1atm水冰點規(guī)定0 1atm水冰點規(guī)定100刻度：基準(zhǔn)點間1/100，熱力學(xué)溫度標(biāo)準(zhǔn)和國際攝氏溫度標(biāo)(klvinabsolutetemperaturescaleandcelsiustemperaturescale ) t=t 273.15 k華氏溫度標(biāo)與攝氏溫度標(biāo)的關(guān)系華氏溫度標(biāo)與朗肯溫度標(biāo)的關(guān)系，經(jīng)驗溫度標(biāo)：與測溫物質(zhì)的特性有關(guān)。 二、壓力、壓力：物理

7、壓力。 單位換算為表1-1(P15 )的壓力測定：1.被測定系統(tǒng)的壓力高于外壓時，使用壓力修正來測定壓力，將其結(jié)果稱為表壓力，請注意其值是系統(tǒng)壓力和外壓的差。 2 .當(dāng)被測系統(tǒng)的壓力低于外壓時，用真空校正進行測量，將測量結(jié)果稱為真空度，其值為外壓與系統(tǒng)壓力之差。 3 .大氣壓的測定用大氣壓力修正是測定了大氣的絕對壓力。 絕對壓力absolute pressure表壓力gauge pressure； manometer pressure真空度vacuum pressure當(dāng)?shù)卮髿鈮簂ocal atmospheric pressure，樣品圖，三，比容：單位質(zhì)量物質(zhì)所占的每單位體積的物質(zhì)的質(zhì)量，兩

8、者的關(guān)系：兩者注意：獨立的狀態(tài)殘奧表不相互關(guān)聯(lián)，例如p、t等(可以獨立變化)。 作業(yè)：四版1-3，9三版1-3，8，1-4平衡狀態(tài)，狀態(tài)方程式，坐標(biāo)圖，討論：平衡與穩(wěn)定，平衡與均勻的關(guān)系，定義：在外界不改變其影響的條件下，如果系統(tǒng)的狀態(tài)始終保持一定，則系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。 另一方面，平衡狀態(tài)(thermodynamic equilibrium state )、處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，其狀態(tài)殘奧儀表不會隨時變化。 系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)的條件：系統(tǒng)與外界之間、系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間同時實現(xiàn)熱和力的平衡(平衡、化學(xué)平衡等)。 “熱平衡”(thermal equilibrium )溫差為“零力平衡”(mechani

9、cal equilibrium )和力為零。 穩(wěn)定不一定平衡，平衡不一定均勻，反過來想想，非平衡狀態(tài)：有不平衡的潛力！ 穩(wěn)定與平衡、均勻與平衡、平衡狀態(tài)可以用狀態(tài)殘奧表記述，不能非平衡狀態(tài)。 二、狀態(tài)方程式、狀態(tài)公理：例1 )單組分氣體系統(tǒng)：2=1-1 2例如p和t、p一定時，t不同則狀態(tài)不同。 2 )液體或蒸汽狀態(tài)的水：2=1-1 2。 飽和水和飽和水蒸氣：1=1-2 2； 3 )水的三相點： 0132，狀態(tài)方程式：基本狀態(tài)殘奧表p，v，t之間的關(guān)系式稱為狀態(tài)方程式。 另外，T=T (p，v )，p=p (T，v )，v=v (p，t )隱式數(shù)的形式： F=F (p，v，t )，這個關(guān)系狀態(tài)

10、公理可以回答這個問題。 三、狀態(tài)殘奧儀表坐標(biāo)圖、簡單可壓縮系統(tǒng)只有兩個獨立的狀態(tài)殘奧儀表，所以可以在平面上以獨立的狀態(tài)殘奧儀表為坐標(biāo)軸繪制坐標(biāo)圖。 例如，p、v、p、t、s、h、不平衡狀態(tài)不能在坐標(biāo)圖上用點表示。 因為沒有確定的狀態(tài)殘奧表。 1-5工質(zhì)的狀態(tài)變化過程，熱過程：工質(zhì)狀態(tài)變化，一、準(zhǔn)平衡過程(quasi-static process )； quasi-equilibrium )，例如.排氣：對比右側(cè)：水、波向左傳播、開、閉閥時：平衡，b )如果閥開度極小，例如幾個分子向外放出，工藝極慢，幾乎不存在系統(tǒng)內(nèi)部的不均勻準(zhǔn)平衡過程，定義：如果過程進行得比較緩慢，有足夠的時間在工程上恢復(fù)平衡

11、，并且無法隨時脫離平衡狀態(tài)，這樣的過程稱為準(zhǔn)平衡過程。 特征：相對于弛豫時間，準(zhǔn)平衡過程是無限緩慢進行的過程，遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)無限小，可隨時轉(zhuǎn)入平衡狀態(tài)，準(zhǔn)平衡過程又稱準(zhǔn)靜態(tài)過程。 進行條件：不平衡電勢p、t無限??； 過程無限緩慢地進行。在工作質(zhì)量上有平衡的能力。 中的組合圖層性質(zhì)變更選項。 準(zhǔn)靜態(tài)過程可以在狀態(tài)圖上用連續(xù)的實線表示。 二、可逆過程和不可逆過程、可逆過程(reversible process )，定義：過程可以逆著原來的路徑，使系統(tǒng)恢復(fù)到原來的狀態(tài)，而沒有留下任何變化。 例如：汽缸活塞系統(tǒng)、正、反、正、反、摩擦的影響：a )無摩擦、正過程、反過程、b )有摩擦的結(jié)論：摩擦使過程不可

12、逆。 溫差的影響：a )無溫差，b )有溫差(假設(shè))，結(jié)論：溫差使過程不可逆。 進一步分析，q需要熱泵才能開門，但消耗一定的工作量也不可逆(請與水泵進行比較)。 但不返回q。 壓差的影響：壓差不會使過程相反。 正、逆、正、逆、p、f、f、非準(zhǔn)靜態(tài)過程nonequilibrium process、準(zhǔn)靜態(tài)過程、不可逆、準(zhǔn)靜態(tài)過程、可逆、準(zhǔn)平衡過程、可逆過程。 不平衡過程，不可逆過程平衡過程，不可逆過程， 原命題成立，反命題不一定成立，反否命題一定成立，沒有耗散效應(yīng)(摩擦、阻力等)的準(zhǔn)靜態(tài)過程是可逆過程。 即可逆過程=準(zhǔn)靜態(tài)過程沒有耗散過程，2 .準(zhǔn)平衡過程不僅從系統(tǒng)內(nèi)部平衡的角度考慮問題可逆過程不

13、僅考慮平衡，還考慮耗散效應(yīng)的問題(更全面)，討論：3 .所有的實際過程都是不可逆的，4 .內(nèi)部可逆過程外部可逆過程，5 .可逆過程是狀態(tài)殘奧儀表座1-6過程工作和熱，一、工作的熱力學(xué)定義，、p、工作的定義：微過程(狀態(tài)微小變化)，式中：被稱為微過程。 所謂換算壓力，就是考慮從外界獲得的效果。 如果狀態(tài)有限變化，過程工作為：在此為： 1初始狀態(tài)，2結(jié)束狀態(tài)，工作單位：焦點(j )； 功率單位：瓦特(w )。 工程中常用的單位：千焦點(KJ )和千瓦(KW )。 二、可見可逆工作，由于過程是可逆過程，因此，可逆過程的工作可以從過程中的質(zhì)量狀態(tài)殘奧儀表的變化中糾正。 另外，顯示功能圖如果有：則可逆進

14、程功能可以由顯示功能圖上進程線以下的面積表示。 工作是過程量。 在某種狀態(tài)下沒有工作的概念。 (無)、工作的“正”和“負(fù)”的意思：膨脹、壓縮、定容、系統(tǒng)對外界工作，如1-2； 系統(tǒng)不工作。 例如1-4，外部在系統(tǒng)中工作。 例如，1-3。 一些討論：a )學(xué)習(xí)、pb、f，其中w膨脹功能； Wl摩擦消耗功Wr拒絕大氣功Wu可以學(xué)習(xí)。用例題1，b )外部殘奧儀表校正不可逆過程的工作： 作業(yè)：四版1-12、16； 三版1-9，13，三，廣義工作(不要求)不說“不要求”，一律自學(xué)，四，過程熱量，熱量(heat ) :系統(tǒng)和外界之間只有溫度差異通過邊界傳遞的能量。 單位：焦耳(j )。 正負(fù)：系統(tǒng)吸熱為“正”，散熱為“負(fù)”。 校正公式及其在T-S圖中的表示：所以熱是過程量。 功與熱的相同與不同：1 .兩者都是過程量，是傳遞的能量，2 .只在能量傳遞過程中，有所謂的功與熱，3 .功傳遞是由壓力差推進的，比體積變化是由功標(biāo)志熱傳遞是由溫度差推進的，比烯4、功能的傳遞改變宏觀運動狀態(tài)，多伴隨能量形式的變化熱傳遞改變微粒子的熱運動狀態(tài)，能量形態(tài)不出現(xiàn)變化。 5、工作、熱、無條件、條件和限度、1-7熱循環(huán)、一、循環(huán)、定義：系