热工基础A第一章(基本概念和定义)西南交大载运.ppt

发布于:2021-07-31 05:53:12

第一章 基本概念和定义 一、本章要点 工程热力学中的一些基本术语和概念:热力系统、* 衡状态、状态公理、状态参数及其性质、准*衡过程和可 逆过程的定义、实现的条件及两者之间的关系。 二、学*目标 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*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。 第二节 工质的热力状态及其基本状态参数 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 ? 2 1 dx ? x2 ? x1 , 若 ?x ?x x ? f ( y, z ) ,则 dx ? dy ? dz ?y ?z ? dx ? 0 3. 基本状态参数(P、?、T)---可测量的参数 F 1)压力 P? N/m2 A 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 。 P ? Pg ? Pb Pg ? P ? Pb 或 Pb ——大气压力(不恒定) 压力测量仪表 常用单位 压力表 Mpa U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 。 P ? Pb ? P P 或 ? ? ?P b ?P 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。 o 单位: T – K , t - C , tF - F 三种温标关系式: T ? t ? 273.15 ? ? t ? 273 K 注意: ① 严格区分 T (k) 和 t (?C ), ② T代表状态 3)比容、和密度(?、?) V m3/kg ?? m m ?? ? kg/m3 ? V 1 5 t ? (t F ? 32) ?C 9 0C F 212 100 0 4)强度量和广延量 32 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) 第三节 *衡状态、状态公理及状态方程 1. *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*衡状态 (所谓热*衡和 力*衡)。 (2) 保持*衡状态条件: 系统与外界处于热力*衡。 (不存在不*衡势差) (3) 意义: 在热力学中,只有*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: f (P、?、T ) ? 0 (2)*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*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 第四节 准静态(准*衡)过程和可逆过程 1. 准静态过程 1) 问题提出: 热力学只能研究*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*衡的矛盾; 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*衡状态(实际上是 无限接**衡的状态) 所构成的过程。 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*似 的*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*似的作为准静态过程处理. 例: 内燃机活塞的*均速度为 10-14 m/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 400-1000 m/s T---分子运动速度---约为 500-1500 m/s 所以, 10 m/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 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,

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