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第一章 工程热力学基础 第一节 工质热力状态的基本参数 一、状态与状态参数 状态：热力系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况。 状态参数：描述工质状态特性的各种状态的宏观物理量。 如：温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。 状态参数的数学特性: 1． 表明：状态的路径积分仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。 2．=0 表明：状态参数的循环积分为零 基本状态参数：可直接或间接地用仪表测量出来的状态参数。 如：温度、压力、比容或密度 温度：宏观上，是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量。 微观上,是大量分子热运动强烈程度的量度 式中 —分子平移运动的动能，其中m是一个分子的质量，是分子平移运动的均方根速度；B—比例常数； T—气体的热力学温度。 热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。 摄氏度与热力学温度的换算： 2．压力： 垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。 式中：F—整个容器壁受到的力，单位为牛顿（N）； f—容器壁的总面积（m2）。 微观上：分子热运动产生的垂直作用于容器壁上单位面积的力。 式中：P—单位面积上的绝对压力；n—分子浓度，即单位容积内含有气体的分子数，其中N为容积V包含的气体分子总数。 压力测量依据：力平衡原理 压力单位：MPa 相对压力：相对于大气环境所测得的压力。工程上常用测压仪表测定的压力。 以大气压力为计算起点，也称表压力。 （PB） （PB） 式中 B—当地大气压力 Pg—高于当地大气压力时的相对压力，称表压力； H —低于当地大气压力时的相对压力，称为真空值。 注意：只有绝对压力才能代表工质的状态参数 3．比容: 比容：单位质量工质所具有的容积。 密度：单位容积的工质所具有的质量。 m3/kg 关系： 式中：—工质的密度 kg/m3 ，—工质的比容 m3/kg 1．2 理想气体的状态方程式 一、理想气体与实际气体 定义：气体分子是一些弹性的，忽略分子相互作用力，不占有体积的质点, 注意：当实际气体p→0 v→的极限状态时，气体为理想气体。 二、理想气体状态方程的导出 状态方程的几种形式 1． 适用于1千克理想气体。 式中：p—绝对压力 Pa —比容 m3/kg， T—热力学温度 K 2． 适用于m千克理想气体。 式中 V—质量为mkg气体所占的容积 3． 适用于1千摩尔理想气体。 式中 VM=Mv—气体的摩尔容积，m3/kmol； R0=MR—通用气体常数， J/kmol·K 4． 适用于n千摩尔理想气体。 式中 V—nKmol气体所占有的容积，m3； n—气体的摩尔数，，kmol 5． 6． 仅适用于闭口系统 状态方程的应用： 1．求平衡态下的参数 2．两平衡状态间参数的计算 3．标准状态与任意状态或密度间的换算 4．气体体积膨胀系数 1．3 热力学第一定律 热力学第一定律的实质: 能量守恒与转换定律在热力学中的应用 收入-支出=系统储能的变化 常数 对孤立系统： 或 第一类永动机：不消耗任何能量而能连续不断作功的循环发动机。 1．4 理想气体的状态变化过程 1．4．1 热力过程分析概述 　　工程中，完成热功转换的热力循环都可以被抽象为由定容、定压、定温、 绝热和多变过程构成的。 　　假设条件 hypothesis Conditions :①理想气体；②准静态过程 　讨论的内容： 　　 ①过程中能量转换关系（过程热量、功量，系统热力学能和焓的变化）； 　　 ②状态参数的变化关系 （ p 、v 、T 、s ）； 　　 ③过程曲线在 p -v 图及 T- s 图上的表示。 　　　　Δ u、 Δ h 和 Δ s 按前述的方法计算 。4．2 定容过程 比体积保持不变时系统状态发生变化所经历的过程 过程方程： v ＝常量 过程中状态参数之间的关系： 　　　　　　 当比热为定值时： 定容过程在状态参数坐标图上的表示： T-s 图上的斜率： 过程中能量转换关系： 即系统接受的热量全部用于增加系统的热力学能。当比热为定值时： 轴功： 4．3 定过程 压力保持不变时系统状态发生变化所经历的过程 过程方程： p =常量 过程中状态参数之间的关系： 　　 当比热为定值时： 定压过程在状态参数坐标图上的表示： T-s 图上的斜率： 定压过程中能量转换关系系统的容积变化功： 系统接受的热量： 当比热为定值时： 轴功： 4．4 定温过程 温度保持不变时系统状态发生变化所经历的过程