自编书-三章矿井热害控制热力学基本知识.docx

矿井热害控制热力学基本知识3.1热力学的基本概念3.1.1热力学系统定义：根据研究问题的需要，人为地选取一定范围内的物质作为研究对象，称其为热力学系统，简称为系统。热力学系统以外的物质称为外界。热力学系统与外界的交界面称为边界。边界面的选取是可以假想的、实际的、固定的、运动的、变形的。分类：按系统与外界的的质量和能量交换情况的不同，热力学系统可分为：1）闭口系：热力学系统与外界无质量交换的系统。2）开口系：热力学系统与外界有物质交换的系统。3）绝热系：热力学系统与外界无热量交换的系统。4）孤立系：热力学系统与外界无任何能量和物质交换的系统。3.1.2状态热力学系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为系统的状态。热力状态反映着工质大量分子热运动的平均特点，系统与外界之间能够进行能量交换的根本原因在于两者之间的热力状态存在差异。从热力学的观点出发，状态可分为平衡和非平衡和两种。3.1.3功和热量热力过程中，系统与外界在不平衡势差的作用下会发生能量转换。能量转换的方式有两种，即做功和传热。功是系统与外界之间在力差的推动下，通过宏观的有序运动的方式传递的热量。热量是系统与外界之间在温差的推动下，通过微观粒子的无序运动的方式传递的能量，也就是说，借传热来传递能量，不需要有物体的宏观移动。3.1.4热力过程热力过程是指热力是从一个状态向另一个状态变化时所经历的全部状态的总和。实际热力过程非常复杂，给热工分析计算带来很大困难。为了简化计算，我们在引用平衡状态的基础上，将热力过程理想化为准静态过程和可逆过程。准静态过程：1）定义：由一系列连续的平衡态组成的过程。2）实现条件：推动过程进行的势差无限小，以保证系统在任意时刻皆无限接近于平衡态。3）特点：准静态过程是实际过程进行的足够缓慢的极限情况。（2）可逆过程与不可逆过程定义：如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使系统和外界都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程，否则为不可逆过程。如气体向没有阻力空间的自由膨胀过程就是不可逆过程。可逆过程的实现条件：过程应为准静态过程且过程中无任何耗散效应，这是实现可逆过程的充要条件。准静态过程与可逆过程的差别就在于有无耗散损失。一个可逆过程必须同时也是一个准静态过程，但准静态过程不一定是可逆的。3.1.5热力循环工质从某一初态出发，经历一系列热力状态变化后，又回到原来初态的封闭热力过程称为热力循环，简称循环。如图3-1所示，1-2-3-4-1就是正循环。系统实施热力循环的目的是为了实现预期连续的能量转换。循环按照性质来分有可逆循环（全部由可逆过程组成的循环）和不可逆循环（含有不可逆过程的循环）。按照目的来分，有正向循环（即动力循环）和逆向循环（即制冷循环或热泵循环）。图3-1对正循环1-2-3-4-1，在膨胀过程1-2-3中工质从热源吸热Q1，在压缩过程3-4-1中工质向冷源放热Q2。循环热效率η为工质在循环中对外界作的净功与外界加给工质的热量之比，即（3-1）若热力循环按逆时针方向进行，（即循环1-4-3-2-1）时，就成了逆循环。其制冷系数ε为工质在循环中从低温热源吸收的热量与消耗的机械能之比，即（3-2）供热系数ε为工质在循环中向高温热源放出的热量与消耗的机械能之比，即（3-3）3.1.6湿空气湿空气是由干空气和水蒸气所组成的一种混合气体。其中干空气主要是由N2、O2、CO2和微量的稀有气体所组成。在常温常压下，大气中的水蒸气分压力很低，且远离液态，可以视为理想气体，所以湿空气可以作为理想气体看待。（1）湿空气成分及压力湿空气=干空气+水蒸气B=p=pa+pv（3-4）湿空气的总压力p等于干空气分压力pa与水蒸气分压力pv之和。（2）饱和空气与未饱和空气未饱和空气=干空气+过热水蒸汽饱和空气=干空气+饱和水蒸气露点温度：维持水蒸气含量不变，冷却使未饱和湿空气的温度降至水蒸气的饱和状态所对应的温度。（3）绝对湿度和相对湿度绝对湿度：每立方米湿空气中所含水蒸气的质量。相对湿度：湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度的比值。（3-5）相对湿度反映湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度。相对程度的范围：0＜＜1。值越小，表明湿空气越干燥，吸收水蒸气的能力越强；值越大，表明湿空气越潮湿，吸收水蒸气的能力越弱。当=0时，即为干空气；当=1时，即为饱和湿空气；介于0~1之间的湿空气都是未饱和湿空气。（4）含湿量Pv湿空气中只有干空气的质量不会随湿空气的温度和湿度而改变。含湿量d（或称比湿度）：在含有1kg干空气的湿空气中，所混有的水蒸气质量。（3-6）（5）湿球温度用湿纱布包裹温度计的水银头部，由于空气是未饱和空气，湿球纱布上的水分将蒸发，水分蒸发所需的热量来自两部分：降低湿布上水分本身的温度而放出热量。由于空气温度t高于湿纱布表