工程热力学课件01.ppt

多媒体教学课件 华北电力大学 能源与动力工程学院 第1章 基本概念 第1章 基本概念 什么是工质？ 定义：实现能量转化的媒介物质 制冷工程中又称为制冷剂 对工质的要求: 1）膨胀性 2）流动性 3）热容量 4）稳定性，安全性 5）对环境友善 6）价廉，易大量获取 物质三态中气态最适宜作为工质 工质的举例 火力发电、核电等 水蒸气 太阳能、地热发电、制冷设备等 低沸点物质：氨、氟里昂 内燃机、燃气轮机 燃气和空气 什么是热力系统？ 被人为地分割出来，作为热力学研究对象的有限物质系统 外界：系统以外的所有物质 边界(界面)：系统与外界的分界面 系统、外界和边界 边界特性 固定、活动 真实、虚构 划分热力系统举例 1-锅炉；2-汽轮机；3-凝汽器；4-水泵 a）以锅炉为热力系统； b）以汽轮机为热力系统； c）以整个蒸汽动力装置为热力系统 热力系统分类 以系统与外界关系划分： 有 无 有无质量传递 开口系 闭口系 有无热量传递 非绝热系 绝热系 有无能量、物质传递 非孤立系 孤立系 热力系统其他分类 关于热力系统 重点掌握开口系、闭口系、绝热系、孤立系 热力系的选取取决于研究目的和方法，具有随意性，选取不当将不便于分析。 一旦取定系统，沿边界寻找相互作用。 系统与外界的作用都通过边界，看是否有质量交换、热量传递、功的传递及其他形式能量传递。 热力系统分析 简单可压缩系统 工程热力学中最常见、最重要的热力系统 因为热能动力装置常用工质都是可压缩流体（水蒸气、空气、燃气等） 系统与外界只交换热量和一种准静态的体积变化功（膨胀功和压缩功） 体积变化功只与工质的压力和体积的变化量有关 工程热力学中讨论的大部分系统都是简单可压缩系统 第1章 基本概念 定义 状态：某一瞬间工质所呈现的宏观物理状况 状态参数：描述工质所处状态的宏观物理量 工程热力学中常用状态参数？ 基本状态参数： 温度T、压力p、体积V、热力学能U、焓H、熵S 涉及化学反应： 化学势μ、自由能F、自由焓G 状态参数的特征 状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关 状态参数的微分特征：全微分 状态参数的积分特征 状态参数变化量与路径无关，只与初终态有关，如温度、压力 状态参数的微分特征 设 dz 是全微分 基本状态参数：温度 热力学定义：处于同一热平衡状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此相同，用于描述此宏观特征的物理量为温度 热平衡：热力系相互接触时，相互间无宏观热量传递，称它们处于热平衡状态 宏观：表示物体的冷热程度 微观：标志物质分子热运动的激烈程度，是衡量分子平均动能的量度 热力学第零定律 如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。 1930年由福勒（R.H.Fowler）正式提出 温度测量的理论基础 温度单位 开氏（绝对）温标：T(K) 摄氏温标：t(℃) 华氏温标：t(F) 温标换算关系 常用温标 基本状态参数：压力 单位面积上承受的垂直作用力 物理中压强，单位Pa，N/m2 常用单位： 1 kPa = 103 Pa（千帕） 1 MPa = 106 Pa （兆帕） 1 bar = 105 Pa （巴） 1 atm = 760 mmHg = 1.01325×105 Pa （标准大气压） 1 mmHg = 133.3 Pa （毫米汞柱） 1 mmH2O = 9.81Pa （毫米水柱） 1 at = 1 kgf/cm2 = 9.81 × 104 Pa （工程大气压） 绝对压力与相对压力 绝对压力p 真实压力 相对压力 绝对压力p与环境压力pb之差 是否高于环境压力：表压力pe、真空度pv 相对压力：表压力与真空度 U形管压力计原理 环境压力与大气压力 环境压力指压力表所处环境的压力 大气压力指当地大气的压力 环境压力一般为大气压，但不绝对 大气压随时间、地点变化 在计算时绝对压力时要看清楚环境压力是否为大气压力 温度和压力 都是强度量 压力的变化速度快，以音速传播 温度的变化慢，随着热量的传递而改变 压力的改变具有即时性 温度的改变具有滞后性 基本状态参数：比体积 单位质量物质所占的体积，v（m3/kg） 表征工质聚集的疏密程度 物理中常用的是密度，ρ（kg/m3） 在热力学中使用比体积更方便 第1章 基本概念 平衡状态 定义：在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态 引起不平衡的因素： 温差 — 存在热不平衡　　　　　　 压差 — 存在力不平衡 相变 — 存在相不平衡 化学反应 — 存在化