第一章 基本概念和定义 刘英光.ppt

三、逆向循环 定义 　　把热量从低温热源传给高温热源的循环叫逆向循环，也叫制冷循环或热泵循环，它消耗外界的功 热源 冷源 热机 Q2 Q1 逆向循环分析 热泵循环的经济性－热泵系数： 制冷循环的经济性－制冷系数： * 工程热力学研究的是工质的变化过程而并不研究设备本身，所以我们研究热力系时抛开设备不谈。边界举例子（气缸活塞） * 人为性是指研究哪哪就是热力系。相对性指每个热力系都有一定范围，有了系统就有了边界，有了边界也就有了外界 * 3、平衡与稳定的比较 稳定不一定平衡，但平衡一定稳定 稳定：参数不随时间变化，但可能有外界作用。 稳定但存在不平衡势差 去掉外界影响，则状态变化 4、平衡与均匀的比较 平衡：时间上 均匀：空间上 平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的 * 3.说明： 热力学主要研究均匀平衡状态。 在无外界作用下，不平衡状态的热力系总会自发地趋向平衡状态； 在外界不平衡势的作用下，系统的平衡状态将会被破坏； 1、状态公理 针对纯物质——无化学反应的系统 状态方程 N=n+1 系统独立状参个数 功的形式数 热 组元一定的闭口系 独立参数数目N=不平衡势差数 =能量转换方式的数目 =各种功的方式+热量= n+1 n ?容积变化功、电功、拉伸功、表面张力功等 简单可压缩系统：N = n + 1 = 2 2、状态方程 温度、压力和比体积这三个基本状态参数之间的函数关系是最基本的热力学函数关系，称为状态方程 状态方程式是平衡状态下基本状态参数p、v、T之间的关系 状态方程式的具体形式取决于工质的性质 3、状态参数坐标图 简单可压缩系 N=2，平面坐标图 p v ⑴系统任何平衡态可表示在坐标图上 说明： ⑵过程线中任意一点为平衡态 ⑶不平衡态无法在图上用实线表示 常见p-v图 2 1 §1-5 热力过程 热力过程：工质从一个平衡状态过渡到另一个平衡 状态所经历的全部状态的总和。 1.准静态过程：偏离平衡态无穷小，随时恢复平衡的状态变化过程。 p，T p0 v 准静态过程的特点： 由于热力系经历的过程中每一状态均可称为平衡态，因而准平衡过程可在状态参数坐标图中用连续曲线表示，称过程曲线；准平衡过程是一种理想化的过程，是实际过程进行得足够缓慢的极限情况，一切实际过程只能接近于准静态过程，在工程实际设备中进行的过程常常可作为准静态过程。 p 1 2 . . . 为何引入准静态过程和可逆过程概念 平衡状态 可用状态参数描述 不存在势差，不能同外界交换能量 非平衡状态 无法简单描述 存在势差，可以同外界交换能量 实际热力过程 1.在势差的作用下进行的，存在非平衡损失和耗散损失，且难以定量计算。 2.系统内部状态偏离平衡状态，偏离程度与势差大小相关 如不对实际热力过程进行简化和近似处理，则难以对实际热力过程进行定量分析和研究。 实际过程 准静态过程 可逆过程 理想化 准静态过程有实际意义吗？ 既是平衡，又是变化 既可以用状态参数描述，又可进行热功转换 疑问：理论上准静态应无限缓慢，工程上怎样处理？ 准静态过程的工程条件 破坏平衡所需时间 （外部作用时间） 恢复平衡所需时间 （驰豫时间） 有足够时间恢复新平衡 ? 准静态过程 准静态过程的工程应用 例：活塞式内燃机 2000转/分曲柄 2冲程/转，0.15米/冲程 活塞运动速度=2000?2 ?0.15/60=10 m/s 压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s 破坏平衡所需时间 （外部作用时间） 恢复平衡所需时间 （驰豫时间） 一般的工程过程都可认为是准静态过程 二、可逆（ reversible ）过程 定义：系统经历某一过程后，如果能使系统与外界同时恢复到初始状态，而不留下任何痕迹，则此过程为可逆过程。 A process that can reversed without leaving any trace on the surroundings. That is, both the system and the surroundings are returned to their initial states at the end of the reverse process. 可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初态的过程。 可逆过程的实现 通过摩擦使功变热的效应(摩阻，电阻，非弹性变形，磁阻等） 准静态过程 + 无耗散效应 = 可逆过程 无不平衡势差 不平衡势差不可逆根源 耗散效应 耗散效应 irreve