工程热力学基本概念.pdf

第1章 基本概念 (3 学时) 概念(反映事物本质特征和一般属性的思维形式)是建 筑科学大厦的基石，在学习热力学的基本定律之前，有必 要先建立某些基本概念。本章将讨论热力系统、平衡状态、 状态参数、准平衡过程、可逆过程、功、热量、熵基本概 念。这些概念很重要，在本课程的学习中经常会用到，因 此对这些概念应有正确的理解和应用。 1-1 热力系统 1-1-1 系统与外界 研究任何事物均需选择一定的对象，对于热力学来说 也不能例外。通常根据所研究问题的需要，在相互作用的 各部分物质中，人为选取某个空间内的物质作为研究对 象。这种作为研究对象的某指定空间内的物质称为热力学 系统或热力系统(Thermodynamicsystem)，简称系统或体 系(System)。或者说，把包含在规定边界之内的物质的总 和称为热力系统。系统之外的一切物质统称为外界 (Outside)或环境(Environment)。外界中的某一部分又能 划分出来作为另一个系统。系统与外界的交界面称为边界 (Boundary)。系统的边界可能是真实的，也可能是假想的， 可以是固定的，也可以是移动的。选择边界时要使系统具 有明确的(单值性的)含义。系统与外界之间，通过边界进 行能量的传递与物质的迁移 1-1-2 闭口系统与开口系统 11 按照系统与外界有无物质交换的情况，系统可分为两 类： 系统和外界可以有能量的交换，但没有物质的交换， 这种系统称为闭口系统(Closed system)。这类系统的特点 是没有物质穿过边界，其内部的质量恒定不变，故又可称 为定质量热力系统(Thermal system at constant mass)或 控制质量(Control mass)。又因无物质流过边界进出热力 系统，故也称为不流动热力系统。如果系统的边界可以移 动，那么闭口系统的体积就能够改变。注意，闭口系统具 有恒定的质量，但具有恒定质量的系统未必都是闭口系 统。 系统和外界有物质的交换，这种系统称为开口系统 (Open system)或流动热力系统(Thermal systemofflow)。 这类系统的特点是有物质穿过边界，其内部的质量可以保 持恒定或发生变化，系统边界所占空间的范围相对固定， 故又可称为控制容积或控制体(Control volume)，按照普 郎特(Ludwig Prandtl, 1875-1953,德国流体力学家)的意 见，有时也称为控制空间(Control space)。如果开口系统 内的工质质量与参数随时间变化，则称为不稳定流动开口 系统(Open system of unsteady flow)。如果开口系统内的 工质质量与参数不随时间变化，则称为稳定流动开口系统 (Open systemof steady flow)。 区分闭口系统和开口系统的关键是有没有物质穿过 边界，并不是系统的质量发生了变化。 控制质量或控制容积与外界的分界面称为控制面 (Control surface)。 1-1-3 简单系统、绝热系统与孤立系统 12 和外界不进行热交换的热力系统称为绝热系统 (Adiabaticsystem)。和外界既无能量交换又无物质交换的 系统称为孤立系统(Isolatedsystem)。和外界只交换热量和 一种形式的准静态功的系统称为简单系统(Simple system)。准静态功的概念见1-7节。在简单系统中，表面 现象、重力、电和磁的效应都不呈现出来。绝对的绝热系 统和孤立系统是不存在的。孤立系统一定是闭口的和绝热 的，但闭口系统或绝热系统不一定都是孤立的。 1-1-4 均匀系统于非均匀系统，单元系统与多元系统 系统也可按其内部状况的不同而分为以下几种。 内部各部分化学成分和物理性质都均匀一致的系统 称为均匀系统。 由两个或两个以上的相所组成的系统称为非均匀系 统。 只含有一种化学成分物质的系统称为单元系统。 由两种或两种以上物质组成的系统称为多元系统。 由可压缩流体组成的系统称为可压缩系统。 与