热工基础第04章热力学基本概念.ppt

比体积：单位质量的工质所占的体积。 符号v，单位m3/kg。 v = V/m = 1/ρ 概念：组成物质的微观粒子所具有的化学能和原子能以外的能量。 热力学能 分子动能（移动、转动、振动） 分子位能 原子能 化学能 内能 热能 符号与单位： mkg工质：U，J (kJ) 1 kg工质：u，J/kg (kJ/kg) 影响因素： 分子动能的大小主要取决于温度，位能的大小主要取决于比体积，所以热力学能是状态参数，可表示为 热力学能 零点： 物质运动永恒，不存在绝对零点。能量转换过程关心状态的变化，零点可以任意选取，一般可取为0K或0 ℃。 焓 定义：h = u + pv J/kg ( kJ/kg ) H = U + pV J( kJ ) 1. 焓是状态量 2. 对流动工质，焓代表能量(热力学能+流动功) 对静止工质，焓不代表能量，仅是状态参数 3.物理意义：开口系中随工质流动而携带的、取决于热力状态的能量。 4.焓的零点可以任意选取，一般可取为0K或0 ℃。 熵 熵的简单引入 比熵 kJ/(kg·K) ds: 可逆过程 ?qrev除以传热时的T所得的商 J/K（kJ/K） 熵的说明 2. 物理意义：体现了可逆过程 传热的大小与方向 1.符号规定 系统吸热时为正 Q 0 dS 0 系统放热时为负 Q 0 dS 0 3.用途：判断热量传递方向 计算可逆过程的传热量 状态方程式 两个独立的状态参数确定一个状态点，其它的状态参数也就确定了，状态参数之间存在确定的函数关系，三个基本状态参数间的函数关系式称状态方程式： 或 一个平衡状态对应一组状态参数，而工程上常见的气态物质组成的热力系统（与外界只有热量和容积功交换的简单可压缩系统），两个独立的状态参数确定后，状态就能确定。应用两个独立参数可以组成平面坐标图，用坐标图上的点表示系统的某一个平衡状态。常用的状态参数坐标图有p-v图（示功图）和T-S图（示热图）。 v1 p1 v p 1 p-v图（示功图） s2 T2 s T 2 T-s图（示热图） 状态参数坐标图 能量交换 状态变化 破坏平衡 如何描述 一、热力过程 热力系统从一个状态经过一系列变化而达到另一个状态所经历的全部状态的综合。 系统状态的变化是由于平衡遭到破坏，所以过程中系统经历的是一系列不平衡状态。不平衡状态不能用确定的状态参数和状态方程表示和分析，所以提出一种理想的热力过程：准平衡过程（准平衡过程）。 第三节 热力过程 二、准平衡过程与可逆过程 1、定义：系统经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 令系统每次状态变化趋于无限小，有充足的时间建立新的平衡，得到准平衡过程： 2、条件：工质与外界间压差、温差均无限小，随时与外界保持热和力的平衡。 实际的过程可以近似地当作准平衡过程，准平衡过程在坐标图上可表示为连续曲线。 准平衡过程 准平衡过程 非准平衡过程 p v 2 1 准平衡过程有实际意义吗？ 既是平衡，又有变化 既可以用状态参数描述，又可进行热功转换 疑问：理论上准平衡应无限缓慢，工程上怎样处理？ 准平衡过程的工程条件 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 ? 准平衡过程 一般的工程过程都可认为是准平衡过程 具体工程问题具体分析。“突然”“缓慢” 准平衡过程的工程应用 例4-1：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） 分析： 可逆过程 1.定义：当完成了某一过程后，如果有可能使工质沿相同的路径逆行回复到原来状态，并使相互作用中涉及的外界也回复到原来状态而不留下任何改变，这样的过程称为可逆过程。 2 1 v p 1-2为准平衡过程，系统与外界随时保持热平衡和力平衡，即等温吸热，工质对外界作用力等于外界的反抗力，系统对外界作了机械功，储存在飞轮中。 燃气 1 2 2-1过程逆行，系统可沿相同路径回复到原来状态，但外界有无改变要看过程中有无摩擦等耗散效应。若无，系统对外界作的机械功等于飞轮获得的动能，用以压缩工质，回到原来状态；若有，飞轮获得的能量小于系统对外作功，要使工质回复到原来状态，要消耗外界的功。 燃气 2 1 可逆过程的条件：首先是一个准平衡过程，同时过程中不存在