工程熱力學(xué)基本概念學(xué)習(xí)課件

1、1 本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 指出常用熱能動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置及其工作過(guò)程和熱能轉(zhuǎn)變成指出常用熱能動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置及其工作過(guò)程和熱能轉(zhuǎn)變成 機(jī)械能的共同本質(zhì)；機(jī)械能的共同本質(zhì)； 能從工程或生活的實(shí)際裝備中劃分出（各類）熱力系，能從工程或生活的實(shí)際裝備中劃分出（各類）熱力系， 歸納它們的特征，并用狀態(tài)參數(shù)正確描述其狀態(tài)；歸納它們的特征，并用狀態(tài)參數(shù)正確描述其狀態(tài)； 概述平衡狀態(tài)的特征，分辨系統(tǒng)處于穩(wěn)定還是平衡狀態(tài)；概述平衡狀態(tài)的特征，分辨系統(tǒng)處于穩(wěn)定還是平衡狀態(tài)； 描述可逆過(guò)程的特征，區(qū)分準(zhǔn)平衡過(guò)程與可逆過(guò)程；描述可逆過(guò)程的特征，區(qū)分準(zhǔn)平衡過(guò)程與可逆過(guò)程； 牢記功和熱量的熱力學(xué)定義，歸納兩者的特性和異同，牢

2、記功和熱量的熱力學(xué)定義，歸納兩者的特性和異同， 進(jìn)行可逆過(guò)程體積功和熱量的計(jì)算；進(jìn)行可逆過(guò)程體積功和熱量的計(jì)算； 復(fù)述循環(huán)、可逆循環(huán)的定義及各類循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。復(fù)述循環(huán)、可逆循環(huán)的定義及各類循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。 教學(xué)參考資料：教學(xué)參考資料：工程熱力學(xué)（第五版）工程熱力學(xué)（第五版） 。 2 1- -1 熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換過(guò)程熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換過(guò)程 1- -2 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng) 1- -3 工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù) 1- -4 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài) 1- -5 工質(zhì)的狀態(tài)變化過(guò)程工質(zhì)的狀態(tài)變化過(guò)程 1- -6 功和熱量功和熱量 1- -7 熱力循環(huán)熱力循環(huán)

3、本章教學(xué)內(nèi)容本章教學(xué)內(nèi)容 3 一、熱能動(dòng)力裝置一、熱能動(dòng)力裝置(Thermal power plant) 從燃料燃燒中獲得熱能并利用熱能得到動(dòng)力的整套設(shè)備從燃料燃燒中獲得熱能并利用熱能得到動(dòng)力的整套設(shè)備。 分分 類類 共同本質(zhì)：共同本質(zhì)： 由媒介物通過(guò)吸熱由媒介物通過(guò)吸熱膨脹作功膨脹作功排熱。排熱。 氣體動(dòng)力裝置氣體動(dòng)力裝置(combustion gas power plant) 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)(internal combustion gas engine) 燃?xì)廨啓C(jī)裝置燃?xì)廨啓C(jī)裝置(gas turbine power plant) 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(jet power plant) 蒸氣動(dòng)

4、力裝置蒸氣動(dòng)力裝置 (steam power plant) 1- -1 熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程 4 二、工質(zhì)二、工質(zhì)(working substance; working medium) 實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。 對(duì)工質(zhì)的要求對(duì)工質(zhì)的要求: 物質(zhì)三態(tài)中物質(zhì)三態(tài)中 氣態(tài)氣態(tài)最適宜最適宜。 1）良好的膨脹性）良好的膨脹性 2）良好的流動(dòng)性）良好的流動(dòng)性 3）較大的熱容量）較大的熱容量 4）可靠的穩(wěn)定性，安全性）可靠的穩(wěn)定性，安全性 5）對(duì)環(huán)境友善對(duì)環(huán)境友善 6）價(jià)廉，易大量獲取）價(jià)廉，易大量獲取 1mm3水中有水中有3.

5、341020個(gè)分子個(gè)分子 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下22.4升中有升中有6.021023個(gè)空氣分子個(gè)空氣分子 通常，工程領(lǐng)域的系統(tǒng)都是大量粒子組成的系統(tǒng)。通常，工程領(lǐng)域的系統(tǒng)都是大量粒子組成的系統(tǒng)。 5 三、熱源三、熱源(heat source; heat reservoir) 工質(zhì)從中吸取或向之排出熱能的物質(zhì)系統(tǒng)。工質(zhì)從中吸取或向之排出熱能的物質(zhì)系統(tǒng)。 高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩礋嵩礋嵩?（ heat source ）反應(yīng)堆堆芯）反應(yīng)堆堆芯 低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩蠢湓矗ɡ湓矗╤eat sink）冷卻水）冷卻水 恒溫?zé)嵩春銣責(zé)嵩?constant heat reservoir)穩(wěn)定工況的堆芯穩(wěn)定工況的堆芯 變溫?zé)嵩?/p>

6、啟動(dòng)、停堆時(shí)的堆芯變溫?zé)嵩磫?dòng)、停堆時(shí)的堆芯 6 1- -2 熱力系統(tǒng)（熱力系、系統(tǒng)、體系）熱力系統(tǒng)（熱力系、系統(tǒng)、體系） 外界和邊界外界和邊界 系統(tǒng)系統(tǒng)(thermodynamic system, system) 人為分割人為分割出來(lái)，作為熱力學(xué)研究對(duì)象的有限物質(zhì)系統(tǒng)。出來(lái)，作為熱力學(xué)研究對(duì)象的有限物質(zhì)系統(tǒng)。 外界外界(surrounding )： 與體系發(fā)生質(zhì)、能交換的物系。與體系發(fā)生質(zhì)、能交換的物系。 邊界邊界(boundary)： 系統(tǒng)與外界的分界面（線）。系統(tǒng)與外界的分界面（線）。 一、定義一、定義 7 二、系統(tǒng)及邊界示例二、系統(tǒng)及邊界示例 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽車發(fā)動(dòng)機(jī) 8 汽缸汽缸- -活

7、塞裝置（閉口系例）活塞裝置（閉口系例） 9 移動(dòng)和虛構(gòu)邊界移動(dòng)和虛構(gòu)邊界 虛構(gòu)邊界虛構(gòu)邊界 10 1）系統(tǒng)與外界的人為性；）系統(tǒng)與外界的人為性； 2）外界與環(huán)境介質(zhì)；）外界與環(huán)境介質(zhì)； 3）邊界可以是：）邊界可以是： a）剛性的或可變形的或有彈性的；剛性的或可變形的或有彈性的； b）固定的或可移動(dòng)的；固定的或可移動(dòng)的； c）實(shí)際的或虛擬的。實(shí)際的或虛擬的。 注意：注意： 11 三、熱力系分類三、熱力系分類 按組元數(shù)按組元數(shù) 單元系單元系(one component system;pure substance system) 多元系多元系(multicomponent system) 按相數(shù)按相

8、數(shù) 單相系單相系(homogeneous system) 復(fù)相系復(fù)相系(heterogeneous system) 注意：注意： 2）復(fù)相系未必不均勻）復(fù)相系未必不均勻濕蒸汽；濕蒸汽； 單元系未必均勻單元系未必均勻氣液平衡分離狀態(tài)。氣液平衡分離狀態(tài)。 1. 按組元和相按組元和相 1）不計(jì)恒外力場(chǎng)影響；）不計(jì)恒外力場(chǎng)影響； 12 閉口系（閉口系（closed system），），控制質(zhì)量控制質(zhì)量 ， CM 沒(méi)有質(zhì)量越過(guò)邊界。沒(méi)有質(zhì)量越過(guò)邊界。 2. 按系統(tǒng)與外界質(zhì)量交換按系統(tǒng)與外界質(zhì)量交換 13 開口系（開口系（open system），），控制體積控制體積，CV 通過(guò)邊界與外界有質(zhì)量交換通過(guò)邊

9、界與外界有質(zhì)量交換 14 4. 簡(jiǎn)單可壓縮系（簡(jiǎn)單可壓縮系（simple compressible system） 由可壓縮物質(zhì)組成，無(wú)化學(xué)反應(yīng)、由可壓縮物質(zhì)組成，無(wú)化學(xué)反應(yīng)、 與外界有交換容積變化功的有限物質(zhì)系統(tǒng)。與外界有交換容積變化功的有限物質(zhì)系統(tǒng)。 絕熱系（絕熱系（adiabatic system） 與外界無(wú)熱量交換與外界無(wú)熱量交換; 孤立系（孤立系（isolated system） 與外界無(wú)任何形式的質(zhì)、能交換。與外界無(wú)任何形式的質(zhì)、能交換。 3. 按能量交換按能量交換 1）閉口系與系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量不變的區(qū)別；）閉口系與系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量不變的區(qū)別； 2）開口系與絕熱系的關(guān)系；）開口系與絕熱系的關(guān)系

10、； 3）孤立系與絕熱系的關(guān)系。）孤立系與絕熱系的關(guān)系。 注意：注意： 15 四、四、 熱力系示例熱力系示例 1 1. 剛性絕熱氣缸剛性絕熱氣缸-活塞系統(tǒng)，一側(cè)設(shè)有電熱絲。活塞系統(tǒng)，一側(cè)設(shè)有電熱絲。 紅線內(nèi)紅線內(nèi) 閉口絕熱系閉口絕熱系 赭線內(nèi)赭線內(nèi)（不包含電熱絲）（不包含電熱絲） 閉口系閉口系 綠線內(nèi)綠線內(nèi)（包含電熱絲）（包含電熱絲） 閉口絕熱系閉口絕熱系 藍(lán)線內(nèi)藍(lán)線內(nèi) 孤立系孤立系 16 qQ0 取噴管為系統(tǒng)取噴管為系統(tǒng) 取紅線為系統(tǒng)取紅線為系統(tǒng) 閉口系閉口系 2剛性絕熱噴管剛性絕熱噴管 開口系開口系 絕熱系絕熱系 17 A、B兩部落兩部落“雞、犬之聲相聞，民至老死不相往來(lái)雞、犬之聲相聞，民至

11、老死不相往來(lái)” A B A部落為系統(tǒng)部落為系統(tǒng) A+B部落為系統(tǒng)部落為系統(tǒng) 孤立系孤立系 閉口系閉口系 18 1- -3 工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)和基本狀態(tài)參數(shù)工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)和基本狀態(tài)參數(shù) 熱力學(xué)狀態(tài)（熱力學(xué)狀態(tài)（state of thermodynamic system） 系統(tǒng)宏觀物理狀況的綜合系統(tǒng)宏觀物理狀況的綜合 狀態(tài)參數(shù)（狀態(tài)參數(shù)（state properties） 描述物系所處狀態(tài)的宏觀物理量描述物系所處狀態(tài)的宏觀物理量 SHUTVp, 1狀態(tài)參數(shù)是宏觀量狀態(tài)參數(shù)是宏觀量，是大量粒子的統(tǒng)計(jì)平均效，是大量粒子的統(tǒng)計(jì)平均效 應(yīng)，只有應(yīng)，只有平平 衡態(tài)衡態(tài)才有狀參，系統(tǒng)有才有狀參，系統(tǒng)有多多個(gè)狀

12、態(tài)參數(shù)，如個(gè)狀態(tài)參數(shù)，如 一、熱力學(xué)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)一、熱力學(xué)狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù) 二、狀態(tài)參數(shù)的特性和分類二、狀態(tài)參數(shù)的特性和分類 19 2狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)的單值函數(shù)。狀態(tài)的單值函數(shù)。 物理上物理上與過(guò)程無(wú)關(guān)；與過(guò)程無(wú)關(guān)； 數(shù)學(xué)上數(shù)學(xué)上其微量是全微分。其微量是全微分。 1 21 2 d0dd ba xxx 3狀態(tài)參數(shù)分類狀態(tài)參數(shù)分類 廣延量廣延量（extensive property） 強(qiáng)度量強(qiáng)度量（intensive property ） V v m 又：廣延量的比性質(zhì)具有強(qiáng)度量特性，如比體積又：廣延量的比性質(zhì)具有強(qiáng)度量特性，如比體積 工程熱力學(xué)約定用小寫字母表示單位質(zhì)量參數(shù)。工程熱力學(xué)約

13、定用小寫字母表示單位質(zhì)量參數(shù)。 20 三、系統(tǒng)狀態(tài)相同的充分必要條件三、系統(tǒng)狀態(tài)相同的充分必要條件 系統(tǒng)兩個(gè)狀態(tài)相同的充要條件：系統(tǒng)兩個(gè)狀態(tài)相同的充要條件： 所有所有狀態(tài)參數(shù)一一對(duì)應(yīng)相等。狀態(tài)參數(shù)一一對(duì)應(yīng)相等。 簡(jiǎn)單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件：簡(jiǎn)單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件： 兩個(gè)獨(dú)立的兩個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)對(duì)應(yīng)相等。狀態(tài)參數(shù)對(duì)應(yīng)相等。 21 四、溫度和溫標(biāo)四、溫度和溫標(biāo)（temperature and temperature scale） 溫度的概念：溫度的概念： 測(cè)溫的基礎(chǔ)測(cè)溫的基礎(chǔ)熱力學(xué)零定律熱力學(xué)零定律(zeroth law of thermodynamics) 熱力學(xué)溫標(biāo)和國(guó)際攝氏溫

14、標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)和國(guó)際攝氏溫標(biāo) (thermodynamics scale; Kelvin scale;absolute temperature scale and internal Celsius temperature scale) CK 273.15tT 物體冷熱程度的標(biāo)志物體冷熱程度的標(biāo)志 22 華氏溫標(biāo)和朗肯溫標(biāo)華氏溫標(biāo)和朗肯溫標(biāo) 華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo) 附：附： R 459.67Tt 5 32 9 tt 9 32 5 tt 23 五、壓力五、壓力 (pressure) 絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力 p (absolute pressure) 表壓力表壓力 pe（pg）(gauge p

15、ressure; manometer pressure) 真空度真空度 pv (vacuum; vacuum pressure) bvb ()ppppp 當(dāng)?shù)卮髿鈮寒?dāng)?shù)卮髿鈮簆b (local atmospheric pressure) beb ()ppppp 24 常用壓力單位：常用壓力單位： 63 2 5 2 N 1Pa11MPa1 10 Pa1kPa1 10 Pa m 1bar1 10 Pa 1atm101325Pa760mmHg 1mmHg133.32Pa 1mmH O9.80665Pa 例例A4001441 bvb ()ppppp beb ()ppppp 25 六、比體積和密度六、比

16、體積和密度 比體積比體積 (specific volume) m V v單位質(zhì)量工質(zhì)的體積單位質(zhì)量工質(zhì)的體積 密度密度(density) m V 單位體積工質(zhì)的質(zhì)量單位體積工質(zhì)的質(zhì)量 1 v 3 m /kg 3 kg/m 兩者關(guān)系兩者關(guān)系: 26 1- -4 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài) 無(wú)外界影響無(wú)外界影響系統(tǒng)保持狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間而改變的狀態(tài)。系統(tǒng)保持狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間而改變的狀態(tài)。 熱平衡熱平衡（thermal equilibrium） 無(wú)外界作用，系統(tǒng)內(nèi)部、系統(tǒng)與外界無(wú)外界作用，系統(tǒng)內(nèi)部、系統(tǒng)與外界 處處溫度相等。處處溫度相等。 力平衡力平衡（mechanical equilibrium） 無(wú)外界作用

17、，系統(tǒng)內(nèi)部、系統(tǒng)與外界處處壓力相等。無(wú)外界作用，系統(tǒng)內(nèi)部、系統(tǒng)與外界處處壓力相等。 系統(tǒng)平衡的系統(tǒng)平衡的充要條件充要條件 系統(tǒng)同時(shí)達(dá)到熱平衡和力平衡系統(tǒng)同時(shí)達(dá)到熱平衡和力平衡。 一、平衡狀態(tài)一、平衡狀態(tài)（thermodynamic equilibrium state） 27 討論：討論： 1）系統(tǒng)平衡與均勻）系統(tǒng)平衡與均勻2）平衡與穩(wěn)定平衡與穩(wěn)定 平衡可不均勻平衡可不均勻 穩(wěn)定未必平衡穩(wěn)定未必平衡 28 二、純物質(zhì)的狀態(tài)方程（二、純物質(zhì)的狀態(tài)方程（pure substance state equation） 狀態(tài)方程狀態(tài)方程0,Tvpf 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 （ideal-gas

18、equation; Clapeyrons equation） g pvR T 23 Pa N/mm /kgKpvT g pVmR TnRTpV Rg 氣體常數(shù)氣體常數(shù) （gas constant） R通用氣體常數(shù)通用氣體常數(shù) ( universal )constant 、 molargas constant ) J/(kg K) 8.3145J/(mol K)R g RMR 摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量 29 三、三、 狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖（parametric coordinates） 簡(jiǎn)單可壓縮系只有兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)簡(jiǎn)單可壓縮系只有兩個(gè)獨(dú)立參數(shù) p v 1 p1 v1 T s 2 T2 s2 p

19、T 3 p3 T3 OOO . 用平面坐標(biāo)上一點(diǎn)可確定其狀態(tài)；用平面坐標(biāo)上一點(diǎn)可確定其狀態(tài)； 任一狀態(tài)可在平面坐標(biāo)上找到對(duì)應(yīng)點(diǎn)。任一狀態(tài)可在平面坐標(biāo)上找到對(duì)應(yīng)點(diǎn)。 兩個(gè)變量值可確定平面坐標(biāo)上的點(diǎn) 30 固-液 液-氣 三相線 固 體 臨界點(diǎn) 氣 體 固-氣 T = 常數(shù) p T v 附：純物質(zhì)的附：純物質(zhì)的 p-v-T 圖圖 31 氣 體 臨界點(diǎn) 蒸 汽 三相線 固 體 液 體 固-液 液-汽 固-汽 p = 常數(shù) T = 常數(shù) T v p 水水p-v-T圖圖 32 一、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程一、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程(quasi-static process; quasi-equilibrium process)

20、定義：定義：偏離平衡態(tài)無(wú)窮小，隨時(shí)恢復(fù)平衡的狀態(tài)變化過(guò)程偏離平衡態(tài)無(wú)窮小，隨時(shí)恢復(fù)平衡的狀態(tài)變化過(guò)程。 進(jìn)行條件進(jìn)行條件： 破壞平衡的勢(shì)破壞平衡的勢(shì) Tp , 過(guò)程進(jìn)行無(wú)限緩慢過(guò)程進(jìn)行無(wú)限緩慢 工質(zhì)有恢復(fù)平衡的能力工質(zhì)有恢復(fù)平衡的能力 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程可在狀態(tài)參數(shù)圖上用準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程可在狀態(tài)參數(shù)圖上用連續(xù)實(shí)線連續(xù)實(shí)線表示。表示。 無(wú)窮小無(wú)窮小 1- -5 工質(zhì)的狀態(tài)變化過(guò)程工質(zhì)的狀態(tài)變化過(guò)程 . . . . . . . . . . . 33 二、可逆過(guò)程二、可逆過(guò)程( reversible process) 定義定義：系統(tǒng)可經(jīng)原途徑返回原來(lái)狀態(tài)而系統(tǒng)可經(jīng)原途徑返回原來(lái)狀態(tài)而 在外界不留下任何變化的過(guò)程在

21、外界不留下任何變化的過(guò)程。 可逆過(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的關(guān)系可逆過(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的關(guān)系 非準(zhǔn)靜態(tài)非準(zhǔn)靜態(tài) 單純傳熱過(guò)程單純傳熱過(guò)程 . 1 2 . 可逆過(guò)程的判斷：可逆過(guò)程的判斷： 系統(tǒng)可返回原來(lái)狀態(tài)系統(tǒng)可返回原來(lái)狀態(tài) + + 在外界不留下任何變化在外界不留下任何變化 準(zhǔn)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài) 不可逆不可逆 可逆可逆 34 非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 b cospAFfp A b cospAFfp A b cos(0)pAFp Af 作功過(guò)程作功過(guò)程 p F f pb 不可逆不可逆 不可逆不可逆 可逆可逆 35 1. 可逆可逆 = 準(zhǔn)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài) + 沒(méi)有耗散效應(yīng)；沒(méi)有耗

22、散效應(yīng)； 2. 準(zhǔn)靜態(tài)著眼于系統(tǒng)內(nèi)部平衡，準(zhǔn)靜態(tài)著眼于系統(tǒng)內(nèi)部平衡， 可逆著眼于系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界作用總效果；可逆著眼于系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界作用總效果； 3. 一切實(shí)際過(guò)程不可逆；一切實(shí)際過(guò)程不可逆； 4. 內(nèi)部可逆過(guò)程的概念；內(nèi)部可逆過(guò)程的概念； 討論：討論： Q 不可逆不可逆 可逆可逆可逆可逆 QQ TA TB 5. 可逆過(guò)程可用狀態(tài)參數(shù)圖上實(shí)線表示?？赡孢^(guò)程可用狀態(tài)參數(shù)圖上實(shí)線表示。 36 思考討論題：思考討論題： 容器剛性絕熱容器剛性絕熱 逐個(gè)抽去隔板，如何？逐個(gè)抽去隔板，如何？ 隔板數(shù)隔板數(shù)n，逐個(gè)抽去，又如何？，逐個(gè)抽去，又如何？ 抽去隔板，重又平衡抽去隔板，重又平衡 過(guò)程性質(zhì)：

23、過(guò)程性質(zhì)：準(zhǔn)靜態(tài)？可逆？準(zhǔn)靜態(tài)？可逆？ 37 一、一、 功功(work)的定義和可逆過(guò)程的功的定義和可逆過(guò)程的功 1功的力學(xué)定義功的力學(xué)定義 2功的熱力學(xué)定義：功的熱力學(xué)定義： 通過(guò)邊界傳遞的能量其全部通過(guò)邊界傳遞的能量其全部 效果可表現(xiàn)為舉起重物。效果可表現(xiàn)為舉起重物。 3可逆過(guò)程功的計(jì)算可逆過(guò)程功的計(jì)算 2 1 ww 功是過(guò)程量功是過(guò)程量 功可以用功可以用p- - v圖上過(guò)程線圖上過(guò)程線 與與v軸包圍的面積表示。軸包圍的面積表示。 22 11 ddF xpA x 2 1 dp v 1 2 dx p dv pdv . 2 1 dp v . 38 系統(tǒng)對(duì)外作功為系統(tǒng)對(duì)外作功為“+ +” 外界對(duì)

24、系統(tǒng)作功為外界對(duì)系統(tǒng)作功為“- -” 5功和功率的單位：功和功率的單位： JkJ J /sW k J /sk W 附：附： 1kW h3600kJ 4功的符號(hào)約定：功的符號(hào)約定： 1 2 . w “+” w “” 2 1 dwp v d0v d0v 膨脹膨脹 壓縮壓縮 6討論討論 有用功有用功(useful work) ulp WWWW W 膨脹功膨脹功(expansion work)； Wl 摩擦耗功；摩擦耗功； Wp 排斥大氣功。排斥大氣功。 pb f . 39 用外部參數(shù)計(jì)算不可逆過(guò)程的功用外部參數(shù)計(jì)算不可逆過(guò)程的功 VpAHpW 00 2 1 dWp V 不計(jì)活塞質(zhì)量不計(jì)活塞質(zhì)量 例例

25、A7001331 例例A4002771 過(guò)程不可逆，過(guò)程不可逆，p、V關(guān)系未知關(guān)系未知 p0A 被移動(dòng)了被移動(dòng)了H 40 二、廣義功二、廣義功(generalized work)簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 彈性力功彈性力功 表面張力功表面張力功 電極化功及磁化功等電極化功及磁化功等 tot ddddd eii Wp VF LAE QF x 廣義力廣義力 廣義微位移廣義微位移 41 2 1 dAT sq ddAT sq 三、熱量三、熱量（heat） 定義：定義： 僅僅由于溫差通過(guò)邊界傳遞的能量?jī)H僅由于溫差通過(guò)邊界傳遞的能量。 符號(hào)約定：符號(hào)約定： 系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)吸熱“+”； 放熱放熱“-” 單位：?jiǎn)挝唬?JkJ 可

26、逆過(guò)程熱量可逆過(guò)程熱量計(jì)算式及計(jì)算式及T - - s 圖圖 dqT s 熱量是過(guò)程量，可用熱量是過(guò)程量，可用T- - s圖上過(guò)程線圖上過(guò)程線 與與s軸包圍面積表示。軸包圍面積表示。 1 2 T s o ds . . . 2 1 dqT s 42 四、熱量與功的異同：四、熱量與功的異同： 1. 均為通過(guò)邊界傳遞的能量；均為通過(guò)邊界傳遞的能量； 3. 功傳遞由壓力差推動(dòng)，比體積變化是作功標(biāo)志；功傳遞由壓力差推動(dòng)，比體積變化是作功標(biāo)志； 熱量傳遞由溫差推動(dòng)，比熵變化是傳熱的標(biāo)志；熱量傳遞由溫差推動(dòng)，比熵變化是傳熱的標(biāo)志； 4. 功是物系間通過(guò)宏觀運(yùn)動(dòng)發(fā)生相互作用傳遞的能量；功是物系間通過(guò)宏觀運(yùn)動(dòng)發(fā)生

27、相互作用傳遞的能量； 熱是物系間通過(guò)紊亂的微粒運(yùn)動(dòng)相互作用而傳遞的能量。熱是物系間通過(guò)紊亂的微粒運(yùn)動(dòng)相互作用而傳遞的能量。 功功 2. 均為過(guò)程量；均為過(guò)程量； 熱是無(wú)條件的；熱是無(wú)條件的； 熱熱功是有條件、限度的。功是有條件、限度的。 43 1- -7 熱力循環(huán)熱力循環(huán) 一、熱力循環(huán)一、熱力循環(huán) 定義：封閉的熱力過(guò)程。定義：封閉的熱力過(guò)程。 特性特性：一切狀態(tài)參數(shù)恢復(fù)原值一切狀態(tài)參數(shù)恢復(fù)原值，即即d0 x 可逆循環(huán)可逆循環(huán) (reversible cycle) . a b .c d . b . c d . . a . . 44 b c ad 輸出凈功；輸出凈功； 在在pv圖及圖及Ts圖上順時(shí)

28、針進(jìn)行；圖上順時(shí)針進(jìn)行； 膨脹線在壓縮線上方；吸熱線在放熱線上方。膨脹線在壓縮線上方；吸熱線在放熱線上方。 a b c d wnet qnet . . . . 二、動(dòng)力循環(huán)（正向循環(huán)）動(dòng)力循環(huán)（正向循環(huán)）（power cycle; direct cycle ） 45 . b .c d b . c d . a wnet . a qnet . 三、逆向循環(huán)三、逆向循環(huán)(reverse cycle) 制冷循環(huán)制冷循環(huán)(refrigeration cycle) 熱泵循環(huán)熱泵循環(huán)(heat-pump cycle) 一般地講：輸入凈功；一般地講：輸入凈功； 在狀態(tài)參數(shù)圖逆時(shí)針運(yùn)行；在狀態(tài)參數(shù)圖逆時(shí)針運(yùn)行；

29、 吸熱小于放熱。吸熱小于放熱。 46 動(dòng)力循環(huán)：動(dòng)力循環(huán)： 熱效率熱效率(thermal efficiency) net t 1 1 w q 逆向循環(huán)：逆向循環(huán)： 制冷系數(shù)制冷系數(shù)(coefficient of performance for the refrigeration cycle) 2 net or1 q w 供暖系數(shù)供暖系數(shù)(coefficient of performance for the heat-pump cycle) 1 net 1 q w 四、循環(huán)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)四、循環(huán)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 下一章下一章 收益收益 代價(jià)代價(jià) 47 二、系統(tǒng)及邊界示例二、系統(tǒng)及邊界示例 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽車發(fā)

30、動(dòng)機(jī) 48 閉口系（閉口系（closed system），），控制質(zhì)量控制質(zhì)量 ， CM 沒(méi)有質(zhì)量越過(guò)邊界。沒(méi)有質(zhì)量越過(guò)邊界。 2. 按系統(tǒng)與外界質(zhì)量交換按系統(tǒng)與外界質(zhì)量交換 49 四、四、 熱力系示例熱力系示例 1 1. 剛性絕熱氣缸剛性絕熱氣缸-活塞系統(tǒng)，一側(cè)設(shè)有電熱絲?；钊到y(tǒng)，一側(cè)設(shè)有電熱絲。 紅線內(nèi)紅線內(nèi) 閉口絕熱系閉口絕熱系 赭線內(nèi)赭線內(nèi)（不包含電熱絲）（不包含電熱絲） 閉口系閉口系 綠線內(nèi)綠線內(nèi)（包含電熱絲）（包含電熱絲） 閉口絕熱系閉口絕熱系 藍(lán)線內(nèi)藍(lán)線內(nèi) 孤立系孤立系 50 1- -3 工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)和基本狀態(tài)參數(shù)工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)和基本狀態(tài)參數(shù) 熱力學(xué)狀態(tài)（熱力學(xué)狀態(tài)（state