熱力系統(tǒng)第二部分

熱力系統(tǒng)第二部分第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日一般過程Processp1

=p0+重物p，Tp0T1

=T0突然去掉重物最終p2

=p0T2

=T0pv12..第2頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日準(zhǔn)平衡過程Quasi-staticprocessp1

=p0+重物p，Tp0T1

=T0假如重物有無限多層每次只去掉無限薄一層pv12...系統(tǒng)隨時接近于平衡態(tài)第3頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日準(zhǔn)平衡過程（準(zhǔn)靜態(tài)過程）：定義——若過程進行的相對緩慢，工質(zhì)在平衡被破壞后自動回復(fù)平衡所需的時間很短，工質(zhì)有足夠的時間來恢復(fù)平衡，隨時都不顯著偏離平衡狀態(tài)?！梢幌盗羞B續(xù)的平衡態(tài)組成的過程第4頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日實現(xiàn)條件1、壓力差的作用2、溫差的作用P1Pext1AP1A若f=0，ΔP=（P1-Pext1）

0若f≠0，ΔP=（P1-（Pext1+f/A）)

0ΔT=（T1-Text1）

0第5頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日實際工程都是不平衡過程，準(zhǔn)平衡過程是一種理想狀態(tài)實際過程中哪些過程可近似看做準(zhǔn)平衡過程呢？

分析準(zhǔn)平衡過程的特點第6頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日特點——準(zhǔn)平衡過程是實際過程進行的足夠緩慢的極限過程

由不平衡建立新平衡所需的時間＜＜過程進行所用的時間破壞平衡所需時間（外部作用時間）恢復(fù)平衡所需時間（馳豫時間）第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日準(zhǔn)平衡過程的工程應(yīng)用例：活塞式內(nèi)燃機2000轉(zhuǎn)/分曲柄2沖程/轉(zhuǎn)，0.15米/沖程活塞運動速度=200020.15/60=10m/s壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速）350m/s破壞平衡所需時間（外部作用時間）>>恢復(fù)平衡所需時間（馳豫時間）一般的工程過程都可認為是準(zhǔn)靜態(tài)過程具體工程問題具體分析?！巴蝗弧薄熬徛钡?頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日可逆過程1、可逆過程：（1）工質(zhì)沿相同的路徑進行；（2）回復(fù)到原來狀態(tài)（3）外界也回復(fù)到原來狀態(tài)而不留下任何變化準(zhǔn)平衡過程有：（P1-（Pext1+f/A）)

0（T1-Text1）

0ppext1212得功W耗功Wf=0pv12第9頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日

1、可逆過程的條件（1）準(zhǔn)平衡過程；（2）過程中沒有任何耗散（f=0、無熱阻、無電阻等）準(zhǔn)平衡過程+無耗散效應(yīng)=可逆過程第10頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日引入可逆過程的意義

準(zhǔn)平衡過程是實際過程的理想化過程，但并非最優(yōu)過程，可逆過程是最優(yōu)過程?？赡孢^程的功與熱完全可用系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)表達，可不考慮系統(tǒng)與外界的復(fù)雜關(guān)系，易分析。實際過程不是可逆過程，但為了研究方便，先按理想情況（可逆過程）處理，用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆因素加以修正。第11頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日例判斷下面哪些過程是可逆的？哪些是不可逆的？哪些是可以可逆的？說明理由。1、對剛性容器內(nèi)的水加熱，使水在恒溫下蒸發(fā)。2、對剛性容器內(nèi)的水做功，使水在恒溫下蒸發(fā)。3、對剛性容器中的空氣緩慢加熱，使空氣從50℃升高到100℃。第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日Heattransfer常見的不可逆過程不等溫傳熱T1T2T1>T2Q節(jié)流過程

(閥門）p1p2p1>p2FrequentlyencounteredirreversibilitiesThrottler第13頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日常見的不可逆過程混合過程?????????????????★★★★★★★★★★★★★★自由膨脹真空????????????FrequentlyencounteredirreversibilitiesUnrestrainedexpansionMixingprocess第14頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日2、過程功ppextdx過程功：δW=Fdxpv12可逆過程，∴δW=Fdx=pAdx=pdV∴δW=pdV微功形式——過程功形式——可逆過程第15頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日2、過程功pv12dv示功圖2）

p-V圖上用面積表示3）功的大小與路徑有關(guān)，

過程量Pathfunction4）統(tǒng)一規(guī)定：dV>0，膨脹對外作功（正）

dV<0，壓縮外內(nèi)作功（負）5）適于準(zhǔn)平衡下的任何工質(zhì)（一般為流體）6）外力無限制，功的表達式只是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)7）有無f，只影響系統(tǒng)功與外界功的大小差別1）單位為[kJ]或[kJ/kg]Ww第16頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日示功圖indicator(p-V)diagrampV.12.pp外21mkg工質(zhì)：W=pdV1kg工質(zhì)：w=pdvW第17頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日熱力學(xué)最常見的功容積變化功

其他準(zhǔn)平衡功：拉伸功，表面張力功，電功等第18頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日3、過程熱量與熵HeatandEntropy

熱量定義：熱量是熱力系與外界相互作用的另一種方式，在溫度的推動下，以微觀無序運動方式傳遞的能量?？赡孢^程中：過程功：過程熱量：示熱圖S12dST熱量與途徑相關(guān)第19頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日過成功和過程熱量比較能量傳遞方式容積變化功傳熱量性質(zhì)過程量過程量推動力壓力p

溫度T標(biāo)志

dV,dv

dS

,ds公式條件準(zhǔn)平衡或可逆可逆第20頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日熵（Entropy）的定義reversible比參數(shù)

[kJ/kg.K]ds:

可逆過程

qrev除以傳熱時的T所得的熵

清華大學(xué)劉仙洲教授命名為“熵”廣延量

[kJ/K]mkg工質(zhì)：1kg工質(zhì)：第21頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日熵的說明1、熵是狀態(tài)參數(shù)

3、熵的物理意義：熵體現(xiàn)了可逆過程

傳熱的大小與方向2、符號規(guī)定系統(tǒng)吸熱時為正

Q>0dS>0系統(tǒng)放熱時為負

Q<0dS<04、用途：判斷熱量方向計算可逆過程的傳熱量第22頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日示功圖與示熱圖pVWTSQ

示功圖示熱圖第23頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日4、熱力循環(huán)Cycle要實現(xiàn)連續(xù)作功，必須構(gòu)成循環(huán)定義：熱力系統(tǒng)中的工質(zhì)經(jīng)過一系列變化回到初態(tài)的閉合過程，稱為熱力循環(huán)。鍋爐汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器過熱器pv132循環(huán)中所有過程均可逆循環(huán)由過程構(gòu)成不可逆循環(huán)可逆過程不可逆循環(huán)可逆循環(huán)逆向循環(huán)循環(huán)正向循環(huán)第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日正循環(huán)動力循環(huán)Powercycle順時針循環(huán)v134p2s7T586凈效應(yīng)：對外作功凈效應(yīng)：吸熱第25頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日順時針循環(huán)wnet高溫?zé)嵩磓1q2低溫?zé)嵩村仩t汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器過熱器q1q2第26頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日逆循環(huán)動力循環(huán)Powercycle逆時針循環(huán)v132p4s7T568凈效應(yīng)：對內(nèi)作功凈效應(yīng)：放熱第27頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日逆時針循環(huán)wnet高溫?zé)嵩磓1q2低溫?zé)嵩吹?8頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日第一章小結(jié)Summary基本概念：熱力系平衡態(tài)準(zhǔn)平衡過程、可逆過程過程量、狀態(tài)量、狀態(tài)參數(shù)功量、熱量、熵

p-V圖、T-S圖循環(huán)、評價指標(biāo)第29頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日重點與難點1、熱力系統(tǒng)與工質(zhì)2、平衡狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)3、準(zhǔn)平衡過程4、可逆過程5、過程功：6、過程熱量：7、熱力循環(huán)第30頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日可逆過程與平衡過程的區(qū)別和聯(lián)系可逆過程一定是平衡過程平衡過程不一定是可逆過程可逆過程＝平衡過程＋無耗散可逆過程完全理想，以后均用可逆過程的概念。準(zhǔn)平衡過程很少用。第31頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日例二一蒸汽動力廠，鍋爐的蒸汽產(chǎn)量D=180×103kg/h，輸出功率P=5500KW，全廠耗