【正文】 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 (3) 溫度 １） 熱力學(xué)第零定律 與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡的系統(tǒng)， 彼此也處于熱平衡。 （ 2）熱力學(xué)中常用的狀態(tài)參數(shù) 溫度、壓力、比容、熱力學(xué)能（內(nèi)能）、焓、熵。 界面的特性 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 界面 熱 源 外界 外界 熱力系統(tǒng) 熱力系、界面、外界 例 Ⅰ 研究氣缸中的氣體。 4. 有問題及時(shí)答疑。 1853年，他把能量轉(zhuǎn)化與物系的內(nèi)能聯(lián)系起來，給出了 熱力學(xué)第一定律 的數(shù)學(xué)表達(dá)式。onard Sadi Carnot 發(fā)表了 “ 關(guān)于火的動(dòng)力研究 ” 的論文 。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 工程熱力學(xué)與傳熱學(xué) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 緒 論 教學(xué)目標(biāo) : 使學(xué)生全面了解本課程的基本內(nèi)容，學(xué)科前沿研究現(xiàn)狀，本課程的學(xué)習(xí)方法。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 他通過對(duì)自己構(gòu)想的理想熱機(jī)的分析得出結(jié)論： 熱機(jī)必須在兩個(gè)熱源之間工作 ， 理想熱機(jī)的效率只取決與兩個(gè)熱源的溫度 ， 工作在兩個(gè)一定熱源之間的所有熱機(jī) ， 其效率都超不過可逆熱機(jī) ， 熱機(jī)在理想狀態(tài)下也不可能達(dá)到百分之百 。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 1875年 ， 美國(guó)耶魯大學(xué)數(shù)學(xué)物理學(xué)教授 Josiah Willard Gibbs發(fā)表了 “ 論多相物質(zhì)之平衡 ” 的論文 。 5. 獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。是什么熱力系？ 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 熱力系、界面、外界 界面 熱 源 外界 外界 熱力系統(tǒng) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 熱力系、界面、外界 界面 熱 源 外界 外界 熱力系統(tǒng) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 界面 熱 源 外界 外界 熱力系統(tǒng) 熱力系、界面、外界 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 界面 熱 源 外界 外界 熱力系統(tǒng) 熱力系、界面、外界 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 系 統(tǒng) 界面 熱力系、界面、外界 例 Ⅱ 研究氣缸中的氣體 (打開閥門 )。 （１）狀態(tài)參數(shù)的數(shù)學(xué)特性 2211 d x x x???或 如果某物理量具有上述數(shù)學(xué)特性，它就是狀態(tài)參數(shù)。 ２） 溫度 將描述熱平衡的這一宏觀特性的物理量，稱為溫度。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 二、外部?jī)?chǔ)存能 需要用系統(tǒng)外的參考坐標(biāo)系測(cè)量的參數(shù)來表示的能量，稱為 外部?jī)?chǔ)存能 ，它包括系統(tǒng)的宏觀動(dòng)能和重力位能： 221 mcEk ?m g zE p ?重力位能： 宏觀動(dòng)能： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 系統(tǒng)的儲(chǔ)存能 熱力學(xué)能 宏觀動(dòng)能 宏觀位能 UkEPEEkPE U E E? ? ??即 系統(tǒng)的儲(chǔ)存能 三、系統(tǒng)的總儲(chǔ)存能（簡(jiǎn)稱總能） 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 m g zmcUE ??? 2211kg工質(zhì)的總能為比總能： gzcue ??? 221或 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 內(nèi) 能 宏觀動(dòng)能 宏觀位能 JkpU U U??2J2kmcE ?JpE m g z?22mcE U m g z? ? ?儲(chǔ) 存 能 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 (2)焓 J / k gmJH/pvuhpVUH?????(3)熵 kg )J / ( kdJ / kQd????S/ mTqsTS??中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 13 平衡狀態(tài) ,狀態(tài)方程 ,坐標(biāo)圖 一、平衡狀態(tài) 定義 :一個(gè)熱力系 ,如果在不受外界影響下 ,系統(tǒng)的狀態(tài)能夠始終保持不變 ,則系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài) . 熱平衡狀態(tài) 力平衡狀態(tài) 化學(xué)平衡狀態(tài) 問題：如何定量描述工質(zhì)的狀態(tài)？ 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 平衡與穩(wěn)定 穩(wěn)定：參數(shù)不隨時(shí)間變化 穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 平衡與均勻 平衡 ：時(shí)間上 均勻 ：空間上 平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻的 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 二、狀態(tài)方程 ( , )v f T p? ( , , ) 0f T p v ?或 三 、 狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖 pv1 1p1v反映工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時(shí)基本狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系式，稱為狀態(tài)方程。 熱機(jī) —— 持續(xù)不斷地將熱 轉(zhuǎn)換為功的裝置。并認(rèn)為 同一截面上各點(diǎn)流速一致。 若充氣前容器為真空，則： inhu ?2。 ?有 ?m1的微元工質(zhì)流入進(jìn)口截面 1－ 1， 有 ?m2的微元工質(zhì)流出出口截面 2－ 2 ?系統(tǒng)從外界接受熱量 ?Q ?系統(tǒng)對(duì)機(jī)器作內(nèi)部功 ?Wi 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 ?工質(zhì)在開口系統(tǒng)中流動(dòng)而傳遞的功 ， 叫 推動(dòng)功 。 16 熱力循環(huán) P V 0 1 2 4 3 一、循環(huán)概說 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 循環(huán)過程的特點(diǎn) —— 經(jīng)一個(gè)循環(huán)后系統(tǒng)的內(nèi)能不變。 1 2 p v 2 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 1 一、準(zhǔn)靜態(tài)過程 (準(zhǔn)平衡過程 ) 針閥的開度非常?。?Δ p→0 ），內(nèi)部無壓差； 過程實(shí)施的假設(shè)條件： 活塞與汽缸壁無摩擦； 在任何時(shí)刻，工質(zhì) 1的內(nèi)部是均勻的。 建立任何一種溫標(biāo)都要選擇測(cè)溫物質(zhì)及其物質(zhì)的特性、規(guī)定溫標(biāo)的基準(zhǔn)點(diǎn)及分度方法。 ② 導(dǎo)出狀態(tài)參數(shù) 不能用儀器儀表直接或間接測(cè)量的參數(shù)稱為。 ? 開口系 — 與外界有物質(zhì)交換的熱力系。 教學(xué)實(shí)驗(yàn) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)課出勤率和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫，以 10%計(jì)入總分。 吉布斯的工作 ，把熱力學(xué)和化學(xué)在理論上緊密結(jié)合起來 ， 奠定了化學(xué)熱力學(xué)的重要基礎(chǔ) 。 Carnot (1796 1832) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 卡諾的論文發(fā)表后，沒有馬上引起人們的注意。 難點(diǎn)： 使同學(xué)們認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)本課程的重要性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，掌握專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)方法。 ?1799年 ， 英國(guó)化學(xué)家 Humphry Davy (17781829)通過冰的摩擦實(shí)驗(yàn)研究功轉(zhuǎn)換為熱 。 Clausius (1822 1888) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 1851年，英國(guó)物理學(xué)家 Lord Kelvin (1824l907)指出，不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響。 2. 課后及時(shí)整理學(xué)習(xí)筆記，復(fù)習(xí)鞏固提高。 系統(tǒng)與外界之間，通過邊界進(jìn)行能量的傳遞與物質(zhì)的遷移 。 實(shí)現(xiàn)平衡的充要條件：無內(nèi)部、外部勢(shì)差。 由壓力表測(cè)量出來的壓力稱為 表壓力 pg。 ? 分子間相互作用形成的內(nèi)位能?？赡嫜h(huán) 不可逆循環(huán) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 15 過程功和熱量 一、功的定義 定義 :力和力的方向上位移的乘積 . ??? 2121 Fd xwF d xW ??對(duì)于過程 12: 符號(hào)約定 :熱力系統(tǒng)對(duì)外輸出功為正 ,外界對(duì)系統(tǒng)作功為負(fù) . 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 二、可逆過程的功 p dVp A d xF dxW ?????? ??? 212121 )( dVVfp d VW?? ??? 212121 )( dvvfp d vw中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 功有何性質(zhì) ? ,不是狀態(tài)量 、 終狀態(tài)有關(guān) , 也與路徑有關(guān) v 1 p 2 a b 1V 2V2121 ???? ? ba WW中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 三、過程熱量 定義 :熱力系和外界之間僅僅由于溫度不同而通過邊界傳遞的能量 . 計(jì)算公式 : T d sq ?????2121T d sqdss T 2 1s 2s1 0熱量單位 :J,kJ 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 微小熱量 ： Q? 0 表示系統(tǒng)從外界吸熱； 0 表示系統(tǒng)向外界放熱。 抽去隔板，求 0?W? 例題 12： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 146 歸納 熱力學(xué)解題思路 1） 取好熱力系 2） 計(jì)算初、終態(tài) 3） 兩種解題思路 從已知條件逐步推向目標(biāo) 從目標(biāo)反過來缺什么補(bǔ)什么 4）不可逆過程的功可嘗試從外部參數(shù)著手 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于開口熱力系 ?實(shí)際熱力設(shè)備中實(shí)施的能量轉(zhuǎn)換往往是工質(zhì)在熱力裝置中循環(huán)不斷地流經(jīng)各相互銜接的熱力設(shè)備，完成不同的熱力過程后才能實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。另外在充氣過程中，雖然流動(dòng)情況隨時(shí)間變化，但可認(rèn)為通過容器邊界進(jìn)入容器的氣體進(jìn)口狀態(tài)不隨時(shí)間變化，這種充氣過程稱為 均勻狀態(tài)定態(tài)流動(dòng)過程。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 ?工質(zhì)在流動(dòng)時(shí) ， 總是從后面獲得推動(dòng)功 ， 而對(duì)前面作出推動(dòng)功 ， 進(jìn)出系統(tǒng)的推動(dòng)功之差稱為流動(dòng)功 （ 也是系統(tǒng)為維持工質(zhì)流動(dòng)所需的功 ） 。能量既不可能創(chuàng)造，也不能消滅，它只能在一定的條件下從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。只有準(zhǔn)靜態(tài)過程才能在坐標(biāo)圖中用 連續(xù)曲線 表示。 分度方法：認(rèn)定測(cè)溫物質(zhì)的測(cè)溫屬性隨溫度的變化是線性 的。 ② 廣延參數(shù) —— 與系統(tǒng)內(nèi)包含物質(zhì)的多少有關(guān)。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 閉口熱力系 閥門關(guān)閉 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 開口熱力系 開口舉例熱力系（放氣） 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 管 道 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 開口熱力系 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 開口熱力系 （鍋爐示意圖） 來自水泵 過熱器 爐墻 蒸發(fā)管 去汽輪機(jī) 燃料與空氣 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)動(dòng)力工程系 鍋爐 的簡(jiǎn)化熱力學(xué)分析模型 (主要考慮蒸汽的發(fā)生 ) 熱力系 熱量 （熱源）