【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 工程熱物理教研室 狀態(tài)方程 閉口系： 不平衡勢(shì)差 ? 狀態(tài)變化 ? 能量傳遞 消除一種不平衡勢(shì)差 ? 達(dá)到某一方面平衡 ? 消除一種能量傳遞方式 而 不平衡勢(shì)差彼此獨(dú)立 ? 獨(dú)立參數(shù)數(shù)目 N=不平衡勢(shì)差數(shù) =能量轉(zhuǎn)換方式的數(shù)目 =各種功的方式 +熱量 = n+1 n ? 容積變化功、電功、拉伸功、表面張力功等 ?狀態(tài)公理 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 ?狀態(tài)方程 簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)： N = n + 1 = 2 絕熱簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng) ? N = ? 狀態(tài)方程 ? 基本狀態(tài)參數(shù)（ p,v,T)之間 的關(guān)系 ),( Tpfv ? 0),( ?Tvpf華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 狀態(tài)方程的具體形式 理想氣體的狀態(tài)方程 RTpv ?p V m R T?實(shí)際工質(zhì)的狀態(tài)方程？？？ 狀態(tài)方程的具體形式取決于工質(zhì)的性質(zhì) 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 狀態(tài)參數(shù)座標(biāo)圖 簡(jiǎn)單可壓縮系 N=2， 平面 坐標(biāo)圖 p v 1） 系統(tǒng)任何平衡態(tài)可 表示在坐標(biāo)圖上 說(shuō)明： 2） 過(guò)程線(xiàn)中任意一點(diǎn) 為平衡態(tài) 3） 不平衡態(tài)無(wú)法在圖 上用實(shí)線(xiàn)表示 常見(jiàn) pv圖和 Ts圖 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 167。 16 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程、可逆過(guò)程 平衡狀態(tài) 狀態(tài)不變化 能量不能轉(zhuǎn)換 非平衡狀態(tài) 無(wú)法簡(jiǎn)單描述 熱力學(xué)引入 準(zhǔn)靜態(tài) （ 準(zhǔn)平衡 ） 過(guò)程 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 一般過(guò)程 p1 = p0+重物 p， T p0 T1 = T0 突然去掉重物 最終 p2 = p0 T2 = T0 p v 1 2 . . 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 假如重物有無(wú)限多層 每次只去掉無(wú)限薄一層 p v 1 2 . . . 系統(tǒng) 隨時(shí) 接近于平衡態(tài) . . . . . . . . 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 (Quasiequilibrium processes) 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 (Quasiequilibrium processes) 定義：所謂準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是指狀態(tài)變化過(guò)程中的每個(gè)中間狀態(tài)都 無(wú)限接近 平衡狀態(tài)的過(guò)程。 When a process proceeds in such a manner that the system remains infinitesimally(無(wú)限小 ) close to an equilibrium state at all times, it is called a quasistatic, or quasiequilibrium, process. 實(shí)現(xiàn)條件：推動(dòng)過(guò)程進(jìn)行的勢(shì)差無(wú)限小 系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力足夠快 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程有實(shí)際意義嗎？ 既是平衡，又是變化 既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換 疑問(wèn)：理論上準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)無(wú)限緩慢，工程上怎樣處理？ 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的工程條件 破壞平衡所需時(shí)間 （外部作用時(shí)間） 恢復(fù)平衡所需時(shí)間 （馳豫時(shí)間） 有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡 ? 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的工程應(yīng)用 例 11：活塞式內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速 2022轉(zhuǎn) /分，活塞 2沖程 /轉(zhuǎn)，行程 。 活塞運(yùn)動(dòng)速度 =2022?2 ?壓力波恢復(fù)平衡速度（聲速） 350 m/s 破壞平衡所需時(shí)間 （外部作用時(shí)間） 恢復(fù)平衡所需時(shí)間 （馳豫時(shí)間） 一般的工程過(guò)程都可認(rèn)為是 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 具體工程問(wèn)題具體分析?！?突然 ”“ 緩慢 ” 活塞式內(nèi)燃機(jī) 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 ? 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程意味著過(guò)程可描述，因此系統(tǒng)在過(guò)程中所作出的功是可描述、可計(jì)算的。 ? 但是這個(gè)功是否等于外界所接收到的有用功（ 技術(shù)上有用的，可以輸給功源的功 ）呢？ 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 摩擦力 f的影響 若有 摩擦力 f 存在，就存在損失 p p外 2 1 系統(tǒng)對(duì)外作功 W，由于摩擦損失，外界得到的 可以再返還給系統(tǒng)的那部分功，只有 W ’W， 而系統(tǒng)此時(shí)得到的功為 W’’W’ 則 外界 、 系統(tǒng) 不能同時(shí)恢復(fù)原態(tài)。 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 摩擦損失的影響 若 f ＝ 0 p p外 2 1 系統(tǒng)對(duì)外作功 W，外界得到的功可以返還系統(tǒng)的功 W ’＝ W 則 外界 、 系統(tǒng) 同時(shí)恢復(fù)原態(tài)。 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 167。 17可逆過(guò)程的定義 系統(tǒng)經(jīng)歷某一過(guò)程后，如果能使 系統(tǒng) 與 外界 同時(shí) 恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過(guò)程為可逆過(guò)程。 注意： 可逆過(guò)程只是指可能性，并不 是指必須要回到初態(tài)的過(guò)程。 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 可逆過(guò)程的實(shí)現(xiàn) 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 + 無(wú)耗散效應(yīng) = 可逆過(guò)程 不平衡勢(shì)差無(wú)限小 通過(guò)摩擦使功 變熱的效應(yīng) (摩阻，電阻，非彈性變形，磁阻等） 不平衡勢(shì)差 不可逆根源 耗散效應(yīng) 耗散效應(yīng) 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 引入可逆過(guò)程的意義 ? 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是實(shí)際過(guò)程的 理想化 過(guò)程， 但并非 最優(yōu) 過(guò)程，可逆過(guò)程是 最優(yōu) 過(guò)程。 ? 可逆過(guò)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(dá)，可不考慮系統(tǒng)與外界 的復(fù)雜關(guān)系，易分析。 ? 實(shí)際過(guò)程不是可逆過(guò)程，但為了研究方 便，先按 理想 情況（ 可逆過(guò)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。 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 完全可逆、內(nèi)可逆與外可逆 完全可逆 內(nèi)部可逆，外部不可逆 外部可逆，內(nèi)部不可逆 ?常見(jiàn) 90 ℃ 0 ℃ 例： 內(nèi)可逆 外不可逆 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 典型的不可逆過(guò)程 不等溫傳熱 T1 T2 T1T2 Q 自由膨脹 真空 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 華中科技大學(xué)能源學(xué)院 工程熱物理教研室 典型的不可逆過(guò)程 節(jié)流過(guò)程 (閥門(mén)） p1 p2 p1p2 混合過(guò)程 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ★ ★ ★ ★ ★ ★