【正文】 工程系 12 狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù) 熱力學狀態(tài) 定義 :工質(zhì)在熱力變化過程中某一瞬間所呈現(xiàn)的全部宏觀物理狀況。 實現(xiàn)平衡的充要條件：無內(nèi)部、外部勢差。 （ 2）熱力學中常用的狀態(tài)參數(shù) 溫度、壓力、比容、熱力學能（內(nèi)能）、焓、熵。 狀態(tài)參數(shù) ? ? 0d x中國礦業(yè)大學動力工程系 (３ )狀態(tài)參數(shù)的分類 ① 基本狀態(tài)參數(shù) 能夠用儀器儀表直接或間接測量的參數(shù)。 如 ：溫度、壓力、比容 如：熱力學 （ 內(nèi)能）、焓、熵。 ② 廣延參數(shù) —— 與系統(tǒng)內(nèi)包含物質(zhì)的多少有關(guān)。 如：總內(nèi)能、總焓、總熵等。 3m /kgVvm?表達式 ② 密度 單位容積的物質(zhì)所具有的質(zhì)量，稱為密度。 中國礦業(yè)大學動力工程系 ( ２ )壓力 熱力系的單位面積上所受到的垂直作用力。 由壓力表測量出來的壓力稱為 表壓力 pg。 表壓力 pg、 大氣壓力 pb和絕對壓力 p之間的關(guān)系如下： 3 5 61 k Pa 1 0 Pa 1 b a r 1 0 Pa 1 M Pa = 1 0 Pa??常用的壓力單位間的關(guān)系 中國礦業(yè)大學動力工程系 U形管式壓力計示意圖 bpp? bpp?gpvpbp bpp pbgp p p?? bvp p p??真空度 中國礦業(yè)大學動力工程系 (3) 溫度 １） 熱力學第零定律 與第三個系統(tǒng)處于熱平衡的系統(tǒng)， 彼此也處于熱平衡。 ３） 溫標 為進行溫度測量，需要有溫度的數(shù)值表示方法，測量溫 度的標尺稱為溫標。 中國礦業(yè)大學動力工程系 ② 熱力學溫標 Ｔ（ Ｋ） 常用的溫標 ① 攝氏溫標 t ℃ 基 準 點：標準大氣壓力下純水的冰點和沸點溫度為基準 點，規(guī)定冰點溫度為 0℃ 。 分度方法：認定測溫物質(zhì)的測溫屬性隨溫度的變化是線性 的。 基 準 點：純水的汽、液、固三相平衡共存的狀態(tài)點(三相點 )為基準點，并規(guī)定它的溫度為 。 ?系統(tǒng)儲存的能量稱為儲存能，它有 內(nèi)部儲存能 與 外部儲存能 之分。 其它狀態(tài)參數(shù) 中國礦業(yè)大學動力工程系 下面的熱力學系統(tǒng)具有哪些方面的能量 ? 熱力系 Ek Ep 內(nèi)部能量 外部動能 外部勢能 中國礦業(yè)大學動力工程系 一、熱力學能 (內(nèi)能 ) 熱力學能是儲存在系統(tǒng)內(nèi)部的能量，它與系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的內(nèi)部粒子的微觀運動和粒子的空間位置有關(guān)，是下列各種能量的總和： ? 分子熱運動形成的內(nèi)動能。 ? 分子間相互作用形成的內(nèi)位能。 ? 維持一定分子結(jié)構(gòu)的化學能、原子核內(nèi)部的原子能及電磁場作用下的電磁能等。對于簡單可壓縮系統(tǒng) ,狀態(tài)方程 : Tv1v11T中國礦業(yè)大學動力工程系 14 工質(zhì)的狀態(tài)變化過程 1 系統(tǒng)狀態(tài)的連續(xù)變化稱為系統(tǒng)經(jīng)歷了一個 熱力過程 簡稱 過程 。 工質(zhì)內(nèi)部無溫差； 工質(zhì)內(nèi)部無化學反應； 中國礦業(yè)大學動力工程系 1 2 v 2 1 p 一、準靜態(tài)過程 (內(nèi)部平衡過程 ) 2 中國礦業(yè)大學動力工程系 準靜態(tài)過程 :若過程進行得很緩慢 ,工質(zhì)在平衡被破壞后自動回復平衡所需要的時間 (即所謂的弛豫時間 )又短 ,工質(zhì)有足夠的時間來恢復平衡 ,隨時都不致于顯著偏離平衡狀態(tài) ,這樣的過程稱為準靜態(tài)過程。只有準靜態(tài)過程才能在坐標圖中用 連續(xù)曲線 表示。 中國礦業(yè)大學動力工程系 準靜態(tài)過程有實際意義嗎？ 既是平衡，又是變化 既可以用狀態(tài)參數(shù)描述，又可進行熱功轉(zhuǎn)換 疑問： 理論上 準靜態(tài)應無限緩慢， 工程上 怎樣處理？ 中國礦業(yè)大學動力工程系 準靜態(tài)過程的工程條件 破壞平衡所需時間 （外部作用時間） 恢復平衡所需時間 （馳豫時間） 有足夠時間恢復新平衡 ? 準靜態(tài)過程 中國礦業(yè)大學動力工程系 氣缸 活塞 飛輪 熱 源 二、可逆過程 工質(zhì)、機器和熱源組成的系統(tǒng) 過程假設(shè)： 無摩擦； 熱源與工質(zhì)溫差無限??； 工質(zhì)與外界壓差無限小。 注意： 可逆過程只是指可能性，并不 是指必須要回到初態(tài)的過程。 ● 實際過程都是不可逆過程！ 中國礦業(yè)大學動力工程系 三、循環(huán)過程 工質(zhì)從一個狀態(tài)出發(fā)經(jīng)過一系列的狀態(tài)變化又回到了原來的狀態(tài)稱之經(jīng)歷了一個熱力循環(huán)?？赡嫜h(huán) 不可逆循環(huán) 中國礦業(yè)大學動力工程系 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 ??對于過程 12: 符號約定 :熱力系統(tǒng)對外輸出功為正 ,外界對系統(tǒng)作功為負 . 中國礦業(yè)大學動力工程系 二、可逆過程的功 p dVp A d xF dxW ?????? ??? 212121 )( dVVfp d VW?? ??? 212121 )( dvvfp d vw中國礦業(yè)大學動力工程系 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中國礦業(yè)大學動力工程系 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 . 計算公式 : T d sq ?????2121T d sqdss T 2 1s 2s1 0熱量單位 :J,kJ 中國礦業(yè)大學動力工程系 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。 ? 熱量是過程量 系統(tǒng)可以和外界交換熱量 中國礦業(yè)大學動力工程系 循環(huán)過程 —— 物質(zhì)系統(tǒng)經(jīng) 歷一系列狀態(tài)變化過程又 回到初始狀態(tài)，稱這一周 而復始的變化過程為循環(huán) 過程。 工質(zhì) —— 在熱機中參與熱 功轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)。 凈功 A = 循環(huán)過程曲線所包圍的面積 V 0 A a 2 1 Q Q P 中國礦業(yè)大學動力工程系 二、正向循環(huán) ? 定義 把熱能轉(zhuǎn)化為機械能的循環(huán)叫正向循環(huán)，也叫動力循環(huán)，它使外界得到功 熱源 冷源 熱機 Q2 Q1 12n e tW Q Q??中國礦業(yè)大學動力工程系 正循環(huán) p V T S 凈效應：對外作功 凈效應：吸熱 正循環(huán)：順時針方向 2 1 1 2 中國礦業(yè)大學動力工程系 逆循環(huán) p V T S 凈效應：對內(nèi)作功 凈效應：放熱 逆循環(huán)：逆時針方向 2 1 1 2 中國礦業(yè)大學動力工程系 例題１ 如圖，已知大氣壓 B=101325Pa， U型管內(nèi) 汞柱高度差 H=300mm，氣體表 B讀數(shù)為，求： A室壓力 pA及氣壓表 A的讀數(shù)pgA。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。 17 熱力學第一定律的實質(zhì) ?第一定律的實質(zhì)：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的應用。 21Q W E E E? ? ? ? ? 設(shè)閉系中工質(zhì)從外界吸熱 Q后，從狀態(tài) 1變化到狀態(tài) 2，同時對外作功 W，則： 此式就是閉口系的能量方程式。試確定過程中系統(tǒng)動能的變化 。 抽去隔板，求 0?W? 例題 12： 中國礦業(yè)大學動力工程系 146 歸納 熱力學解題思路 1） 取好熱力系 2） 計算初、終態(tài) 3） 兩種解題思路 從已知條件逐步推向目標 從目標反過來缺什么補什么 4）不可逆過程的功可嘗試從外部參數(shù)著手 中國礦業(yè)大學動力工程系 熱力學第一定律應用于開口熱力系 ?實際熱力設(shè)備中實施的能量轉(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現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 ? 工質(zhì)在設(shè)備內(nèi)流動時，在同一截面上參數(shù)近似地看作是均勻的。 中國礦業(yè)大學動力工程系 一、開口系能量方程 ?圖中的開口系在 d? 時間內(nèi)進行了一個微元過程： ? Wi表示工質(zhì)在機器內(nèi)部對機器所作的功，而軸功 Ws為 Wi的有用功部分，兩者的差為機器各部分的摩擦損失。 推動功和流動功 m p vpVlpA ????在作推動功時，工質(zhì)的狀態(tài)沒有改變（如圖中的C點），因此推動功不會來自系統(tǒng)的儲存能－熱力學能，而是系統(tǒng)以外的物質(zhì)，這樣的物質(zhì)稱為外部功源。 中國礦業(yè)大學動力工程系 ?工質(zhì)在流動時 ， 總是從后面獲得推動功 ， 而對前面作出推動功 ， 進出系統(tǒng)的推動功之差稱為流動功 （ 也是系統(tǒng)為維持工質(zhì)流動所需的功 ） 。 ?焓是一種宏觀存在的狀態(tài)參數(shù)，不僅在開口系統(tǒng)中出現(xiàn)，而且在分析閉口系統(tǒng)時，它同樣存在。 mmmddE s y s ?????? 21,0?中國礦業(yè)大學動力工程系 ?能量方程則可寫成： swzgchq ???????221? 此方程為流過開口系 1kg流體的穩(wěn)定流動的能量方程。 1 2 流入 流出 0gz??1h 2hq中國礦業(yè)大學動力工程系 ? 節(jié)流 21 hh ?注：流入和流出的速度相等。另外在充氣過程中，雖然流動情況隨時間變化，但可認為通過容器邊界進入容器的氣體進口狀態(tài)不隨時間變化，這種充氣過程稱為 均勻狀態(tài)定態(tài)流動過程。取容器為系統(tǒng)： iinfoutoutfCV WmgzchmgzchdEQ ???? ????????????????????????2222絕熱充氣過程的條件可表示為： 000 ??? outi mWQ ??? 忽略進入容器時氣體的動能及位能變化，則方程變?yōu)椋? ininCV mhdU ??中國礦業(yè)大學動力工程系 積分： ininininininCVhmUUmhmhdU???? ???12??? 在充氣過程中，容器內(nèi)氣體熱力學能的增量等于充入