熱工基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)

1、總復(fù)習(xí)總復(fù)習(xí)(Overall Review)o系統(tǒng)系統(tǒng) (Thermodynamic System): A quantity of matter or a region in space chosen for study. （系統(tǒng)就是指被選做研究對(duì)象的物體或空間。）（系統(tǒng)就是指被選做研究對(duì)象的物體或空間。）2. 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)(Equilibrium State) A system in equilibrium experiences no changes with time when it is isolated from its surroundings. 所謂平衡狀態(tài)就是指在所謂平衡狀

2、態(tài)就是指在沒有外界影響沒有外界影響的情況下，系統(tǒng)的情況下，系統(tǒng)的狀態(tài)的狀態(tài)不隨時(shí)間而發(fā)生變化不隨時(shí)間而發(fā)生變化。Basic Concept3.準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程(Quasi-static Process ) 在在無(wú)限小勢(shì)差推動(dòng)無(wú)限小勢(shì)差推動(dòng)下的由下的由連續(xù)平衡態(tài)連續(xù)平衡態(tài)組成的過(guò)組成的過(guò)程，就是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。程，就是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。 When a process proceeds in such a manner that the system remains infinitesimally close to an equilibrium state at all times, it is cal

3、led a quasi-static or quasi-equilibrium process.4.可逆過(guò)程可逆過(guò)程(Reversible process) 系統(tǒng)經(jīng)歷某一過(guò)程后，如果能使系統(tǒng)經(jīng)歷某一過(guò)程后，如果能使系統(tǒng)系統(tǒng)與與外界外界同時(shí)同時(shí)恢恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過(guò)程為復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過(guò)程為可可逆過(guò)程逆過(guò)程。 A process that can reversed without leaving any trace on the surroundings. That is, both the system and the surroundings are

4、returned to their initial states at the end of the reverse process.o 自發(fā)過(guò)程自發(fā)過(guò)程(Spontaneous Process)不需要任何外界作用而不需要任何外界作用而自動(dòng)自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程。進(jìn)行的過(guò)程。 A process which can happy naturally without the interference from the surroundings.5.循環(huán)循環(huán) (Cycle) If a system returns to its initial state at the end of the process,

5、 it is said a system have undergone a cycle. 系統(tǒng)經(jīng)歷了一系列狀態(tài)變化過(guò)程，又回到了原來(lái)狀態(tài)，稱為熱力循環(huán)。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。系統(tǒng)與外界的分界面（線）。系統(tǒng)與外界的分界面（線）。 外界外界(surrounding )： 邊界邊界(boundary)：6. 熱力系統(tǒng)（熱力系、系統(tǒng)、體系）外界和邊界熱力系統(tǒng)（熱力系、系統(tǒng)、體系）外界和邊界 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

6、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7. CLOSED SYSTEMS AND CONTROL VOLUMESoSystem: A quantity of matter or a region in space chosen for study. oSurroundings: The mass or region outside the systemoBoundary: The real or imaginary surface that separates the system from its surroundings.oThe boundary of a syst

7、em can be fixed or movable.oSystems may be considered to be closed or open. oClosed system (Control mass): A fixed amount of mass, and no mass can cross its boundaryoOpen system (control volume): A properly selected region in space. oIt usually encloses a device that involves mass flow such as a com

8、pressor, turbine, or nozzle.oBoth mass and energy can cross the boundary of a control volume.oControl surface: The boundaries of a control volume. It can be real or imaginary.9u 閉口系（閉口系（closed system） （控制質(zhì)量（控制質(zhì)量CM） 沒有質(zhì)量越過(guò)邊界沒有質(zhì)量越過(guò)邊界 u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)邊界與外界有質(zhì)量交換2. 按系統(tǒng)與外

9、界質(zhì)量交換按系統(tǒng)與外界質(zhì)量交換10 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； 閉口系是始終不交換質(zhì)量，所以質(zhì)量肯定不變；閉口系是始終不交換質(zhì)量，所以質(zhì)量肯定不變； 質(zhì)量保持不變也有可能是恒流系統(tǒng)（時(shí)刻進(jìn)出質(zhì)質(zhì)量保持不變也有可能是恒流系統(tǒng)（時(shí)刻進(jìn)出質(zhì)量相等）。量相等）。 2）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：u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;u 孤立系（孤立系（isolated system） 與外界無(wú)任何形式的相互作用（如質(zhì)與外界無(wú)任何形式的相互作用（如質(zhì)量、能量、作功等）。量、能量、作功等

10、）。3. 按能量交換按能量交換111 2 3 4 m Q W 1 開口系開口系非孤立系相關(guān)外界非孤立系相關(guān)外界 孤立系孤立系1+2 閉口系閉口系1+2+3 絕熱閉口系絕熱閉口系1+2+3+4 孤立系孤立系124. 簡(jiǎn)單可壓縮系（簡(jiǎn)單可壓縮系（simple compressible system）最重要的系統(tǒng)最重要的系統(tǒng) ！u由可壓縮物質(zhì)組成的有限物質(zhì)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)無(wú)化學(xué)反應(yīng)。由可壓縮物質(zhì)組成的有限物質(zhì)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)無(wú)化學(xué)反應(yīng)。u這種系統(tǒng)與外界這種系統(tǒng)與外界可逆功可逆功交換只有交換只有容積變化功容積變化功（膨脹功或壓（膨脹功或壓縮功）一種形式。縮功）一種形式。u這種系統(tǒng)只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變

11、化功，這種系統(tǒng)只交換熱量和一種準(zhǔn)靜態(tài)的容積變化功， 或者說(shuō)和外界只可能進(jìn)行熱能和機(jī)械能交換?；蛘哒f(shuō)和外界只可能進(jìn)行熱能和機(jī)械能交換。容積變化功容積變化功 壓縮功壓縮功膨脹功膨脹功 131-3 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) 工質(zhì)在熱力學(xué)變化過(guò)程中的某個(gè)瞬間所呈現(xiàn)的宏工質(zhì)在熱力學(xué)變化過(guò)程中的某個(gè)瞬間所呈現(xiàn)的宏觀物理狀況稱為工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)，簡(jiǎn)稱狀態(tài)。觀物理狀況稱為工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)，簡(jiǎn)稱狀態(tài)。 狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù) 用來(lái)用來(lái)描述工質(zhì)所處描述工質(zhì)所處平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)的宏觀物理量的宏觀物理量 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

12、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14三、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)單可壓縮系簡(jiǎn)單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件：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，因?yàn)檫@種狀態(tài)參數(shù)對(duì)應(yīng)相等，因?yàn)檫@種系統(tǒng)，兩個(gè)獨(dú)立狀參確定后，其他系統(tǒng)，兩個(gè)獨(dú)立狀參確定后，其

13、他4個(gè)狀參可以個(gè)狀參可以由這由這2個(gè)狀參推導(dǎo)出。個(gè)狀參推導(dǎo)出。狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然151-4 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)1定義：如果定義：如果在不受外界影響的條件下，在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)能夠系統(tǒng)的狀態(tài)能夠始終始終保持不變保持不變（狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間改變），則系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱（狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間改變），則系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。為平衡狀態(tài)。熱平衡熱平衡： 組成熱力系統(tǒng)的各部分之間沒有熱量的傳遞，則系統(tǒng)處組成熱力系統(tǒng)的各部分之間沒有熱量的傳遞，則系統(tǒng)處于熱平衡。于熱平衡。力平衡力平衡： 組成熱力系統(tǒng)的各部分之間沒有相對(duì)位移，則系統(tǒng)處于力組成熱

14、力系統(tǒng)的各部分之間沒有相對(duì)位移，則系統(tǒng)處于力平衡。平衡。u系統(tǒng)熱力平衡的充分必要條件系統(tǒng)熱力平衡的充分必要條件 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)161-4 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)u工程熱力學(xué)通常只研究工程熱力學(xué)通常只研究平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)。u熱力平衡系統(tǒng)特點(diǎn)：熱力平衡系統(tǒng)特點(diǎn)： 處于熱力平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，只要不受外界影響，它的狀處于熱力平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，只要不受外界影響，它的狀態(tài)就不會(huì)隨時(shí)間改變，平衡也不會(huì)自發(fā)地破壞。態(tài)就不會(huì)隨時(shí)間改變，平衡也不會(huì)自發(fā)地破壞。一、平衡狀態(tài)一、平衡狀態(tài)u不平衡系統(tǒng)特點(diǎn)：不平衡系統(tǒng)特點(diǎn)： 處于不平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，由于各部分之間的傳熱

15、和位移，處于不平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，由于各部分之間的傳熱和位移，其狀態(tài)將隨時(shí)間而改變，改變的結(jié)果一定是傳熱和位移逐其狀態(tài)將隨時(shí)間而改變，改變的結(jié)果一定是傳熱和位移逐漸減弱（如果不再受到外界影響），直至完全停止；所以，漸減弱（如果不再受到外界影響），直至完全停止；所以，不平衡狀態(tài)系統(tǒng)，在沒有外界條件的影響下，總會(huì)自發(fā)地不平衡狀態(tài)系統(tǒng)，在沒有外界條件的影響下，總會(huì)自發(fā)地趨于平衡狀態(tài)趨于平衡狀態(tài)。172. 2. 平衡與均勻平衡與均勻平衡：時(shí)間上平衡：時(shí)間上 均勻：空間上均勻：空間上 u均勻并非系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)的必要條件；均勻并非系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)的必要條件；u平衡不一定均勻（如氣液兩相并存的熱力平衡不一定均

16、勻（如氣液兩相并存的熱力平衡系統(tǒng)），單相平衡態(tài)則一定是均勻的。平衡系統(tǒng)），單相平衡態(tài)則一定是均勻的。183.3.平衡與穩(wěn)定平衡與穩(wěn)定u穩(wěn)定狀態(tài)：參數(shù)不隨時(shí)間變化，不考慮參數(shù)保持不穩(wěn)定狀態(tài)：參數(shù)不隨時(shí)間變化，不考慮參數(shù)保持不變是如何實(shí)現(xiàn)的。變是如何實(shí)現(xiàn)的。u平衡狀態(tài)：是在沒有外界作用下實(shí)現(xiàn)參數(shù)保持不變。平衡狀態(tài)：是在沒有外界作用下實(shí)現(xiàn)參數(shù)保持不變。穩(wěn)定但存在不平衡勢(shì)差穩(wěn)定但存在不平衡勢(shì)差去掉外界影響，則狀態(tài)變化去掉外界影響，則狀態(tài)變化若以（熱源若以（熱源+ +銅棒銅棒+ +冷源）冷源）為系統(tǒng)，又如何？為系統(tǒng)，又如何？ u穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定。穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定。 則為平衡狀

17、態(tài)則為平衡狀態(tài)191. 1. 準(zhǔn)平衡（準(zhǔn)靜態(tài)）過(guò)程引入準(zhǔn)平衡（準(zhǔn)靜態(tài)）過(guò)程引入平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)狀態(tài)不變化狀態(tài)不變化能量不能轉(zhuǎn)換能量不能轉(zhuǎn)換非平衡狀態(tài)非平衡狀態(tài)無(wú)法用狀態(tài)參數(shù)簡(jiǎn)單描述無(wú)法用狀態(tài)參數(shù)簡(jiǎn)單描述熱力學(xué)引入熱力學(xué)引入準(zhǔn)平衡（準(zhǔn)靜態(tài)）準(zhǔn)平衡（準(zhǔn)靜態(tài)）過(guò)程過(guò)程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 一、準(zhǔn)平衡過(guò)程一、準(zhǔn)平衡過(guò)程沒有工質(zhì)狀態(tài)變化，所以不能實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化沒有工質(zhì)狀態(tài)變化，所以不能實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化203 3）準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程實(shí)際意義）準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程實(shí)際意義疑問(wèn)：疑問(wèn)：理論上準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)無(wú)限緩慢，工理論上準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)無(wú)限緩慢，工程上怎樣處理？程上怎樣處理？準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的工程條

18、件：準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的工程條件：破壞平衡所需時(shí)間破壞平衡所需時(shí)間 （外部作用時(shí)間）（外部作用時(shí)間）恢復(fù)平衡所需時(shí)間恢復(fù)平衡所需時(shí)間 （馳豫時(shí)間）（馳豫時(shí)間）u有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡有足夠時(shí)間恢復(fù)新平衡 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 一般的一般的工程過(guò)程工程過(guò)程都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。都可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。212. 2. 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程定義準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程定義 有無(wú)限接近平衡狀態(tài)的狀態(tài)組成的有無(wú)限接近平衡狀態(tài)的狀態(tài)組成的過(guò)程過(guò)程稱為稱為準(zhǔn)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程過(guò)程。3. 3. 準(zhǔn)靜態(tài)與平衡態(tài)的區(qū)別準(zhǔn)靜態(tài)與平衡態(tài)的區(qū)別 平衡態(tài)平衡態(tài)p=0, p=0, T=0T=0；準(zhǔn)靜態(tài)；準(zhǔn)靜態(tài)p0, p0, T0T0 4. 4. 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程特征準(zhǔn)

19、靜態(tài)過(guò)程特征 平衡態(tài)的破壞離平衡態(tài)非常近，或者說(shuō)破壞量平衡態(tài)的破壞離平衡態(tài)非常近，或者說(shuō)破壞量非常??；非常??； 破壞平衡態(tài)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工質(zhì)內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)破壞平衡態(tài)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工質(zhì)內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)的速度。的速度。22一、功的定義和可逆過(guò)程的功一、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：力力 在力方向上的位移。在力方向上的位移。 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212211ddWWpA xp V功是過(guò)程量，與初狀態(tài)、末狀態(tài)、功是過(guò)程量，與初狀態(tài)、末狀態(tài)、

20、過(guò)程有關(guān)；過(guò)程有關(guān)；功可以用功可以用p- -v圖上過(guò)程線與圖上過(guò)程線與v軸包圍的軸包圍的面積表示。所以面積表示。所以p-v圖稱為示功圖。圖稱為示功圖。1-6 功和熱量功和熱量23 系統(tǒng)對(duì)外作功為系統(tǒng)對(duì)外作功為“+ +”外界對(duì)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或J /sWk J /sk W附：附：1kW h3600kJ4功的符號(hào)約定：功的符號(hào)約定：24二、熱量二、熱量1定義：定義：僅僅由于溫差而僅僅由于溫差而 通過(guò)邊界傳遞的能量通過(guò)邊界傳遞的能量。2符號(hào)約定：系統(tǒng)吸熱符號(hào)約定：系統(tǒng)吸熱“+”； 放熱放熱“-”3單位：?jiǎn)挝唬?JkJ4計(jì)算式及狀態(tài)參數(shù)圖計(jì)算

21、式及狀態(tài)參數(shù)圖21d(dQT SQT S可逆過(guò)程）u熱量是過(guò)程量熱量是過(guò)程量（T-s圖上）表示圖上）表示25四、四、熱量與功的異同：熱量與功的異同：u均為通過(guò)邊界傳遞的能量；均為通過(guò)邊界傳遞的能量；u功是有規(guī)則的宏觀運(yùn)動(dòng)能量的傳遞，傳遞由壓力差推功是有規(guī)則的宏觀運(yùn)動(dòng)能量的傳遞，傳遞由壓力差推動(dòng)，比體積變化是作功標(biāo)志，作功過(guò)程中往往伴隨著能動(dòng)，比體積變化是作功標(biāo)志，作功過(guò)程中往往伴隨著能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化；量形態(tài)的轉(zhuǎn)化；u熱量則是大量微觀粒子雜亂熱運(yùn)動(dòng)的能量的傳遞，傳熱量則是大量微觀粒子雜亂熱運(yùn)動(dòng)的能量的傳遞，傳遞由溫差推動(dòng)，比熵變化是傳熱的標(biāo)志，傳熱過(guò)程中不遞由溫差推動(dòng)，比熵變化是傳熱的標(biāo)志，傳熱過(guò)

22、程中不出現(xiàn)能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化。出現(xiàn)能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化。u功功u都是能量傳遞的度量，均為過(guò)程量（不是狀態(tài)量）；都是能量傳遞的度量，均為過(guò)程量（不是狀態(tài)量）；熱熱 是無(wú)條件的；是無(wú)條件的；u熱熱功功 是有條件、限度的。是有條件、限度的。261-7 熱力循環(huán)熱力循環(huán)一、一、定義定義：d0 x u過(guò)程：是指熱力系從一個(gè)狀態(tài)向另一個(gè)狀態(tài)變化時(shí)所經(jīng)歷過(guò)程：是指熱力系從一個(gè)狀態(tài)向另一個(gè)狀態(tài)變化時(shí)所經(jīng)歷的全部狀態(tài)的總和。的全部狀態(tài)的總和。u循環(huán)：是封閉的過(guò)程，也就是說(shuō)，循環(huán)是這樣的過(guò)程：熱循環(huán)：是封閉的過(guò)程，也就是說(shuō)，循環(huán)是這樣的過(guò)程：熱力系從某一狀態(tài)開始，經(jīng)過(guò)一系列中間狀態(tài)后，又回復(fù)到力系從某一狀態(tài)開始，經(jīng)過(guò)一系列

23、中間狀態(tài)后，又回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。循環(huán)的特點(diǎn)：原來(lái)的狀態(tài)。循環(huán)的特點(diǎn)：封閉的熱力過(guò)程，且一切狀態(tài)參數(shù)恢復(fù)原值，即：封閉的熱力過(guò)程，且一切狀態(tài)參數(shù)恢復(fù)原值，即：循環(huán)是一種特殊的過(guò)程。循環(huán)是一種特殊的過(guò)程。27二二. . 循環(huán)和過(guò)程循環(huán)和過(guò)程pv123Ts12344u循環(huán)由過(guò)程構(gòu)成循環(huán)由過(guò)程構(gòu)成; ;u全部由可逆過(guò)程組成的循環(huán)稱為可逆循環(huán)；全部由可逆過(guò)程組成的循環(huán)稱為可逆循環(huán)；u若循環(huán)中有部分過(guò)程或全部過(guò)程是不可逆的，則該循環(huán)為不若循環(huán)中有部分過(guò)程或全部過(guò)程是不可逆的，則該循環(huán)為不可逆循環(huán)?？赡嫜h(huán)。不可逆循環(huán)不可逆循環(huán) 可逆可逆過(guò)程過(guò)程不可逆不可逆循環(huán)循環(huán)可逆循環(huán)可逆循環(huán)28三、動(dòng)力循環(huán)（正向循環(huán)

24、）三、動(dòng)力循環(huán)（正向循環(huán)）u工質(zhì)完成一個(gè)循環(huán)后，對(duì)外作出正的凈功（工質(zhì)完成一個(gè)循環(huán)后，對(duì)外作出正的凈功（1-2-3-4-1）；）；u輸出凈功的原因：膨脹過(guò)程線的位置高于壓縮過(guò)程線。輸出凈功的原因：膨脹過(guò)程線的位置高于壓縮過(guò)程線。 將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的循環(huán)稱為正向循環(huán)（也叫熱動(dòng)力將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的循環(huán)稱為正向循環(huán)（也叫熱動(dòng)力循環(huán)），它使外界得到功。如內(nèi)燃機(jī)、蒸汽輪機(jī)、噴氣式發(fā)循環(huán)），它使外界得到功。如內(nèi)燃機(jī)、蒸汽輪機(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)等。在動(dòng)機(jī)等。在p-v圖和圖和T-s圖上都是按順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行的。圖上都是按順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行的。29三、動(dòng)力循環(huán)（正向循環(huán)）三、動(dòng)力循環(huán)（正向循環(huán)）u要是膨脹過(guò)程線高于壓

25、縮過(guò)程線就需要：要是膨脹過(guò)程線高于壓縮過(guò)程線就需要：在膨脹開始前或在膨脹開始前或膨脹過(guò)程中與高溫?zé)嵩唇佑|，從中吸入熱量膨脹過(guò)程中與高溫?zé)嵩唇佑|，從中吸入熱量；而；而在壓縮過(guò)程在壓縮過(guò)程開始前或在壓縮過(guò)程中與低溫?zé)嵩唇佑|，放出熱量開始前或在壓縮過(guò)程中與低溫?zé)嵩唇佑|，放出熱量。u這也是為什么我們使用的熱動(dòng)力設(shè)備，都是工質(zhì)在膨脹前這也是為什么我們使用的熱動(dòng)力設(shè)備，都是工質(zhì)在膨脹前加熱，壓縮前放熱。加熱，壓縮前放熱。動(dòng)力循環(huán)熱效率：動(dòng)力循環(huán)熱效率：nett11wq30四、四、逆向循環(huán)逆向循環(huán) 將熱量從低溫?zé)嵩磦鹘o高溫?zé)嵩吹难h(huán)叫做逆向循環(huán)，將熱量從低溫?zé)嵩磦鹘o高溫?zé)嵩吹难h(huán)叫做逆向循環(huán)，一般來(lái)講逆向循

26、環(huán)必然消耗外功，如制冷循環(huán)（冰箱、制一般來(lái)講逆向循環(huán)必然消耗外功，如制冷循環(huán)（冰箱、制冷空調(diào)）、空調(diào)的熱泵循環(huán)。在冷空調(diào)）、空調(diào)的熱泵循環(huán)。在p-v圖和圖和T-s圖上都是按逆圖上都是按逆時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行的。時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行的。u工質(zhì)完成一個(gè)循環(huán)后，外界向工質(zhì)輸入功（工質(zhì)完成一個(gè)循環(huán)后，外界向工質(zhì)輸入功（1-2-3-4-1）；）；u輸出凈功的原因：膨脹過(guò)程線的位置低于壓縮過(guò)程線。輸出凈功的原因：膨脹過(guò)程線的位置低于壓縮過(guò)程線。31四、四、逆向循環(huán)逆向循環(huán)u要是膨脹過(guò)程線低于壓縮過(guò)程線就需要：要是膨脹過(guò)程線低于壓縮過(guò)程線就需要：工質(zhì)在吸熱前進(jìn)工質(zhì)在吸熱前進(jìn)行降溫過(guò)程，使工質(zhì)的溫度降低到能自低溫?zé)嵩次崃?/p>

27、，行降溫過(guò)程，使工質(zhì)的溫度降低到能自低溫?zé)嵩次崃?，然后工質(zhì)再在冷庫(kù)中吸熱膨脹然后工質(zhì)再在冷庫(kù)中吸熱膨脹；之后，；之后，在壓縮機(jī)的作用下，在壓縮機(jī)的作用下，將工質(zhì)壓縮，使其溫度升高到能向高溫?zé)嵩捶艧岬臏囟?。將工質(zhì)壓縮，使其溫度升高到能向高溫?zé)嵩捶艧岬臏囟?。制冷系?shù)制冷系數(shù):2netor1qw供熱系數(shù)：供熱系數(shù)：1net1qw32u熱能熱能裝置裝置第第1 1章章 復(fù)習(xí)總結(jié)復(fù)習(xí)總結(jié)u系統(tǒng)系統(tǒng)u狀態(tài)狀態(tài)u過(guò)程過(guò)程u循環(huán)循環(huán)不斷做功不斷做功不斷交換熱量不斷交換熱量3323 熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式熱力學(xué)第一定律基本表達(dá)式u 加入熱力系的能量總和加入熱力系的能量總和熱力系輸出的能量總和熱力系輸出的能量

28、總和= 熱力系總儲(chǔ)存能的增量熱力系總儲(chǔ)存能的增量u熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律能量既不會(huì)產(chǎn)生也不會(huì)消亡，能量既不會(huì)產(chǎn)生也不會(huì)消亡，它們只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一它們只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個(gè)物體上轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的個(gè)物體上轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，它們的總量保持不變。過(guò)程中，它們的總量保持不變。理解思路：如果轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過(guò)程中有能量消失或增加，則上理解思路：如果轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過(guò)程中有能量消失或增加，則上式不成立！式不成立！34u討論：討論： 2）對(duì)于可逆過(guò)程對(duì)于可逆過(guò)程ddQUp V3）對(duì)于循環(huán)對(duì)于循環(huán)netnetdQUWQW4）對(duì)于定量工質(zhì)

29、吸熱與升溫關(guān)系，還取決于）對(duì)于定量工質(zhì)吸熱與升溫關(guān)系，還取決于W 的的 “+”、“”、數(shù)值大小。、數(shù)值大小。ddQUWQUWquwquw 1 1）適用條件：任何工質(zhì)）適用條件：任何工質(zhì); ;任何過(guò)程；任何過(guò)程；35ifwzgc221hqu等式右邊等式右邊均源自于工質(zhì)在狀態(tài)變化過(guò)程中通過(guò)膨脹而實(shí)施的均源自于工質(zhì)在狀態(tài)變化過(guò)程中通過(guò)膨脹而實(shí)施的熱能轉(zhuǎn)變成的機(jī)械能。熱能轉(zhuǎn)變成的機(jī)械能。等式左邊等式左邊是工質(zhì)在過(guò)程中的容積變化功。是工質(zhì)在過(guò)程中的容積變化功。因此上式說(shuō)明因此上式說(shuō)明, , 工質(zhì)在狀態(tài)變化過(guò)程中從熱能轉(zhuǎn)變而來(lái)的機(jī)械工質(zhì)在狀態(tài)變化過(guò)程中從熱能轉(zhuǎn)變而來(lái)的機(jī)械能總和等于膨脹功能總和等于膨脹功。

30、五、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式分析五、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式分析考慮到考慮到 )(hpvu，所以：，所以： ifwpvzgc)(21u-q2工質(zhì)機(jī)械能變化工質(zhì)機(jī)械能變化維持工質(zhì)流動(dòng)維持工質(zhì)流動(dòng)所需的流動(dòng)功所需的流動(dòng)功工質(zhì)對(duì)機(jī)工質(zhì)對(duì)機(jī)器作的功器作的功36u由于機(jī)械能可全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣τ捎跈C(jī)械能可全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣? , 所以，等式右邊第所以，等式右邊第1 1項(xiàng)與第項(xiàng)與第3 3項(xiàng)項(xiàng)之和是技術(shù)上可資利用的功之和是技術(shù)上可資利用的功, , 稱之為技術(shù)功稱之為技術(shù)功, , 用用w wt t表示：表示：五、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式分析五、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式分析ifwpvzgc)(21u-q2工質(zhì)機(jī)械能變化工質(zhì)機(jī)械能變化維持工質(zhì)流動(dòng)維

31、持工質(zhì)流動(dòng)所需的流動(dòng)功所需的流動(dòng)功工質(zhì)對(duì)機(jī)工質(zhì)對(duì)機(jī)器作的功器作的功考慮到考慮到q-q-u=w,u=w,則：則： 37五、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式分析五、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式分析對(duì)于可逆過(guò)程對(duì)于可逆過(guò)程, ,則：則： 在微元過(guò)程中在微元過(guò)程中, , 則：則： u由上分析可知，若由上分析可知，若dpdp為負(fù)為負(fù), ,即即過(guò)程中過(guò)程中工質(zhì)壓力降低工質(zhì)壓力降低, , 則技術(shù)功為正則技術(shù)功為正, , 此時(shí)此時(shí)工質(zhì)對(duì)機(jī)器作功工質(zhì)對(duì)機(jī)器作功; ;反之機(jī)器對(duì)工質(zhì)作功。反之機(jī)器對(duì)工質(zhì)作功。蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)屬于前一種情況蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)屬于前一種情況, , 活塞式壓氣機(jī)和葉輪式壓氣機(jī)屬于后活塞式壓氣機(jī)和葉輪式壓氣機(jī)屬

32、于后一種情況。一種情況。38五、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式分析五、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式分析引進(jìn)技術(shù)功概念后引進(jìn)技術(shù)功概念后, , 穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式, ,則：則： 對(duì)于質(zhì)量為對(duì)于質(zhì)量為m m 的工質(zhì)的工質(zhì), , 則：則：ifwzgc221hq對(duì)于微元過(guò)程對(duì)于微元過(guò)程, , 則：則：對(duì)于可逆過(guò)程對(duì)于可逆過(guò)程, , 則：則：39 3-1 理想氣體理想氣體u摩爾體積（摩爾體積（m3/mol）1 mol 氣體的體積，以Vm 表示，顯然：很明顯：不同壓力和溫度下，1mol氣體的體積不相同！3m10V Mvu阿伏伽德羅定律阿伏伽德羅定律實(shí)驗(yàn)測(cè)得在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)( p0 = 1.013 25105

33、 Pa, T0 = 273.15 K) 下, 1 mol 任意氣體的體積為0.022 414 1 m3 , 即：阿伏伽德羅定律：同溫、同壓下阿伏伽德羅定律：同溫、同壓下, 各種各種氣體的摩爾體積都?xì)怏w的摩爾體積都相同相同。注意：注意：1mol物質(zhì)的質(zhì)量（物質(zhì)的質(zhì)量（=分子質(zhì)量分子質(zhì)量=摩爾質(zhì)量）一摩爾質(zhì)量）一般不相等般不相等。阿伏伽德羅定律含義：同溫、同壓下同溫、同壓下, 相同數(shù)量分子（或相同數(shù)量分子（或相同相同mol數(shù)量）數(shù)量）氣體的體積都相同氣體的體積都相同。40 3-1 理想氣體理想氣體u1 kg 理想氣體的狀態(tài)方程的兩側(cè)同乘以摩爾質(zhì)量理想氣體的狀態(tài)方程的兩側(cè)同乘以摩爾質(zhì)量M：TRpvg

34、其中其中kNvRgTMRpvMg3m10V MvTMRpVgmu阿伏加德羅定律：阿伏加德羅定律：同溫、同同溫、同壓下壓下, 各種各種氣體的摩爾體積都?xì)怏w的摩爾體積都相同相同。若以若以1 和和2 分別代表兩分別代表兩種不同種類的氣體種不同種類的氣體, 當(dāng)當(dāng)p1 = p2 、T1 = T2 時(shí)時(shí), 則：則：Vm1=Vm2u兩種氣體的兩種氣體的M 與與Rg 的乘積的乘積相同相同, 而氣體的種類又是任選而氣體的種類又是任選的的, 因而因而( MRg )1 = ( MRg )2 = = MRg 。M、Rg 各自都與各自都與氣體的狀態(tài)無(wú)關(guān)（與氣體的性氣體的狀態(tài)無(wú)關(guān)（與氣體的性質(zhì)有關(guān)）質(zhì)有關(guān)）, 可以斷定可

35、以斷定: MRg是是既與狀態(tài)無(wú)關(guān)既與狀態(tài)無(wú)關(guān), 也與氣體性質(zhì)也與氣體性質(zhì)無(wú)關(guān)的普適恒量無(wú)關(guān)的普適恒量, 稱為稱為摩爾氣摩爾氣體常數(shù)體常數(shù), 以以R 表示表示。R 的數(shù)值的數(shù)值可取任意氣體在任意狀態(tài)下的可取任意氣體在任意狀態(tài)下的參數(shù)確定。參數(shù)確定。41u摩爾氣體常數(shù)摩爾氣體常數(shù), 以以R 表示表示。R 的數(shù)值可取任意氣體在任意狀態(tài)的數(shù)值可取任意氣體在任意狀態(tài)下的參數(shù)確定。如用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的參數(shù)來(lái)確定下的參數(shù)確定。如用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的參數(shù)來(lái)確定R值：值：u由由R的值和的值和R=MRg可求得各種氣體常數(shù)可求得各種氣體常數(shù)Rg的值，即：的值，即：如空氣的摩爾質(zhì)量如空氣的摩爾質(zhì)量M為為28.97103kg/mol

36、，所以，空氣的氣，所以，空氣的氣體常數(shù)體常數(shù)Rg=287.0 J/(kg K)u不同物量時(shí)：不同物量時(shí)：4232 理想氣體的比熱容理想氣體的比熱容定義：定義：0limdTqqcTT c與過(guò)程有關(guān)與過(guò)程有關(guān)c是溫度的函數(shù)是溫度的函數(shù)分類：分類：按物量按物量m0.0224CMcCu熱量是過(guò)程量熱量是過(guò)程量, 因而因而比熱容也和過(guò)程特性有關(guān)比熱容也和過(guò)程特性有關(guān), 不同的熱力過(guò)程不同的熱力過(guò)程,比熱容也不相同比熱容也不相同。一、比熱容一、比熱容(specific heat)定義和分類定義和分類質(zhì)量熱容（比熱容）質(zhì)量熱容（比熱容） c J/(kgK)(specific heat capacity pe

37、r unit of mass)體積熱容體積熱容（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下） C J/（m3K）(volumetric specific heat capacity)摩爾熱容摩爾熱容 Cm J/（molK）(mole specific heat capacity)43按過(guò)程按過(guò)程質(zhì)量定壓熱容（比定壓熱容）質(zhì)量定壓熱容（比定壓熱容）質(zhì)量定容熱容（比定容熱容）質(zhì)量定容熱容（比定容熱容）Vpcc及及,m,m,ppVVCCCC二、理想氣體比定壓熱容，比定容熱容和邁耶公式二、理想氣體比定壓熱容，比定容熱容和邁耶公式ddd( )ddddquwup vcATTTT,dddvTuuuu T vuTvTv1.比熱

38、容一般表達(dá)式比熱容一般表達(dá)式ddvTuuvcpTvTpdvduq對(duì)于可逆過(guò)程有，442. cV定容過(guò)程定容過(guò)程 dv=0VvucT若為理想氣體（若為理想氣體（ ）：）： dd( )ddddVVvuuuu uTcu c TTTT溫度的函數(shù)溫度的函數(shù)( )VVcc T代入式（代入式（A）得）得ddvTuuvcpTvT比熱容的一般表達(dá)式比熱容的一般表達(dá)式)(Tuu 453. cp據(jù)一般表達(dá)式據(jù)一般表達(dá)式ddddpVvTTuuvuvcpcpTvTvT若為理想氣體若為理想氣體 0Tuuf TvddddddddddddpVhpvp vvup vh v pccpTTTTTd0p ddddpphchcTTCp

39、是溫度函數(shù)是溫度函數(shù)( )ppcc TVvucTdp=0464. 4. 邁耶公式邁耶公式ggdddddddddpVupvuhuccTTuR TuRTgpVccR邁耶公式邁耶公式5. 5. 討論討論1) cp與與cV均為溫度函數(shù)均為溫度函數(shù),但但cpcV恒為常數(shù)：恒為常數(shù)：Rg （對(duì)于同一（對(duì)于同一種氣體來(lái)說(shuō)）。種氣體來(lái)說(shuō)）。TRupvuhdTdhcdTducgpv,對(duì)于理想氣體：對(duì)于理想氣體：4733 理想氣體理想氣體熱力學(xué)能、焓和熵?zé)崃W(xué)能、焓和熵1. 理想氣體熱力學(xué)能和焓理想氣體熱力學(xué)能和焓僅是溫度僅是溫度的函數(shù)的函數(shù) kddVuuu TucT2)ghupvuR T ddphh ThcT一

40、、理想氣體的熱力學(xué)能和焓一、理想氣體的熱力學(xué)能和焓1)因理想氣體分子間無(wú)作用力因理想氣體分子間無(wú)作用力dTducvdTdhcp48討論討論：如圖（等溫線如圖（等溫線bdc上）上）：bcdTTTabacadabacaduuuhhh u重要結(jié)論：對(duì)于理想氣體重要結(jié)論：對(duì)于理想氣體, 任何一個(gè)過(guò)程的任何一個(gè)過(guò)程的熱力學(xué)能變化量熱力學(xué)能變化量都都和溫度變化相同的定容過(guò)程的熱力學(xué)能變化量相等和溫度變化相同的定容過(guò)程的熱力學(xué)能變化量相等;任何一個(gè)過(guò)任何一個(gè)過(guò)程的程的焓變化量焓變化量都和溫度變化相同的定壓過(guò)程的焓變化量相等。都和溫度變化相同的定壓過(guò)程的焓變化量相等。dcbdcbhhhuuu49因而因而, 對(duì)

41、于理想氣體的任何一種過(guò)程對(duì)于理想氣體的任何一種過(guò)程, 下列各式都成立下列各式都成立:u根據(jù)熱力學(xué)第一定律解析式：根據(jù)熱力學(xué)第一定律解析式：定容過(guò)程膨脹功為零定容過(guò)程膨脹功為零, 熱力學(xué)能變化量與過(guò)程熱量相等熱力學(xué)能變化量與過(guò)程熱量相等, 即：即：定壓過(guò)程技術(shù)功為零定壓過(guò)程技術(shù)功為零, 焓變化量與過(guò)程熱量相等焓變化量與過(guò)程熱量相等, 即：即：2. 理想氣體熱力學(xué)能和焓變化量計(jì)算式理想氣體熱力學(xué)能和焓變化量計(jì)算式50二、狀態(tài)參數(shù)熵二、狀態(tài)參數(shù)熵1.定義定義2.理想氣體的熵是狀態(tài)參數(shù)理想氣體的熵是狀態(tài)參數(shù)式中式中: : q qrevrev為為1kg 1kg 工質(zhì)在微元可逆過(guò)程中與熱源交換的熱量工質(zhì)在

42、微元可逆過(guò)程中與熱源交換的熱量; ; T T 是傳熱時(shí)工質(zhì)的熱力學(xué)溫度是傳熱時(shí)工質(zhì)的熱力學(xué)溫度; ; ds ds是此微元過(guò)程中是此微元過(guò)程中1 kg 1 kg 工質(zhì)的熵變工質(zhì)的熵變, , 稱為比熵變。稱為比熵變。 對(duì)于理想氣體對(duì)于理想氣體, , 將可逆過(guò)程熱力學(xué)第一定律解析式將可逆過(guò)程熱力學(xué)第一定律解析式q= q= c cp pdT - vdp dT - vdp 和狀態(tài)方程和狀態(tài)方程v=RgTv=RgT/p/p代入熵的定義式代入熵的定義式, , 得得: :u熵是狀熵是狀態(tài)參數(shù)態(tài)參數(shù)51三、理想氣體的熵變計(jì)算三、理想氣體的熵變計(jì)算1.熵是狀態(tài)參數(shù)熵是狀態(tài)參數(shù), 就可用其他任意兩個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)表

43、示就可用其他任意兩個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)表示, 如（如（p，T） 、（、（v，T） 或（或（p，v） 等等dqsT可逆ggRppvR TTvddup vTddVTpcvTTgddVTvcRTvddVucT5221dss 22g11dlnVvTcRTv1212lnlnvvRTTcgV22g11dlnppTcRTp2211ddpVvpccvp1212lnlnppRTTcgp1212lnlnppcvvcVp定比熱定比熱5334 水蒸氣的飽和狀態(tài)和相圖水蒸氣的飽和狀態(tài)和相圖一、一、汽化和液化汽化和液化(vaporization and liquefaction)汽化：汽化：由液態(tài)到氣態(tài)的過(guò)程由液態(tài)到氣態(tài)的過(guò)

44、程蒸發(fā)蒸發(fā)：在液體表面進(jìn)行的汽化過(guò)程在液體表面進(jìn)行的汽化過(guò)程液化液化：由氣相到液相的過(guò)程由氣相到液相的過(guò)程沸騰沸騰：在液體表面及內(nèi)部進(jìn)行在液體表面及內(nèi)部進(jìn)行 的強(qiáng)烈汽化過(guò)程。的強(qiáng)烈汽化過(guò)程。u水蒸氣具有容易獲得、有適宜的熱力性質(zhì)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)水蒸氣具有容易獲得、有適宜的熱力性質(zhì)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是熱力系統(tǒng)中應(yīng)用的主要工質(zhì)。是熱力系統(tǒng)中應(yīng)用的主要工質(zhì)。u熱力系統(tǒng)的作為工質(zhì)的熱力系統(tǒng)的作為工質(zhì)的水蒸氣水蒸氣距液態(tài)不遠(yuǎn)，工作過(guò)程中有集距液態(tài)不遠(yuǎn)，工作過(guò)程中有集態(tài)變化，所以態(tài)變化，所以不宜作為理想氣體不宜作為理想氣體來(lái)處理。來(lái)處理。54二、二、飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)(Saturated state) 當(dāng)汽化速

45、度當(dāng)汽化速度=液化速度時(shí)，系統(tǒng)液化速度時(shí)，系統(tǒng)處于處于動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡，宏觀上氣、液兩相，宏觀上氣、液兩相保持一定的相對(duì)數(shù)量保持一定的相對(duì)數(shù)量飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)的溫度飽和狀態(tài)的溫度飽和溫度飽和溫度，ts(Ts)(Saturated temperature) 飽和狀態(tài)的壓力飽和狀態(tài)的壓力飽和壓力飽和壓力，ps（Saturated pressure） 加熱，使溫度升高如加熱，使溫度升高如 t，保持定，保持定值，系統(tǒng)建立新的動(dòng)態(tài)平衡。與之值，系統(tǒng)建立新的動(dòng)態(tài)平衡。與之對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)，p變成變成ps。所以所以sspT 一一對(duì)應(yīng)一一對(duì)應(yīng)，只有一個(gè)獨(dú)立變量，即，只有一個(gè)獨(dú)立變量，即sspft 4ss1

46、00tp如如ssatmCpt55 t/ 02050100120150p/ MPa0.0 006 1120.0 023 3850.0 123 4460.1 013 3250. 198 4830.47 57156 三、三、 幾個(gè)名詞幾個(gè)名詞 飽和液飽和液處于飽和狀態(tài)的液體處于飽和狀態(tài)的液體： t = ts 干飽和蒸汽干飽和蒸汽處于飽和狀態(tài)的蒸汽處于飽和狀態(tài)的蒸汽：t = ts 未飽和液未飽和液溫度低于溫度低于所處壓力下所處壓力下飽和溫度飽和溫度的液體的液體：t ts, t ts = d 稱過(guò)稱過(guò) 熱度。熱度。 濕飽和蒸汽濕飽和蒸汽飽和液和飽和液和干飽和蒸汽干飽和蒸汽的混合物的混合物：t = ts使

47、未飽和液達(dá)飽和狀態(tài)的途徑：使未飽和液達(dá)飽和狀態(tài)的途徑：pt, tpptts不變，保持 pttpps不變，保持57干度干度液汽汽mmmx（濕度濕度 y =1x）x01飽和液飽和液濕飽和蒸汽濕飽和蒸汽干飽和蒸汽干飽和蒸汽定義：濕蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用定義：濕蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用w 或或 x 表示。表示。58預(yù)熱預(yù)熱汽化汽化過(guò)熱過(guò)熱t(yī) ts35 水定壓加熱汽化過(guò)程水定壓加熱汽化過(guò)程一、水定壓加熱汽化過(guò)程一、水定壓加熱汽化過(guò)程 工程上所用的水蒸氣通常是工程上所用的水蒸氣通常是水在保持壓力近似不變的條件水在保持壓力近似不變的條件下通過(guò)下通過(guò)沸騰汽化沸騰汽化而產(chǎn)生的。而產(chǎn)生的。59二、水

48、定壓加熱汽化過(guò)程的二、水定壓加熱汽化過(guò)程的p- -v圖及圖及T- -s圖圖一點(diǎn)一點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)crcr3cr22.12MPa374.15 C0.00317m /kgptv兩線兩線上界限線上界限線下界限線下界限線三區(qū)三區(qū)液液汽液共存汽液共存汽汽五態(tài)五態(tài)未飽和水未飽和水飽和水飽和水濕蒸汽濕蒸汽干飽和蒸汽干飽和蒸汽過(guò)熱蒸汽過(guò)熱蒸汽6021tV tu cT 21tpthcT 00221g1lnpsssRp 21dwp v2t1dwv p 21dqT squw tqhw p 可用的公式有：可用的公式有：61一、理想氣體可逆多變過(guò)程方程式一、理想氣體可逆多變過(guò)程方程式42 理想氣體的可逆多變過(guò)程理想氣體的

49、可逆多變過(guò)程n為常數(shù)，可以為為常數(shù)，可以為-無(wú)窮到無(wú)窮到+無(wú)窮無(wú)窮的任意常數(shù)（多變指數(shù)）的任意常數(shù)（多變指數(shù)）在在log p-logV 圖上有圖上有l(wèi)og p=- -nlnV+cnpv常數(shù)常數(shù)n稱為多變指數(shù)稱為多變指數(shù)nnvpvp2211122111nnvTvTnnnnpTpT122111TRpvg62在在log p-logV 圖上有圖上有l(wèi)og p=- -nlnV+cnpv0np常數(shù)定壓過(guò)程=常數(shù)常數(shù) 多變過(guò)程多變過(guò)程npv1npv常數(shù)定溫過(guò)程(npv常數(shù)定熵 可逆絕熱）過(guò)程nv 常數(shù)定容過(guò)程常數(shù)常數(shù)u理想氣體的基本熱力過(guò)程是可逆多變過(guò)程的特例；理想氣體的基本熱力過(guò)程是可逆多變過(guò)程的特例；6

50、3三、在三、在p- -v圖及圖及T- -s圖上表示圖上表示vpnvpnnncTsTVcnnT10np常數(shù)定壓過(guò)程1npv常數(shù)定溫過(guò)程(npv常數(shù)定熵 可逆絕熱）過(guò)程nv 常數(shù)定容過(guò)程64四、四、w，wt和和q12g 1g21211d111nnR TRpwp vTTnpn12g 12t11d11nnnR Tpwv pnwnp 21wpdvnnvppv1121twvdp65q=ggg211221111VRRRuwcTTTTTTnn 多變過(guò)程多變過(guò)程比熱容比熱容211VncTTn12TTcn21dT s1nVnccnVpccn 0Tcn10scknVcnTcvqTcpqTcTqTcsqwuqtwhq

51、66七、多變過(guò)程的能量關(guān)系七、多變過(guò)程的能量關(guān)系w / qg1212211111VVRwTTcTTnnnqcTTn001qwnn膨脹，吸熱，壓縮膨脹，吸熱，壓縮, 放熱放熱膨脹，放熱，壓縮膨脹，放熱，壓縮, 吸熱吸熱nqw1001qwnn熱力學(xué)規(guī)定：熱力學(xué)規(guī)定：系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)吸熱“+”，放熱，放熱“-” ；系統(tǒng)對(duì)外作功為系統(tǒng)對(duì)外作功為“+”，外界對(duì)系統(tǒng)作功為，外界對(duì)系統(tǒng)作功為“- -”67七、多變過(guò)程的能量關(guān)系七、多變過(guò)程的能量關(guān)系w / q001) 1 (qwnn膨脹過(guò)程膨脹過(guò)程( w 0) , 必須對(duì)氣體加熱必須對(duì)氣體加熱( q 0 ) ;壓縮過(guò)程壓縮過(guò)程( w 0) , 氣體必定對(duì)外放熱氣

52、體必定對(duì)外放熱( q 0 )。u若1 n 1 , 即w 與q 同號(hào), 且| w | | q | 。這種多變膨脹過(guò)程輸出的過(guò)程功大于氣體的吸熱量, 根據(jù)能量守恒原則, 氣體的熱力學(xué)能一定減少, 故溫度降低; 反之, 這類多變壓縮過(guò)程消耗的過(guò)程功大于氣體的放熱量, 熱力學(xué)能一定增大, 故溫度升高。nqw1001qwnn001qwnn68七、多變過(guò)程的能量關(guān)系七、多變過(guò)程的能量關(guān)系w / q膨脹過(guò)程膨脹過(guò)程( w 0) , 氣體必須對(duì)外放熱氣體必須對(duì)外放熱( q 0 ) ;壓縮過(guò)程壓縮過(guò)程( w 0 )。u高溫時(shí)氣體的定熵指數(shù)高溫時(shí)氣體的定熵指數(shù)并非定值并非定值, 通常通常, 溫度愈高溫度愈高值愈小

53、。值愈小。如柴油機(jī)的膨脹過(guò)程如柴油機(jī)的膨脹過(guò)程, 開始時(shí)溫度高達(dá)開始時(shí)溫度高達(dá)1800 左右左右, 膨脹終了仍有膨脹終了仍有600 左右。左右。在此范圍內(nèi)氣體的平均定熵指數(shù)在此范圍內(nèi)氣體的平均定熵指數(shù)av = 1 .321.33 , 而該過(guò)程的平均膨脹多變指而該過(guò)程的平均膨脹多變指數(shù)約為數(shù)約為n= 1.221.28 , 1n 0 , 所以所以q0，必然為吸熱工程，且輸出，必然為吸熱工程，且輸出的過(guò)程功大于氣體的吸熱量，氣體的熱力學(xué)能一定減小，溫度降低。又如柴油的過(guò)程功大于氣體的吸熱量，氣體的熱力學(xué)能一定減小，溫度降低。又如柴油機(jī)的壓縮過(guò)程機(jī)的壓縮過(guò)程, 空氣溫度通常不超過(guò)空氣溫度通常不超過(guò)30

54、0400 , 這時(shí)這時(shí)= 1.4 , 而平均壓縮多變而平均壓縮多變指數(shù)約為指數(shù)約為n= 1.321.37 , 1n , 因因w 0 , 故故q 0 , 即工質(zhì)膨脹對(duì)外輸出即工質(zhì)膨脹對(duì)外輸出功功; 反之則反之則w 0、q 0 , 必為加熱過(guò)程必為加熱過(guò)程; 反之則反之則s 0、q 0 (h 0 ) , 工質(zhì)的熱力學(xué)工質(zhì)的熱力學(xué)能能( 或焓或焓) 是增大的是增大的;反之則反之則u 0(h 0) , 其熱力學(xué)能其熱力學(xué)能(或焓或焓)減小。減小。72 2. 坐標(biāo)圖上過(guò)程特性的判定坐標(biāo)圖上過(guò)程特性的判定u例如例如,= 1 .4 的某種氣體的某種氣體, 按按n = 1.6 的多變壓縮過(guò)程工作的多變壓縮過(guò)程

55、工作, 可根據(jù)可根據(jù)d v 0, n 先在先在p - v 圖、圖、 T - s 圖上畫出過(guò)程線圖上畫出過(guò)程線, 上圖中以點(diǎn)劃線示出。從圖中可看上圖中以點(diǎn)劃線示出。從圖中可看出：該過(guò)程線處于出：該過(guò)程線處于w 0 的區(qū)域的區(qū)域, 故為耗功、吸熱、升溫、升壓過(guò)程。故為耗功、吸熱、升溫、升壓過(guò)程。u習(xí)慣上習(xí)慣上, 以為氣體吸熱則溫度升高以為氣體吸熱則溫度升高, 放熱則溫度降低。其實(shí)不然放熱則溫度降低。其實(shí)不然, 只是那些只是那些cn 0 的過(guò)程有此特性的過(guò)程有此特性, 這時(shí)這時(shí)d T 與與q 同號(hào)。另外同號(hào)。另外, cn 0 的過(guò)程的過(guò)程, 1 n 100不可能不可能熱二律否定第二類永動(dòng)機(jī)（熱二律否

56、定第二類永動(dòng)機(jī)（從從單一熱源單一熱源取熱并使之完取熱并使之完全變?yōu)楣Φ臒釞C(jī)全變?yōu)楣Φ臒釞C(jī)） t =100不可能不可能熱二律的實(shí)質(zhì)熱二律的實(shí)質(zhì) 自發(fā)過(guò)程都是具有方向性的自發(fā)過(guò)程都是具有方向性的 表述之間等價(jià)不是偶然，說(shuō)明共同本質(zhì)表述之間等價(jià)不是偶然，說(shuō)明共同本質(zhì) 若想逆向進(jìn)行，必付出代價(jià)若想逆向進(jìn)行，必付出代價(jià),代價(jià)為多少方可進(jìn)代價(jià)為多少方可進(jìn)行行?1.卡諾循環(huán)卡諾循環(huán) Carnot Cycle 法國(guó)工程師卡諾法國(guó)工程師卡諾 ( (S. Carnot) )，1824年提出年提出卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)熱二律奠基人熱二律奠基人 Carnot Cycle is a a particular cycle th

57、at has the best possible efficiency, which is important in practice. It sets an upper limit on what is possible for real engines. 效率最高效率最高5.3 Carnot Cycle and Carnot Theorem (卡諾循環(huán)及卡諾定理卡諾循環(huán)及卡諾定理) 等溫膨脹等溫膨脹絕熱膨脹絕熱膨脹pvHeat is transferred to the working fluid during 1-2 (Qh) and heat is rejected during 3-

58、4 (Ql).oan isothermal expansion at high temperature Th （在高溫（在高溫h 下的下的等溫吸熱過(guò)程等溫吸熱過(guò)程） (2) an adiabatic expansion （可逆絕熱膨脹過(guò)程可逆絕熱膨脹過(guò)程）(3) an isothermal compression at low temperature Tl （在低溫（在低溫l下的下的等溫放熱過(guò)程等溫放熱過(guò)程） (4) an adiabatic compression （可逆絕熱壓縮過(guò)程）（可逆絕熱壓縮過(guò)程）卡諾循環(huán)卡諾循環(huán) Carnot Cycle t1wq卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)熱機(jī)效率熱機(jī)效率卡諾

59、循環(huán)卡諾循環(huán)熱機(jī)效率熱機(jī)效率T1T2Rcq1q2w122111qqqqq Thermal efficiency of Carnot CycleApplying first law, For Isothermal Process of Ideal gas: (對(duì)理想氣體的等溫過(guò)程對(duì)理想氣體的等溫過(guò)程)121211211lnvvRTvdvRTpdvq342432432lnvvRTvdvRTpdvq121214321211lnln11TTvvRTvvRTqqqwthThermal efficiency of Carnot Cycle (卡諾循環(huán)的熱效率卡諾循環(huán)的熱效率)For ideal gas11

60、1 122TvT vpvo 在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩撮g工作在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩撮g工作的的可逆熱機(jī)可逆熱機(jī)的熱效率恒高于的熱效率恒高于不可逆熱機(jī)不可逆熱機(jī)的熱的熱效率（效率（卡諾循環(huán)是可逆循環(huán)卡諾循環(huán)是可逆循環(huán)）；）； The efficiency of an irreversible heat engine is always less than that of a reversible one operating between the same two thermal reservoirs. irthreth,2.Carnots Theorems (卡諾定理卡諾定理)o