一、热力系统 1、(热力)系统: 系统:通常选取一定的工质或空间作为研究对象,称之为热力系统。 2、外界:与体系发生质、能交换的物系。 3、边界:系统与外界的分界面(线)。 边界可实可虚,可定可动。 二、系统的分类 根据系统和外界之间物质、能量的交换情况分: 1、闭口系统(控制质量):和外界没有物质交换。 2、开口系统(控制容积、控制体)和外界有物质交换。 3、绝热系统:和外界间没有热量交换。 4、 孤立系统:和外界既无能量交换又无物质交换。
三、平衡状态 (一)定义:无外界影响(重力场除外)的条件下,系统保持状态参数不随时间而改变的状态。 1、热平衡:在无外界作用的条件下,系统内部、系统与外界之间无温差。 2、力平衡:在无外界作用的条件下,系统内部、系统与外界之间无压差。 3、化学平衡:在无外界作用的条件下,系统内部、系统与外界之间无化学势差。 平衡的充要条件:系统同时达到热平衡、力平衡、化学平衡。 (二)平衡状态的特点: 1、在不受外界影响下,平衡不会自发的破坏; 2、处于不平衡的系统,在不受外界影响时,会自发的趋于平衡; 3、单相工质处于平衡状态时,在忽略重力的影响下,其内部性质均匀一致。 4、平衡必稳定,稳定未必平衡,平衡可以不均匀。 ★对于气液两相并存的热力平衡系统,气相和液相密度不同,所以整个系统不是均匀的。 四、状态参数 状态确定,状态参数的数值也确定,反之亦然。非平衡状态系统内部存在不平衡势,因此不能用状态参数来描写。 (一) 状态参数分类: 1、基本状态参数:压力P、比体积v、温度T(可以直接测量) 导出状态参数:内能U、焓H、熵S 2、强度参数:参数与系统质量无关,且不可相加。如:P、T 广延参数:参数与系统质量成正比,且可相加。如:m、V、U、H、S (二) 基本状态参数 1、 温度 摄氏温度 t(℃)与热力学温度T(K) 关系:t=T-273.15 2、压力(绝对压力)p Pa、MPa (压强)单位面积上的垂直作用力。 绝对压力p;表压力pe;真空度pv;环境压力pb。
绝对压力的值不变,表压力或真空度会随着环境压力的变化而变化。 常用单位: 巴 1 bar =100000 Pa; 标准大气压 1 atm =101325 Pa; 工程大气压 1 at = 98066.5 Pa; 10米水柱的压力 毫米汞柱 1 mmHg =133.3224 Pa; 毫米水柱 1 mmH2O=9.80665 Pa。 注意:只有绝对压力 p 才是状态参数,才能直接进行热力计算。 3、比体积及密度 v = V/m =1/ρ m3/kg (三)简单可压缩系统(只有热量交换和体积变化功量的交换),只需两个独立的参数(如p、v,p、T 或v、T)便可确定它的平衡状态。 (四)状态参数坐标图 ①一简单可压缩系只需两个独立参数就可以确定其平衡状态 ②图上每一点都代表一个平衡状态。 ③ 不平衡态无法在坐标图上表示 五、功量 容积变化功的计算: 功是过程量,可以用p-v图上过程线与v轴包围的面积表示 功的符号约定:系统对外作功(膨胀)为“+”,W>0 外界对系统作功(压缩)为“-”,W<0 功和功率的单位:J或KJ,W或KW 示功图:
六、热量 定义:仅仅由于温差而通过边界传递的能量。 计算式
符号约定:系统吸热“+”,系统放热“—” ds>0:吸热; ds<0:放热; ds=0:绝热 单位:J或KJ 热量也是过程量,示热图
功与热量的异同: 1、均为通过边界传递的能量; 2、均为过程量; 3、功传递由压力差推动,比体积变化是作功标志; 热量传递由温差推动,比熵变化是传热的标志; 4、功是系统与外界之间,在力的推动下,通过宏观有序运动而传递的能量; 热是系统与外界之间,在温度的推动下,通过微观无序运动而传递的能量; 功转化为热是无条件的;热转化为功是有条件、限度的。 七、热力过程和热力循环 热力循环分类: 1、按性质分:可逆循环;不可逆循 2、按目的分:正向循环;逆向循环 (一)正向循环(动力循环)特点: 1、输出净功; 2、在p-v图及T-s图上顺时针进行; 3、从高温热源吸热,向低温热源放热,同时向外输出功。
(二)逆向循环特点:(制冷循环、热泵循环) 1、输入净功; 2、在p-v图及T-s图上逆时针进行; 3、从低温热源吸热,向高温热源放热,并消耗功量。
(三)循环经济性评价指标:
八、准静态过程、可逆过程与不可逆过程 (一)准静态定义:所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。可以看成有一系列平衡态组成。 准静态实现条件: 1、在系统内外的不平衡势(如压力差、温度差等)较小。 2、过程进行缓慢、弛豫时间非常短。 3、工质有恢复平衡能力。 (二)可逆过程 定义:系统经历某一过程后,经原途径返回原来状态,使系统与外界同时恢复到初始状态,而不留下任何痕迹的过程,没有耗散效应的准静态过程。 可逆过程与准静态过程的关系: 1、可逆过程与准静态过程的差别就是有无耗散效应。 2、准静态过程是实际过程理想化,可逆过程是绝对理想的过程 3、可逆过程一定是准静态过程,准静态过程不一定是可逆过程。 (三)注意点: 1、可逆=准静态+没有耗散效应。 2、准静态着眼于系统内部平衡,可逆着眼于系统内部及系统与外界作用的总效果。 3、一切实际过程不可逆。 4、可逆过程可用状态参数图上实线表示 。 |
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