文档介绍：工程热力学
作业（任选一题/计入平时成绩）
（考试前交电子版，附姓名/班级）
1、对工程热力学基本认知、对某一部分的比较深入的学****体会
2、对工程热力学相关的某个课题的想法或设计
工程热力学
工质计算性质
能量转换规律
理想气内能
内能是状态量
U : 广延参数 [ kJ ] u : 比参数 [kJ/kg]
内能总以变化量出现，内能零点人为定
说明：
注意：
对理想气体u=f (T)
内部储存能和外部储存能的总和，即热力学能与宏观运动动能及位能的总和，叫做工质的总储存能，简称总能
基本状态参数
压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）
比容v
［m3/kg]
工质聚集的疏密程度
物理上常用密度
［kg/m3]
压力p
示意图
一般是指工质绝对压力与环境压力的相对值——相对压力
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
绝对压力与相对压力
示意图
当 p > pb
表压力 pe
当 p < pb
真空度 pv
pb
pe
p
pv
p
环境压力与大气压力
环境压力:指压力表所处环境
凡无特别标注，环境压力即大气压
大气压随时间、地点变化。
物理大气压 1atm=760mmHg
当h变化不大，ρ常数
1mmHg= ρgh=
当h变化大，ρ ρ(h)
压力单位是帕斯卡（简称帕Pa ）
1 Pa＝1 N/m2
工程上常用兆帕： 1 MPa＝106 Pa
平衡状态、状态方程式、坐标图
平衡状态定义：
在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果系统的状态始终保持不变，则该系统处于平衡状态。
温差 — 热不平衡势
压差 — 力不平衡势
化学反应 — 化学不平衡势
平衡的本质：不存在不平衡势
平衡与稳定
稳定：参数不随时间变化
，则状态变化
（热源+铜棒+冷源）为系统，又如何？
稳定不一定平衡，但平衡一定稳定
平衡与均匀
平衡：时间上
均匀：空间上
平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的
为什么引入平衡概念？
如果系统平衡，可用一组确切的参数（压力、温度）描述
但处于平衡状态时，没有能量交换
能量交换
状态变化
破坏平衡
如何描述
状态方程
平衡状态可用一组状态参数描述其状态
状态公理：对组元一定的闭口系，独立状态参数个数 N=n+1
想确切描述某个热力系，是否需要所有状态参数？
状态公理
闭口系：
不平衡势差 状态变化 能量传递
消除一种不平衡势差 达到某一方面平衡
消除一种能量传递方式
而不平衡势差彼此独立
独立参数数目N=不平衡势差数
=能量转换方式的数目
=各种功的方式+热量= n+1
n 容积变化功、电功、拉伸功、表面张力功等
状态方程
简单可压缩系统：N = n + 1 = 2
对于简单可压缩热力系统，当它处于平衡状态时，各部分具有相同的压力、温度和比体积等参数，且这些参数服从一定关系式，这样的关系式叫做状态方程 基本状态参数（p,v,T)之间的关系
状态方程的具体形式
理想气体的状态方程
状态方程的具体形式取决于工质的性质
由于两个参数可以完全确定简单可压缩系的平衡状态，所以由任意两个独立的状态参数所组成的平面坐标图上的任意一点，都相应于热力系的某一确定的平衡状态。同样，热力系每一平衡状态总可在这样的坐标图上用一点来表示。这种由热力系状态参数所组成的坐标图称做热力状态坐标图。
状态参数坐标图
简单可压缩系 N=2，平面坐标图
p
v
1）系统任何平衡态可
表示在坐标图上
说明：
2）过程线中任意一点
为平衡态
3）不平衡态无法在图
上用实线表示
常见p-v图和T-s图
2
1
T
2
1
s
若系统温度为T2，熵是s2，则可用T—s图上点表示该状态。显然，只有平衡状态才能用状态参数图上的一点来表示，不平衡状态因系统各部分的物理量一般不相同，在坐标图上无法表示。
工质的状态变化过程
平衡状态
状态不变化
能量不能转换
非平衡状态
无法简单描述
热力学引入准静态（准平衡）过程
准静态过程有实际意义吗？
既是平衡，又是变化
既可以用状态参数描述，又可进行