工程热力学(56学时) 第一章
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工程热力学第一章
燃料化学能
排入大气
压缩燃烧、膨胀
吸气排气
工作过程：
能量转换：
工作物质：
燃气
蒸汽动力装置流程简图
蒸汽动力装置流程简图
550℃
过热器
锅炉
给水泵
冷凝器
冷却水
汽轮机
发电机
Q
Q
1
2
W
20℃
高温高压蒸汽
W
p
蒸汽动力装置
1－炉子 2－炉墙 3－沸水管 4－汽锅 5－过热器6－汽轮机 7－喷嘴 8－叶片 9－叶轮 10－轴 11－发电机 12－冷凝器 13、14、16－泵 15－蓄水池
华氏温标：
1724年由德国人华氏（cabridl D Fahrenheit）提出。他把水、冰和氯化铵的混合物作为制冷剂而获得的当时可得到的最低温度作为0度，把人体的温度作为 96度，中间等分，这样的数字是由于当时广泛使用12进位法。符号tF ，单位 °F。
华氏温标与摄氏温标的换算关系为：t(℃)=0℃ = 32 oF100 ℃ = 212oF郎肯温标：
压力计 测量工质压力的仪器。常见的压力计有压力表和U型管。
由于压力计的测压元件处于某种环境压力的作用下，因此压力计所测得的压力是工质的真实压力p （或称绝对压力）与环境压力pb之差，叫做表压力pe或真空度pv
分子运动学说认为压力是大量气体分子撞击器壁的平均结果。
绝对压力、表压力、真空度及大气压力之间的关系
0.96784
1
735.559
10000
mmHg
133.322
133.322×10-5
1.31579×10-3
1.35951×10-3
1
13.5951
mmH2O
排入大气
压缩燃烧、膨胀
吸气排气
工作过程：
能量转换：
工作物质：
燃气
蒸汽动力装置流程简图
蒸汽动力装置流程简图
550℃
过热器
锅炉
给水泵
冷凝器
冷却水
汽轮机
发电机
Q
Q
1
2
W
20℃
高温高压蒸汽
W
p
蒸汽动力装置
1－炉子 2－炉墙 3－沸水管 4－汽锅 5－过热器6－汽轮机 7－喷嘴 8－叶片 9－叶轮 10－轴 11－发电机 12－冷凝器 13、14、16－泵 15－蓄水池
华氏温标：
1724年由德国人华氏（cabridl D Fahrenheit）提出。他把水、冰和氯化铵的混合物作为制冷剂而获得的当时可得到的最低温度作为0度，把人体的温度作为 96度，中间等分，这样的数字是由于当时广泛使用12进位法。符号tF ，单位 °F。
华氏温标与摄氏温标的换算关系为：t(℃)=0℃ = 32 oF100 ℃ = 212oF郎肯温标：
压力计 测量工质压力的仪器。常见的压力计有压力表和U型管。
由于压力计的测压元件处于某种环境压力的作用下，因此压力计所测得的压力是工质的真实压力p （或称绝对压力）与环境压力pb之差，叫做表压力pe或真空度pv
分子运动学说认为压力是大量气体分子撞击器壁的平均结果。
绝对压力、表压力、真空度及大气压力之间的关系
0.96784
1
735.559
10000
mmHg
133.322
133.322×10-5
1.31579×10-3
1.35951×10-3
1
13.5951
mmH2O
工程热力学-01 基本概念及定义
平衡状态1
p1 v1
p
p2
2
压容图 p-v图
平衡状态2
p1
1
p2 v2
O
v2
v1
v
12
1-4 状态方程式
在平衡状态下，由气态物质组成的系统，只要知道两个独立的 状态参数，系统的状态就完全确定，即所有的状态参数的数值随之 确定。这说明状态参数间存在某种确定的函数关系，状态参数之间 存在着确定的函数关系，这种函数关系就称为热力学函数。
（2）当系统处于热力学平衡状态时，只要没有外界的影响， 系统的状态就不会发生变化。
（3）整个系统可用一组具有确定数值的温度、压力及其他参
? 数来描述其状态。
10
经验表明，确定热力学系统所处平衡状态所需的独立状 态参数的数目，就等于系统和外界间进行能量传递方式的数 目。对于工程上常见的气态物质组成的系统，系统和外界间传递 的能量只限于热量和系统容积变化所作的功两种形式，因此只需 要两个独立的状态参数即可描述一个平衡状态。
3、平衡状态、稳定状态、均匀状态
（1）关于稳定状态与平衡状态
稳定状态时，状态参数虽不随时间改 变，但它是依靠外界影响来维持的。而平 衡状态是不受外界影响时，参数不随时间 变化的状态。
85℃ 20℃
90℃
15℃
铜棒
平衡必稳定，稳定未必平衡。
（2）关于均匀状态与平衡 水
质统称为外界。 通常选取工质作为热力学系统，把高温热源、低温热源
等其他物体取作外界。
3、边界 ——热力学系统和外界之间的分界面称为边界。
边界可以是固定的，也可以是移动的； 边界可以是实际的，也可以是假想的。
3
二、热力学系统的分类 依据——有无物质或能量的交换
工程热力学第一章课后答案
第一章 基本概念1-1 英制系统中采用华氏温标，它规定在标准大气压（101325Pa ）下纯水的冰点是32F °，汽点是212F °，试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。
解：C F {}0{}32212321000t t °°−−=−−F C C 1809{}{}32{}321005t t t °°°=+=+1-2 英制系统中朗肯温度与华氏温度的关系为R F {}{}459.67T t °°=+。
已知热力学绝对温标及朗肯温标在纯水冰点的读数分别是273.15K 和491.67R °；汽点的读数分别是373.15K 和671.67R °。
（1）导出朗肯温度和开尔文温度的关系式；（2）开尔文温标上绝对零度在朗肯温标上是多少度？解：（1）若任意温度T 在朗肯温标上读数为(R)T °在热力学绝对温标上读数为T （K ）， 则671.67491.67(R)491.67373.15273.15(K)273.15T T −°−=−−解得R K{} 1.8{}T T °=（2）据上述关系K {}0T =时，R {}0T °=1-3 设一新温标，用符号N °表示温度单位（它的绝对温标是用Q °表示温度单位）。
规定纯水的冰点和汽点100N °和1000N °。
试求：（1）该新温标与摄氏温标的关系；（2）若该温标的绝对零度与热力学温标零度相同，则该温标读数为0N °时，其绝对温标读数是多少Q °？解：（1）N C {}100{}010001001000t t °°−−=−−N C {}9{}100t t °°=+（2） Q N C K {}{}9{}1009[{}273.15]100T t C t C T C °°°=+=++=−++据题意，当K {}0T =时，Q {}0T °=，解得上式中2358.35C =，代回原式得Q N {}{}2358.35T t °°=+N {}0T °=时，2358.385Q T =°。
工 程 热 力 学 第一章 热力学基本概念PPT课件
本篇主要讲述：热力学的基本概念及基本定律（热力 学第一定律、热力学第二定律）；理想气体的热力性质和 热力过程；参与能量转换与传递的工作介质（水蒸气、混 合气体、湿空气等）的热力性质；蒸汽动力循环；气体和 蒸汽的流动等工程热力学基础知识。
第一章
热力学基本概念
学习导引
本章介绍了许多重要的概念，对于后续内 容的学习非常重要。在学习过程中，应注意把 相关的概念串接起来，既对单个概念的物理意 义有较深刻的理解，又能从整体上将这些概念 有机的联系起来。
气缸
活塞
（2）开口热力系
1
进口
与外界有能量、
物质交换的系统。系
1
统的容积始终保持变。
（3）绝热热力系
与外界没有热 量交换的系统。
汽轮机
边界
2 出口
叶轮
2
（4）孤立热力系
与外界既无能量（功、热量）交 换又无物质交换的系统。
特殊热力系
如:热源
本身热容量很大， 且在放出或吸收有限量 热量时自身温度及其它 热力学参数没有明显变 化的物体。
提供热量的热源称 为高温热源；吸收热量 的热源称为低温热源。
高温热源
吸热Q1 作功W
热机 机械能
放热Q2
低温热源
第二节 工质的热力状态和基本状态参数
工质在进行热
量传递和能量转
锅
换的过程中, 其
炉
状态不断发生变
化．
汽机轮
凝 汽 器
一、 热力状态和状态参数
１．热力状态
——工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态， 简称状态。
• 可为真实的物质、设备或假想的热力学模型 如:泵中的水、汽轮机 、卡诺热机
如:对小球进行受力分析
第一章
热力学基本概念
学习导引
本章介绍了许多重要的概念，对于后续内 容的学习非常重要。在学习过程中，应注意把 相关的概念串接起来，既对单个概念的物理意 义有较深刻的理解，又能从整体上将这些概念 有机的联系起来。
气缸
活塞
（2）开口热力系
1
进口
与外界有能量、
物质交换的系统。系
1
统的容积始终保持变。
（3）绝热热力系
与外界没有热 量交换的系统。
汽轮机
边界
2 出口
叶轮
2
（4）孤立热力系
与外界既无能量（功、热量）交 换又无物质交换的系统。
特殊热力系
如:热源
本身热容量很大， 且在放出或吸收有限量 热量时自身温度及其它 热力学参数没有明显变 化的物体。
提供热量的热源称 为高温热源；吸收热量 的热源称为低温热源。
高温热源
吸热Q1 作功W
热机 机械能
放热Q2
低温热源
第二节 工质的热力状态和基本状态参数
工质在进行热
量传递和能量转
锅
换的过程中, 其
炉
状态不断发生变
化．
汽机轮
凝 汽 器
一、 热力状态和状态参数
１．热力状态
——工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态， 简称状态。
• 可为真实的物质、设备或假想的热力学模型 如:泵中的水、汽轮机 、卡诺热机
如:对小球进行受力分析
工程热力学第一章
循环过程——工质从某一初态出发，经历一系列状态变化，最后又回到初始状态的全过程为循环过程（简称为循环）。 如图：循环1-2-3-4-1
1-5 热力循环
P
V
0
1
2
4
3
循环概念
循环过程的特点——经一个循环后系统的内能不变。 净功 A = 循环过程曲线所包围的面积
V
0
A
a
2
分度方法：认定测温物质的测温属性随温度的变化是线性 的。0℃与100℃这两个基准点之间分成100等分, 每一等分为1度。
基 准 点：纯水的汽、液、固三相平衡共存的状态点(三相 点)为基准点，并规定它的温度为273.16K。
t = T—273.15
二、可逆过程
可逆过程的实现
准静态过程 + 无耗散效应 = 可逆过程
无不平衡势差
通过摩擦使功 变热的效应(摩阻，电阻，非弹性变性，磁阻等）
不平衡势差 不可逆根源 耗散效应
耗散效应
典型的不可逆过程
不等温传热
节流过程 (阀门）
二、状态公里
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
2
1
1
2
逆循环的评价指标
逆循环：净效应（对内作功，放热）
Wnet
T0
Q1
Q2
T2
制冷循环：制冷系数
制热循环：制热系数
实际过程不是可逆过程，但为了研究方便，先按理想情况（可逆过程）处理，用系统参数加以分析，然后考虑不可逆，因素加以修正。
1-5 热力循环
P
V
0
1
2
4
3
循环概念
循环过程的特点——经一个循环后系统的内能不变。 净功 A = 循环过程曲线所包围的面积
V
0
A
a
2
分度方法：认定测温物质的测温属性随温度的变化是线性 的。0℃与100℃这两个基准点之间分成100等分, 每一等分为1度。
基 准 点：纯水的汽、液、固三相平衡共存的状态点(三相 点)为基准点，并规定它的温度为273.16K。
t = T—273.15
二、可逆过程
可逆过程的实现
准静态过程 + 无耗散效应 = 可逆过程
无不平衡势差
通过摩擦使功 变热的效应(摩阻，电阻，非弹性变性，磁阻等）
不平衡势差 不可逆根源 耗散效应
耗散效应
典型的不可逆过程
不等温传热
节流过程 (阀门）
二、状态公里
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
2
1
1
2
逆循环的评价指标
逆循环：净效应（对内作功，放热）
Wnet
T0
Q1
Q2
T2
制冷循环：制冷系数
制热循环：制热系数
实际过程不是可逆过程，但为了研究方便，先按理想情况（可逆过程）处理，用系统参数加以分析，然后考虑不可逆，因素加以修正。
工程热力学第一章 基本概念
27
补充习题：
一容器被一刚性壁分为两部分，如图所示。 压力表D读数为175kPa，C读数为110kPa，如 大气压为97kPa，试求表A的读值。
气体初态p1=0.5MPa，v1=0.172m³/kg，按pv= 常数的规律，可逆膨胀到p1=0.1MPa，试求膨 胀工。
1-6 功和热量
一、功(work)的定义和可逆过程的功
指导改善
————>实际循环 2.分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际损失 的部位、大小、原因及改进方法。
35
三、动力循环（正循环）（power cycle; direct cycle ）
输出净功；
在p－v图及T－s图上顺时针进行；
膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方。
36
动力循环：工质连续不断地将高温热源取得的热量 一部分转换成对外的净工。
研究目的：合理安排循环，提高热效率。
蒸汽动力循环
蒸汽动力循环是正循环，以蒸汽为工质，将蒸汽的热能 在动力装置中转换为机械功的循环。
蒸汽的卡诺循环
1.工作原理
朗肯循环
正循环中热转换工的经济性指标
循环热效率： t
t w q10 q1q1q2
1q2 q1
其中： q1——工质从热源吸收的热量 q2——工质向冷源放出的热量 w0——循环所做的净工 w0=q1-q2
1．刚性绝热气缸-活塞系统，B侧设有电热丝
红线内 ——闭口绝热系
黄线内不包含电热丝 ——闭口系
黄线内包含电热丝 ——闭口绝热系
蓝线内
——孤立系
11
1-2 工质的热力学状态和基本状态参数
一、热力学状态和状态参数
热力学状态（state of thermodynamic system） —系统宏观物理状况的综合
补充习题：
一容器被一刚性壁分为两部分，如图所示。 压力表D读数为175kPa，C读数为110kPa，如 大气压为97kPa，试求表A的读值。
气体初态p1=0.5MPa，v1=0.172m³/kg，按pv= 常数的规律，可逆膨胀到p1=0.1MPa，试求膨 胀工。
1-6 功和热量
一、功(work)的定义和可逆过程的功
指导改善
————>实际循环 2.分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际损失 的部位、大小、原因及改进方法。
35
三、动力循环（正循环）（power cycle; direct cycle ）
输出净功；
在p－v图及T－s图上顺时针进行；
膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方。
36
动力循环：工质连续不断地将高温热源取得的热量 一部分转换成对外的净工。
研究目的：合理安排循环，提高热效率。
蒸汽动力循环
蒸汽动力循环是正循环，以蒸汽为工质，将蒸汽的热能 在动力装置中转换为机械功的循环。
蒸汽的卡诺循环
1.工作原理
朗肯循环
正循环中热转换工的经济性指标
循环热效率： t
t w q10 q1q1q2
1q2 q1
其中： q1——工质从热源吸收的热量 q2——工质向冷源放出的热量 w0——循环所做的净工 w0=q1-q2
1．刚性绝热气缸-活塞系统，B侧设有电热丝
红线内 ——闭口绝热系
黄线内不包含电热丝 ——闭口系
黄线内包含电热丝 ——闭口绝热系
蓝线内
——孤立系
11
1-2 工质的热力学状态和基本状态参数
一、热力学状态和状态参数
热力学状态（state of thermodynamic system） —系统宏观物理状况的综合
工程热力学第一章
（3）好处：用系统的参数来计算；可以作 好处：用系统的参数来计算； 为实际过程中能量转换效果比较的标准和极 限；可把实际过程当作可逆过程进行分析计 然后再用经验系数加以修正。 算，然后再用经验系数加以修正。 （4）热量和功量 热量和功量都是过程量， 热量和功量都是过程量，它们的大小不仅与 过程的初终状态有关， 过程的初终状态有关，而且与过程的性质有 关。 可逆过程的功量： 可逆过程的功量： w = ∫ pdv 可逆过程的热量： 可逆过程的热量： q = ∫ Tds
C B A
课后题1 课后题1-5；1-6；1-9
（c）系统内部状态参数不随时间而变化 （d）系统内部状态不发生改变 2.均质等截面杆的两端的温度由分别维持 2.均质等截面杆的两端的温度由分别维持 t1 t2的两热源保持 t1 t2 不变，取此杆为系统， 不变，取此杆为系统， 则系统处于（ 则系统处于（B）。 平衡状态， （a）平衡状态，因其各截面温度不随时间改 变 非平衡状态， （b）非平衡状态，因其各截面温度不等 平衡状态， （c）平衡状态，因其各截面温度不随时间改 变，且流入系统的热量等于流出系统的热量 非平衡状态， （d）非平衡状态，因其处于重力场
4.基本状态参数：温度、压力、 4.基本状态参数：温度、压力、比体积 基本状态参数 温度： （1）温度：是热平衡的惟一判据
t = T − 273.15
（2）压力Βιβλιοθήκη p = B + pg
p = B−H
（3）比体积 二、平衡状态、状态公理及状态方程 平衡状态、 1.定义 是指在没有外界作用的情况下， 定义： 1.定义：是指在没有外界作用的情况下， 系统的宏观性质不随时间变化的状态。 系统的宏观性质不随时间变化的状态。 2.实现平衡的条件： 2.实现平衡的条件：系统内部及系统与外界 实现平衡的条件 之间各种不平衡势差消失
工程热力学第一章
定义：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）
单位 : Pa （帕），1 Pa =1 N/ m2 ，
常用压力单位： 1 MPa = 103 kPa =106 Pa 1 atm（标准大气压） = 1.013105 Pa 1 mmHg （毫米汞柱） = 133.3 Pa 1 at （工程大气压） = 0.981105 Pa 1 mmH2O（毫米水柱） = 9.81 Pa
摄氏温标:
瑞典天文学家摄尔修斯（ Celsius ）于 1742 年 建立。用摄氏温标确定的温度称为摄氏温度，用 符号t 表示，单位为℃。 在标准大气压下，纯水的冰点温度为 0 ℃ ，纯 水的沸点温度为100 ℃，纯水的三相点（固、液、汽 三相平衡共存的状态点）温度为0.01℃ 。 选择水银的体积作为温度测量的物性，认为其 随温度线性变化，并将0 ℃ 和100 ℃温度下的体积 差均分100份，每份对应1 ℃。
A C
B
热力学第零定律是温度测量的理论依据 。
温度：可以确定一个系统是否与其他系统处于 热平衡的物理量。是一个强度量。
50
（c）温标：
温度的数值表示法。
建立温标的三个要素：
a . 选择温度的固定点，规定其数值； b. 确定温度标尺的分度方法和单位；
c. 选择某随温度变化的物性作为温度测量的依据。
51
四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵
燃气轮机
燃气轮机结构图
活塞
热动力装置的本质
利用某一种媒介物从某个能源获取热能，具 备作功能力并对机器作功，最后把余下的 热能排向环境介质(大气或冷却水) 本质特性：吸热 → 膨胀做功→ 排热
1.热力系统、状态 及状态参数
1.1 热力系统与 工质
1、定义： 在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果系统的状 态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态。
单位 : Pa （帕），1 Pa =1 N/ m2 ，
常用压力单位： 1 MPa = 103 kPa =106 Pa 1 atm（标准大气压） = 1.013105 Pa 1 mmHg （毫米汞柱） = 133.3 Pa 1 at （工程大气压） = 0.981105 Pa 1 mmH2O（毫米水柱） = 9.81 Pa
摄氏温标:
瑞典天文学家摄尔修斯（ Celsius ）于 1742 年 建立。用摄氏温标确定的温度称为摄氏温度，用 符号t 表示，单位为℃。 在标准大气压下，纯水的冰点温度为 0 ℃ ，纯 水的沸点温度为100 ℃，纯水的三相点（固、液、汽 三相平衡共存的状态点）温度为0.01℃ 。 选择水银的体积作为温度测量的物性，认为其 随温度线性变化，并将0 ℃ 和100 ℃温度下的体积 差均分100份，每份对应1 ℃。
A C
B
热力学第零定律是温度测量的理论依据 。
温度：可以确定一个系统是否与其他系统处于 热平衡的物理量。是一个强度量。
50
（c）温标：
温度的数值表示法。
建立温标的三个要素：
a . 选择温度的固定点，规定其数值； b. 确定温度标尺的分度方法和单位；
c. 选择某随温度变化的物性作为温度测量的依据。
51
四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵
燃气轮机
燃气轮机结构图
活塞
热动力装置的本质
利用某一种媒介物从某个能源获取热能，具 备作功能力并对机器作功，最后把余下的 热能排向环境介质(大气或冷却水) 本质特性：吸热 → 膨胀做功→ 排热
1.热力系统、状态 及状态参数
1.1 热力系统与 工质
1、定义： 在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果系统的状 态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态。
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了解工程热力学分析问题的特点、方法和步
骤。
§1-1
1、系统的定义
热力系统
Thermodynamic system
热力系统(热力系、系统)： 人为地 研究对象 system
A quantity of matter or a region in space chosen for study
选取一定的工质或空间作为研究对象，称之为热力系统。
温度值应具有良好的复现性
根据固定点的布局和温度范围的不同，
选择相应的测温物质以及测温方法
建立起各个温度段中的物性与温度的函
数关系
温标的性质
任选一种物质的某一测温属性，采用以上
温标的规定所得到的温标称为经验温标，经验
温标依赖于测温物质的物理性质。热力学理论
指出可以建立一种不依赖于测温物质的性质的
常用温标之间的关系
绝对K
373.15
摄氏℃
100 水沸点
37.8
华氏F
212
朗肯R
671.67
559.67 491.67
273.16 273.15
发烧 100 0.01水三相点 0 冰熔点 32
-17.8 -273.15
盐水熔点 0
-459.67
459.67
0
0
温标的换算
T [ K ] t[ C ] 273.15
温标,即热力学绝对温标。
经验温标
1714 年 Farenheit 建立了华氏温标
基准点、固定参考点： 水、冰和氯化铵混合物(0oF) 人体的温度(96oF) 12等分
1742 年
Celsius
建立了摄氏温标
基准点、固定参考点： 水的冰点(100oC)、水的沸点(0oC) 100等分
绝对温标
开尔文在热力学第二定律的基础上，从理论上引 入的与测温物质性质无关的温标。它可作为标准温 标，一切经验温标均可以用此温标来校正。 符号为T，单位为K(称“开尔文”)。 规定水的三相点为基准点，并规定此点的温度为 273.16K
多元系
相态 单相 多相
是非题
闭口系统是指系统本身质量不改变的系统。 开口系统的质量一定会发生改变。
孤立系统的质量不可能发生改变。
闭口绝热系统的温度不可能改变。
非 非 是 非
Simple compressible system
最重要的系统 简单可压缩系统
只交换热量和一种准静态的容积变化功
简单可压缩系统
温度的热力学定义
热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931）
如果两个系统分别与第三个系统处于 热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。
温度测量的理 论基础 B 温度计
为什么叫做热力学第零定律
热力学第零定律 1931年 T
热力学第一定律
热力学第二定律 热力学第三定律
18401850年
18541855年 1906年
绝热系 Adiabatic system 孤立系 Isolated system
§1-1 热力系统
1
W 4 m Q 3 2
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系 非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
热力系统其它分类方式
均匀系
物理化学性质 非均匀系
单元系 其它分类方式 工质种类
Velocity
速度 高度 （强） （强） （强） （广） 动能 Kinetic Energy 位能 （广） Potential Energy （广） 内能 Internal Energy 摩尔数 （广） Mol
Height
温度
Temperature
应力 （强） Stress
E
S S基准
温度的热力学定义
一切系统必定存在一个共同的、表征系统 微观热运动强度和宏观热平衡性质的状态参数， 这个状态参数就称为温度。
温度是确定一个系统是否与其它系统处于热 平衡的物理量
温度如何描述？
温度如何测量？
温度的数值表示方法
温标 Temperature scale
规定定义点并给出其温度的准确值 选定一定数量的固定参考点，这些点的
第一章 基本概念
Basic Concepts
南京航空航天大学 能源与动力学院
2013
基本要求
掌握工程热力学中一些基本术语和概念：热
力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。
掌握状态参数的特征，基本状态参数p、v、
T 的定义和单位等。掌握热量和功量这些过
程量的特征，并会用系统的状态参数对可逆 过程的热量、功量进行计算。
比容 单位：/kg /kmol
比内能 比焓
比熵
同物质的量无关
强度参数与广延参数
Intensive properties Extensive properties
强度参数：与物质的量无关的参数 如压力 p、温度T 广延参数：与物质的量有关的参数可加性 如 质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S
强度参数与广延参数
思
考
系统和外界通过边界会有哪些 相互作用？
Closed system—quantity of matter under study
– Control mass – Only heat and work can cross boundary of closed system
Fluid
Control Mass
§1-3 基本状态参数
Basic state properties
压力——P
单位面积上的垂直作用力称为压力，它是表征
宏观系统力平衡性质的平衡状态参数。
F P A
分子运动学说认为压力是大量气体分子撞击器壁的平均 结果。
压力p测量
压力表中显示的压力即为状态参数？？？ 注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
§1-2 状态和状态参数
状态参数的特征：
State and state properties
1、单值性：状态确定，则状态参数也确定，参数的微分特征 状态参数是点函数， 设 z =z (x , y) 其微分是全微分
z z dz dx dy x y y x
温标 Temperature scale
热力学温标（绝对温标）Kelvin scale （Britisher, L. Kelvin, 1824-1907） 摄氏温标Celsius scale (Swedish, A. Celsius, 1701-1744） 华氏温标Fahrenheit scale (German, G. Fahrenheit, 1686-1736) 朗肯温标Rankine scale (W. Rankine, 1820-1872)
容积变化功
压缩功 膨胀功
§1-2 状态和状态参数
State and state properties
状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况
状态参数：描述热力系状态的物理量
§1-2 状态和状态参数
State and state properties
系统状态参数的全部或一部分发生变化，即表 明物质的状态发生变化。物质的状态变化也必然可 由参数的变化标志出来。状态参数一旦确定，工质 的状态也完全确定。因而状态参数是热力系统的单 值函数，其值只取决于初终态，与过程无关。
Other Pressure Measurement Devices
高精度测量： 活塞压力计 piston manometer
工业或一般科研测量：压力传感器 Pressure transducers
活塞压力计 陶瓷型压力传感器 金属应变式压力传感器
§1-3 基本状态参数
Basic state properties
热电偶测温原理
§1-3 基本状态参数
3、比容 v
Basic state properties
压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）
( specific volume ) [m3/kg]
V v m
v
1
工质聚集的疏密程度
物理上常用密度density
[kg/m3]
比参数
比参数：
V v m U u m H h m S s m
§1-1
1、系统的定义
热力系统
Thermodynamic system
系统完全由研究者自己来设定。
我的系统，听我的！
§1-1
热力系统
2、系统、外界与边界
外界：系统以外的所有物质
surroundings
边界(界面)：系统与外界的分界面 boundary
系统与外界的作用都通过边界
边界特性
固定、活动 真实、虚构 fixed 、 movable real 、imaginary
pe
p
pb
pv
p
环境压力与大气压力
环境压力Environmental pressure
—— 指压力表所处环境 大气压力 Atmospheric pressure
注意：
环境压力一般为大气压，但不一定。
见课堂习题
工程计算中的压力
工程计算中，选取的压力必须是绝 对压力。火电厂中所测得的锅炉汽包、 主蒸汽的压力值都是表压力，负压燃 烧锅炉炉膛内的烟气和凝汽器内乏汽 的压力值为真空，计算时都须换算为 绝对压力。
压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）
2、温度 T
( Temperature )
温度是用来标志物体冷热程度的物理量。给 出严格、确切的定义，和热力学基本定律有密 切的关系。
温度T 的一般定义
骤。
§1-1
1、系统的定义
热力系统
Thermodynamic system
热力系统(热力系、系统)： 人为地 研究对象 system
A quantity of matter or a region in space chosen for study
选取一定的工质或空间作为研究对象，称之为热力系统。
温度值应具有良好的复现性
根据固定点的布局和温度范围的不同，
选择相应的测温物质以及测温方法
建立起各个温度段中的物性与温度的函
数关系
温标的性质
任选一种物质的某一测温属性，采用以上
温标的规定所得到的温标称为经验温标，经验
温标依赖于测温物质的物理性质。热力学理论
指出可以建立一种不依赖于测温物质的性质的
常用温标之间的关系
绝对K
373.15
摄氏℃
100 水沸点
37.8
华氏F
212
朗肯R
671.67
559.67 491.67
273.16 273.15
发烧 100 0.01水三相点 0 冰熔点 32
-17.8 -273.15
盐水熔点 0
-459.67
459.67
0
0
温标的换算
T [ K ] t[ C ] 273.15
温标,即热力学绝对温标。
经验温标
1714 年 Farenheit 建立了华氏温标
基准点、固定参考点： 水、冰和氯化铵混合物(0oF) 人体的温度(96oF) 12等分
1742 年
Celsius
建立了摄氏温标
基准点、固定参考点： 水的冰点(100oC)、水的沸点(0oC) 100等分
绝对温标
开尔文在热力学第二定律的基础上，从理论上引 入的与测温物质性质无关的温标。它可作为标准温 标，一切经验温标均可以用此温标来校正。 符号为T，单位为K(称“开尔文”)。 规定水的三相点为基准点，并规定此点的温度为 273.16K
多元系
相态 单相 多相
是非题
闭口系统是指系统本身质量不改变的系统。 开口系统的质量一定会发生改变。
孤立系统的质量不可能发生改变。
闭口绝热系统的温度不可能改变。
非 非 是 非
Simple compressible system
最重要的系统 简单可压缩系统
只交换热量和一种准静态的容积变化功
简单可压缩系统
温度的热力学定义
热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931）
如果两个系统分别与第三个系统处于 热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。
温度测量的理 论基础 B 温度计
为什么叫做热力学第零定律
热力学第零定律 1931年 T
热力学第一定律
热力学第二定律 热力学第三定律
18401850年
18541855年 1906年
绝热系 Adiabatic system 孤立系 Isolated system
§1-1 热力系统
1
W 4 m Q 3 2
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系 非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
热力系统其它分类方式
均匀系
物理化学性质 非均匀系
单元系 其它分类方式 工质种类
Velocity
速度 高度 （强） （强） （强） （广） 动能 Kinetic Energy 位能 （广） Potential Energy （广） 内能 Internal Energy 摩尔数 （广） Mol
Height
温度
Temperature
应力 （强） Stress
E
S S基准
温度的热力学定义
一切系统必定存在一个共同的、表征系统 微观热运动强度和宏观热平衡性质的状态参数， 这个状态参数就称为温度。
温度是确定一个系统是否与其它系统处于热 平衡的物理量
温度如何描述？
温度如何测量？
温度的数值表示方法
温标 Temperature scale
规定定义点并给出其温度的准确值 选定一定数量的固定参考点，这些点的
第一章 基本概念
Basic Concepts
南京航空航天大学 能源与动力学院
2013
基本要求
掌握工程热力学中一些基本术语和概念：热
力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。
掌握状态参数的特征，基本状态参数p、v、
T 的定义和单位等。掌握热量和功量这些过
程量的特征，并会用系统的状态参数对可逆 过程的热量、功量进行计算。
比容 单位：/kg /kmol
比内能 比焓
比熵
同物质的量无关
强度参数与广延参数
Intensive properties Extensive properties
强度参数：与物质的量无关的参数 如压力 p、温度T 广延参数：与物质的量有关的参数可加性 如 质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S
强度参数与广延参数
思
考
系统和外界通过边界会有哪些 相互作用？
Closed system—quantity of matter under study
– Control mass – Only heat and work can cross boundary of closed system
Fluid
Control Mass
§1-3 基本状态参数
Basic state properties
压力——P
单位面积上的垂直作用力称为压力，它是表征
宏观系统力平衡性质的平衡状态参数。
F P A
分子运动学说认为压力是大量气体分子撞击器壁的平均 结果。
压力p测量
压力表中显示的压力即为状态参数？？？ 注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
§1-2 状态和状态参数
状态参数的特征：
State and state properties
1、单值性：状态确定，则状态参数也确定，参数的微分特征 状态参数是点函数， 设 z =z (x , y) 其微分是全微分
z z dz dx dy x y y x
温标 Temperature scale
热力学温标（绝对温标）Kelvin scale （Britisher, L. Kelvin, 1824-1907） 摄氏温标Celsius scale (Swedish, A. Celsius, 1701-1744） 华氏温标Fahrenheit scale (German, G. Fahrenheit, 1686-1736) 朗肯温标Rankine scale (W. Rankine, 1820-1872)
容积变化功
压缩功 膨胀功
§1-2 状态和状态参数
State and state properties
状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况
状态参数：描述热力系状态的物理量
§1-2 状态和状态参数
State and state properties
系统状态参数的全部或一部分发生变化，即表 明物质的状态发生变化。物质的状态变化也必然可 由参数的变化标志出来。状态参数一旦确定，工质 的状态也完全确定。因而状态参数是热力系统的单 值函数，其值只取决于初终态，与过程无关。
Other Pressure Measurement Devices
高精度测量： 活塞压力计 piston manometer
工业或一般科研测量：压力传感器 Pressure transducers
活塞压力计 陶瓷型压力传感器 金属应变式压力传感器
§1-3 基本状态参数
Basic state properties
热电偶测温原理
§1-3 基本状态参数
3、比容 v
Basic state properties
压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）
( specific volume ) [m3/kg]
V v m
v
1
工质聚集的疏密程度
物理上常用密度density
[kg/m3]
比参数
比参数：
V v m U u m H h m S s m
§1-1
1、系统的定义
热力系统
Thermodynamic system
系统完全由研究者自己来设定。
我的系统，听我的！
§1-1
热力系统
2、系统、外界与边界
外界：系统以外的所有物质
surroundings
边界(界面)：系统与外界的分界面 boundary
系统与外界的作用都通过边界
边界特性
固定、活动 真实、虚构 fixed 、 movable real 、imaginary
pe
p
pb
pv
p
环境压力与大气压力
环境压力Environmental pressure
—— 指压力表所处环境 大气压力 Atmospheric pressure
注意：
环境压力一般为大气压，但不一定。
见课堂习题
工程计算中的压力
工程计算中，选取的压力必须是绝 对压力。火电厂中所测得的锅炉汽包、 主蒸汽的压力值都是表压力，负压燃 烧锅炉炉膛内的烟气和凝汽器内乏汽 的压力值为真空，计算时都须换算为 绝对压力。
压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）
2、温度 T
( Temperature )
温度是用来标志物体冷热程度的物理量。给 出严格、确切的定义，和热力学基本定律有密 切的关系。
温度T 的一般定义