工程热力学第2讲第1章基本概念

1.2 热力状态
基本状态参数_温度T：
四种常用温标之间的关系：
绝对K 373.15
摄氏℃ 100 水沸点
华氏°F 212
273.16 273.15
37.8
发烧 100
0.01 水三相点
0 冰熔点
32
-17.8
盐水熔点 0
朗肯° R 671.67 559.67
491.67
T[K ] t[O C] 273.15
温度的定义：
➢ 传统：冷热程度的度量。
感觉
➢ 微观：衡量分子平均动能的量度。
T ∝0.5mw 2
➢ 热力学定义：温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的宏观
物理量。
温度的常用单位： K ，℃
温度的测量：
➢ 理论基础——热力学第零定律。
➢ 测量工具——温度计。工业或一般科研测量：水银温度计，酒精温度
➢ 系统与外界是否传功：
非绝功系 / 绝功系
➢ 系统与外界是否传热、功、质：非孤立系 / 孤立系
➢ 系统物理化学性质是否均匀： 均匀系 / 非均匀系
➢ 系统工质种类是否单一：
单元系 / 多元系
➢ 系统工质相态是否单一：
单相系 / 多相系
最重要的热力系统_简单可压缩系统：
➢ 只交换热量和一种准静态的容积变化功（压缩功或膨胀功）！
p
pv
pb p
注意：
➢ 只有绝对压力 p 才是状态参数。
➢ 环境压力一般为大气压，但不一定。
p (h)gdh
➢ 环境压力的确定：1）大气压随时间、地点变化，常取0.1MPa或者取
1atm = 760mmHg = 1.013105 Pa。 2）当h变化大，ρ=ρ(h)
1.2 热力状态
基本状态参数_温度T：
计，热电偶，热电阻，辐射温度计，铂电阻温度计。
➢ 温度计组成：物质特性、基准点、刻度。
➢ 温标：温度的数值表示法。四种常用温标
1.2 热力状态
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。
➢ 具体表述如下： 1.可以通过使两个体系相接触，并观察这两个体
t[O C] 5 (t[F ] 32) 9
t[F ] t[R] 459.67
459.67
注意：绝对温标与 测温物质无关。
0
-273.15
-459.67
0
1.2 热力状态
基本状态参数_比容v：
➢ 定义：单位质量物质所占的体积
➢ 比容是密度的倒数 ➢ 单位： m3/kg
➢ 工业或一般科研测量：压力传感器、压力表
1.2 热力状态
基本状态参数_压力p：
➢ 绝对压力p：系统的真实压力。 ➢ 环境压力pb ：指压力表所处环境的压力 ➢ 表压pe：绝对压力与环境压力的相对值 ➢ 真空度pv ：绝对压力小于环境压力时，二者的相对值
pe
p pe pb p pb pv
过程装备与控制工程专业
工程热力学
第二讲
山东大学机械工程学院 过程装备与控制工程研究所
本讲内容
CH0 基本概念
1.1热力系统
• 系统 边界
外界
1.2 热力状态
• 状态参数
平衡状态
1.3 热力过程
• 准静态（准平衡）过程
• 可逆过程
• 热力循环
状态方程
学习要求
CH1 基本概念
1 理解并掌握热力系统、状态、过程的基本概念：
1、基本状态参数： p T V
2、导出状态的特征：可判断是否是状态参数
1、积分特征：点函数
状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关。
2、微分特征：全微分
2
2
2
设 z =z (x , y)
dz dz dz z2 z1 dz 0
1
a
b
1
1,a
1,b
➢ 过程量、状态量， p – V 图、T – S 图；
➢ 等等。
2 掌握热力学第零定律
1.1 热力系统
基本概念：
➢ 热力系统(热力系、系统)： 作为研究对象的人为指定范围内的物质。 ➢ 边界（控制面）：系统和外界之间的分界面。 ➢ 外界：系统之外的物质。
边界：
➢ 边界的作用：系统与外界通过边界交换能量和质量。 ➢ 边界的特性：可以是固定的，也可以是运动的；可以是真实的，
1.1 热力系统
热力系统的分类图解：
m 1
Q W
4
非孤立系＋相关外界＝孤立系
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
3
1.2 热力状态
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。
➢ 状态确定，则状态参数也确定，反之亦然。
➢ 状态参数的分类：( 是否可以直接测量 )
➢ 系统、边界、外界、封闭系统、敞开系统、简单热力系统、绝 热系统、孤立系统；
➢ 状态、状态参数、基本状态参数、导出状态参数、强度参数、 广度参数、平衡状态、自由度、状态方程；
➢ 过程、准静态过程、可逆过程、循环、正循环、逆循环、可逆 循环、不可逆循环；
➢ 压力、绝压、表压、真空度、温度、温标、比容；
系的性质是否发生变化而判断这两个体系是否已经达到平衡。 2.当外界条件不发生变化时，已经达成热平衡状态的体系，其内部的
温度是均匀分布的，并具有确定不变的温度值。 3.一切互为平衡的体系具有相同的温度，所以，一个体系的温度可以
通过另一个与之平衡的体系的温度来表达；或者也可以通过第三个 体系的温度来表达。 ➢ 意义：热力学第零定律用来作为进行体系测量的基本依据，其重要 性在于它说明了温度的定义和温度的测量方法。
也可以是假想的。
1.1 热力系统
热力系统选取的人为性：
➢ 热力系的选取取决于研究目的和方法，具有随意性，但选取不当将 不便于分析。
➢ 举例：
锅 炉
过热器
汽轮机 发电机
凝 汽 器
给水泵
1.1 热力系统
热力系统的分类：
➢ 系统与外界是否传质：
开口系 / 闭口系
➢ 系统与外界是否传热：
非绝热系 / 绝热系
2
dz
z x
y
dx
z y
x
dy
2z 2z xy yx
1.2 热力状态
基本状态参数_压力p：
➢ 就是物理中的压强。
➢ 基本单位: Pa (Pascal), N/m2
➢ 常用单位：
1 mmHg = 133.3 Pa 1 kPa = 103 Pa 1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa ≈ 1 bar 1 at = 1 kgf/cm2 = 9.80665104 Pa