《发电厂热力设备及系统》第一章热力学基本概念
《发电厂热力设备及系统》第一章热力学基本概念资料重点
非准平衡(高温传热至低温) 不可逆
准平衡 可逆
３、作功过程
F
p
pb
f
pA F cos f pb A
非准静态过程
pA F cos f pb A 准静态过程，不可逆 pA F cos pb A ( f 0) 准静态过程，可逆
讨论：
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
•热平衡 ： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界 处处温
度相等。
•力平衡： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外 界处处压力相等。
•热力平衡的充要条件 —系统同时达到热平衡和力平衡。
讨论：
1）系统平衡与均匀
2）平衡与稳定
— 平衡可不均匀
— 稳定未必平衡
四、纯物质的状态方程
状态方程——对简单可压缩热力系统，参数服从一定的关系；
又：广延量的比性质具有强度量特性，母表示单位质量参数。
２、系统状态相同的充分必要条件
系统两个状态相同的充要条件： 所有状态参数一一对应相等
简单可压缩系两状态相同的充要条件： 两个独立的状态参数对应相等
三、平衡状态
1．定义：无外界影响系统保持状态参数不随时间而改变的状态
２、热量
定义：仅仅由于温差而通过边界传递 的能量。
符号约定：系统吸热“+”； 放热“-”
单位： J kJ
计算式及状态参数图
（T-s图上）表示
2
Q 1 TdS
δQ TdS
(可逆过程）
热量是过程量
３、热量与功的异同：
（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；
(完整word版)工程热力学概念总结
工程热力学总结第一章基本概念1.基本概念热力系统：这种被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统（简称系统，体系）。
边界：系统与外界之间的分界面，称为边界。
外界：与系统发生质能交换的物体称为外界。
闭口系统：一个热力系统如果和外界只有能量交换而无物质交换的系统称为闭口系统，因闭口系统内的质量保持恒定不变，所以闭口系统也称控制质量。
开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。
绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。
孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。
单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。
复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。
单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。
多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。
均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。
非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。
热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。
平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。
状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。
如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。
基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。
温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。
热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。
压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。
《热力学1章》课件
热量指的是在热传递过程中传递 的能量，单位是焦耳。热量是能 量转移的过程，表示物体之间热 能传递的多少。
热能和其他形式能量的转换
热能与其他形式能量的转换
热能可以与其他形式的能量相互转换，如机械能、电能和化学能等。热力学第 一定律指出，能量不能凭空产生也不能凭空消失，只能从一种形式转化为另一 种形式。
研究环境中的热力学过程和能量 转换规律，为环境保护提供理论
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恒。
推导过程中涉及到的概念和原理 还包括：热量、温度、功等。
热力学第一定律的应用
01
02
03
应用领域
热力学第一定律在能源、 化工、环境、航空航天等 领域都有广泛的应用。
具体应用
如燃烧过程、蒸汽机工作 原理、制冷技术等都遵循 热力学第一定律，即能量 的转换与守恒。
注意事项
在实际应用中，需要考虑 到能量的损失和效率问题 ，以及如何提高能量的利 用率。
02
通过分析分子运动和热传导等现 象，我们可以推导出热力学第二 定律，它限制了热量自发地从低 温物体传到高温物体的可能性。
热力学第二定律的应用
热力学第二定律在能源利用、制 冷技术、空调等领域有广泛应用
。
它指导我们如何更有效地利用能 源，例如在发电站中，通过提高 蒸汽机的效率来减少热量损失，
从而提高发电效率。
制冷技术
制冷技术是热力学的另一个重要应用领域，如空调、冰箱和工业制冷等
。制冷技术利用物质的相变和热力学原理实现物体的冷却和温度控制。
03
化工生产
化工生产中许多工艺过程都涉及到热力学原理，如蒸馏、萃取、结晶和
化学反应等。了解和掌握热力学原理有助于优化化工生产过程，提高产
热力学第一章课件
热力学第一章
§1-1 热力系统
1 开口系
1
m
2
1+2 闭口系
WQ
1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
热力学第一章
状态参数的微分特征
设 z =z (x , y)
dz是全微分
Total
dzxzy
z dxyx
dy
differentials
充要条件：
2z 2z xy yx
可判断是否 是状态参数
热力学第一章
强度参数与广延参数
Intensive properties Extensive properties
4
3
非孤立系＋相关外界
＝孤立系
热力学第一章
热力系统其它分类方式
其它分类方式
均匀系 物理化学性质
非均匀系
工质种类
单元系 多元系
相态
单相 多相热力学第一章
简单可压缩系统
Simple compressible system
最重要的系统
只交换热量和一种准静态的容积变化功
Moving Boundary Work 容积变化功 Compression Work
氟化锂晶体的实验发现负的开尔文温度
3) T=0 0.5mw 2=0 分子一切运动停止，
零点能
热力学第一章
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
热力学第一章
物理大气压 1atm = 760mmHg
当h变化不大，ρ常数
1mmHg = ρgh = 133.322Pa
当h变化大，ρ ρ(h)
p(h)gdh
Other Pressure Measurement Devices
工业或一般科研测量：压力传感器
Pressure transducers Piezoelectric effect
U-tube manometer
示意图
Bourdon Tube
绝对压力与相对压力
absolute pressure relative pressure
当 p > pb
Ga表ge压p力respsue re
p pe pb
当 p < pb
真空度 pv
p pb pv
Vacuum pressure
状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量
与路径无关，只与初终态有关 3、状态参数的微分特征：全微分
状态参数的微分特征
设 z =z (x , y)
dz是全微分
Total
dzxzy
z dxyx
dy
differentials
pe
p
pv
pb
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
barometric
注意：
环境压力一般为 barometer h
大气压，但不一定。 见例题1－1
大气压力Atmospheric pressure
热工基础 1 第一章 基本概念
平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的
平衡：时间上 均匀：空间上
Fundamentals of thermal engineering
热 工 基 础
1-2 平衡状态和状态参数
2、基本状态参数 热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体 积、比热力学能、比焓、比熵等，其中可以直接测 量的状态参数如压力、温度、比体积，称为基本状 态参数。 （1）压力 单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）
ds 0 ， q 0 ， 系统吸热； ds 0 ， q 0 ， 系统放热。 ds 0 ， q 0 ，系统绝热，定熵过程。
比体积和密度二者相关，通常以比体积作为状态参数 。
Fundamentals of thermal engineering
热 工 基 础
1-3 状态方程与状态参数坐标图 1 状态公理 对于和外界只有热量和体积变化功（膨胀功或 压缩功）的简单可压缩系统，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。
温度相等
热平衡
Fundamentals of thermal engineering
热
工基Βιβλιοθήκη 础1-2 平衡状态和状态参数
② 热力学温标（绝对温标） 英国物理学家开尔文（Kelvin)在热力学第二定 律基础上建立，也称开尔文温标。用符号 T 表示， 单位为 K（开）。
热力学温标取水的三相点为基准点，并定义其 温度为273.16 K。温差1K相当于水的三相点温度的 1/273.16.。
规定：系统对外界作功“＋”，外界对系统作功“－”
膨胀：dv > 0 , w > 0
Fundamentals of thermal engineering
最新工程热力学复习总结
第一章基本概念、基本过程一、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、粉H、痼S2、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 （C）与热力学温度T （K）关系：t=T-273.152、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p e；真空度p v；环境压力p bo,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。
热力学基本概念1状态参数、热力学温标
Walther Hermann Nernst • (1864-1941) • 德国 • 热化学，熵基准 • 1920年诺贝尔化 学奖
工程热力学
热力学方面获诺贝尔奖的科学家（4）
• L.昂萨格 Lars Onsager
• (1903-1976) • 美国 • 不可逆过程热力学理
论 • 1968年诺贝尔化学奖
工程热力学
能源转换利用的关系
生物质
风 能
水 能
化 学 能
燃
料 电 池
风 车
水水
轮 机
车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
地太 热阳 能能
利 用
光转 热换
能 90%
一次能源 (天然存在)
光 电 转 换
机械能 发电 电动 机机
热机 电
直接利用 能
二次能源
工程热力学
Future Energy to Low-Carbon Town in China
New Energy Technologies
Renewable e nergy
Future energy
Conventional Energy clean
工程热力学
工程热力学与节能
工程热力学
是一门研究热能有效利用及 热能和其它形式能量转换规律 的科学
建立节能的理论基础
工程热力学
(1) 中国能源资源缺乏 (2) 中国能源利用效率低下 (3) 能源环境问题突出
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
工程热力学
U-tube manometer
示意图
Bourdon Tube
绝对压力与相对压力
absolute pressure relative pressure
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热能→动能→转子旋转
汽轮机
机械能
(对外作功过程)
冷凝器(冷源):将作功后
水泵
的低温低压蒸汽凝结成
冷凝器
水
(对外放热过程)
（T-s图上）表示
2
Q 1 TdS
δQ TdS
(可逆过程）
热量是过程量
３、热量与功的异同：
（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；
功
热是无条件的；
热
功是有条件、限度的。
八、热力循环
非准静态过程
pA F cos f pb A 准静态过程，不可逆 pA F cos pb A ( f 0) 准静态过程，可逆
讨论：
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 3.一切实际过程都不可逆 4. 可逆过程可用状态参数图上实线表示
３、 系统分类： 按能量交换
绝热系— 与外界无热量交换; 孤立系— 与外界无任何形式的质能交换。
简单可压缩系 —由可压缩物质组成，无化学反应、与外界有交 换容积变化功的有限物质系统。
注意：1）闭口系与系统内质量不变的区别； 2）开口系与绝热系的关系； 3）孤立系与绝热系的关系。
以系统与外界关系划分：
一简单可压缩系只有两个独立参数，所以可用平 面坐标上一点确定其状态，反之任一状态可在平面坐 标上找到对应点，如：
p
p1 1
T
T2
2
p
p3
3
O
v1
vO
s2
sO
T3
T
六、工质的状态变化过程
１、准静态过程(准平衡过程）
定义：偏离平衡态无穷小，随时 恢复平衡的状态变化过程。
进行条件： 破坏平衡的势—
•热平衡 ： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界 处处温
度相等。
•力平衡： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外 界处处压力相等。
•热力平衡的充要条件 —系统同时达到热平衡和力平衡。
讨论：
1）系统平衡与均匀
2）平衡与稳定
— 平衡可不均匀
— 稳定未必平衡
四、纯物质的状态方程
状态方程——对简单可压缩热力系统，参数服从一定的关系；
• 汽缸-活塞装置（闭口系例）
3
２、系统及边界示例
• 移动和虚构边界
注意：
1）系统与外界的人为性 2）边界可以是：
a）刚性的或可变形的或有弹性的 b）固定的或可移动的 c）实际的或虚拟的
３、 系统分类：按系统与外界质量交换
闭口系 （控制质量CM） —没有质量越过边界
开口系 （控制体积CV） —通过边界与外界有质量交换
１、状态参数的特性和分类
(1)．状态参数是宏观量，是大量粒子的统计平均效 应， 只有平衡态才有状参，系统有多个状态参数，如
p,V ,T,U, H, S
(2)．状态的单值函数。 物理上—与过程无关； 数学上—其微量是全微分。
dx 0
dx dx
1b2
1a2
(3)．状态参数分类 广延量（extensive property） 强度量（intensive property ）
p, T 无穷小
过程进行无限缓慢 工质有恢复平衡的能力
准静态过程可在状态参数图上用连续实线表示
２、可逆过程
定义：系统可经原途径返回原来状 态而在外界不留下任何变化 的过程。
可逆过程与准静态过程的关系
非准平衡(高温传热至低温) 不可逆
准平衡 可逆
３、作功过程
F
p
pb
f
pA F cos f pb A
J 或 kJ J/s W kJ/s kW
附： 1kWh 3600kJ
讨论
有用功概念
Wu W Wl Wp
pb
f
其中: W—膨胀功
Wl—摩擦耗功； Wp＿排斥大气功。
２、热量
定义：仅仅由于温差而通过边界传递 的能量。
符号约定：系统吸热“+”； 放热“-”
单位： J kJ
计算式及状态参数图
是否传质
有 开口系
无 闭口系
是否传热
系 绝功系
是否传热、功、质 非孤立系 孤立系
热力系统
1
m
Q W
4
1 开口系
2
1+2 闭口系
1+2+3 绝热闭口系
1+2+3+4 孤立系
3 非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
二、热力学状态和状态参数
热力学状态 —系统宏观物理状况的综合 状态参数 —描述物系所处状态的宏观物理量
１、定义：
封闭的热力过程
特性：一切状态参数恢复原值，即 dx 0
２、可逆循环与不可逆循环
３、动力循环（正向循环）
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。
３、动力循环（正向循环）
锅 炉(热源):燃料燃烧
产生热量,将水变成蒸
汽
锅炉
(吸热过程)
汽轮机:将蒸汽携带的
又：广延量的比性质具有强度量特性，如比体积
v
V
m
工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数。
２、系统状态相同的充分必要条件
系统两个状态相同的充要条件： 所有状态参数一一对应相等
简单可压缩系两状态相同的充要条件： 两个独立的状态参数对应相等
三、平衡状态
1．定义：无外界影响系统保持状态参数不随时间而改变的状态
七、功和热量
１、功的定义和可逆过程的功
功的力学定义 沿力的方向的位移与力的乘积
功的热力学定义：通过边界传递的能量，其全部 效果可表现为举起重物。
可逆过程功的计算
2
W 1 δW
2
2
1 pAdx 1 pdV
▲功是过程量
▲功可以用p-v图上过程线
与v轴包围的面积表示
功的符号约定： 系统对外作功为“+” 外界对系统作功为“-” 功和功率的单位：
第一章 热力学基本概念与基本定律 第一节 热能转换的基本概念
一、热力系统（热力系、系统、体系）、 外界和边界 １、定义：
• 系统：人为分割出来，作为热力学 研究对象的有限物质系统
• 外界：与体系发生质、能交换的 物系。 • 边界：系统与外界的分界面 （线）。
２、系统及边界示例
• 汽车发动机
2
２、系统及边界示例
状态方程 f p, v,T 0
1．理想气体状态方程
pv RgT
pV mRgT
pV nRT
p Pa N/m2 v m3/kg
Rg —气体常数
J/(kg K)
T K
R—通用气体常数
R 8.3145J/(mol K)
摩尔质量
R MRg
五、 状态参数坐标图