工程热力学与传热学基础知识

– 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
比参数：具有强度参数的性质，
其单位：/kg kmol
vV hH s S uU
m
m
m
m
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区分参数类型的判据
m V T P ρ
½m ½m
½V ½V
T
T
P
P
ρ
ρ
Extensive properties Intensive properties
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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。
例如锅炉、循环水池、大气等。 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。
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1-2 状态和基本状态参数
1. 热力状态和平衡状态
（1）热力状态（ State ）
系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状 况称为系统的热力状态，简称状态。
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（1）闭口系统
与外界无物质交 换的系统。系统的质 量始终保持恒定，也 称为控制质量系统。
闭口 系统
边界 外界
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（2）开口系统
与外界有物质交
进口
换的系统。系统的容
积始终保持不变，也
称为控制容积系统。
（3）绝热系统 与外界没有热量交换的系统。 出口
（4）孤立系统
与外界既无能量（功、热量） 交换又无物质交换的系统。
reactions
系统内部不存在热量传递，即各处的温度 均匀一致的状态称为热平衡状态。
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平衡的实质
不存在不平衡势
– 温差 （Temperature differential）— 热不平 衡势
– 压差 — 力不平衡势 – 相变 — 相不平衡势 – 化学反应 — 化学不平衡势
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（3）状态参数
用于描述系统平衡状态的物理量称为 状态参数，如温度、压力、比体积等。
（2）平衡状态（ Equilibrium）
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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平衡的类型
Thermal equilibrium （热平衡）----temperature Mechanical equilibrium（力平衡）----pressure Phase equilibrium （相平衡） Chemical equilibrium（化学平衡）----no chemical
物系。
边界（boundary）：系统与外界的分界面
（线）。
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a.边界特性
假想的、实际的、固定的、运动的、可变 形的
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b.系统选取的人为性
过热器 汽轮机
锅 炉
发电机
凝 汽 器
给水泵
只交换功 既交换功 也交换热 只交换热
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2、Classification of system 热力系统分类
A、以系统与外界关系划分：
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Pressure measurement 压力的测量
绝对压力、表压力与真空度 Absolute pressure、gage pressure and vacuum pressure
当 p > Pb 当 p < Pb
表压力 Pe 真空度 Pv
p pe pb p pb pv
Pe
p
Pv
Pb p
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2. 基本状态参数
工程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有压力、温度、 比体积，称为基本状态参数。
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（1）压力 （ Pressure ）
单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）
p F A
单位 : Pa （帕），1 Pa =1 N/ m2 ， 1 MPa = 103 kPa =106 Pa
AB C
热力学第零定律是温度测量的理论依据 。
3）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。
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1
m
Q W
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系统划分图例说明
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
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热机：
能将热能转换为机械能的机器。 如蒸汽机、蒸汽轮机、燃气轮机、内 燃机和喷气发动机等。
工质：
实现热能和机械能之间转换的媒介物质。 例如空气、燃气、水蒸气等。
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（2）比体积 定义： 单位质量的工质所占有的体积，用
符号v表示，单位为 m3/kg 。
vV m
密度： 单 位 体 积 工 质 的 质 量 ， 用 符 号
表示，单位为 kg/ m3 。
v 1
比体积和密度二者相关，通常以比体积作 为状态参数 。
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（3）温度
1）温度的物理意义
温度是反映物体冷热程度的物理量。温度的 高低反映物体内部微观粒子热运动的强弱。
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绝对压力 p、大气压力pb、表压力pe、真空度pv 只有绝对压力 p 才是状态参数。
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常用非SI压力单位：
1 bar（巴） = 105 Pa 1 atm（标准大气压） = 1.013105 Pa 1 at （工程大气压） = 0.981105 Pa 1 mmH2O（毫米水柱） = 9.81 Pa 1 mmHg （毫米汞柱） = 133.3 Pa
状态参数的特点： 状态确定，则状态参数也确定，反之亦 然
状态参数的积分特征：状态参数的变化 量与路径（path）无关，只与初终态（state） 有关
状态参数的微分特征：全微分
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状态参数的分类
Intensive properties强度参数： – 与物质的量无关的参数。如压力 p、温度T
Extensive properties广延参数：
当两个温度不同的物体相互接触时，它们 之间将发生热量传递，如果没有其它物体影响， 这两个物体的温度将逐渐趋于一致，最终将达 到热平衡（即温度相等）。所以温度是热平衡 的判据 。
温度相等
热平衡
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2）热力学第零定律：
如果两个物体中的每 一个都分别与第三个物体 处于热平衡，则这两个物 体彼此也必处于热平衡。
第一篇 工程热力学
1
第一章 基本概念
掌握热力系统、平衡状态、准静态过程、 可逆过程等基本概念。
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 过程量的特征。
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1-1热力系统（system）
热力系统(热力系、系统) ---人为分离出来的研 究对象。
外界--surrounding ：与系统发生质、能交换的