47
二、状态方程 反映工质处于平衡状态时基本状态参数之间的关系式，
称为状态方程。
对于简单可压缩系统,状态说方明程:：
v f (T, p) 或 1f (）T,系p,v统) 任0何平衡态可
三、状态参数坐标图
表示在坐标图上
p
2）过T 程线中任意一点
p1
1
为平衡态
T2
2
v1 v
s2 s48
1-5 工质的状态变化工程
39
表压力pe、真空度pv 、大气压力pb和绝对压力p之间的关系
U形管式压力计示意图
pb
pb
U形管式压力计示意图
p
p pb
p pb pe
p
pe 表压
p pb
p pb pv
pv 真空度
40
3.温度
１）热力学第零定律 与第三个系统处于热平衡的系统， 彼此也处于热平衡。
２）温度 将描述热平衡的这一宏观特性的物理量，称为温度。
单相
相态
多相
17
简单可压缩系统
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
容积变化功
压缩功 膨胀功
18
热力系示例Ⅰ
➢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
破坏平衡的势— p, 无T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
实际过程都是不平衡的。
52
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，又可进行热功转换 疑问：理论上准静态应无限 缓慢，工程上怎样处理？
53
准静态过程的工程条件
破坏平衡所需时间
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
13
热力系统分类
以系统与外界关系划分： 有
是否传质
开口系
是否传热
非绝热系
是否传功
非绝功系
是否传热、功、质 非孤立系
无 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系
14
1.闭口系—与外界无物质交换的热力系，控制质量。 2.开口系—与外界有物质交换的热力系,控制体积。 3.绝热系—与外界无热量交换的热力系。 4.孤立系—与外界无任何联系的热力系。
25
炉墙 蒸发管 燃料与空气
去汽轮机
开
过热器
口
热
力
来自水泵
系
（锅炉示意图）
26
锅炉的简化热力学分析模型
(主要考虑蒸汽的发生)
热量 （热源）
物质 (锅炉给水)
热力系
物质
(高温蒸汽)
27
开口热力系 汽 轮机示意图
开口热力系 汽轮机
来自锅炉
喷管 叶片 汽轮机
调速器
发电机
去凝汽器
28
汽轮机的简化热力学分析模型
56
可逆过程与准静态过程的关系
（1）热量传递
非准静态 不可逆 准静态 可逆
57
（2）热能 机械能
F
P
α
f
pA F cos f 非准静态过程—nonequilibrium process
pA F cos f 准静态过程，不可逆
pA F cos ( f 0) 准静态过程，可逆
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 quasi-static, or quasi-equilibrium
49
1-5 工质的状态变化过程
p1 = p0+重物 T1 = T0
p0 p0
突然去掉重物 最终 p2 = p0
T2 = T0
p
1
2 1
2
v
50
一、准静态过程(准平衡过程)
第一章 基本概念
教学目标: 使学生熟练掌握热力学研究的基本概念。 知识点：热力系统；工质热力状态及基本状态参数；平衡状
态；准静态过程、可逆过程；热力循环。
重 点：三种典型的热力系统；p、v、T三个状态参数的物理
意义；测温测压装置；绝对压力和相对压力的计算；可逆过程 的判定准则。
难 点：使学生理解并掌握抽象的热力学基本概念，是本章
蒸汽动力装置流程简图
过 热 器
Q 1
550℃
汽
高温高压蒸汽 轮 机
锅 炉
给水泵
W p
发电机 W
Q 2 冷 却 20℃ 水
冷凝器
8
锅炉
水泵
汽轮机 冷凝器
简单蒸汽动力循环过程图
问题: 由哪些典型过程组成?
锅 炉(热源):燃料燃烧产生 热量,将水变成蒸汽 (吸热过程) 汽轮机:将蒸汽携带的热能 →动能→转子旋转机械能 (对外作功过程) 冷凝器(冷源):将作功后的 低温低压蒸汽凝结成水 (对外放热过程) 水 泵:提高水的压力,将水 送入锅炉 (消耗外功)
向系统输入功 （水泵耗功）
热力系
冷却水带走热量 （工质放热量）
向外输出功 （汽轮机）
33
1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数
一、热力学状态 定义:工质在热力变化过程中某一瞬间所呈现的全部宏
观物理状况。
二、状态参数
描述工质宏观特性的物理量称为状态参数。 １.状态参数的特征 ①状态确定，则状态参数确定；反之亦然。
３）温标 为进行温度测量，需要有温度的数值表示方法，测量温 度的标尺称为温标。
建立任何一种温标都要选择测温物质及其物质的特性、规定温 标的基准点及分度方法。
41
常用的温标
①摄氏温标 t ℃
常用的温标
基 准 点：标准大气压力下纯水的冰点和沸点温度为基准
点，规定冰点温度为0℃。沸点温度为100℃。
分度方法：认定测温物质的测温属性随温度的变化是线性
37
四、基本状态参数
１.比容、密度和重度
① 比容 单位质量物质所占有的容积，称为比容。
表达式
vV m
m3/kg
② 密度 单位容积的物质所具有的质量，称为密度。
表达式
m
V
kg/m3
③ 重度 单位容积内所含有物质的重量，称为重度。
表达式 G mg
VV
N /m3
38
2. 压力 热力系的单位面积上所受到的垂直作用力。
p1 = p0+重物 T1 = T0
假如气阀打开无穷小 系统随时接近于平衡态
p
1
2 2
1
2
v 51
准静态过程:若过程进行得很缓慢,工质在平 衡被破坏后自动回复平衡所需要的时间(即所谓 的弛豫时间)又短,工质有足够的时间来恢复平 衡,随时都不致于显著偏离平衡状态,这样的过 程称为准静态过程。
进行条件：
自由膨胀
混合过程
Unrestrained expansion Mixing process
•• •
① 基本状态参数 能够用仪器仪表直接或间接测量的参数称为┄。 如 ：温度、压力、比容
② 导出状态参数 不能用仪器仪表直接或间接测量的参数称为┄。 如：热力学（内能）、焓、熵。
36
２）按与系统内包含物质多少有无关系划分 ①强度参数——与系统内包含物质的多少无关。
如：温度、压力、比容、比热力学能、比焓、比熵等。 ②广延参数——与系统内包含物质的多少有关。 如：总热力学能、总焓、总熵等。
恢复平衡所需时间
（外部作用时间） >> （驰豫时间）
有足够时间恢复新平衡 准静态过程
54
准静态过程的工程应用
例：活塞式内燃机 2000转/分 曲柄 2冲程/转，0.15米/冲程
活塞运动速度=20002 0.15/60=10 m/s 压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s
破坏平衡所需时间 （外部作用时间）
热 闭口热力系 功
物质
物质 开口热力系 功
热
功
物质 绝热热力系
物质
孤立热力系
15
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
16
热力系统其它分类方式
其它分类方式
物理化学性质
均匀系 非均匀系
工质种类
单元系 多元系
的。0℃与100℃这两个基准点之间分成100等分,
每一等分为1度。
②热力学温标ＴＫ
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。
热力学温标与摄氏温标之间的关系： t = T—273.15
42
绝对K
373.15
273.16 273.15
常用温标
摄氏℃
物质 （水蒸汽）
热力系
物质 （水蒸汽）
轴功
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开口热力系（冷凝器）
冷却水
来自汽轮机的水蒸汽
冷却水
去水泵的凝结水
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冷凝器的简化热力学分析模型
(主要考虑蒸汽的凝结)
物质 （水蒸汽）
热力系
物质 (凝结水）
蒸汽放热给冷却水
31
蒸汽动力装置流程简图
32
蒸汽动力装置的简化 热力学分析模型
热源供热 （工质吸热量）
的难点。
1
1-1 热能在热机中转变为机 械能的过程