4．热力系统：————从周围物体中，人为 分离出来的，用作热力学分析对象的可识 别的物质集团，称作一个“热力系统”。
热力系统
边界 外界
（1）系统的边界：实际的或虚构的分界面，界面以内的 一切物质称为系统的内部，界面以外的一切物质称为系 统的外界。（边界可以是真实的（可能是移动的，也可 能是固定的），也可是假想的） 热力系和边界是同时 确定的。
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•
• 伊普斯坦(P.S.Epstein) 的定义：热力学是研究除了力学和 电磁学诸参数之外，还有一些专用参数，如温度、压力以及 与它们有关的参数所描述的系统的科学。从本质上说，热力 学是关于系统平衡条件和状态偏离平衡状态的过程的科学。 • 凯斯汀(J.Kestin) 的定义：热力学是物理学的一个分支，它 描述温度变化起主要作用的自然过程。在此过程中，能量从 一种形式转换成另一种形式。归根到底，热力学是研究控制 这种能量转换规律的科学。
压力的表示方法
工业应用中，所有容器的压力都是用压力表计测出的， 称为表压力，用Pg表示（正压），或用Pv表示 （负压，真空表）。它们不是容器内的真实压力。 表明容器内真实压力的是绝对压力Pa： • 对于大于当时当地大气压力Pamb的容器真实绝 对压力： • Pa=Pamb+Pg • 对于小于当时当地大气压力值Pamb的容器绝对压 力： • Pa=Pamb-Pv • 工程计算中的压力值，皆为绝对压力Pa 。
（4）开式系统：或称开口系统（控制空间）。系统与外 界之间存在能量交换和物质量交换。 工程上绝大多数设备和装置都是开口系。 。
（5） 绝热系统：系统与外界之间，不存在热的交换。如 汽机，水泵等可近似看成绝热系统。 （6） 孤立系统：系统与外界之间不存在能量与物质交换。 注：系统与外界组合成一个孤立系统。 绝热系统和孤立系统都是理想化的概念。
T1+dT
T2
准静态膨胀过程
准静态加热过程
实现准静态过程必须满足两个条件：一是过 程进行时内外势差（压力差、温度差）无限 小；二是过程进行必须无限缓慢。 • 2. 可逆过程和不可逆过程 ——若系统经历一个变化过程之后，能沿 原来途径返回到初始状态，且对系统与外界 都不留下任何影响，则称这样的热力过程为 一个可逆过程。否则为不可逆过程。
第一章 热力学基本概念与基本定律
第一节 第二节 第三节 第四节 绪言 热力学基本概念 热力学第一定律 热力学第二定律
第一节
一、热力学及其研究范围
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绪言
按照历史发展的进程，热力学形成为一门独立的学科是在热机问世之后 的事。 最早的热机，就是1776年所发明的蒸汽机。——工业时代开始 故最先一们定义：热力学是研究热转换为功的科学。——现在已不合适。 奇南（J.K.Keenan）和赫昭普拉斯（G.H.Hatsopoulas）的定义：热力 学是关于各种物理系统和状态变化以及系统与系统之间的、伴有状态变 化的相互作用的科学。 卡伦(H.B.Callen)的定义：热力学是大量原子分布结果的宏观研究，这种 研究，从根本上说，是统计规律的平均值，而不是详细的微观结构的研 究，是一种系统的宏观描述。 凡维伦（G.J.Van. Wylen）和桑塔克（R.E.Sonntag）更干脆地定义： 热力学为研究能与熵的科学。
• 描述物理状态的物理量有很多，并不是所有的 物理量都是状态参数。只有那些能够确定存在 状态的物理量才是状态参数。如体积、质量等 不是状态参数。 在动力工程中，常以膨胀性和流动性好的气态 物质作为工质，它的热力学状态参数有六个： • 基本参数：是可直接测量的，即温度、压力、 比容； • 导出参数：用于热功转换计算而引出的状态参 数，不可测量，即内能、焓、熵。
2．热机：能连续不断地将热能转换成机械功的热动力设备， 统称为“热机”。 如：汽轮机、内燃机、蒸汽机、燃汽轮机。 3．工质：实现能量转换媒介物质称为工作介质，简称“工质”。 （用来携带热能或其它形式的能量，能通过热机或其它动力 设备，实现能量形式转换或转移的中间媒介物质，统称为 “工质”。） • 往往依靠工质容积变化做功，因些要求工质有良好的流动性 和膨胀性，固很少用固体做工质。如：水、油、汽、空气、 烟气、低沸点的流体（地热电站中用的丙酮、氯乙烷[沸点 12℃] 、氟里昂等）、热等离子体（磁流体发电）。 • 注：不同的工质，实现能量转换和转移的特性是不同的。
• 我们的重点：蒸汽动力方面，故——热力学：是研 究能量、物质特性以及支配它们相互作用的规律的 应用基础学科。
二、热力学的基本体系
热，两种对立的认识： • 一种认为热是一种“元素”——随着片面的实验结果，发展成为“热质论”： 认为热是一种没有质量的物质，它可以透入一切物体，不生不灭，只是 经常从较热的物体流向较冷的物体中。——在很长时间占了统治地位。 一种认为热是物质运动的一种表现。焦耳（James Prescott Joule） 进行了大量的实验，验证了热功当量，从而确立了能量守恒与转换 定律——热力学第一定律。
Pamb Pa Pa
Pamb
Pg
Pv
Pa=Pamb+Pg
pg p
a
Pa=Pamb-Pv
pamb
pv p
a
环境压力与大气压力
环境压力指压力表所处环境 注意：环境压力一般为大气压，但不一定。 大气压随时间、地点变化。 当h变化大，ρ≈ ρ(h)
Δp = ∫ −ρ(h)gdh
• c.比容——单位质量工质所占据的体积。
U u= m H h= m S s= m
比内能
比焓
比熵
三、热力过程
• 系统工质由一平衡状态开始，经历一系列中间变化，达到另一个平衡状 态所经历的途径，称作一个热力过程。 1. 准静态热力过程： 其过程的一系列中间变化点，都无限接近于平衡态，则称系统工 质经历了一个准静态过程或准平衡过程。
P1 P1 P2 P3 P1 T1 T1 P1 T1+dT T2
]
P-v图上，凡是自左向右的过程，对外界做功，定义为正 功；凡是自右向左的过程，接受外界压缩功，定义为负功。
第一章 热力学基本概念与基本定律
第一节 第二节 第三节 第四节 绪 热力学基本概念 热力学第一定律 热力学第二定律
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第一章 热力学基本概念与基本定律
第一节 第二节 第三节 第四节 绪言 热力学基本概念 热力学第一定律 热力学第二定律
第二节 热力学基本概念
一、热力学基本概念
经典热力学研究问题的基本方法：将所研究的对象与 其周围环境划分开来，集中研究对象内部的结构特性 和物理状态的变化，以及它与周围环境的相互作用。 1．热源：在热能动力工程中，把能量不间断地供给热能而 自身温度不变的物体，统称为“热源”。 （1）高温热源：锅炉。（2）低温热源：（冷源）凝汽器
活塞式气缸热力系
刚性容器热力系
（2）工程热力学中，不考虑系统内部能量的交换和转化。 看重研究的是：系统与外界之间通过界面发生的能量或 质量的交换。
（3）封闭系统：或称闭式系统（也叫定质系，或控制 体）。其特点是通过系统界面与外界只有能量的交换， 而没有质量交换。
控制体边界
控制质量边界 封闭系 开口系
T 1
T=f(s) dq
2
0
s1
s2
s
0
s1
ds
s2
s
• q=T•△s=T(s2-s1) kJ/kg dq=Tds s2 • Q=mq=mT(s2-s1) kJ q= ∫s1 Tds kJ/kg s2 • Q=mq=m ∫s1 Tds kJ • 故T-S图又称作“示热图”。
]
凡是自左向右进行的过程，都是系统工质由外界 吸热过程，热量为正；凡是自右向左进行的过程， 都是系统工质对外界放热过程，热量为负。
V v= m
［m3/kg]
工质聚集的疏密程度 物理上常用密度 ρ ［kg/m3]
v=
1
ρ
(2)导出状态参数 用于热功转换计算而引出的状态参数，不 可测量。 • 内能 U kJ • 比内能 u kJ/kg • 焓 H kg • 比焓 h kJ/kg • 熵 S kJ/K • 比熵 s kJ/(kg.K)
(1)基本状态参数： • A温度——表明物质冷热程度的物理 量。——它的微观实质是分子热运动剧 烈程度的反映。
T ∝ 0.5 m w 2
热力学第零定律
热力学第零定律（R.W. Fowler）
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
温度的测量
物质 （水银，铂电阻） 特性 （体积膨胀，阻值） 温度计 基准点 刻度 温标
常用温标
绝对K
373.15
摄氏℃
100 水沸点 37.8
华氏F
212 发烧 100 32
朗肯R
671.67 559.67 491.67 459.67
273.16 273.15
0.01水三相点 0 冰熔点 -17.8 -273.15
盐水沸点 0 -459.67
00温标的换算 NhomakorabeaT[K] = t[ C] + 273.15
O
5 t[ C] = (t[F] − 32) 9
O
t[F] = t[R] − 459.67
• B压力——工质作用于器壁单位面积上的垂直作用力。 物理中压强，单位: Pa , N/m2
1N/m2=1Pa 1bar=1 × 105Pa 1MPa=1 × 106Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013×105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665×104 Pa 1mmH2O=9.8067Pa
3. 热力过程的能量转换规律： 系统工质发生过程变化，总是系统与外界平 衡被破坏的结果，所发生的能量转换，主要是热 的、机械功的转换。 ⑴热量转换过程 • 热量是工质状态变化过程中转换的能量，是过程 量不是状态参数，热量Q用J或KJ、q用J/kg和 KJ/kg度量。描述过程热量用T—S图。 •