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。质量交换热量交换功量交换闭口系无可有可有开口系有可有可有绝热系可有无可有孤立系无无无三、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、焓H、熵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（）与热力学温度T（K）关系：t=T-273.15 2、压力（绝对压力）pPa、MPa（压强）单位面积上的垂直作用力。绝对压力p；表压力pe；真空度pv；环境压力pb。P=Pb+Pe (PPb) , P=Pb-Pv (P0：吸热； ds0：放热； ds=0：绝热单位：J或KJ热量也是过程量，示热图功与热量的异同：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；4、功是系统与外界之间，在力的推动下，通过宏观有序运动而传递的能量； 热是系统与外界之间，在温度的推动下，通过微观无序运动而传递的能量；功转化为热是无条件的；热转化为功是有条件、限度的。七、热力过程和热力循环热力循环分类：1、按性质分：可逆循环；不可逆循2、按目的分：正向循环；逆向循环（一）正向循环（动力循环）特点：1、输出净功；2、在pv图及Ts图上顺时针进行；3、从高温热源吸热，向低温热源放热，同时向外输出功。（二）逆向循环特点：（制冷循环、热泵循环）1、输入净功；2、在pv图及Ts图上逆时针进行；3、从低温热源吸热，向高温热源放热，并消耗功量。（三）循环经济性评价指标：1、正向循环：热效率：t=Wnetq1=q1-q2q1=1-q2q112、逆向循环：制冷系数：=q2wnet=q2q1-q2or1, =+1八、准静态过程、可逆过程与不可逆过程（一）准静态定义：所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。可以看成有一系列平衡态组成。准静态实现条件：1、在系统内外的不平衡势（如压力差、温度差等）较小。2、过程进行缓慢、弛豫时间非常短。3、工质有恢复平衡能力。（二）可逆过程定义：系统经历某一过程后，经原途径返回原来状态，使系统与外界同时恢复到初始状态，而不留下任何痕迹的过程，没有耗散效应的准静态过程。可逆过程与准静态过程的关系：1、可逆过程与准静态过程的差别就是有无耗散效应。2、准静态过程是实际过程理想化，可逆过程是绝对理想的过程3、可逆过程一定是准静态过程，准静态过程不一定是可逆过程。（三）注意点：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、一切实际过程不可逆。4、可逆过程可用状态参数图上实线表示 。 第二章 热力学第一定律与气体的性质 一、热力学第一定律：能量守恒与转换定律对于任何系统，各项能量之间平衡的关系一般表示为：进入系统的能量离开系统的能量=系统储存能量的变化 适用于一切工质和一切热力过程。（一）内能内能单位:J或KJ U=U(T,v) 系统储存能：E=U+Ek+Ep e=u+ek+ep注意点：1、内能是状态参数（内能的变化U只与初终态有关）。2、工质经过循环后，内能的变化为0。3、对于理想气体u=f(T)（二）功1、体积变化功W 系统体积变化所完成的膨胀功或压缩功，是热变功的源泉，与其它形式的能量的转换则属于机械能的转换。2、轴功Ws 通过轴与外界交换的能量。3、推动功系统引进或排除工质传递的功量。工质在开口系统中流动而传递的功。pAH=pv注意：推动功是由泵或风机加给被输送工质并随工质流动向前传递的一种能量，非工质本身具有的能量，只有在工质流动时才有。 4、流动功Wf系统维持流动所花费的代价。p2v2-p1v1=(pv) 5、技术功Wt技术功=膨胀功-流动功：wt=ws+12cf2+gz可逆过程：wt=pdv-dpv=-vdp（三）焓焓=内能+推动功单位：J或J/Kg焓是状态参数：dh=0 h=f(p,T)；h=f(T,v)物理意义：焓表示工质沿流动方向向前传递的总能量中取决于热力状态的那部分能量。对于不流动工质，焓只是一个复合状态参数。对于理想气体二、热力学第一定律基本表达式（一）闭口系基本能量方程式：Q=U+W Q=dU+W q=u+w q=du+w1、 对于可逆过程：Q=U+12pdV2、对于循环：Q=dU+W dU=0 Q=Wnet（二）开口系统稳定流动能量方程：适用于：任何工质，任何过程。开口系统稳定流能量方程式：Q=H+W t Q=dH+Wtq=h+wt q=dh+wt1、 对于可逆过程：Q=H-12Vdp2、 对于循环：Q=dH+Wt dh=0 Q=Wnet三、稳定流动能量方程式的应用1、动力机（蒸汽轮机、气轮机）：wtws=h1-h22、压气机、水泵类：wc=-wt-ws=h2-h13、换热器：q=h=h2-h14、喷管：使气流加速的设备：12(cf22-cf12)=h1-h25、流体的混合：m1h1+m2h2=(m1+m2)h36、绝热节流：h=0 h1=h2四、气体的性质（一）理想气体特点：（1）理想气体分子的体积忽略不计（2）理想气体分子之间无作用力；（3）理想气体分子之间以及分子与容器壁的碰撞都是弹性碰撞。 当实际气体0，v的极限状态时，即为理想气体。实际气体在低压高温时可按理想气体处理。（二）理想气体的状态方程：PV=mRgT（三） 实际气体实际气体和理想气体的偏差在于，实际气体分子之间存在着相互的作用力，分子本身占有一定的体积。1、压缩因子1 较理想气体难压缩，可压缩性小。Z =1 理想气体1 较理想气体易压缩，可压缩性大。2、对比态原理和对比参数对比态原理:接近于临界点时，所有流体都显示出相同的性质。Pr=PPcr Tr=TTcr vr=vvcr特点：对比态方程中没有物性常数，所以是通用方程。从对比态方程中可看出： 相同的p，T 下，不同气体的v不同： 相同的pr，Tr下，不同气体的vr 相同：对应态定律：对于能满足同一对比状态方程的同类物质，如果它们对比参数的其中两个相同，则第三个参数就一定相同，物质也就处于对应状态中。凡是临界压缩因子相近的气体，可以看做彼此热相似。（四）理想气体的比热容1、比热容：c=limT0qT=qdT2、比热容之间的关系迈耶公式： CP-CV=Rg CP=-1Rg Cp.m-Cv.m=R CV=1-1Rg 理想气体的比热容比：=CPCV注意：理想气体可逆绝热过程的绝热指数：K=3、比热容不同的计算方法真实比热容：CV=+T+T2+T3+T4 平均比热容:Cn|t1t2=Cn|0t2t2-Cn|0t1t1t2-t1 Cn|t1t2=a+b2(t2+t1) 定值比热容单原子气体i=3双原子气体i=5多原子气体i=7Cv.m J/(mol.K)3/2R5/2R7/2RCP.m J/(mol.K)5/2R7/2R9/2R=CP.m/ Cv.m1.671.401.29（五）理想气体的