发电厂动力部分第一章 热力学基本概念与基本定律热现象的利用和发展v原始人在争取自己生存条件的自然斗争中学会了取 火和用火，这是人类取得的第一个巨大成就，是人 类启蒙性地发掘利用热能的第一步，但这并不是热 力学的开始，只是热现象的利用。v18世纪前瓦特发明蒸汽机前，热能的主要利用方式 是直接利用。v1784年，瓦特对原始蒸汽机进行改造，增加了曲轴 、进汽阀、排汽阀。蒸汽机的发明引发了欧洲产业 革命，激发了人们对热现象的理论研究。1-1 热力学基本概念一、工质、热源和热力系统热机：蒸汽轮机、内燃机等工质：水蒸气(火电厂)、制冷剂(空调)热源：高温热源、冷源系统(热力系，热力学系统)：封闭系开口系绝热系孤立系1-1 热力学基本概念二、工质的热力学状态及其状态参数热力学状态平衡状态状态参数状态方程基本概念基本状态参数温度：T(开尔文)压力：p(帕Pa)比容：(m3/kg)1-1 热力学基本概念三、状态的改变过程准静态过程可逆过程循环热力学的建立热一律v1842年，迈耶提出了能量守恒原理。v十九世纪中叶，焦耳前后用了20多年时间，做过多 种多样的实验，测定了热功当量。1850年焦耳在第 一篇总结论文中，以各种精确的实验结果的一致性 ，给出了能量守恒定律的实验基础，使得热力学第 一定律得到充分的证实。v此外，赫姆霍兹等人也都对热力学第一定律作出了 贡献。焦耳：热一律的发现者之一 vv 英国物理学家。英国物理学家。18181818年年1212月月 2424日生于英国的索尔福。他日生于英国的索尔福。他 父亲是酿酒厂的厂主，焦耳父亲是酿酒厂的厂主，焦耳 从小体弱不能上学，在家跟从小体弱不能上学，在家跟 父亲学酿酒，并利用空闲时父亲学酿酒，并利用空闲时 间自学化学、物理。他很喜间自学化学、物理。他很喜 欢电学和磁学，对实验特别欢电学和磁学，对实验特别 感兴趣。后来成为英国曼彻感兴趣。后来成为英国曼彻 斯特的一位业余科学家。可斯特的一位业余科学家。可 以说焦耳是一位自学成才的以说焦耳是一位自学成才的 杰出的科学家杰出的科学家。1-2 热力学第一定律一、热力学第一定律的实质与表述1。热可以变为功，功也可以变为热；2。对于任何一个系统，输入系统的能量减 去输出系统的能量，等于系统储存能量的增 加。 系统从外界吸收的热量，一部分使系统的内能增 加，另一部分使系统对外界做功。高等物理学描述：1-2 热力学第一定律二、热力学第一定律解析式一般表达：单位质量表示：热量功能量增加1-2 热力学第一定律三、热力学能、封闭系的第一定律表达式一般表达：单位质量表示：热量功内能增加1-2 热力学第一定律四、焓、开口系的第一定律表达式1。稳定流动 2。稳定流动能量方程(即开口系第一定律的解析式)一般表达：单位质量表示：1-2 热力学第一定律四、焓、开口系的第一定律表达式焓的定义：焓也为状态参数，是导出状态参数H 称为 焓h 称为质量焓或比焓热力学的建立热二律v1824年，卡诺提出了卡诺循环和卡诺定理，发现了 热能转变为机械能的根本条件，即必须有温度不同 的热源和冷源，这从本质上说明了热力学第二定律 。v开尔文在1848年根据卡诺定理制定了“热力学温标 ”，克劳修斯在1850年根据卡诺定理提出了“熵” 。v在卡诺研究的基础上，1850-1851年间，克劳修斯和 开尔文先后提出了热力学第二定律。1-3 热力学第二定律一、熵、自然过程的方向性熵的定义：熵为状态参数，也是导出状态参数，单位：kJ/(kgK)自然过程总是向着熵增加的方向进行的。熵是系统紊乱程度的表征，系统越纷乱无序，其熵值就越大。1-3 热力学第二定律二、热力学第二定律、熵增原理1。热不能自发地、不付代价地从低 温物体传向高温物体；2。只冷却一个热源而连续做功的循 环发动机是造不成功的。 二者等价!克劳修斯说法开尔文说法1-3 热力学第二定律二、热力学第二定律、熵增原理在经历任意过程之后，孤立系统的熵 只会增加或保持不变，但永远不会减少。与热力学第二定律等价!熵增原理卡诺：热二律的奠基者 vv 卡诺的父亲是拿破仑第一卡诺的父亲是拿破仑第一 执政手下的战争部长及滑执政手下的战争部长及滑 铁卢战争前百日政权的内铁卢战争前百日政权的内 政部长。政部长。 vv 18121812年，卡诺考入巴黎理年，卡诺考入巴黎理 工学院，在那里受教于泊工学院，在那里受教于泊 松、盖吕萨克、安培和松、盖吕萨克、安培和 阿喇戈这样一批卓有成就阿喇戈这样一批卓有成就 的老师。他主要攻读了分的老师。他主要攻读了分 析数学、分析力学、画法析数学、分析力学、画法 几何和化学。几何和化学。 vv 2828岁时发表岁时发表关于火的动关于火的动 力力，3636岁去世岁去世。1-3 热力学第二定律三、卡诺循环与卡诺定 理由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程所构成的动力循环卡诺循环热效率：1 2 定温吸热过程2 3 绝热膨胀过程3 4 定温放热过程4 1 绝热压缩过程卡诺循环是理想循环，实际中是不可能实现的。1-3 热力学第二定律三、卡诺循环与卡诺定理1。在两个不同温度的恒温热源间工作的一切可逆循环，均具有相同的热效率，且与工质的性质无关。2。在两个不同温度的恒温热源间工作的任何不可逆循环，其热效率必低于两个同样恒温热源间工作的可逆循环。热力学的完善热三律v1906年，能斯特根据低温下化学反应的大量实验事 实归纳出了新的规律，并于1912年将之表述为绝对 零度不能达到，即热力学第三定律。热力学第三定 律的建立，使经典热力学理论更加完善。作 业P14 习题 2，3