中国矿业大学工程热力学第一章剖析课件.ppt
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1、Engineering Thermodynamics,第一章 基本概念 BASIC CONCEPTS,1,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,1 热力系统 Thermodynamics System 2 状态与状态参数 State and State Properties 3 基本状态参数 4 平衡状态 Equilibrium 5 状态方程 6 准静态过程和可逆过程 Reversible Process 7 热量和功 Energy Transfer by Work and Heat 8 热力循环 Thermodynamics Cycles,主要内容,2,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,本章重点
2、,取热力系统、对工质状态的描述、状态与状态参数的关系、状态参数、平衡状态、状态方程、可逆过程。,3,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,1-1 热力系统,压缩机 Compressor 热电厂 Steampowerplant 飞机 Aircraft 空调热泵 Heat Pump,4,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,压缩机,5,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,热电厂,锅 炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,6,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,飞机,7,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,空调热泵,8,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,制冷热泵系统示意图,房屋,蒸发器,冷凝器,膨胀阀,压缩
3、机,Q1,Win,Q2,9,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,1-1 热力系统,系统、外界与边界 (System 、Surrounding、 Boundary) 系统:用界面分离出的研究对象。 A quantity of matter or a region in space chosen for study 外界:系统以外的所有物质。 边界:系统与外界的分界面。 Boundary: The real or imaginary surface that separates the system from its surroundings,系统与外界的作用都通过边界,10,中国矿业大学工程热力学
4、第一章剖析,边界,11,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,边界特性,边界可以: 真实或虚构; real or imaginary 固定或移动;fixed or movable 没有厚度和体积,不含有任何物质。no thickness and volume , does not contain any substance.,12,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,热力系统选取的人为性,锅 炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,只交换功,只交换热,既交换功 也交换热,13,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,系统分类 Classification,1-1 热力系统,以系统与外界关系划分:,有
5、无 是否传质 开口系 闭口系,是否传热 非绝热系 绝热系,是否传功 非绝功系 绝功系,是否传热、功、质 非孤立系 孤立系,14,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,系统分类 Classification 闭口系 Closed system 开口系 Open system 孤立系 Isolated system 绝热系 Adiabatic system,1-1 热力系统,15,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,闭口系,系统和外界(边界处)只有能量交换,无质量交换 A system that only energy can cross the boundary but no mass can ent
6、er or leave ( also known as control mass ) 闭口系例子 密闭容器 气缸-活塞系统 piston-cylinder system,16,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,系统和外界(边界处)既可有能量交换,也有质量交换 A system that not only energy but also mass can cross the boundary (also known as control volume ) 闭口系例子 泵 pumps, 压缩机 compressor, 汽轮机 热交换器 heat exchanger.,开口系,17,中国矿业大学工程
7、热力学第一章剖析,孤立系 Isolated system,系统和外界(边界处)既无能量交换,也无质量交换 A system that neither energy nor mass can cross the boundary (a special closed system),The Universe,18,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,绝热系 Adiabatic System,19,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,1 开口系,热力系统,非孤立系相关外界 孤立系,1+2 闭口系,1+2+3 绝热闭口系,1+2+3+4 孤立系,20,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,1、下列系统类型?,
8、问题?,2、下列系统之间的关系?,1)闭口系和定质量系统 closed system and constant mass system? 2)闭口系和绝热系?closed system and adiabatic system? 3)孤立系和闭口绝热系? isolated system and adiabatic system?,21,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,例题 1-1,例1:一刚性绝热气缸-活塞系统,B侧设有电热丝,红线内 闭口绝热系,粉红线内不包含电热丝 闭口系,粉红线内包含电热丝 闭口绝热系,兰线内 孤立系,22,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,例题 1-2,热力系示例2
9、A、B两部落“鸡、犬之声相闻,民至老死不相往来”,A,B,A部落为,A+B部落为 孤立系,闭口系,23,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,1-2 状态和状态参数State and State Properties,状态 某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 the condition of a system 状态参数 State Properties 描述热力系状态的物理量 any characteristic of a system 常用状态参数 压力 pressure P, 温度 temperature T, 体积 volume V, 质量 mass M,内能 internal energy U
10、 ,熵 entropy S , 焓 enthalpy H,24,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,1-2 状态和状态参数,状态参数分类 强度量 Intensive property: 与物质的量无关的参数 independent of the size of system. such as:如压力 p、温度T 广延量 Extensive property: 与物质的量有关的参数可加性 depend on the size or extent of the system. such as:质量m、容积 V、内能 U、焓 H、熵S 比参数 Specific properties 单位质量的广延状态
11、参数 Extensive properties per unit mass Such as: 比容 specific volume u (u=V/m) 比焓 specific enthalpy h (h=H/m) 具有强度量的性质,25,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,强度量和广延量判别,extensive,intensive,强度参数与广延参数,速度,动能,高度,位能,内能,温度,应力,摩尔数,(强),(强),(强),(强),(广),(广),(广),(广),Velocity,Kinetic Energy,Height,Potential Energy,Temperature,Interna
12、l Energy,Stress,Mol,26,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,1-2 状态和状态参数,状态参数特性 Character of Property 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:状态参数的变化量路径无关,只与初终态有关 They depend on the states only, but have nothing to do with the path from one state to another 状态参数的微分特征:全微分,27,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,状态参数的积分特征,状态参数变化量与路径无关,只与初终态有关。,数学上:,1,2
13、,a,b,例:温度变化,山高度变化,28,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,状态参数的微分特征,设 z =z (x , y),dz是全微分,充要条件:,可判断是否是状态参数,29,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,1-2 状态和状态参数,基本状态参数(容易测量) 温度T 压力p 比容v,30,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,What is temperature?,温度Temperature and temperature scale,温度T 的一般定义 传统: 冷热程度的度量。 热力学定义: ? 热力学第零定律:(the zeroth law of thermodyn) 如果两个系统分别与
14、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,31,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,温度Temperature and temperature scale,热力学第零定律 1931年 T 热力学第一定律 18401850年 E 热力学第二定律 18541855年 S 热力学第三定律 1906年 S基准,为什么叫做热力学第零定律?,32,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,温度Temperature and temperature scale,温度的热力学定义 处于同一热平衡状态的各个热力系,必定有某一宏观特征彼此相同,用于描述此宏观特征的物理量 温度。
15、温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量。,33,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,温度测量,温标 Temperature scale 热力学温标(绝对温标)Kelvin scale (Britisher, L. Kelvin, 1824-1907) 摄氏温标 Celsius scale (Swedish, A. Celsius, 1701-1744) 华氏温标 Fahrenheit scale (German, G. Fahrenheit, 1686-1736) 朗肯温标 Rankine scale (W. Rankine, 1820-1872),34,中国矿业大学工程热力学第一章
16、剖析,常用温标之间的关系,绝对K,摄氏,华氏F,朗肯R,100,373.15,0.01,273.16,0,273.15,-17.8,0,-273.15,212,671.67,37.8,100,0,32,-459.67,0,459.67,491.67,冰熔点,水三相点,盐水熔点,发烧,水沸点,559.67,35,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,温标 Temperature scale,温度计,物质 (水银,铂电阻),特性 (体积膨胀,阻值),基准点,刻度 Scale,温标 Temperature scale,Reference state,36,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,压力 Pres
17、sure,Definition 物理中压强 单位: SI: Pa-N/m2 (bar,atm,kgf/cm2) English: psi-lbf/in2 其他单位间关系:,1bar=105 Pa = 0.1 Mpa =100 kPa 1atm=101,325 Pa = 101.325 kPa =1.01325 bar =14.696 psi,37,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,压力 Pressure,如何测量?,38,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,压力Pressure,表压和真空度 Gage Pressure and Vacuum Pressure 绝对压力 Absolute Pres
18、sure (p) The actual pressure at a given position is called the absolute pressure. 环境压力 Atmospheric pressure (pb ) 指压力表所处环境压力。 表压力 Gage pressure (pg) 当p pb 表压力 pe 真空度 Vacuum pressure (pv) 当 p pb 真空度 pv,39,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,压力Pressure,Absolute vacuum,Absolute vacuum,p,pv,p,pg,绝对压力和相对压力,40,中国矿业大学工程热力学第一
19、章剖析,压力测量Pressure,压力测量 Manometer Bourdon tube,41,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,例题 1-3,某地环境压力为98 kPa,已知某容器真空表读数为30 kPa, 试求该容器内的绝对压力? 解:,42,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,容器分成 1 和2两室. 压力表A 读数为 300 kPa ,压力表B 读数为120 kPa. 已知当地大气压为 720 mmHg,试求A和B内的绝对压力以及气压表C的读数?,例题 1-4,解: 大气压力为 室1 的绝对压力 室 2 的绝对压力 压力表 C 读数,43,中国矿业大学工程热力学第一章剖析,比容和密度 S
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- 中国矿业 大学 工程 热力学 第一章 剖析 课件
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