《工程热力学》教案（第一章） 基本概念及定义 .doc

《工程热力学》：第一章基本概念及定义

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课程名称《工程热力学》任课教师吴建

第一章基本概念及定义计划学时4

教学目的和要求：

了解热力系统的定义、平衡状态的概念和应满足的平衡条件；

掌握基本状态参数p、v、T的定义、计量及不同单位间的换算；

了解准静态过程的定义及提出准静态过程的意义和作用；

对不同的热力循环极其作用建立起初步的概念。

重点：

平衡状态的概念和应满足的平衡条件

状态参数的特点

状态方程式、状态参数坐标图

准静态过程的定义及提出准静态过程的意义

功和热量

难点：

平衡状态的概念

状态参数的特点

准静态过程

思考题：

状态参数有什么特点？状态参数坐标图有什么用途？

引入准静态过程的意义何在？实施准静态过程需要什么条件？

P33：1-1、1-2、1-3、1-4、1-6、1-7、1-8

第一章基本概念及定义

§1－1热力学系统

一热力学系统（系统）

以气缸内气体受热膨胀推动活塞移动、在管道内气体的流动为例说明：在分析能量能量转换过程时，需要确定分析研究的对象，也就是通过观察所研究的对象的变化来讨论能量转化的情况。

定义：在热力学分析中，需选取的某些确定的物质或某个确定空间中的物质作为热力学研究的对象，称其为热力学系统。简称为系统。

外界（或环境）：热力系统之外的、在能量转换过程中与热力系统发生相互作用的一切其它物质，成为外界或环境。

在热力学分析中，对于外界与系统之间的相互作用主要是能量和物质的交换。

边界：系统与外界的分界面。

固定边界、移动边界、真实边界、假象边界

二工质和热源

工质：在能量转换装置中，实现能量转换的工作物质，称为工质。

由于能量转换是在工质状态变化的过程中实现的，所以在热力学分析中通常选取装置中的工质作为热力系统。

热源：在热力学分析中，常遇到这样一类物质，它们具有无限大的热容量。当它们吸入或对外放出有限热量时，其温度保持不变。称这类物质为热源。

根据热源的温度可以分为高温热源和低温热源。

在热力学分析中，热源通常是外界的物质，在能量转换中，工质和热源之间会发生热量的交换。

三系统的分类

系统与外界相互作用，主要表现为能量和质量的交换，因此，系统的分类也是根据系统与外界之间的能量和质量的交换情况划分的：

闭口系统：热力系统与外界之间没有物质的交换，也就是没有物质穿过边界。此类系统称为闭口系统。

取一定的物质为研究对象。控制质量。

系统内部质量不变；存在能量交换。

例：在一个封闭的气缸中的流体。

开口系统：热力系统与外界之间有物质的交换，也就是有物质穿过边界。此类系统称为开口系统。

把对象规划在一定的空间范围内。控制容积。

系统内部质量可以变化；存在能量交换。

例：在一个发动机气缸中的进排气过程。

绝热系统：系统与外界没有热量的交换。

可以有质量交换和功量交换。

孤立系统：系统与外界即没有质量的交换也没有能量的交换。

系统与外界不发生任何联系。

例：把进行能量交换的一切有关物质如工质、热源、耗功设备等取为一个系统。

系统的选取，取决与分析问题的需要和方法；

正确选择系统，是进行正确的热力学分析的前提。

§1－2系统的状态及基本状态参数

能量转换是通过系统工质状态的变化实现的，所以首先要了解状态及状态参数的概念。

一系统的状态

定义：系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。

因为一般都是把设备中的工质作为研究对象，所以系统的状态就是工质所呈现的物理状况。

二状态参数

定义：用来描述系统所呈现的物理状况的物理量。

状态参数的特点：

1）状态一定，状态参数一定；反之，状态参数一定，所描述的状态一定；

2）状态参数的变化，仅与状态变化过程的起始状态和终了状态有关，与变化过程无关；其变化量等于起始状态和终了状态状态参数的差值；

只要不同状态变化过程的起始状态和终了状态分别相同，则状态参数的变化量相同。

3）工质完成一个循环（封闭过程）时，状态参数变化量为零。

三基本状态参数

压力p、温度T、比容v是最基本的状态参数，称为基本状态参数。它们是可以测量的物理量。

压力p：

定义：单位面积上所受到的垂直作用力。

根据分子运动学，气体的压力是气体分子运动撞击表面，而在单位面积上所呈现的平均作用力。对理想气体：

n0：单位体积内的分子数

：分子的平均移动动能

1）压力的测量、表压力、绝对压力

压力测量：压力计，工程上有