工程热力学热力学基础知识.ppt
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1、第一章 热力学基础知识,第一篇 工程热力学,2,本章主要内容,工质和热力系状态和基本状态参数平衡状态和热力过程功和热量,3,1-1 工质和热力系,火电厂为什么采用水蒸气作为工质?,一、工质、热机、热源与冷源,1.热机:实现热能转换为机械能的设备。 (如电厂中的汽轮机、内燃机等),2.工质:实现能量转换的媒介物质。,对工质的要求:1)良好的膨胀性; 2)流动性好;3)性质稳定,安全性好; 4)热容量大; 5)对环境友善; 6)价廉,易大量获取。,4,3.高温热源:不断向工质提供热能的物体(热源)。如电厂锅炉中的高温烟气。,4.低温热源:不断接收工质排放剩余热能的物体(冷源)。 如凝汽器中的冷却水
2、。,5,热能动力装置的工作过程: 工质从高温热源吸取热能,将其中的一部分转化为机械能而作功,并把余下的另一部分传给低温热源的过程。,6,二、热力系,1.热力系定义: 热力系:人为划分的热力学研究对象。 (简称系统) 外界:系统外与之相关的一切其他物质。 边界:系统与外界的分界面。,7,按系统与外界的物质交换情况分:1)闭口系:与外界无质量交换(控制质量)2)开口系:与外界有质量交换(控制容积),2.热力系分类:,根据系统与外界之间的质量和能量交换情况分,按系统与外界的能量交换情况分:1)绝热系:与外界无热量交换;2)孤立系:与外界既无能量(功量、热量)交换,又无质量交换的系统。,8,1-2 状
3、态及基本状态参数,基本状态参数可以直接测量得到的状态参数 (如p、v、T); 导出状态参数由基本状态参数计算得到的状 态参数(如u、h、s等)。,一、热力状态及状态参数,1.热力状态:热力系统(工质)在某一瞬间所呈现的宏观物理特性(简称状态)。,2.状态参数:描述系统或工质状态特征的宏观物理量。(如:温度T、压力p、比体积v、热力学能u、焓h、熵s等。),9,状态参数特点,状态参数仅决定于状态,即对应某确定的状态,就有一组状态参数;反之,一组确定的状态参数就可以确定一个状态;其数值仅决定于状态,而与达到该状态的途径无关。因此,状态参数的变化量可表示为(式中x表示任一状态参数):,工质经历一个循
4、环,则其所有状态参数的变化量均为零,其数学表达式如下:,10,1.压力,二、基本状态参数,物理学上:单位面积上受到的垂直作用力,也称压强,p=F/A;,热力学中:大量气体分子作不规则热运动时撞击容器内壁时,在单位面积上所产生的垂直方向的平均作用力。,11,绝对压力(p ):气体的真实压力。大气压力(pamb或pb):大气环境对物体的作用力。相对压力:指相对于环境大气压力的差值,即测压仪表的读数,分表压力和真空度。,压力的测量,常用测压仪表有:,弹簧管式压力表 U型管压力计(测较小压力),12,表压力与真空度,表压力:当气体的压力高于大气压力时(称为正压),压力表的读数(pg)。计算式: p=p
5、g+pb真空度:当气体的压力低于大气压力时(称为负压),压力表的读数(pv)。计算式:p=pb-pv,p、pg、pv都可作为工质的状态参数吗?,只有p才可作为工质的状态参数!,13,压力的单位,(1)国际单位制:1帕=1Pa=1N/m2 1千帕=1kPa=103Pa 1兆帕=1MPa=106Pa(2)工程中可用液柱高和工程大气压表示压力大小。 1mmHg133.3Pa 1mmH2o9.81Pa 1工程大气压=1at=1kgf/cm20.1MPa (3)标准大气压:指纬度为45o海平面上的常年平均气压(物理大气压) 1标准大气压=1atm=760mmHg=101325pa,14,2.温度,(1)
6、定义:标志物体冷热程度的物理量。,(2)物理意义:反映物质内部分子作不规则热运动的剧烈程度,也即分子平均动能的大小。,15,(3)温标:温度的数值标尺。温标的建立必须确定其基准点和分度方法,常用的有两种温标: 摄氏温标(t,) : 纯水在1atm下, 热力学温标(绝对温标/开尔文温标)(T, K): 以水的三相点为基准点,并规定为273.16 K。,冰点0 ,沸点100,划分100等份,相互关系:基准点不同,但分度一样,即t=T T t +273.15 K,16,3.比体积(比容),比体积v:单位质量工质所占有的体积。 v=V/m (单位: m3/kg)密度:单位体积内工质的质量。 =m/V
7、(单位: kg/m3),相互关系:v=1,物理意义:二者均反映物质内部分子聚集的疏密程度,即分子间平均距离的大小。,17,例题分析,例1-1 如图所示,用水银压力计测量凝汽器的压力,已知测压计读数为706mmHg,当地大气压pb98.07kPa,求凝汽器内蒸汽的绝对压力。,解:凝汽器内真空为: pv=706133.3=94110(Pa) 则绝对压力为:ppb-pv98070941103960(Pa),说明:在压力计算中,各量单位应换算统一后才能相加减!,18,例1-2 一台型号HGl02118.2540540的锅炉,其中18.2指的是蒸汽的表压力为18.2MPa,当地大气压为750mmHg,试
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