工程热力学第一,二章概念理解

Chapter 1 基本概念

热能动力装置

1， 定义：实现热能和机械能连续装换的装置（要存在体积的变化）

2， 分类：1，内燃机：机械能的获得是通过工质的燃烧获得的（发动机）

2，外燃机：工质的能量是从外界获得的（回路外部获得的）（汽轮机）

3，基本要素：1，工质：热能向机械能转化的媒介物质

2，体积变化功：膨胀对外做功，压缩向内做功

3，热源（高温）：热源

4，热源（低温）：热阱

5，循环：连续

热力系统（系统）

1， 定义：被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统

2， 外界：与系统发生质能交换的物体

3， 分类：1，是否有质量的交换：开口系（有）&闭口系（无）（系统质量不变不代表是闭口系，进入和出去都一样，但是是开口系）

2，是否有热量的交换：绝热系（无）&非绝热系（有）

3，是否有功量的交换：绝功系（无）&非绝功系（有）

4，孤立系=闭口系+绝热系+绝功系

（对于系统的划分的边界可以是固定的，可以是活动的，可以是真实的，可以是虚拟的，具有主观性）

我们讨论的都是简单可压缩系：由可压缩流体构成，与外界可逆功交换只有体积变化功一种形式的系统。（只交换热量和一种准平衡的体积变化功）

5状态

5.1定义：工质在热力变化过程中的某一瞬间所呈现的宏观物理量状态称为工质的热力学状态

5.2状态参数：用来描述工质所处平衡状态的宏观物理量，温度，压力等，这些物理量反映了大量分子运动的宏观平均效果。

状态参数是热力系统状态的单值函数，它的值取决于给定的状态而与如何达到这一状态的途径无关。状态参数这一特性表现在数学上是点函数，其微元差是全微分，而全微分沿闭合曲线积分等于零。

5.2.1状态参数的分类：（前三个为基本状态参数）

1，温度（T）：物体冷热的标志（微观上表示物质分子运动的剧烈程度）

经验温标：由选定的任一种测量物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。（缺点就是用不同的温度计，不同的物理量，温度测定值可能有微小的差异）

2， 压力（P）：绝对压力（状态参数用的是绝对压力），表压，真空度（这个不说了）

3， 比容（比体积）v

4， 密度

5， 焓（H）

6， 熵（S）这两个定义到热一，热二定律时再说了

5.3平衡状态：一个热力系统如果在不受外界影响的条件下（重力除外），如果系统的状态不随时间变化，则该系统处于平衡状态。

这里要说明下，1，平衡状态不一定是均匀状态，比如汽水混合物在某一温度下饱和，其是平衡状态，但不是均匀状态（工质不均匀，但是强度型状态参数是均匀的）

2，平衡状态一定是稳定状态，但是稳定状态不一定是平衡状态，稳定状态时，其状态参数随时间也不变换，但是是要有要求的，即，存在外界势差的作用，去掉外

界势差后，其状态参数就要随时间变化（也就是说其强度型状态参数是不均匀的）

5.4描述一个平衡状态所需要的状态参数的个数取决于不平衡势差的数目=各种功的数量+热量，简单可压缩系统只有体积变化功，所以只需要1+1=2个状态参数描述，但是绝热的简单可压缩系由于内部也存在热能的传递，所以也需要2个状态参数描述，即，最少需要2个状态参数来描述一个平衡状态。

5.5过程（我的理解）：状态是一个静止的描述，研究无意义，所以，无数个状态连续起来的过程就是过程，而我们这里要研究的是最简单的过程，即无数个平衡状态连续起来的过程，过程的实质是破坏平衡，即产生不平衡势差的过程，但是恢复平衡的时间是大大小于破坏平衡的过程，所以可以看成是平衡状态的连续，可以在图上画实线（无耗散效应，但是有不平衡势差，不过可以很快达到新的平衡）

5.5.1过程的分类：

1，准平衡过程：平衡过程是不可能存在的，因为过程的本质是破坏平衡，破坏了平衡就是不平衡，既然不平衡，怎么可能会有平衡过程呢？所以准平衡过程是指当外界的不平衡势差（力，热）每次只改变一个微量，而且在两次改变时有大于弛豫时间的时间间隔，则工质每次偏离平衡状态极少，而且很快恢复到了平衡状态，在整个状态变化过程中始终没有离开平衡状态，此时就是准平衡过程。

破坏平衡所需要的时间>>恢复平衡所需要的时间

2，可逆过程：系统经历某一过程后，如果系统和外界同时恢复到初始状态，而不留下任何痕迹，则此过程为可逆过程。

可逆过程=准平衡过程（无不平衡势差）+无耗散效应

一个高温物体向一个低温物体传热后，两个物体达到一个新的温度后，平衡了，整个过程无耗散，那是可逆过程么？答案是否的，因为在整个过程中存在不平衡势差，最后不能回到初始状态，所以热源和工质温度不相同时传热是不可逆，朗肯循环的吸热和放热是不可逆的过程构成的，其原因就是它的吸热过程是定压的，不是定温的，这个是和卡诺循环上有本质的区别的。

不可逆的根源：不平衡势差+耗散效应

3引起过程的过程量

1， 功：热力系统通过边界而传递的能量，且其全部效果可表现为举起重物。（热力学功的定义）

对于功的计算，要先了解过程是否可逆，若可逆，才可以用wpdv，否则不能用。而对于简单可压缩系，功只有体积变化功，体积变化功包括压缩功和膨胀功。

2， 热：热量的定义：热力系和外界之间仅仅由于温度的不同而通过边界传递的能量。 同样，对于热量的计算，也要在可逆的情况下才能使用：qTds，否则不能用。

对于功和热量的理解：1，功和热量都是能量传递的度量，都是过程量，（不能用d）

2功是在力的势差下以微观有序的运动方式传递的能量

热量是在温度的势差下以微观无序的运动方式传递的能量

循环就不写了，自己还没理解好，免得写出来贻笑大方。

另外，书中写的是“体积变化功”，老师说的是“容积变化功”，还有“准平衡过程”就是“准静态过程”，这里写的和书上的是一样的。

Chapter 2． 热力学第一定律

1， 热一定律的本质：自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭，但可以从一种形态转变为另一种形态；在能量的转换过程中能量的总量保持不变。

2， 热一定律的表述：1，热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能时，它们间的比 值是一定的。2，热可以变为功，功也可以变为热，一定量的热消失时必定产生相应量的功，消耗一定量的功必定出现与之对应的一定量的热。

3， 热力学能：内动能，内位能，维持一定分子结构的化学能和原子核内部的原子能以及电磁场作用下的电磁能等一起构成所谓的热力学能。（在无化学反应以及原子反应的过程中，化学能，原子核能都不变化，可以不考虑，因此热力学能的变化只是内动能和内位能的变化）

4，热力学能是热力状态的单值函数，热力状态是状态，所以热力学能是状态函数，具有和温度，压力，焓，熵一样的数学性质，即微元是全微分，闭合曲线积分等于零，与到达此状态的路径无关。表述热力学能需要两个独立的状态参数确定，热力学能用U表示，

单位J，单位质量的热力学能称为比热力学能，用u表示，单位J/kg。

uf(T,v) uf(T,p) uf(p,v)

5，总能：人们把内部储存能和外部储存能的总和，即热力学能与宏观运动动能以及位能的总和，叫做工质的总储存能，简称总能，用E表示，动能和势能分别用Ek和

Ep表示。

1212EmcEUmcfmgzkfEUEkEpEmgzp22所以：其中，，所以,对于单位质量1euc2fgz2的工质（1kg）：

6，推动功：因工质在开口系中流动而传递的功 (都是状态参数)

流动功：推动功差p2v2p1v1是系统维持工质流动所需要的功，称为流动功

焓：H=U+pV，比焓：h=u+pv。焓是状态参数，所以具有状态参数的一切数学性质。

当1kg工质通过一定的界面流入热力系统时，储存在它内部的热力学能当然随着也带进了系统，同时还把从外部功源获得的推动功pv带进了系统，因此系统中引进1kg工质而获得的总能量是热力学能和推动功之和（u+pv）即比焓。

7， 热一定律的文字表达：

进入系统的能量—离开系统的能量=系统中储存能量的增加

8.1闭口系能量方程式(从闭口系推导，适用于任何过程)：

1，过程总体表达：QUW quw QHWt qhwt 2，微元表达：QdUW qduw QdHWt qdhwt

以上对闭口系普遍适用，适用于可逆过程也适用不可逆过程，对工质没要求，理想气体，实际气体，甚至液体也可以，唯一要求是工质初态和终态是平衡状态。

对于可逆过程，WpdV，所以：

1，过程总体表达：

QUpdV12

qupdv12

2，微元表达：QdUpdV qdupdv

对于循环：由于热力学能是状态函数，所以dU0，所以：QW这就意味着闭

口系统完成一个循环后，它在循环中与外界交换的净热量等于与外界交换的净功量。

QwetWwet qwetwwet（回忆图1-18和1-19中T-s图中为何写wwet）

8.2开口系统能量方程：这个看书公式2-19

稳定流动能量方程

1， 功的形式：

12qu(c2f2cf1)g(z2z1)wi(pv)2

左边的一项：qu为体积变化功：w

12wt(c2cf2f1)g(z2z1)wi2右边前三项之和为技术功：

其中内部功wi是对机器内部做的功，等于轴功ws加上摩擦损失：wiws摩擦损失

右边最后一项为流动功(pv)=p2v2p1v1

2， 能的形式：

qh2h1wt

左边第一项是系统从外界吸收的热量

右边第一项和第二项是工质焓的变化

右边第三项是技术功

3， 对于可逆过程：

3.1利用功的形式来推导技术功：

wwt+(pv)，左边项为体积变化功，由于可逆，所以：

21wpdv12，而(pv)=p2v2p1v1，

所以，

wtpdv(p2v2p1v1)=

vdp12

3.2利用热一定律解析式推导：

wpdv wqdu，所以pdvqdu

dud(hpv)，所以pdvqd(hpv)

所以qdhvdp，根据qh2h1wt，所以：wtvdp

8.3可逆过程(所有过程)热一定律的微元数学表达：

qdupdv

qdhvdp

由此可知，对于可逆过程，闭口系和稳定流动的能量方程的微元是相同的（我的理解）