工程热力学基础知识

制冷与空调技术理论基础第二部分工程热力学基础知识sis 6326

一、热力学的基本概念( 一)、热力系统与工质 1.热力系统 1.热力系统在热力学研究中，研究者所指定的具体研究对象称为热力系统，简称系统系统。和系统发生相互作用( 热力系统，简称系统。和系统发生相互作用(能量交换或质量交换)的周围环境称为外界质量交换)的周围环境称为外界，或称为环境。系统与环外界，或称为环境环境。系统与环境的分界面称为边界境的分界面称为边界。边界。闭口系：与外界没有质量交换的系统，称为闭口系统。闭口系：开口系：开口系：与外界有质量交换的系统，称为开口系统。绝热系：绝热系：与外界没有热量交换的系统，称为绝热系统。完全绝热的系统实际上是不存在的，工程上将与外界换热量相对很小的系统近似为绝热系统。 2.工质 2.工质在制冷与空调工程及其他热力设备中，热能与机械能的转换或热能的转移，都要借助于某种携带热能的工作物转换或热能的转移，都要借助于某种携带热能的工作物质的状态变化来实现，这类工作物质称为工质。质的状态变化来实现，这类工作物质称为工质。制冷系统中使用的工质称为制冷剂制冷系统中使用的工质称为制冷剂，也叫冷媒制冷剂，也叫冷媒

归有光研究

(二)系统的热力状态及其基本参数1.热力状态 1.热力状态某时刻，系统中工质表现在热力现象方面某时刻，系统中工质表现在热力现象方面的总的状况称为系统的热力状态的总的状况称为系统的热力状态，简称状热力状态，简称状态。描述系统状态的物理量称为状态参数描述系统状态的物理量称为状态参数状态参数的取值完全由状态确定。如果工质的状态参数可以在一段时间内保持稳定的数值，不随时间变化而变化，则称为热力平衡态称为热力平衡态，简称平衡态。热力平衡态，简称平衡态平衡态。

2.基本状态参数 2.基本状态参数如果系统的状态发生了变化，那么将表现为状态参数的变化，换而言之，我们可以通过观测系统状态参数的变化来了解系统的变化。表示系统状态变化的参数有六个，分别为: 表示系统状态变化的参数有六个，分别为: 压力、温度、比体积(或密度)、内能、 )、内能压力、温度、比体积(或密度)、内能、焓、熵，其中温度、压力、比体积可以直接或者间接的用一起测出，称为基本状态接或者间接的用一起测出，称为基本状态参数。参数。

(三)理想气体状态方程有关理想气体的定义和性质以及理想气体状态方程属于高中物理内容，不再赘述。

(四)内能、焓

、和熵内能：系统中工质分子做热运动动能和分子势能内能：的总和称为系统内能。用字母U 的总和称为系统内能。用字母U表示，单位质量工质的内能用u 工质的内能用u表示。焓：这是一个组合状态参数，在数值上等于工质内能加上压力和体积的乘积，用字母H 内能加上压力和体积的乘积，用字母H表示，单位质量工质的焓(也叫比焓)用字母h 位质量工质的焓(也叫比焓)用字母h表示，焓和内能的数学关系可以用公式：h=u+pv 内能的数学关系可以用公式：h=u+pv 和 H=U+pV 表示。焓的量纲和内能一样，都是焦耳，说明焓也具有能量意义，实际上在焓比内能更加全面的代表了工质的能量。个人认为：焓就是工质所包含的和

热力学相关的能量的总和。热力学相关的能量的总和。

真空

p1 V1

p2 V2绝热系A

绝热系A

读者杂志上面图示中的闭口绝热系A 上面图示中的闭口绝热系A中的黄方块是一团气体，它从状态1变化到状态2 气体，它从状态1变化到状态2,很显然，按照理想气体状态方程进行分析，由于气体膨胀对外做功，我们会得到u 功，我们会得到u1u2的结论，但是根据能量守恒定律，工质与外界无能量交换，因此工质的能量总和应当不变，再经过进一步分析，我们会得到 u1+p1V1=u2+p2V2 即H1=H2的结论。

熵：熵是热工学中一个非常重要的参数，它本身是不存在的，而是科学家为了更方便的分析研究而人为导出的一个状态参数。用来分析热力学变化过程的趋势。在可逆用来分析热力学变化过程的趋势。在可逆过程中熵是一个微分数值：过程中熵是一个微分数值：δq ds = ( ) rev T δQ mδq dS = ( ) rev = ( ) rev = mds T T

(五)热力过程热力过程：热力过程：系统从一个状态变化到另外一个状态的时候经历的所有的中间状态的集合称为热力过程，简称过程。如果系统经历一系列过程最终又回到初

始状态，则说这些过程构成一个热力循环回到初始状态，则说这些过程构成一个热力循环。热力循环。准静态过程：在一个热力过程中，初始状态和最准静态过程：在一个热力过程中，初始状态和最终状态都是平衡态，从初始状态变化到最终状态说明了原有平衡被打破，然后经历一些列变化最说明了原有平衡被打破，然后经历一些列变化最后形成了新的平衡。这个变化不会是一瞬间完成后形成了新的平衡。这个变化不会是一瞬间完成的，因此意味着在这两个状态之间，系统经历了一些列连续的，依次相差为无穷小的平衡状态，一些列连续的，依次相差为无穷小的平衡状态，这个过程称为准静态过程。例如系统原来的状态用参数表示为(A,B,C,

D,E,F),最终状态表示为用参数表示为(A,B,C,D,E,F),最终状态表示为 (A’,B’,C’,D’,E’,F’),如果该过程是准静态过程， ,B’,C’,D’,E’,F’ 那么6 那么6个参数的变化全部是连续的，如果表示在状态参数坐标图上，有关6 态参数坐标图上，有关6个参数的曲线全部应当是连续的。

可逆过程与不可逆过程系统经历一准静态过程从状态1变化到状态2 系统经历一准静态过程从状态1变化到状态2 后，若可以按原路线反向的从状态2 后，若可以按原路线反向的

从状态2回复到状态1 状态1,并且对外界没有任何影响，这样的过程称为可逆过程过程称为可逆过程

辽宁同志有摩擦/无摩擦

上图中，小球以一定初速度匀速运动，若平板光滑，则不论从A到B还是从B到A都是可逆的，但是如果有摩擦的话，上述过程就不可逆了。

实际上，生活中有很多可逆或者不可逆的例子，但是它们的含义和热力学中的可逆和不可逆是不一样的，如四季交替、生老病死、时间流逝、木已成舟等是完全的无法逆转的过程，而凝水成冰、融冰成水，跟烧水成汽、凝汽成水，看似都是可逆的，但是本质又有不同。工程热力学中的可逆或不可逆，主要是看是否对于外界产生了不可逆转的影响。主要集中在两个方面： 1.做功有无摩擦，这是由于机械能通过摩擦变为热 1.做功有无摩擦，这是由于机械能通过摩擦变为热能的过程无法逆转。 2.传热有无温差，这是由于高温物体和秘密花园入口

低温物体虽 2.传热有无温差，这是由于高温物体和低温物体虽然都包含热能，但是品位不同，使得热量只会自发的从高温物体传向低温物体。

大连理工大学王栋

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