多媒体教学华北电力大学能源与动力工程学院市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
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1、v多媒体教学课件v华北电力大学v能源与动力工程学院第1页1-5 1-5 功和热量功和热量功和热量功和热量第1章 基本概念1-1 1-1 工质和热力系统工质和热力系统工质和热力系统工质和热力系统1-2 1-2 状态参数状态参数状态参数状态参数1-3 1-3 平衡状态平衡状态平衡状态平衡状态1-4 1-4 热力过程热力过程热力过程热力过程1-6 1-6 热力循环热力循环热力循环热力循环2 2第2页1-5 1-5 功和热量功和热量功和热量功和热量第1章 基本概念1-1 1-1 工质和热力系统工质和热力系统工质和热力系统工质和热力系统1-2 1-2 状态参数状态参数状态参数状态参数1-3 1-3 平衡
2、状态平衡状态平衡状态平衡状态1-4 1-4 热力过程热力过程热力过程热力过程1-6 1-6 热力循环热力循环热力循环热力循环3 3第3页什么是工质?v定义:实现能量转化媒介物质v制冷工程中又称为制冷剂v对工质要求:1 1)膨胀)膨胀性性 2 2)流动)流动性性3 3)热容量热容量 4 4)稳定性)稳定性,安全性,安全性5 5)对环境友善对环境友善 6 6)价廉)价廉,易大量获取,易大量获取v物质三态中气态最适宜作为工质4 4第4页什么是热力系统?v被人为地分割出来,作为热力学研究对象有限物质系统v外界:系统以外全部物质v边界(界面):系统与外界分界面6 6第6页系统、外界和边界7 7第7页1-
3、1-锅炉;锅炉;2-2-汽轮机;汽轮机;3-3-凝汽器;凝汽器;4-4-水泵水泵a a)以锅炉为热力系统;)以锅炉为热力系统;b b)以汽轮机为热力系统;)以汽轮机为热力系统;c c)以整个蒸汽动力装置为热力系统)以整个蒸汽动力装置为热力系统划分热力系统举例9 9第9页热力系统分类v以系统与外界关系划分:有有 无无有没有质量传递有没有质量传递 开口系开口系闭口系闭口系有没有热量传递有没有热量传递 非绝热系非绝热系绝热系绝热系有没有能量、物质传递有没有能量、物质传递 非孤立系非孤立系孤立系孤立系1010第10页关于热力系统v重点掌握重点掌握开口系、闭口系、绝热系、孤立系开口系、闭口系、绝热系、孤
4、立系v热力系选取取决于热力系选取取决于研究目标和方法研究目标和方法,含有随意性,含有随意性,选取不妥将不便于分析。选取不妥将不便于分析。v一旦取定系统,一旦取定系统,沿边界沿边界寻找相互作用。寻找相互作用。v系统与外界作用都经过边界,看是否有系统与外界作用都经过边界,看是否有质量交换、质量交换、热量传递、功传递及其它形式能量传递热量传递、功传递及其它形式能量传递。1212第12页简单可压缩系统 v工程热力学中最常见、最主要热力系统 因为热能动力装置惯用工质都是因为热能动力装置惯用工质都是可压缩流体可压缩流体(水蒸气、(水蒸气、空气、燃气等)空气、燃气等)系统与外界只交换热量和一个准静态系统与外
5、界只交换热量和一个准静态体积改变功体积改变功(膨(膨胀功和压缩功)胀功和压缩功)体积改变功只与体积改变功只与工质压力和体积改变量工质压力和体积改变量相关相关 工程热力学中讨论大部分系统都是工程热力学中讨论大部分系统都是简单可压缩系统简单可压缩系统1313第13页1-5 1-5 功和热量功和热量功和热量功和热量第1章 基本概念1-1 1-1 工质和热力系统工质和热力系统工质和热力系统工质和热力系统1-2 1-2 状态参数状态参数状态参数状态参数1-3 1-3 平衡状态平衡状态平衡状态平衡状态1-4 1-4 热力过程热力过程热力过程热力过程1-6 1-6 热力循环热力循环热力循环热力循环1414第
6、14页定义v状态:某一瞬间工质所展现宏观物理情况v状态参数:描述工质所处状态宏观物理量v工程热力学中惯用状态参数?基本状态参数:温度温度T T、压力、压力p p、体积、体积V V、热力学能、热力学能U U、焓、焓H H、熵、熵S S包括化学反应:化学势化学势、亥姆赫兹自由能、亥姆赫兹自由能F F、吉布斯自由能、吉布斯自由能G G1515第15页状态参数特征v状态确定,则状态参数也确定,反之亦然v状态参数积分特征:状态参数改变量与路径无关,只与初终态相关v状态参数微分特征:全微分1616第16页状态参数积分特征v状态参数改变量与路径无关,只与初终态相关,状态参数改变量与路径无关,只与初终态相关,
7、如温度、压力如温度、压力1 1 1 1 2 2 2 2a a a ab b b b1717第17页状态参数微分特征v设vdz dz 是全微分是全微分1818第18页基本状态参数:温度v热力学定义:处于同一热平衡状态各个热力系,必定有某一宏观特征彼此相同,用于描述此宏观特征物理量为温度热平衡:热力系相互接触时,相互间无宏观热热平衡:热力系相互接触时,相互间无宏观热量传递,称它们处于热平衡状态量传递,称它们处于热平衡状态v宏观:表示物体冷热程度v微观:标志物质分子热运动激烈程度,是衡量分子平均动能量度1919第19页热力学第零定律v假如两个系统分别与第三个系统处于热平衡,则假如两个系统分别与第三个
8、系统处于热平衡,则两个系统彼此必定处于热平衡。两个系统彼此必定处于热平衡。19301930年由福勒(年由福勒(R.H.FowlerR.H.Fowler)正式提出)正式提出 温度测量理论基础温度测量理论基础2020第20页温度单位v开氏(绝对)温标:T(K)v摄氏温标:t()v华氏温标:t(F)v温标换算关系2121第21页基本状态参数:压力v单位面积上承受垂直作用力单位面积上承受垂直作用力v物理中压强,单位物理中压强,单位PaPa,N/mN/m2 2v惯用单位:惯用单位:1 kPa=101 kPa=103 3 PaPa(千帕)(千帕)1 MPa=101 MPa=106 6 Pa Pa(兆帕)(
9、兆帕)1 bar=101 bar=105 5 Pa Pa(巴)(巴)1 atm=760 mmHg=1.1 atm=760 mmHg=1.01325013251 10 05 5 Pa Pa(标准大气压)(标准大气压)1 mmHg=133.3 Pa 1 mmHg=133.3 Pa(毫米汞柱)(毫米汞柱)1 mmH1 mmH2 2O=9.81Pa O=9.81Pa(毫米水柱)(毫米水柱)1 at=1 kgf/cm1 at=1 kgf/cm2 2=9.81 =9.81 10 104 4 Pa Pa(工程大气压)(工程大气压)2222第22页绝对压力与相对压力v绝对压力p真实压力真实压力v相对压力绝对压
10、力绝对压力p p与环境压力与环境压力p pb b之差之差是否高于环境压力:表压力pg、真空度pv注意:只有绝对压力p才是状态参数2323第23页p pb表压力表压力 pgp 恢复平衡所需时间恢复平衡所需时间(驰豫时间)(驰豫时间)普通工程过程都可认为是准平衡过程普通工程过程都可认为是准平衡过程4141第41页 系统经历某一过程后,假如能使系统经历某一过程后,假如能使系系统统与与外界外界同时恢复到初始状态,而不留同时恢复到初始状态,而不留下任何改变,则此过程为下任何改变,则此过程为可逆过程可逆过程注意注意 可逆过程只是指可能性,并不可逆过程只是指可能性,并不 是指必须要回到初态过程是指必须要回到
11、初态过程可逆过程4242第42页准平衡过程准平衡过程+无耗散效应无耗散效应=可逆过程可逆过程无不平衡势差无不平衡势差经过摩擦使功经过摩擦使功变热效应变热效应(摩摩阻,电阻,磁阻,电阻,磁阻,非弹性变阻,非弹性变性等)性等)不平衡势差不平衡势差不可逆根源不可逆根源 耗散效应耗散效应 耗散效应耗散效应可逆过程实现4343第43页不等温传热不等温传热T T1 1T T2 2T T1 1 T T2 2Q Q节流过程节流过程(阀门)(阀门)p p1 1p p2 2p p1 1 p p2 2经典不可逆过程4444第44页混合过程混合过程 自由膨胀自由膨胀真空真空 经典不可逆过程4545第45页关于可逆过程
12、v可逆过程必定是准平衡过程,同时过程中不存在可逆过程必定是准平衡过程,同时过程中不存在任何耗散效应任何耗散效应v可逆过程可用状态参数图上连续实线表示可逆过程可用状态参数图上连续实线表示v实际过程都是不可逆,可逆过程是不引发任何热实际过程都是不可逆,可逆过程是不引发任何热力学损失理想过程。对于实际过程应尽可能降低力学损失理想过程。对于实际过程应尽可能降低不可逆原因,使其尽可能靠近可逆过程不可逆原因,使其尽可能靠近可逆过程v可逆过程完全理想化,对于工程热力学研究范围可逆过程完全理想化,对于工程热力学研究范围内用可逆过程概念,而准平衡过程极少用内用可逆过程概念,而准平衡过程极少用v除经典不可逆除经典
13、不可逆(如节流、自由膨胀等如节流、自由膨胀等)外,本书全外,本书全部热力过程都可看成可逆过程部热力过程都可看成可逆过程4646第46页1-5 1-5 功和热量功和热量功和热量功和热量第1章 基本概念1-1 1-1 工质和热力系统工质和热力系统工质和热力系统工质和热力系统1-2 1-2 状态参数状态参数状态参数状态参数1-3 1-3 平衡状态平衡状态平衡状态平衡状态1-4 1-4 热力过程热力过程热力过程热力过程1-6 1-6 热力循环热力循环热力循环热力循环4747第47页功定义v力学定义:力乘以在力方向上位移v热力学定义:功是热力系统经过边界而传递能量,且其全部效果可表现为举起重物v功是系统
14、与外界相互作用一个方式,在力推进下,经过有序运动方式传递能量。v功单位:J、kJ;功率单位:W、kWv要求系统对外界作功取为正,外界对系统作功取为负4848第48页功普通表示式功普通表示式热力学最常见功热力学最常见功 体积改变功体积改变功 其它准静态功:拉伸功,表面张力功,电功等其它准静态功:拉伸功,表面张力功,电功等功表示式4949第49页示功图(p-V图)m m kgkg工质:工质:1 1 kgkg工质:工质:5050第50页可逆过程体积改变功说明v可在可在p-Vp-V图(示功图)上用面积表示图(示功图)上用面积表示v功是过程量,功大小与路径相关功是过程量,功大小与路径相关v体积改变功包含
15、膨胀功和压缩功体积改变功包含膨胀功和压缩功vdV0 dV0 膨胀膨胀 对外作功(正)对外作功(正)dV0 dV0 dS0 Q0 dS0 系统放热时为负系统放热时为负 Q0 dS0 Q0 dS0v熵物理意义:熵表达了可逆过程传热大小与方向熵物理意义:熵表达了可逆过程传热大小与方向v用途:判断热量方向用途:判断热量方向 计算可逆过程传热量计算可逆过程传热量5555第55页示热图(T-s图)5656第56页1-5 1-5 功和热量功和热量功和热量功和热量第1章 基本概念1-1 1-1 工质和热力系统工质和热力系统工质和热力系统工质和热力系统1-2 1-2 状态参数状态参数状态参数状态参数1-3 1-
16、3 平衡状态平衡状态平衡状态平衡状态1-4 1-4 热力过程热力过程热力过程热力过程1-6 1-6 热力循环热力循环热力循环热力循环5757第57页热力循环vv定义:工质从某一初始状态出发,经过一系列中间定义:工质从某一初始状态出发,经过一系列中间过程又回到初始状态,称工质经历了一个热力循环过程又回到初始状态,称工质经历了一个热力循环vv要实现工质连续作功,必须组成热力循环要实现工质连续作功,必须组成热力循环vv特点:状态参数坐标图上为一闭合曲线特点:状态参数坐标图上为一闭合曲线vv分类:可逆循环和不可逆循环分类:可逆循环和不可逆循环vv可逆循环:全部由可逆过程组成循环可逆循环:全部由可逆过程
17、组成循环vv不可逆循环:循环中有部分过程或全部过程是不可不可逆循环:循环中有部分过程或全部过程是不可逆循环逆循环vv依据循环效果不一样,分为正向循环和逆向循环依据循环效果不一样,分为正向循环和逆向循环5858第58页正向循环净效应:对外作功净效应:对外作功净效应:吸热净效应:吸热热能转化为机械能循环,顺时针方向热能转化为机械能循环,顺时针方向p pv v2 21 1T Ts s1 12 2w wnetnetq q1 1-q-q2 2=w=wnetnet5959第59页逆向循环净效应:对内作功净效应:对内作功净效应:放热净效应:放热机械能转化为热能循环,逆时针方向机械能转化为热能循环,逆时针方向
18、T Ts s1 12 2q q1 1-q-q2 2=w=wnetnetw wnetnetp pv v2 21 16060第60页热力循环评价指标正循环:对外作功,吸热正循环:对外作功,吸热热效率热效率W WQ Q1 1Q Q2 2T T2 2T T1 16161第61页热力循环评价指标逆循环:对内作功,放热逆循环:对内作功,放热W WQ Q1 1Q Q2 2T T2 2T T1 11.1.制冷循环:制冷系数制冷循环:制冷系数2.2.热泵循环:热泵系数热泵循环:热泵系数6262第62页例题v某发电厂平均生产1度电需消耗350克标准煤,已知标准煤热值为29308kJ/kg,试求这个电厂平均热效率是
19、多少?解:收益:1度电=1kWh=1kJ/s*3600s=3600kJ代价:350克标准煤发烧=0.35kg*29308kJ/kg=10257.8kJ效率:6363第63页课后思索题v对于开口系统一定是非绝热系吗?v有些人说,不可逆过程是无法恢复到初始状态过程,这种说法对吗?v“工质吸热温度升高,放热温度降低”,这种说法对吗?v“高温物体所含热量多;低温物体所含热量少。”这种说法对吗?为何?v经过一个不可逆循环后,工质又回复到起始状态,那么,它不可逆性表现在什么地方?6464第64页V8F3gv1oVPEMo3w)R2C%ShaKN3)b7GD69Exw4gPqouPiQoPInE*H+vpu
20、DrcVtFtXv6XB$PmHOp2#ap$o2qhrMAA8RqOKwApw#sa*whaf-IJWD9gUs7o+GIVhlZHT24wJLE23KV4-PrR1Wl5xlmydhW!DrmevGEObx0nTpQpXH8D8pQ9smC80m&JjZC%KibaNudmQJT4bdP)0&Q-cUL-JlDhPof&YXoT0ZLa5)ma0sRdonAI(R3HIfmBODDaSJ832URhT3VdYL)m)P6*$-wRV#yZK&$0!hgFp8(p1jDN#hZU6OYt$uIlVArWHK6HibVHhnl65ECGIVwqyT*wUXiBY7kV3YLPlDBEJDYMo
21、$#DFyR9z0NT6ccwdX+WyDAF*aEUNuH5SYm9q*R+yM5Yim-V8F3gv1oVPEMo3w)R2C%ShaKN3)b7GD69Exw4gPqouPiQoPInE*H+vpuDrcVtFtXv6XB$PmHOp2#ap$o2qhrMAA8RqOKwApw#sa*whaf-IJWD9gUs7o+GIVhlZHT24wJLE23KV4-PrR1Wl5xlmydhW!DrmevGEObx0nTpQpXH8D8pQ9smC80m&JjZC%KibaNudmQJT4bdP)0&Q-cUL-JlDhPof&YXoT0ZLa5)ma0sRdonAI(R3HIfmBODDaSJ8
22、32URhT3VdYL)m)P6*$-wRV#yZK&$0!hgFp8(p1jDN#hZU6OYt$uIlVArWHK6HibVHhnl65ECGIVwqyT*wUXiBY7kV3YLPlDBEJDYMo$#DFyR9z0NT6ccwdX+WyDAF*aEUNuH5SYm9q*R+yM5Yim-Kg%lszsbm3bKKgcu6eelB6PY%uTfCled!dSdc)x7bEPGUL+wiWzm#G)EyY$5ky5+C6!jB+0$uu2YSFigBRQFhnt8+%poLx2mpEW+B+dO04mvr(k9dPwcUwnzY2pM&PIMm$pW(*dphQlZA3&mqaDxrVOd
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