Chap1 基本概念和定义 ¶

热能和机械能相互转换过程 ¶

热能动力装置 ¶

本质：由媒介物通过吸热 - 膨胀做功 - 排热

工质 ¶

对工质的要求：膨胀性、流动性、热容量、稳定性、安全性、对环境友好性、价廉、容易大量获取

物质三态中气态最适宜

热源 ¶

高温热源 - 热源（heat source）：如反应堆堆芯

低温热源 - 冷源（heat sink）：如冷却水

恒温热源（constant heat reservoir）：如稳定工况的堆芯

变温热源：如启动、停堆时的堆芯

热力系统 ¶

热力系分类

1. 按组元和相

按组元数：单元系（one component system;pure substance system）/ 多元系（multicomponent system）

按相数：单相系（homogeneous system）/ 复相系（heterogeneous system）

1. 按系统与外界质量交换

闭口系（closed system）：无物质交换，又称为控制质量

开口系（open system）：有物质交换，又称为控制容积

1. 按能量交换

绝热系（adiabatic system）：与外界热量交换

孤立系（isolated system）：既无能量交换又无质量交换

1. 简单可压缩系（simple compressible system）

由可压缩流体组成，无化学反应、与外界交换体积变化功（膨胀功或压缩功）的有限物质系统

工质的热力学状态及其基本状态参数 ¶

状态参数的特性和分类 ¶

状态参数是宏观量，只有平衡态才有

状态参数是状态的单值函数，物理上与过程无关，数学上其微量是全微分

常用的状态参数有：压力 P、温度 T、体积 V、热力学能 U、焓 H、熵 S

压力、温度、比体积可以直接测量，称为基本状态参数

状态参数分类：广延量（extensive property）、强度量（intensive property）

PS：广延量与系统的质量有关，如质量、体积等；强度量与物质的数量无关，如温度、密度等；广延量的比性质具有强度量特性

PS：工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数

系统状态相同的充分必要条件 ¶

系统两个状态相同的充要条件：所有状态参数一一对应相等

简单可压缩系两状态相同的充要条件：两个独立的（强度量）状态参数对应相等

The state of a simple compressible system is completely specified by two independent, intensive properties.

压力 ¶

只有绝对压力才是状态参数

平衡状态 ¶

平衡状态 ¶

平衡状态（themodynamic equilibirum state）：无外界影响系统保持状态参数不随时间改变的状态

热平衡（thermal equilibrium）：无外界作用，系统内部、系统与外界处处温度相等

力平衡（mechanical equilibrium）：无外界作用，系统内部、系统与外界处处压力相等

系统平衡的充要条件：系统同时达到热平衡和力平衡

本质：不存在任何不平衡势差

PS：平衡状态是相对时间而言的，均匀状态是相对空间而言的；平衡不一定均匀，单相平衡态则一定均匀

PS：稳定状态是参数不随时间改变，可以由外界作用；稳定不一定平衡，但平衡一定稳定

纯物质的状态方程 ¶

状态方程

理想气体状态方程（ideal-gas equation;Clapeyron's equation）

\(R_g\)——气体常数（gas constant）

\(R\)——通用气体常数（molargas constant）：R=8.3145J/(mol·K)

M——摩尔质量

状态参数坐标图（parametic coordinates）¶

简单可压缩系只有两个独立参数

常用坐标图有压容图（p-v）和温熵图（T-s）

工质的状态变化过程 ¶

准静态过程（quasi-static process;quasi-equilibrium process）：偏离平衡态无穷小，随时恢复平衡的状态变换过程

条件：破坏平衡的势无穷小，过程进行无线缓慢，工质有恢复平衡的能力

可逆过程（reversible process）：系统可经原途径返回原来状态而在外界不留下任何变化的过程

可逆 = 准静态 + 没有耗散效应

PS：耗散效应是通过摩擦使功变热的效应；可逆过程一定是准静态过程，准静态不一定可逆

功和热量 ¶

功的定义和可逆过程的功 ¶

功的热力学定义：通过边界传递的能量其全部效果可表现为举起重物

可逆过程的膨胀（压缩）功

可逆功可用 p-v 图上过程线下的面积表示，故 p-v 图又称为示功图

符号约定：系统对外作功为正，外界对系统作功为负

热量 ¶

定义：仅仅由于温差通过边界传递的能量

符号约定：系统吸热为正，放热为负

热量可用 T-s 图上过程线与 s 轴包围面积表示，故 T-s 图又称为示热图

可逆绝热过程即为定熵过程

热量与功的异同 ¶

功 -> 热是无条件的；热 -> 功是有条件、限度的

热力循环 ¶

热力循环 ¶

定义：封闭的热力过程

特性：一切状态参数恢复原值

动力循环 ¶

动力循环（正向循环）（power cycle;direct cycle）：把热能转化为机械能的循环，使外界得到功

输出净功；在 p-v 图及 T-s 图上顺时针运行；膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方

热效率：\(\eta_t=\frac{w_{net}}{q_1}<1\)

逆向循环 ¶

逆向循环（reverse cycle）：把热量从低温热源传向高温热源的循环，消耗外界的功，又称制冷循环（refrigeration cycle）、热泵循环（heat-pump cycle）

输入净功；在状态参数图逆时针运行；吸热小于放热

制冷系数：\(\varepsilon=\frac{q_2}{w_{net}}\ge 1 or < 1\)

供暖系数：\(\varepsilon'=\frac{q_1}{w_{net}}>1\)

本章中英名词对照 ¶

热能动力装置（Thermal power plant）：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力的整套设备

工质（working shubstance;working medium）：实现热能和机械能相互转换的媒介物质

热源（heat source;heat reservoir）：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统

系统（thermodynamic system;system;control mass）：人为分割出来，作为热力学研究对象的有限物质系统

外界（surrounding）：与体系发生质、能交换的物系

边界（boundary）：系统与外界的分界线

热力学状态（state of thermodynamic system）：系统宏观物理状况的综合

状态参数（state properties）：描述物系所处状态的宏观物理量

绝对压力（absolute pressure）

表压力 \(p_e/p_g\)（gauge pressure;manometer pressure）

真空度 \(p_v\)（vacuum;vacuum pressure）

当地大气压 \(p_b\)（local atmospheric pressure）

比体积（specific volume）：单位质量工质的体积

密度（density）：单位体积工质的质量

热量（heat）：仅仅由于温差通过边界传递的热量

纯物质的状态方程（pure substance state equation）

可逆循环（reversible cycle）：

热效率（thermal efficiency）

制冷系数（coefficient of performance for the refrigeration cycle）

供暖系数（coefficeint of performance for the heat-pump cycle）

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