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1、 绪 论 热力学体系 热力学状态 平衡状态 单位制 通过介绍本课程的内容和特点，引起 学生对该课程的重视。介绍热力学的 基本概念。 热力学基本概念的介绍 热力学体系和单位制换算 2/2 第一篇 工程热力学基础 01 自然界中的能源及热能的利用 绪论 自然界中可以供人们使用的能源: 风能、水能、太阳能、地热能、燃料的化学能 及原子核能等 直接被人们利用的能源：风能和水能 以热能形式利用的能源：其它 热能利用的两种基本方式： 直接利用和间接利用 在热能的间接利用中，能量的转换往往是能 量利用的前提，各种热动力装置将热能转化 为机械能，通过动力机带动发电机，最后转 换成电能的形式利用，电能具有输送和
2、使用 方便等优点。 有关能量及其相互转换规律的知识即工 程热力学的知识。 02 热力学及热力工程的发展简史 远古时代的钻木取火，我国在12-13世纪就有 用火力来产生旋转运动的走马灯，使用火药向 后喷气加速箭的飞行记载。18世纪发明蒸汽机 ，实现了热能向机械能的转换。但是，由于蒸 汽机笨重、效率不高等缺点，因而促使人们对 于水和蒸汽以及其它物质的热力性质进行研究 ；与此同时，卡诺对如何提高热效率，迈耶、 焦尔等人对热与功的转换规律进行了大量实验 ，从而建立了热力学两个基本定律。 在热力学有关理论的指导下，于19世纪末 期，遂发明了内燃机及蒸汽轮机，内燃机具有 效率高、重量轻的优点，蒸汽轮机则具
3、有效率 高、功率大的优点。内燃机及蒸汽轮机的出现 ，极大地促进并发展了热力学中热力过程和热 力循环的研究。而蒸汽轮机又推动了高参数蒸 汽性质及高速气流等问题的研究，使热力学两 个定律应用于工程实际中，形成了工程热力学 学科。 03 工程热力学的研究对象及其主要内容 工程热力学包括的内容如下： 一、研究工质的热力性质： 热功转换的媒介，叫做工作介质，简称工 质。如蒸汽机中的蒸汽，内燃机、涡轮喷 气发动机中的空气和燃气等。 二、研究能量之间的转换规律及其应用 第一章 基本概念及气体的基本性质 11 热力学体系 一、体系、外界 在分析热力学问题时，按研究任务的具体要求 ，选取一定范围内的物质作为研究
4、对象，该研 究对象叫做热力学体系或简称体系。与体系发 生作用，但不列为研究对象的物质，叫做外界 。体系与外界间的界限，叫做分界面。分界面 可以是真实的，也可以是假想的；可以是固定 的，也可以是胀缩的或运动的。 分界面实例： 图111表示封闭在气缸中的气体作为研 究对象时，气缸和活塞的内壁面就是真实的 分界面，而活塞顶部却又是可以胀缩的或运 动的分界面。图112表示气体不断从截 面11流进，在受到叶轮的作用下，压力必 升高，并不断从截面22流出。若选取进、 出口截面之间的气体作为研究对象，那么进 、出口截面11和22是假想的，固定的分 界面，壳体的内壁是真实的，固定的分界面 。 三、体系的分类
5、1、闭口体系 体系和外界之间，可以有功的交换和热量的 交换，但没有物质交换，这种体系叫闭口体 系。闭口体系的质量保持恒定，所以闭口体 系又叫控制体系。（图111所示） 2、开口体系 体系和外界之间，不仅可以有功的交换和热 量的交换，而且还有物质的交换，这种体系 叫开口体系，开口体系中能量的交换和物质 的交换是在某划定的空间范围内进行的，所 以开口体系又叫做控制容积或控制体。（图 112所示） 3、绝热体系 若体系和外界之间没有热量交换，则叫做绝 热体系。 4、孤立体系 若体系与外界之间，既没有功和热量的交换 ，又没有物质的交换，则叫做孤立体系。 12 热力学状态 平衡状态 一、热力学状态（状态
6、） 在某一指定的瞬间，热力学体系所处的宏 观物理状态，或者是热力学体系所具有的 物理特性的总标志。 二、状态参数 描述体系状态的物理量，叫做状态参数。 如温度、压力等。 三、平衡状态 闭口体系在没有外界影响的条件下，如果 体系各部分的状态不随时间而改变，即体 系宏观性质的物理量，例如压力和温度等 ，在任意两个瞬时比较，其结果是一样的 ，那么该体系就是处于热力平衡状态，或 简称平衡状态，否则就叫做不平衡状态。 （如图111） 平衡状态是动态平衡，平衡状态必须满足 的条件是热平衡、力平衡和化学平衡。 13 单位制 为了得到热力学准确的计算数据，弄清楚 各个物理量的单位是很重要的。由于各个 物理量之间存在着一定的关系，所以把某 些量作为基本量，并规定某一单位作为基 本单位。而其余的物理量作为导出量，其 所具有的单位，则称之为导出单位。顾名 思义，导出量是根据物理定律从基本量推 导出来的，导出单位也就可以由基本单位 的相乘、相除的形式所构成，国际上正在 推广和采用的国际单位制，简称国际制或 SI制。 国际单位制单位和工程制单位 两种单位制的单位间的换算关系，可根据 千克力的定义并按牛顿第二运动定律导出 为： 本次课小结 本课程的重要性 研究的主要内容 基本概念的掌握 热力学体系、状态、平衡状态的定义及其 满足的条件、两种单位制的换算 图1-1-1 图1-1-1 图112