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暖通空调基础知识课件.ppt
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暖通空调基础知识
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第一部分工程热力学
第二部分传热学
第十章暖通空调基础知识
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第一部分工程热力学 第一节基本概念
热力系
一、定义
热力系:人为规定的热力学研究对象。
外界:热力系以外,与热力系发生物质、能量交换的的物质系统。
边界:热力系和外界的分界面。热力系通过边界和外界进行功量、热量和物质的交换。
边界可以是实际的容器壁面,也可以是假想的封闭曲面。可以是固定的,也可以是可移动或胀缩的。
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二、分类
开口系:与外界有物质交换。
闭口系:与外界无物质交换。
绝热系:与外界无热量交换。
孤立系:与外界既无能量交换,有无物质交换。
简单可压缩系:由可压缩流体构成,通过体积变化而实现热能转换。
热源:是一种特殊的热力系,具有无限大热容量,即在从热源吸收或向热源放出有限热量时,热源本身的温度不变,如大气和海洋等。
按系统内部的状况不同,还可以将热力系分为:单元系、多元系、单相系(或称均匀系)、复相系(或称非均匀系)等。
工质的状态及其状态参数
一、热力学状态
1.工质:用来实现能量相互转换的媒介物质。工程中常用的工质是可压缩的流体(水蒸汽、燃气,空气等)。
2.热力学状态:热力系在某一瞬间呈现的宏观物理状态。
3.状态参数:描述系统所处状态的宏观物理量。
描述热力系平衡状态时,可以用少量几个表征系统性质的称为状态参数的物理量来描述。例如一定质量的气体组成的系统,为了描述它,不必知道单个气体分子的信息(如速度或动量等),而只要用如压力、容积、质量、温度等几个宏观变量即状态参数描述。所以系统的状态是用系统的状态参数来表示,若这些状态参数有确定的值,那么系统状态就确定了。
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常用的有:温度T、容积V、压力p、焓H、熵、内能U。
特点:数值大小仅取决于给定的状态;参数变化量仅取决于初、终状态。
二、基本状态参数
状态参数中比容、压力、温度是可以由仪表直接测量得到的参数,称作基本状态参数。
1.比容(v,单位m3/kg):单位质量工质所占有的体积。`
显然,比容和密度之间互为倒数。
2.压力(p,单位Pa):单位面积上所承受的垂直作用力。根据分子运动论,气体的压力是分子运动撞击在单位面积上呈现的平均作用力。
工程上常用的单位:兆帕(1Mpa=106Pa);巴(1bar=105 Pa);
标准大气压(1atm=101325Pa)。
3.温度:描述系统冷、热状况的状态参数,标志物体内部分子无序运动的剧烈程度。温度的高低通常用温标来表示,常用的温标有:
(1)热力学绝对温标(热力学温度或绝对温度): 开尔文在热力学第二定律的基础上,从理论上引入的与测温物质性质无关的温标。它可作为标准温标,一切经验温标均可以用此温标来校正。它的符号为T,单位为K(称“开尔文”)。
(2)摄氏温标:
符号为t、单位℃。1960年国际计量会议把水的三相点定为273.16K,0.01℃。和热力学温标的关系为:
t(℃)=T(K)-273.15
另外常用的温标还有华氏温标和朗肯温标。
热平衡定律(热力学第零定律):分别与第三个系统处于热平
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衡(相互之间没有热量传递)的两个系统,它们彼此也必定处于热平衡。处于热平衡状态的系统温度必然具有相同的温度。
三、平衡状态
实验表明,一个不受外界影响的系统,无论它的初始状态如何,经过充分长时间后,它必将达到这样一种状态,系统的宏观 性质不随时间变化,即达到平衡状态。
1.定义:没有外界作用的条件下,系统的宏观性质不随时间而变化的状态。
2.实现条件:一切不平衡势差全部消失。
对于一个状态可以自由变化的热力系,如果系统内以及系统与外界的一切不平衡势差均不存在,则热力系一切可见的宏观变化将停止,这时热力系处于平衡状态。
3.特点:具有确定的状态参数。
热力过程、准平衡过程与可逆过程
热力过程:热力系由一状态向另一状态变化时所经历全部状态的总和。
一、准平衡过程
1.定义:在热力过程中,不平衡势差无限小,热力学所经历的一系列状态都无限接近于平衡状态的热力过程。
2.实现条件:推动过程进行的势差无限小。
3.特点:由于热力系经历的过程中每一状态均可称为平衡态,因而准平衡过程可在状态参数坐标图中用连续曲线表示,称过程曲
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线;准平衡过程是一种理想化的过程,是实际过程进行得足够缓慢的极限情况,一切实际过程只能接近于准平衡过程,在工程实际设备中进行的过程常常可作为准平衡过程。
二、可逆过程
1.定义:系统经历一个过程之后,如果沿原来路径逆向进行,能使系统与外界同时恢复到初始状态而不留下任何痕迹。
可逆过程与准平衡过程从定义上的一个重要区别就在于过程逆行,“没有遗留下任何变化”,例如功、热、状态等变化。
2.实现条件:推动过程的势差无限小,而且不存在任何耗散现象。无耗散效应的准平衡过程就是可逆过程。
所谓耗散指固体或液体的磨擦、电阻、非弹性形变、磁滞等现象起的效应,使能量耗散了,变为热。
可逆过程是热力学的抽象,实际过程是无法实现的,但人们可以无限的接近它。研究可逆过程的目的,在于抓主要矛盾,反映本质。把可逆过程作为实际过程中能量转化效果的比较标准。在实际热力学计算中,通常是把某一实际过程理想化为可逆过程计算,然后引入必要的经验修正。
功与热量
一、可逆过程的功
用符号W表示,单位J或kJ。单位物质所做的体积变化功用w表示,单位J/kg或kJ/kg。
1.定义
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功:在力学中,功被定义为物体所受的力与该力方向上产生的位移的乘积;在热力学中,功是系统与外界相互作用而传递的能量。当系统作功时,其对外界的作用可用在外界举起重物的单一效果来代替。
体积变化功:可压缩系统通过体积的变化(膨胀或压缩)来和外界交换的功量。
规定:系统对外界做功,功量为正;外界对系统做功,功量为负。
功是传递过程中的一种能量形式。它是伴随着相互作用而产生的,不是系统所含有的能量,所以我们不能说一个系统具有多少功。
2.功的计算
单位工质:
可逆过程的比容变化功w的大小可以在p-v图上用过程曲线下面的面积表示。
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