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热力状态和热力状态参数(热工计算)

(2014-08-08 16:33:03)
标签:

工程技术

分类: 原创

先说明一下。术语状态的涵义是极广的,本文不准备展开。对于工程热工计算,状态是指热力状态;对于化学热工计算,状态是指化学热力状态。

本文主要讨论热力状态及热力状态参数;对于化学热力状态及化学热力状态参数,仅必要时简要讲一点。

一.热力状态

热力状态,简称状态,是指热力过程中的某一瞬间,工质所呈现出的宏观物理状态。

热力状态可以分为:①热力平衡状态,②热力不平衡状态。

热力平衡状态:简称平衡状态,即当且仅当受到外部作用时才会发生改变的热力状态。

热力平衡指的是热平衡和力平衡。热力系统处于热力平衡状态的充要条件是热力系统既热平衡又力平衡。

化学热力学中与热力平衡状态相对的术语是化学热力平衡状态。

化学热力平衡指的是热力平衡和化学平衡。化学热力系统处于化学热力平衡状态的充要条件是热力系统既热力平衡又化学平衡。

热平衡:即热力系统的各组成部分彼此之间均不传递热量。

力平衡:即热力系统的各组成部分彼此之间均无相对位移。

化学平衡:即化学热力系统中正向反应与逆向反应的反应速度相等。

热力不平衡状态:简称不平衡状态,即仅由内部作用即可发生改变的热力状态。

热力不平衡指的是热不平衡或力不平衡。热力系统处于热力不平衡状态的充要条件是热力系统热不平衡或力不平衡。

化学热力学中与热力不平衡状态相对的术语是化学热力不平衡状态。

化学热力不平衡指的是热不平衡、力不平衡或化学不平衡。化学热力系统处于化学热力不平衡状态的充要条件是热力系统满足热不平衡、力不平衡或化学不平衡三者之一。

热不平衡:即热力系统的组成部分有热量传递。

力不平衡:即热力系统的组成部分有相对位移。

化学不平衡:即化学热力系统中正向反应与逆向反应的反应速度不相等。

二.热力状态参数

热力状态参数,简称状态参数,是指热力状态的度量尺度;它仅与热力状态有关。

从数学角度来看,热力状态参数为点函数;这就是说,热力状态参数的微元差为全微分,或者说热力状态参数沿任一非闭合路径的积分为定值,再或者说热力状态参数沿任一闭合路径的积分为零。这三种说法是等价的。可以这么讲,参数为热力状态参数的充要条件是该参数的积分具有路径无关性。

工程热工计算所使用的热力状态参数包括:①压力p,②温度T,③体积V和比体积(即比容)v=V/m,④内能U和比内能u=U/m,⑤焓H和比焓h=H/m,⑥熵S和比熵s=S/m,⑦火用Ex和比火用ex=Ex/m。其中的m为质量。

化学热工计算除了要使用上述热力状态参数以外,还要用到化学状态参数。化学状态参数包括:①物质的成分,②物质的浓度。物质的成分这一化学状态参数用于气体工质,而物质的浓度这一化学状态参数用于液体工质。

三.热力状态参数的分类

按可加性分类

热力状态参数分为两类:①强度量,②广延量。

强度量,是指与质量无关亦即不具有可加性的热力状态参数。

属于强度量的热力状态参数有:①压力p,②温度T,③比体积(即比容)v,④比内能u,⑤比焓h,⑥比熵s,⑦比火用ex

广延量,是指与质量相关亦即具有可加性的热力状态参数。

属于广延量的热力状态参数有:①体积V,②内能U,③焓H,④熵S,⑤火用Ex

化学热力状态所特有的状态参数(①物质的成分,②物质的浓度)属于强度量,亦即与质量无关亦即不具有可加性的化学状态参数。

可以看到,广延量的比参数,亦即单位质量的广延量,为强度量。

按可测量性分类

热力状态参数分为两类:①基本热力状态参数,②导出热力状态参数。

基本热力状态参数,是指仅需测量而无需计算即可得到的热力状态参数。

基本状态参数有且仅有三个:①压力p,②温度T,③体积V

导出热力状态参数,是指不能直接测量而必须通过计算才能得到的热力状态参数。

  导出热力状态参数有:①比体积(即比容)v,②内能U和比内能u,③焓H和比焓h,④熵S和比熵s,⑤火用Ex和比火用ex

       化学热力状态所特有的状态参数(①物质的成分,②物质的浓度)属于导出化学状态参数,亦即不能直接测量而必须通过计算才能得到的化学状态参数。

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