由于不可能将系统与环境完全隔离开,而隔离的材料不可能是绝对不传热、不导电、不透光的,因此不存在绝对的孤立系统。在处理具体热力学问题时,为了使问题简化,可忽略一些不重要的因素而近似地把系统视为孤立系统。
系统与环境的选择是人为的。同一个热力学问题,如果系统选得恰当,往往能使问题解决起来方便简捷。例如,在一个内部装有电阻丝的绝热密闭容器中盛有氢气和氧气的混合物,当此容器通电后,氢和氧便发生反应,生成水蒸气。对此问题进行热力学处理时,若选容器及其中所含物质为系统,则为封闭系统;若连同电源一起选为系统,则为孤立系统。系统的这种人为选择完全是为了处理问题的方便,而不是系统和环境本身有什么本质上的不同。 2100433B
根据系统与外界相互作用的情况可对系统进行分类:与外界没有任何相互作用的系统称为孤立系统;与外界有能量交换但没有物质交换的系统称为封闭系统,简称闭系;与外界既有能量交换又有物质交换的系统称为开放系统,简称开系。还可以根据组成系统的物质的化学性质对系统进行分类:由一种化学纯的物质构成的热力学系统称为单元系,因为它只含有一种化学组分,也就是只有一种分子;由两种或两种以上的化学组分构成的系统称为多元系。也可根据系统各部分的性质对系统定义:各部分的所有性质完全一样的系统称为均匀系,又称单相系 ;当系统的各部分的性质有差异时,称此种系统为非均匀系;如果整个系统是不均匀的,但可分成若干个均匀的部分,则称为复相系(见相和相变)。
严格意义上的封闭系统、孤立系统在自然界是不存在的。它们作为特定的分析对象而被引用只是一种近似,其目的是使问题在研究时得以简化。
能源与动力工程学院是华中科技大学前身之一的华中工学院建校时创办的四个院(系)之一,也是华中科技大学办学规模大、专业门类全、学科覆盖面宽的学院之一。学院以能源、动力与环境工程为学科背景,设置宽口径的本科...
在热力学的绝热过程中,如果内能不变那么熵就不会改变。熵,热力学中表征物质状态的参量之一,通常用符号S表示。在经典热力学中,可用增量定义为 dS=(dQ/T)可逆 ,式中T为物质的热力学温度;d...
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北 京 化 工 大 学 课程论文 课程名称:高等化工热力学 任课教师:密建国 专 业:化学工程与技术 班 级: 姓 名: 学 号: 活性炭吸附储氢过程的热力学分析 摘要 储氢过程中热效应的不利影响是氢气吸附储存应用于新能源汽车需要解决 的关键问题之一。文章首先介绍了活性炭吸附储氢过程的热力学分析模型 ,包括 吸附等温线模型 ,吸附热的热力学计算以及气体状态方程。对吸附等温线模型的 研究意义及选取、 吸附过程中产生吸附热的数值确定方法、 不同储氢条件下气体 状态方程的适用性及选取进行了探讨。 关键词 :活性炭 ;吸附 ;储氢;热力学 第一章 绪论 1.1研究背景及意义 1.1.1研究背景 氢能 ,因其具有众多优异的特性而被誉为 21 世纪的绿色新能源。首先 ,氢能 具有很高的热值 ,燃烧 1kg 氢气可产生 1.25x10 6 kJ 的热量 ,相当于 3kg 汽油或 4.5kg 焦炭完全燃烧
热力学一般关系式及其应用 一. 热力学一般关系式 热力学一般关系式是根据热力学第一定律、 热力学第二定律以及某些状态参数的定义式 而导得的一些微分方程式。 它们以微分的形式来表达各种热力学参数之间的关系, 故也称热 力学微分方程式. 由于热力学一般关系式是从热力学的基本定律导得的. 因此,具有普遍适 用氏不仅适用于理想气体,也适用于实际气体,甚至还适用于固体和液体. 1).闭口系统的四个基本关系式 闭口系统热力学第一定律表达式为 Q=dU+ W 对简单可压缩系统,当过程为可逆时,则上式变成 Q=dU+pdV 根据热力学第二定律,对可逆过程则 Q=TdS 根据上面的式子, 再加上焓, 自由能, 自由焓的定义, 可以得到简单可压缩系统状态参数 间的四个基本关系式,如下: dU=TdS-pdV dH=Tds+Vdp dF=-SdT-pdV dG=-SdT+Vdp 这些式子可以用于闭
表述
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同),则它们彼此也必定处于热平衡。这一结论称做“热力学第零定律”。
热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和温度的测量方法。
定律中所说的热力学系统是指由大量分子、原子组成的物体或物体系。它为建立温度概念提供了实验基础。这个定律反映出:处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征,这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数,这个状态函数被定义为温度。而温度相等是热平衡之必要的条件。
适用范围
第零定律是在不考虑引力场作用的情况下得出的,物质(特别是气体物质)在引力场中会自发产生一定的温度梯度。如果有封闭两个容器分别装有氢气和氧气,由于它们的分子量不同,它们在引力场中的温度梯度也不相同。如果最低处它们之间可交换热量,温度达到相同,但由于两种气体温度梯度不同,则在高处温度就不相同,也即不平衡。因此第零定律不适用引力场存在的情形。这与限定第二类永动机不成立的第二定律类似。
意义
热力学第零定律用来作为进行体系测量的基本依据,其重要性在于它说明了温度的定义和温度的测量方法。表述如下:
1、可以通过使两个体系相接触,并观察这两个体系的性质是否发生变化而判断这两个体系是否已经达到热平衡。
2、当外界条件不发生变化时,已经达成热平衡状态的体系,其内部的温度是均匀分布的,并具有确定不变的温度值。
3、一切互为平衡的体系具有相同的温度,所以一个体系的温度可以通过另一个与之平衡的体系的温度来表示,也可以通过第三个体系的温度来表示。2100433B
热力学的研究内容涉及一系列与系统的冷热变化有密切关系的热效应或热现象。温度是热力学所特有的状态参量,能具体、直接地表达系统的冷热特点。
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统的同一热状态处于热平衡,则这两个热力学系统彼此也必定处于热平衡。这一结论称为热力学第零定律,也叫做热平衡定律。
热力学第零定律为建立温度概念提供了实验基础,这个定律反映出:处于同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观性质,表征处于同一热平衡的系统所具有的共同宏观性质的物理量就定义为温度。 因此,一切互为热平衡的系统都具有相同的温度,这也是用温度计测量物体温度的依据。
第1章 Simulink基础
1.1 Simulink简介
1.2 运行Simulink演示程序
1.2.1 运行房屋热力学系统演示模型
1.2.2 房屋热力学系统模型说明
1.2.3 其他Simulink演示程序
1.3 建立一个简单的Simulink模型
1.4 保存Simulink模型
1.5 打印及HTML报告
1.5.1 打印模型
1.5.2 生成模型报告
1.6 打印边框编辑器
1.6.1 用户接口
1.6.2 设计打印边框
1.6.3 打印边框示例
1.7 Simulink参数设置
1.7.1 常用Simulink参数
1.7.2 Simulink字体参数
1.7.3 Simulink仿真参数
第2章 Simulink模块操作
2.1 模块操作
2.1.1 Simulink模块类型
2.1.2 自动连接模块
2.1.3 手动连接模块
2.2 改变模块外观
2.2.1 改变模块方向
2.2.2 改变模块名称
2.2.3 指定方块图颜色
2.3 设置模块参数
2.3.1 设置模块特定参数
2.3.2 来自工作区的模块参数
2.4 标注方块图
2.4.1 编辑标注
2.4.2 在标注中使用TeX格式命令
2.5 模块属性对话框
2.6 显示模块输出
2.6.1 设置输出提示
2.6.2 模块输出提示选项
2.7 控制和显示模块的执行顺序
2.7.1 指定模块优先级
2.7.2 显示模块执行顺序
2.8 查表编辑器
2.8.1 编辑查询表数值
2.8.2 显示N-维表
2.8.3 绘制LUT表曲线
2.8.4 编辑自定义LUT模块
2.9 鼠标和键盘操作概述
第3章 Simulink信号操作
3.1 信号基础
3.1.1 信号属性及分类
3.1.2 信号的线型
3.1.3 确定输出信号的维数
3.1.4 确定信号及参数维数的准则
3.1.5 输入和参数的标量扩展
3.1.6 设置信号属性
3.2 信号及示波器管理器
3.2.1 信号及示波器管理器对话框
3.2.2 信号选择对话框
3.3 显示信号
3.3.1 显示信号属性
3.3.2 信号标签
3.3.3 信号标签的传递
3.3.4 操作信号标签
3.4 多维数组信号的连接
3.5 信号组操作
3.5.1 创建信号组
3.5.2 编辑信号组
3.5.3 编辑信号
3.5.4 编辑波形
3.5.5 设置输入信号的时间范围
3.5.6 输出信号组数据及波形
3.5.7 用信号组仿真
3.5.8 仿真选项对话框
3.6 复合信号
3.6.1 混合信号
3.6.2 总线信号
3.6.3 总线对象
第4章 Simulink动态系统建模
4.1 创建动态系统模型的要素
4.1.1 方块图
4.1.2 系统函数
4.1.3 状态
4.1.4 模块参数
4.1.5 模块采样时间
4.1.6 用户模块
4.1.7 系统和子系统
4.1.8 信号
4.1.9 模块方法和模型方法
4.1.10 仿真算法
4.2 Simulink开放式动态系统建模
4.3 动态系统数学模型分类
4.3.1 常微分方程
4.3.2 差分方程
4.3.3 代数方程
4.3.4 组合系统
4.4 建立方程模型
4.4.1 建立代数方程模型
4.4.2 建立简单的连续系统模型
4.4.3 选择最佳的数学模型
4.4.4 避免无效循环
4.4.5 建模提示
第5章 Simulink仿真设置
5.1 仿真基础
5.1.1 设定仿真参数
5.1.2 控制仿真执行
5.1.3 交互运行仿真
5.2 设置仿真算法
5.2.1 设置仿真时间
5.2.2 设置仿真算法
5.2.3 设置仿真步长
5.2.4 计算仿真步长
5.2.5 设置误差容限
5.3 工作区输入/输出设置
5.3.1 从基本工作区中装载输入
5.3.2 把输出结果保存到工作区
5.3.3 装载和保存状态
5.3.4 设置输出选项
5.4 输出信号的显示
5.4.1 Scope模块和XYGraph模块的使用
5.4.2 悬浮Scope模块和Display模块的使用
5.4.3 返回变量的使用
5.4.4 ToWorkspace模块的使用
第6章 Simulink动态系统仿真
6.1 Simulink动态系统仿真过程
6.1.1 模型编译阶段
6.1.2 模型链接阶段
6.1.3 仿真循环阶段
6.1.4 求解器的分类
6.2 离散系统仿真
6.2.1 差分方程的实现
6.2.2 指定采样时间
6.2.3 采样时间的传递
6.2.4 确定离散系统的步长
6.2.5 多速率系统
6.2.6 线性离散系统
6.3 连续系统仿真
6.3.1 微分方程的实现
6.3.2 线性连续系统
6.4 混合系统仿真
6.5 模型离散化
6.5.1 模型离散化GUI
6.5.2 查看离散化模型
6.5.3 从Simulink模型中离散化模块
6.6 诊断仿真错误
6.6.1 仿真诊断查看器
6.6.2 创建用户仿真错误消息
6.7 改善仿真性能和精度
6.7.1 提高仿真速度
6.7.2 改善仿真精度
6.8 综合实例
6.8.1 坐标系及其转换
6.8.2 转换矩阵算法的Simulink实现
6.8.3 惯性测量输出的Simulink实现
6.8.4 刚体角速度在惯性空间中矢量的Simulink实现
6.8.5 空间姿态角计算
第7章 高级仿真概念
7.1 过零检测
7.1.1 过零检测的工作方式
7.1.2 过零检测的实现方式
7.1.3 使用过零检测
7.1.4 关闭过零检测
7.2 处理代数循环
7.2.1 代数约束
7.2.2 非代数的直接馈通环
7.2.3 切断代数环
7.2.4 消除代数环
7.2.5 高亮显示代数环
7.3 高级积分器
7.3.1 积分器模块参数对话框
7.3.2 创建自重置积分器
7.3.3 在使能子系统间传递状态
7.4 仿真诊断选项设置
7.4.1 仿真算法诊断设置
7.4.2 采样时间诊断设置
7.4.3 数据验证诊断设置
7.4.4 类型转换诊断设置
7.4.5 连接诊断设置
7.4.6 兼容性诊断设置
7.4.7 模型引用诊断设置
7.5 仿真性能优化设置
第8章 使用命令行仿真
8.1 通过命令行仿真
8.1.1 基本命令行语法--sim命令
8.1.2 设置仿真参数--simset命令
8.1.3 获取仿真参数--simget命令
8.1.4 获取模型属性--get_param命令
8.1.5 设置模型参数--set_param命令
8.1.6 绘制仿真曲线--simplot命令
8.1.7 确定模型状态
8.2 模型线性化
8.2.1 模型线性化命令
8.2.2 连续系统模型线性化
8.2.3 离散系统模型线性化
8.2.4 线性化模型分析
8.3 寻找平衡点
8.4 编写模型和模块的回调函数
8.4.1 跟踪回调函数
8.4.2 创建模型回调函数
8.4.3 创建模块回调函数
第9章 使用子系统
9.1 创建子系统
9.1.1 Simulink子系统定义
9.1.2 创建子系统
9.1.3 浏览层级子系统
9.2 创建条件执行子系统
9.2.1 使能子系统
9.2.2 触发子系统
9.2.3 触发使能子系统
9.2.4 创建交替执行子系统
9.2.5 函数调用子系统
9.3 控制流语句
9.3.1 If-Else控制流语句
9.3.2 Switch控制流语句
9.3.3 While控制流语句
9.3.4 For控制流语句
9.3.5 Stateflow图和控制流语句的比较
第10章 封装子系统
10.1 封装子系统概述
10.1.1 封装特征
10.1.2 封装举例
10.2 封装编辑器
10.2.1 Icon选项页的设置
10.2.2 Parameters选项页的设置
10.2.3 Initialization选项页的设置
10.2.4 Documentation选项页的设置
10.3 创建封装模块的动态对话框
10.3.1 设置封装模块对话框参数
10.3.2 预定义封装对话框参数
10.4 自定义库操作
10.4.1 建立和使用库
10.4.2 库连接状态
10.4.3 显示库关联及信息
10.4.4 把用户库添加到Simulink库浏览器中
10.5 可配置子系统
10.5.1 创建可配置子系统
10.5.2 映射I/O端口
第11章 Simulink调试器
11.1 调试器概述
11.1.1 启动调试器
11.1.2 调试器的图形用户接口
11.1.3 调试器的命令行接口
11.1.4 调试器命令
11.2 调试器控制
11.2.1 连续运行仿真
11.2.2 继续仿真
11.2.3 单步运行仿真
11.3 设置断点
11.3.1 设置无条件断点
11.3.2 设置有条件断点
11.4 显示仿真信息
11.4.1 显示模块I/O
11.4.2 显示代数环信息
11.4.3 显示系统状态
11.4.4 显示求解器信息
11.5 显示模型信息
11.5.1 显示模型中模块的执行顺序
11.5.2 显示模块
第12章 编写M语言S-函数
12.1 S-函数
12.1.1 S-函数的定义
12.1.2 S-函数的工作方式
12.2 在模型中创建S-函数
12.2.1 在模型中使用S-函数
12.2.2 向S-函数中传递参数
12.2.3 何时使用S-函数
12.3 S-函数的概念
12.3.1 直接馈通
12.3.2 动态设置数组维数
12.3.3 设置采样时间和偏移量
12.4 编写M语言S-函数
12.4.1 M文件S-函数模板
12.4.2 定义S-Function模块特征
12.5 M文件S-函数范例
12.5.1 无状态M文件S-函数
12.5.2 连续状态S-函数
12.5.3 离散状态S-函数
12.5.4 混合系统S-函数
附录
附录A 模型和模块参数
A.1 模型参数
A.2 共用模块参数
A.3 专用模块参数
A.4 封装参数
附录B 模型和模块回调函数
B.1 模型回调函数
B.2 模块回调函数
附录C Simulink模块简介
C.1 输入源模块库(Sources)
C.2 接收模块库(Sinks)
C.3 连续系统模块库(Continuous)
C.4 离散系统模块库(Discretes)
C.5 数学运算模块库(Math Operations)
C.6 信号路由模块库(Signal Routing)
C.7 信号属性模块库(Signal Attributes)
C.8 非线性模块库(Discontinuous)
C.9 查询表模块库(Look-Up Tables)
C.10 用户定义函数模块库(User-Defined Functions)
C.11 模型验证模块库(Model Verification)
C.12 端口和子系统模块库(Ports & Subsystems)
C.13 模型实用模块库(Model-Wide Utilities)
附录D MATLAB可用的TeX字符集