[科普中国]-开口系统

简介

热力学系统按照其和外界是否发生物质交换可分为开口系统和闭口系统。若一个热力学系统和外界间有物质交换，则称为开口系统，也称开口系。1

如图，有一个涡轮机，工质不断从进口流入，在其中膨胀推动叶轮旋转对外界做功，然后从出口流出。这时若取涡轮机外壳及进、出口截面所包围空间中的工质为一个热力学系统，则因系统和外界间不断通过进口和出口处的边界交换物质，故这个系统为开口系统。

开口系统中物质的量是可以改变的。由于开口系统所占据的空间是固定的，故也称开口系统为控制容积或控制体。

开口系热力学第一定律经典热力学虽然主要研究闭口系统，但热力学原理的应用中所涉及的工程实际问题绝大多数都是开口系统。开口系统只是集中研究所谓控制体的空间区域，该空间区域的边界称为控制面。当流体流过控制面时，除了随流体输运的储存能E外，还有流动功pV将流体推入及推出系统。

开口系统热力学第一定律能量表达式2为：，其中，为进入控制体的质量流量；为离开控制体的质量流量；为轴功；为热流量。