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【摘 要】热力系统的设定是一项十分复杂的工作，不仅需要具有专业的知识储备，而且还需要具有十分丰富的数学知识。在这种背景下，本文基于对热力系统的理论阐释，从热力学第一定律着手，探讨了热力系统模式的设定。
【关键词】热力系統；设定；热力学第一定律
一、热力系统的理论阐释
（一）热力系统
热力系统（Thermodymaic system）是指选取控制容积（control Volume）使其控制面（control surface）内包含所要分析物质与设备。系统的分类是依有无质量交换而定。若控制表面对质量流动封闭，则称为控制质量系统（control mass system）；若控制表面对质量流动开放，则称为控制容积（control volume system）或称开放系统（open system）。另外，孤立系统（isolated system）是指系统与外界无质量无能量交换的系统。
如果没有外来因素的影响，系统的状态不发生任何改变，称系统处于平衡状态。在热力平衡中：热平衡是指系统具有单一温度；机械平衡是指系统具有单一压力；相平衡是指系统工作介质各相间的质量具有单一的比例；化学平衡是指系统的工作介质组成成分具有单一百分比。
（二）热力学定律
热力学第一定律描述每个物理过程间能量关系，然而它并不讨论是否这些物理过程会发生。热力学第二定律（Second Principle of Thermodynamics）则提供上述问题的门槛以决定系统是否到达热力平衡。
热力过程通常可以区分为三类：自然过程、非自然过程、以及可逆过程。自然过程通常为不可逆且趋向平衡的过程。气体自气室膨胀到另一真空气室、因气温梯度所产生的热传导、室温下结合氧原子与氢分子成水分子、过冷水的结冰等等均属于自然不可逆过程。反之，我们可以想像如下的逆反应：无外力作用下气体收缩、气体自低温流向高温等等，这些现象在自然界中是不可能自然发生的。这种不可能性即可由热力学第二定律来描述。自然过程虽为不可逆的，然而我们可以通过将自然过程分成无限多个小过程而使每个小过程的不可逆性减低。因此可逆过程可说是一种理想化的趋近过程。可逆过程因此可被定义成一系列和平衡状态差别狠小之状态，其热力状态连续而缓慢地改变。绝热过程中熵为增加的，因此如果考虑一个很大之系统，系统中包括了原始系统加上所有热能交换的物体，则这个大系统可以被视为是绝热的系统。基于上述概念，可以粗略地说：宇宙的熵在每一个自然过程中是增加的。
（三）热力图的功用及座标选择
热力图（thermodynamic diagrams）对于快速了解气体垂直结构或某一区域的大气特性有极有效的辅助功用。热力图上通常包含了一组温度、压力以及湿度等气象探空资料，而这些热力图可提供下列多种信息：（a）气体的垂直稳定度；（b）两等压面间气体的厚度（温度）；（c）气团种类；（d）其它多种信息。
为了得到所需的资料，可利用不同的座标，设计多种热力图以适合不同需要。通常设计这些热力图要考虑下列几点要素。（1）等温线（isotherms）和绝热线（adiabats）的角度：通常角度越大，图形对于垂直温度梯度的变化较敏感。这种特色对于分析综观尺度系统（例：锋面和气团）有极大的帮助。（2）有多少热力线（isopleths）为直线：因为直线有利于绘图和分析。（3）若图上的面积代表能量（例如：湿空气块循环作功），则此类图形称之为等积图（equivalent）或者面积保守图（area-preserving）。（4）若有些热力线（例如：干、湿绝热线）全等于气块位移的座标，此时对于分析较有利。（5）若纵座标为高度的单调函数，则此类热力图对于分析气体的垂直座标构造更为方便。
二、基于热力学第一定律的热力系统设定模式分析
热力学第一定律（能量守恒定律）的观念如下：进入系统的能量─离开系统的能量=系统能量的变化量。
（一）控制质量系统的模式分析
【关键词】热力系統；设定；热力学第一定律
一、热力系统的理论阐释
（一）热力系统
热力系统（Thermodymaic system）是指选取控制容积（control Volume）使其控制面（control surface）内包含所要分析物质与设备。系统的分类是依有无质量交换而定。若控制表面对质量流动封闭，则称为控制质量系统（control mass system）；若控制表面对质量流动开放，则称为控制容积（control volume system）或称开放系统（open system）。另外，孤立系统（isolated system）是指系统与外界无质量无能量交换的系统。
如果没有外来因素的影响，系统的状态不发生任何改变，称系统处于平衡状态。在热力平衡中：热平衡是指系统具有单一温度；机械平衡是指系统具有单一压力；相平衡是指系统工作介质各相间的质量具有单一的比例；化学平衡是指系统的工作介质组成成分具有单一百分比。
（二）热力学定律
热力学第一定律描述每个物理过程间能量关系，然而它并不讨论是否这些物理过程会发生。热力学第二定律（Second Principle of Thermodynamics）则提供上述问题的门槛以决定系统是否到达热力平衡。
热力过程通常可以区分为三类：自然过程、非自然过程、以及可逆过程。自然过程通常为不可逆且趋向平衡的过程。气体自气室膨胀到另一真空气室、因气温梯度所产生的热传导、室温下结合氧原子与氢分子成水分子、过冷水的结冰等等均属于自然不可逆过程。反之，我们可以想像如下的逆反应：无外力作用下气体收缩、气体自低温流向高温等等，这些现象在自然界中是不可能自然发生的。这种不可能性即可由热力学第二定律来描述。自然过程虽为不可逆的，然而我们可以通过将自然过程分成无限多个小过程而使每个小过程的不可逆性减低。因此可逆过程可说是一种理想化的趋近过程。可逆过程因此可被定义成一系列和平衡状态差别狠小之状态，其热力状态连续而缓慢地改变。绝热过程中熵为增加的，因此如果考虑一个很大之系统，系统中包括了原始系统加上所有热能交换的物体，则这个大系统可以被视为是绝热的系统。基于上述概念，可以粗略地说：宇宙的熵在每一个自然过程中是增加的。
（三）热力图的功用及座标选择
热力图（thermodynamic diagrams）对于快速了解气体垂直结构或某一区域的大气特性有极有效的辅助功用。热力图上通常包含了一组温度、压力以及湿度等气象探空资料，而这些热力图可提供下列多种信息：（a）气体的垂直稳定度；（b）两等压面间气体的厚度（温度）；（c）气团种类；（d）其它多种信息。
为了得到所需的资料，可利用不同的座标，设计多种热力图以适合不同需要。通常设计这些热力图要考虑下列几点要素。（1）等温线（isotherms）和绝热线（adiabats）的角度：通常角度越大，图形对于垂直温度梯度的变化较敏感。这种特色对于分析综观尺度系统（例：锋面和气团）有极大的帮助。（2）有多少热力线（isopleths）为直线：因为直线有利于绘图和分析。（3）若图上的面积代表能量（例如：湿空气块循环作功），则此类图形称之为等积图（equivalent）或者面积保守图（area-preserving）。（4）若有些热力线（例如：干、湿绝热线）全等于气块位移的座标，此时对于分析较有利。（5）若纵座标为高度的单调函数，则此类热力图对于分析气体的垂直座标构造更为方便。
二、基于热力学第一定律的热力系统设定模式分析
热力学第一定律（能量守恒定律）的观念如下：进入系统的能量─离开系统的能量=系统能量的变化量。
（一）控制质量系统的模式分析