工程热力学复习

工程热力学复习总结第1页共17页总复习一、概念（一）基本概念、基本术语1、工程热力学：工程热力学是从工程的观点出发，研究物质的热力性质、能量转换以及热能的直接利用等问题。2、热力系统：通常根据所研究问题的需要，人为地划定一个或多个任意几何面所围成的空间作为热力学研究对象。这种空间内的物质的总和称为热力系统，简称系统。3、闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统。系统内包含的物质质量为一不变的常量，所以有时又称为控制质量系统。4、开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统。开口系统总是一种相对固定的空间，故又称开口系统为控制体积系统，简称控制体。5、绝热系统：系统与外界之间没有热量传递的系统，称为绝热系统。6、孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换的系统，称为孤立系统。7、热力状态：我们把系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。8、状态参数：我们把描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。9、强度性状态参数：在给定的状态下，凡系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同，与质量多少无关，没有可加性的状态参数称为强度性参数。10、广延性状态参数：在给定的状态下，凡与系统内所含物质的数量有关的状态参数称为广延性参数。11、平衡状态：在不受外界影响（重力场除外）的条件下，如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统所处的状态称为平衡状态。12、热力过程：把工质从某一状态过渡到另一状态所经历的全部状态变化称为热力过程。13、准静态过程：理论研究可以设想一种过程，这种过程进行得非常缓慢，使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够的时间恢复到新的平衡态，从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近平衡状态，于是整个过程就可看作是由一系列非常接近平衡态的状态所组成，并称之为准静态过程。14、可逆过程：当系统进行正、反两个过程后，系统与外界均能完全回复到初始状态，而不留下任何痕迹，这样的过程称为可逆过程。15、热力循环：把工质从某一初态开始，经历一系列状态变化，最后又回复到初始状态的全部过程称为热力循环，简称循环。16、循环热效率：正循环中热转换功的经济性指标用循环热效率表示，循环热效率等于循环中转换为功的热量除以工质从热源吸收的总热量。17、卡诺循环：由两个可逆定温过程与两个可逆绝热过程组成的，我们称之为卡诺循环。18、卡诺定理：卡诺定理可表达为：①所有工作于同温热源与同温冷源之间的一切热机，以可逆热机的热效率为最高。②在同温热源与同温冷源之间的一切可逆热机，其热效率均相等。19、孤立系统熵增原理：孤立系统的熵只能增大（不可逆过程）或不变（可逆过程），决不可能减小，此为孤立系统熵增原理，简称熵增原理。（二）与工质性质有关的概念工程热力学复习总结第2页共17页1、温度：把这种可以确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量定义为温度。2、压力：流体单位面积上所受作用力的法向分量称为压力（又称压强）。3、比容：单位质量工质所占有的容积称为工质的比容。4、理想气体：理想气体是一种经过科学抽象的假想气体模型，它被假设为：气体分子是一些弹性的、不占有体积的质点，分子相互之间没有作用力（引力和斥力）。5、比热：单位物量的物体，温度升高或降低1K所吸收或放出的热量，称为该物体的比热，即dTqc。6、定容比热：在定容情况下，单位物量的气体，温度变化K1所吸收或放出的热量，称为该气体的定容比热，即dTqcvv。7、定压比热：气体加热在压力不变的情况下进行，加入的热量部分用于增加气体的内能，使其温度升高，部分用于推动活塞升高而对外作膨胀功。即：dTqcpp。（三）与能量有关的概念1、功：在热力学里，我们这样来定义功：“功是物系间相互作用而传递的能量。当系统完成功时，其对外界的作用可用在外界举起重物的单一效果来代替。”2、膨胀功：由于系统容积发生变化（增大或缩小）而通过界面向外界传递的机械功称为膨胀功，也称容积功。3、轴功：系统通过机械轴与外界传递的机械功称为轴功。4、流动功：开口系统因工质流动而传递的功。5、技术功：技术上可资利用的功，它是稳定流动系统动能、位能的增量与轴功三项之和。6、热量：热量学的热量定义是，在温差作用下系统与外界传递的能量称为热量。7、系统储存能：系统储存的能量称为储存能，它有内部储存能和外部储存能之分。8、内部储存能：储存于系统内部的能量，它与系统内工质的分子结构及微观运动形式有关，称为内能（或内储存能）。9、外部储存能：与系统整体运动以及外界重力场有关的能量,称为外储存能。10、焓：焓的定义式为hupv。对于流动工质，焓具有能量意义，它表示流动工质向流动前方传递的总能量（共四项）中取决于热力状态的那部分能量。对于不流动工质，因pv不是流动功，焓只是一个复合状态参数，没有明确的物理意义。11、熵：熵是一种广延性的状态参数。熵的定义式reQdsT，即熵的变化等于可逆过程中系统与外界交换的热量与热力学温度的比值。二、公式（一）基本定律、基本方程1、理想气体状态方程①RTpv（1kg物量表示的状态方程式）工程热力学复习总结第3页共17页②mRTPV（mkg物量表示的状态方程式）③TRpVM0（kmol1物量表示的状态方程式）④TnRpV0（nkmol物量表示的状态方程式）2、热力学第一定律（1）闭口系统能量方程①wuq（任何工质，任何过程）②wduq（任何工质，任何过程）③pdvduq（可逆过程）④21pdvuq（可逆过程）（2）开口系统能量方程22222211111122netcvQhcgzmhcgzmWdE（3）开口系统稳态稳流能量方程①twhq（任何工质，任何过程）②twdhq（任何工质，任何过程）③qdhvdp（可逆过程）④21qhvdp（可逆过程）3、热力学第二定律①0QT（循环过程）②rQST（闭口系统）③fgSSS（闭口系统）④0isoS（孤立系统或闭口绝热系统）（二）基本公式1、温度273.15tT工程热力学复习总结第4页共17页2、循环效率①12121101qqqqqqw②212021qqqwq③211012qqqwq3、理想气体比热①dTqc②04.22'cMcc③MMcc④Rccvp（梅耶公式）⑤vpvpvpMcMccccc''⑥1Rcv⑦1Rcp⑧02RiMcv⑨022RiMcp4、系统总储存能gzcueeuepk2215、理想气体内能变化①dTcduv（理想气体，任何过程）②21dTcuv（理想气体，任何过程）6、理想气体焓变计算①dTcdhp（理想气体，任何过程）②21dTchp（理想气体，任何过程）工程热力学复习总结第5页共17页7、理想气体熵变计算①1212lnlnvvRTTcsv②1212lnlnppRTTcsp③1212lnlnppcvvcsvp8、膨胀功①wpdv②21wpdv（仅适用于可逆过程）9、流动功①fwpv②1122vpvpwf（移动kg1工质进、出控制体净流动功）10、技术功①stwzgcw221（任何工质，任何过程）②stwgdzdcw221（任何工质，任何过程）③vdpwt（可逆过程）④21vdpwt（可逆过程）11、热量①qTds②21Tdsq12、多变指数)/ln()/ln(2112vvppn13、多变比热vncnnc1工程热力学复习总结第6页共17页14、活塞式压气机余隙百分比313100%VcVV15、多级压气机每级升压比11zzpp16、卡诺循环热效率①12,1TTct②212,1TTTc③21121101,2TTTqqqwqc17、作功能力损失①gSTL0②isoisoSTL018、熵方程①sysfgSSS（闭口系统）②fgssss12（稳态稳流的开口系统）（三）导出公式1、多变过程的过程方程式npvConst2、多变过程初、终状态参数间的关系①nvvpp2112（定值npv）②12112nvvTT（定值1nTv）③nnppTT11212（定值nnpT1）3、膨胀功工程热力学复习总结第7页共17页2111221212111()11()1111nnwpdvpvpvnRTTnpRTnp4、技术功twnw5、热量2112212121211()()()()11()()1nvvvvnRqcTTTTcTTcTTnnncTTcTTn三、图（一）多变过程在vp图和sT图上的分布规律（1）vp图多变过程线在vp图上的斜率：vpndvdp（2）sT图多变过程线在sT图上的斜率：TncncTdsdTvn)(1（二）在vp图和sT图上各线群的大小变化趋向工程热力学复习总结第8页共17页（三）过程中q、w和u正负值的判断膨胀功w的正负应以过起点的定容线为分界。vp图上，由同一起点出发的多变过程线，若位于定容线的右方，各过程的w为正，反之为负。sT图上，0w的过程线位于定容线的右下方；0w的过程线位于定容线的左上方。技术功tw的正负应以过起点的定压线为分界。vp图上，由同一起点出发的多变过程线，若位于定压线的下方，各过程的tw为正，反之则负。sT图上，0tw的过程线位于定压线的右下方；0tw的位于定压线的左上方。热量q的正负以过起点的定熵线为分界。显然，sT图上，任何同一起点的多变过程线，若位于定熵线的右方，则0q；反之0q。vp图上，若位于定熵线右上方，0q；反之0q。(,)uhT的正负以过起点的定温线为分界。sT图上，任何同一起点的多变过程线，若位于定温线之上，(,)0uhT，反之则(,)0uhT。vp图上，(,)0uhT的过程位于定温线的右上方；反之则位于定温线的左下方。（四）根据过程的要求，在vp图和sT图上表示该过程例如，要求将工质又膨胀、又吸热、又降温的过程表示在vp图和sT图上。步骤如下：①先在vp图和sT图上画出四条基本过程线，如图3-4所示。②找出工质膨胀的区域。vp图上在定容线右侧，sT图上在定容线右下侧，如图3-4所示的1区域。③找出工质吸热的区域。vp图上在定熵线右上侧，sT图上在定熵线右侧，如图3-4所示的2区域。④找出工质降温的区域。vp图上在定温线左下侧，sT图上在定温线下侧，如图3-4所示的3区域。⑤在vp图、sT图上，所标的以上3个区域重叠区域，就是工质又膨胀、又吸热、又降温的区域。从a点向该区域画一条线ba，该过程线即为所要求的过程线，见图3-4所示。工程热力学复习总结第9页共17页四、过程多变过程npvConst1、0n时，pConst，表示定压过程；2、1n时，pvConst，表示定温过程；3、n时，pvConst，表示定熵过程；4、n时，vConst，表示定容过程。第二部分水蒸气一、概念1、汽化：物质由液相转变为气相的过程，称为汽化。气化有蒸发和沸腾两种形式。蒸发是指液体表面的汽化过程，通常在任何温度下都可以发生，沸腾是指液体内部的汽化过程，它只能在达到沸点温度时才会发生。2、凝结：物质由气相转变为液相的过程，称为凝结。3、水蒸气的饱和状态：液体汽化和气体凝结的动态平衡状况称为水蒸气的饱和状态。4、汽化潜热：将1kg饱和液体转变成同温度的干饱和蒸汽所需要的热量。5、干度：单位质量湿蒸汽中所含干饱和蒸汽的质量叫作湿饱和蒸汽的干度。6、临界点：当温度超过一定值ct时，液相不可能存在，而只可能是气相。ct