工程热力学总结

工程热力学总结

第一章,基本概念

工质： 实现热能和机械能相互转化的媒介物质。 热源（高温热源） ：工质从中吸取热能的物系。 冷源（低温热源） ：接受工质排出热能的物系。 热力系统（热力系）：人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。系统选择有任意性，可以是物质（气体，也可以是气缸(工具)）。 外界：热力系统以外的部分。 边界：系统与外界之间的分。

系统分类（按能量物质交换分类）

闭口系统：系统与外界无物质交换，系统内质量（关键看质量，只要质量不变，即使气体空间位置发生变化，仍为闭口系，漏气问题常用）恒定不变，也称控制质量

开口系统：系统与外界有物质交换，系统被划定在一定容积范围内，也称控制容积 绝热系统：系统与外界无热量交换

孤立系统：系统与外界既无能量交换，也无物质交换

简单可压缩系统：系统与外界只有热量与容积功交换（现如今均为简单可压缩）。

热力学状态：工质在热力变化过程中某一瞬间呈现出来的宏观物理状况，简称状态（了解即可）

状态参数：描述工质所处状态的宏观物理量。如温度、压力体积、焓（H）、熵(S)、热力学能（u）等。

状态参数其值只取决于初终态，与过程无关。

常用的状态参数有: 压力P、温度T、体积V、热力学能U、焓H和熵S.

其中压力P、温度T和体积V可直接用仪器测量，称为基本状态参数。其余状态参数可根据基本状态参数间接算得。

5）(了解即可)状态参数有强度量与广延量之分： 强度量：与系统质量无关，如P、T。强度量不具有可加性。

广延量：与系统质量成正比，如V、U、H、S。广延量具有可加性。广延量的比参数（单位质量工质的体积、热力学能等）具有强度量的性质，不具有可加性。

基本状态函数

温度（t） t(℃)=T(K)-273.15

压强：绝对压力p、表压力Pg、真空度pv及大气压力之间的关系 beb

bvb

p?p?p(当p?p时)p?p?p(当p?p时)比体积：单位质量物质所占的体积 v ? 单位：m3/kg

mv与ρ互成倒数，即：vρ＝1

平衡态：不受外界影响的情况下，系统宏观状态量量保持不变 实现平衡的充要条件：两个平衡

热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的传递 力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位移

状态参数坐标图：对于简单可压系统，由于独立参数只有两个，可用两个独立状态参数组成二维平面坐标系，坐标图中任意一点代表系统某一确定的平衡状态，任意一平衡状态也对应图上一个点，这种图称状态参数坐标图。 平衡状态与均匀状态、稳定状态之间的关系

V平衡状态指不受外界影响的情况下，宏观状态不随时间变化。

均匀状态指（状态不随地点改变）内部化学性质，物理状态处处相同。可能有外界影响。 稳定状态指状态不随时间改变；平衡必稳定，稳定不一定平衡 状态方程式

简单可压缩系统平衡态的独立参数只有2个，因此一个状态参数均可以用其它任意两个不同的状态参数表示

v?v(p,T)p?p(v,T)T?T(p,v)对于基本状态参数之间 称为状态方程式

f(p,v,T)?0

准静态过程：由一系列连续的平衡态组成的过程称为准平衡过程，也称准静态过程（现今所学所分析均为准静态过程）。 如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向运行时，能使系统和外界都返加到原来的状态，而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程，否则为不可逆过程。 可逆过程判定条件

1) 首先应是准平衡过程

2) 过程中不存在任何耗散效应 ！！！准平衡过程只要求系统内部平衡，而有无外部机械摩擦对系统内部平衡无影响，所以准平衡过程可以有耗散效应。

可逆过程则是分析系统与外界作用的总效果，不仅要求系统内部平衡，而且要求系统与外界的作用可以无条件逆复，过程时行时不能存在任何能量上的耗散。所选系统不同，过程可逆性也不同。

功定义式 正负规定：热力学中约定：系统对外界作?W?Fdx功取为 2W?Fdx1?2 1

正，外界对系统作功取为负。 热量的定义：热力系统与外界之间仅仅由于温度不同则通过边界传递的能量，用Q表示（比热量为q）

热量的正负：热力学中约定：系统吸热为正，放热为负。 功的计算式： ?q?Tds 2q1?2?Tds 1

热力循环：工质由某一初态出发，经历一系列热力状态变化后，又回到原来初态的封闭热力过程称为热力循环，简称循环

正向循环：把热能转化为机械能的循环叫正向循环，也叫动力循环，它使外界得到功。

逆向循环：把热量从低温热源传给高温热源的循环叫逆向循环，也叫制冷循环或热泵循环， 它消耗外界的功。 ??正循环 逆循环 高温热源TH 高温热源TH QH W0 QH W0 QL 低温热源TL 热效率 QL 低温热源TL 制冷系数 w?t?netq1?? 供热系数 q2wnetq1wnet???热力学第一定律

热力学第一定律为能量守恒定律

其说明第一类永动机是不可能实现的。

12? mc系统储存的能量称为储存能， E ? U f ? mgz ，1kg工质的总能为比总能： 21它有内部储存能与外部储存能之分。系统的内部储存能即为热力学能

e?u?c2f?gz 2（内能）

热力学能是储存在系统内部的能量，它与系统内工质的内部粒子的微观运动和粒子的空间位置有关。它是温度的函数，也是比体积和温度的函数。 热力学能：U

法定计量单位：焦耳（J） 比热力学能：（1kg物质的热力学能）符号：u，单位：J/kg。一般书上都是kJ/kg 做功：

推动功：把气体由界外送入系统所做的功W=p*V

流动功：使工质流入流出所需的推动功的代数和；其公式为

Wf?p2V2?p1V1??(pV)

wf?p2v2?p1v1??(pv)膨胀功：W??pdV 技术功w

Wt???Vdpt???vdp

焓

h?u?pvH?U?pVq??u?w一般过程热力学第一定律

q??u??wd准v静态过程2?cq??h?

?g?z?ws稳流过程2q??h?wt.q??h?ws(忽略动位能变化）准静态下热力学微分公式?q?du?pdV?dh?Vdp.(适用于闭口、稳流开口 系统）开

口

2系能量

2方程

2一般情况du??Q??min(u?pv)in??wnet??mout(u?pv)outdu??Q??min(h)in??wnet??mout(h)out上式一般解决开口系统。如漏气问题。dE??Q??min(u?pv?c?gz)in??wnet??mout(u?pv?c2?gz)out

理想气体参数及热力过程

理想气体的状态方程 pv?RgT或pV?mRgT满足此方程的气体，均为理想气体。 理想气体： 1：忽略分子的体积 2：分子间无作用里。

，该方程亦为克拉珀龙方程，凡是

mnVVm?所以npVm?RTM?标准状态下（P0?0.101Mpa，T0?273.15KR?8.314J（/mol*k）Rg?RMpV?mRgT

Pv?nRT热容：物体温度升高1K所需的热量称为热容 dT?q比热容：1kg物质温度升高1K所需的热量称为比热容 c ?dT定压比热容及定容比热容

定容比热容：可逆定容过程的比热容 ??q??du?pdv???u?cV????????? dTdT?T??v??v??v定压比热容：可逆定压过程的比热容

??q??dh?vdp???h? cp??????????dT?p?dT?p??T?p （重点）理想气体中

C??Q单位：J/K单位：J/(kg?K)t2比热力学能du?cvdT,?u??cvdTt1t2比焓dh?cpdT,?h??cpdTt1dTv2?s1?2??cV?Rgln1Tv12cp?cv?Rds?cvdT?pdvcpdT?vdp?TTdTdvdTdpdpdvds?cv?Rg?cp?Rg?cv?cpTvTppv

dTp2?s1?2??cp?Rgln1Tp12dp2dv?s1?2??cV??cp1p1v2定容过程

v=常数；

定容图

定压过程p=常数；

定温过程 dT=0，pv=常数；

绝热可逆过程ds=0

多变过程：

1、过程中各能量项正负方向分析，等温线是确定du、dh正负的分界线 2、热量分析，等熵线是确定?q正负的分界线

3、体积变化功分析，等压线是确定?w正负的分界线 4、技术功分析，等容线是确定?wt正负的分界线

热力学第二定律

开尔文表述：不可能从单一热源取热，并使之完全转变为有用功而不产生其它影响。 克劳修斯表述：不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。 卡诺定理：

以上过程中：

1-2定温吸热过程， q1 = T1(s2-s1) 2-3绝热膨胀过程，对外作功

3-4定温放热过程， q2 = T2(s2-s1) 4-1绝热压缩过程，对内作功 卡诺热机效率（如图1）：?t?wq1?q2q2T2 ??1??1?q1q1q1T1

图表 1 图表 2

逆卡诺热机（图2） 制冷循环 热效率

?C?q21 ?wT0?1T2制热循环 热效率 ?'?q1?w1 T01?T1卡诺定理:在两个不同温度的恒温热源间工作的所有热机，以可逆热机的热效率为最高 卡诺定理推论：1、在两个不同温度的恒温热源间工作的一切可逆热机，具有相同的热效率，且与工质的性质无关 2、在两个不同温度的恒温热源间工作的任何不可逆热机，其热效率总小于这两个热源间工作的可逆热机的效率 克劳修斯不等式

?T?q?0（可逆循环是取等号）

T熵 ds?0??q?0,ds?0??q?0,ds?0??q?0dS??Q，比熵ds??qT,T为热源温度，熵变与路径无关,只与初终态有关

熵产：初、终态熵的变化大于过程中工质和热源的换热量除以热源温度，此差值为熵产

dSg?dS?熵流dsf

?QT

dS?dSf?dSg

孤立系统熵增原理：孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小。 有效能损失

I?T0?S

蒸汽的热力学性质和热力过程

水蒸气过程：(1)过冷水、(2)饱和水、(3)湿饱和蒸汽、(4)干饱和蒸汽、(5)过热蒸汽

(1) 到 (2)预热阶段 ，(2)到(4)气化阶段，（4）到 (5) 过热阶段

预热阶段：饱和温度（沸腾）ts对应水称为饱和水，状态用“’”表示，如h',v',s'低于饱和水称为未加热到饱和水所需热称为液体热q1?h'?h0汽化阶段：对应蒸汽为湿饱和蒸汽，参数用“\”表示，汽化热r?h\?h'过热阶段：此时温度大于饱和温度，故称过热蒸汽，过热热为q?h?h\饱和线：分为饱和水线和饱和蒸汽线，饱和线将p -v，t-s图分为三个域未饱和水区（下界

线左侧），湿蒸汽区（两相区，上下界之间）过热蒸汽区（上界线右边）水分为五种状态：未饱和水、饱和水、湿蒸气、干饱和蒸气及过热蒸气。

mg干度：湿蒸气中饱和蒸气所占的质量百分比。x ?

mf?mg湿空气

湿空气：湿空气是干空气与水蒸气的混合物；（可以看做理想气体） 下标约定： a－干空气、 v－水蒸气 s－饱和水蒸气

相对湿度：湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度的比值为相对湿度用φ表示；

含湿量d：[kg/kg(a)]是单位质量干空气所携带得水蒸气的质量d?比焓：h?1.005t?d(2501?1.86t)应用：加热过程：d不变 冷却去湿过程：d不变

绝热加湿：1 喷水加湿： 焓不变

喷蒸汽加湿：h2'?h1?(d2'?d1)

湿空气和水蒸气几乎是查表，没什么可总结的。 这是最精简的总结了；这几天多看看。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fvbw.html