高等工程热力学复习资料

高等工程热力学

第一讲 热力学绪论

工程热力学的研究内容与意义

三个基本研究物理量：温度——研究热现象引进的物理量

平衡态与可逆过程——经典热力学的研究前提。

第二讲 本科基本概念复习

第三讲 热力学定律

简述四个热力学定律的内容，并说明各个定律对热力学研究发展的重要性。 热力学第零定律 1931年 T 热力学第一定律 1840 1850年 E 热力学第二定律 1854 1855年 S

热力学第三定律 1906年 S基准 1、 温度与热力学第零定律 温度与热量的区别与联系

分析几类温标，相互之间的联系

热力学温标（绝对温标）Kelvin scale

（Britisher, L. Kelvin, 1824-1907） 摄氏温标Celsius scale (Swedish, A. Celsius, 1701-1744）

华氏温标Fahrenheit scale (German, G. Fahrenheit, 1686-1736)

朗肯温标Rankine scale (W. Rankine, 1820-1872)

2、能量与热力学第一定律 计算

3、熵与热力学第二定律 孤立系统熵增原理 计算

火用的计算：

1) 热量火用、冷量火用、热力学能火用、焓火用

2) 封闭系统的火用平衡方程、稳定流动系统的火用平衡方程 4、熵的基准与热力学第三定律

第四讲 纯净流体的热力学性质 1、纯净流体的热力学曲面和相图；

2、 纯净流体的状态方程式；

1）分析实际气体与理想气体之间的宏观与微观差别； 2）介绍几类实际气体状态方程以及其相应的适用条件； 3、 纯净流体的热力学关系式； 热力学一般关系式

1）4个热力学基本方程（吉布斯方程） 热力学恒等式 du Tds pdv dh Tds vdp

df sdT pdv

dg sdT vdp

意义：

是重要的热力学基本方程式，将简单可压缩系在平衡状态发生微变化时各种参数的变化联系起来。

2）偏导数关系和麦克斯韦关系式

偏导数关系 u h

T s v s p u f

)s ()T p v v f g

()v ()p s T T h g

()s ()T v p p(

热力学恒等式

du Tds pdv

dh Tds vdp

df sdT pdvdg sdT vdp

麦克斯韦关系式 T

)s v T()s p s()T v s()T p(

p)v s v ()p

s p ()v

T v ()p

T (

3）热力学微分关系式的推导方法 （1）数学基础：

倒数式

(

x y

z()z 1 y x(

x y z

z(x()y 1 y z x x y z

)w(w()w 1 y z x

x x x y)z (y (w()z w w y w

循环关系式

(

链式关系式

(

不同下标关系式

（2）偏导数的一般推导过程和数学技巧：

4）熵、焓和热力学能的一般关系式

4、 纯净物热力性质的计算。

余函数与偏差函数的定义，两者有何异同，将其引入热力学中的意义何在？

第五讲 平衡与相变 1、 平衡判据

2UT(2)V 0 0 CV 0(热稳定条件) SCV 2U p

(2)S 0 ()S 0(绝热压缩体积减小) V V p

)T 0 V

(

(，等温压缩体积应减小)

T(

V2

)pCp CV 0()T pCpCV

( p/ V)S

1

( p/ V)T

等压热容不小于等容热容，也大于0；

绝热压缩压力升高比等温压缩的压力升高更快。

说明：

平衡稳定性要求加入一定的热量，定压过程的温升小于定容过程的温升；压缩一定的体积，绝热过程压力的升高大于定温过程压力的升高。这是平衡稳定性的客观要求。

2、 对应于物系发生四个过程有的平衡条件

热平衡条件——系统各个部分温度（促使热传递的势）均匀一致 力平衡条件——简单可压缩系个部分的压力（促使功传递的势）相等 相平衡条件——各相的化学势（促使质量传递的势）分别相等

化学平衡条件——生成物与反应物的化学势（促使质量传递的势）相等

第六讲 均匀混合物系的热力性质

1、变组元均匀混合物系的热力学基本关系式 1）化学势 2）吉布斯方程 3）Maxwell关系式 2、偏摩尔参数

1）偏摩尔参数的定义与引入的意义

简述溶液中第i组元的偏摩尔性质的定义与表达式，并说明偏摩尔性质在溶液热力学中的意义。

2）偏摩尔参数的一般关系（Gibbs-Duhem方程） r

nidYi 0 i 1

上式称为Gibbs-Duhem方程，是偏摩尔参数之间关系最常用的表达式之一。

3、 混合物中组元的逸度与活度

简述什么是逸度和活度，逸度系数与活度系数，并说明其应用场合与作用。

4、气体混合物的热力性质

组元逸度和逸度系数常用于处理气体混合物

5、液体混合物的热力性质

用组元活度和活度系数表示非理想溶液对理想溶液的偏差。

第七讲 管内气体流动 作业

第八讲 化学热力学基础

1、热力学第一定律在化学反应系统内的应用 1） 热力学第一定律 定容热效应和定压热效应 2）盖斯定律

热效应与过程无关，仅取决反应前后系统的状态。这一结论称为盖斯定律。 根据盖斯定律可以推出下列三个重要而适用的结论：

化合物的生成热（定温定压下元素形成1mol化合物的反应热效应）与化合物的分解热（定温定压下1mol化合物分解为元素的反应热效应）数值相等而符号相反。也可叙述为：正向反应的热效应与逆向反应的热效应数值相等、方向相反。

反应的热效应等于生成物的生成焓（生成1mol化合物的热效应）总和减去反应物的生成焓总和。

反应的热效应等于各反应物的燃烧焓（1mol燃料燃烧反应的热效应）总和减去各生

成物的燃烧焓总和。运用这一结论时，必须注意反应物与生成物两者的燃烧产物不仅组元要相同，而且物态也应相同。

例8－1：

利用标准生成焓数据，求下列反应的标准燃烧焓（即标准热效应）： 3）基尔霍夫定律

若实际的化学反应不是在298.15K的温度下进行的，则在任意温度T时的定压热效应QT如何计算？

2、绝热理论燃烧温度

1）理论空气量和过量空气系数

工程上为简便起见，认为空气近似由摩尔分数为21%的氧气和79%的氮气所组成，即由1mol氧和3.76mol氮组成4.76mol空气。因此采用空气为氧化剂时，甲烷的理论燃烧反应式为：

CH4 2O2 2(3.76N2) CO2 2H2O 7.52N2

2）绝热理论燃烧温度

第九讲 热系统评估与分析方法 1、火用效率和火用损失系数 火用平衡方程的建立

2、经济分析

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