工程热力学概念总结

工程热力学总结 第一章基本概念 1.基本概念 热力系统：这种被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统（简称系统，体系）。

边界：系统与外界之间的分界面，称为边界。 外界：与系统发生质能交换的物体称为外界。 闭口系统：一个热力系统如果和外界只有能量交换而无物质交换的系统称为闭口系统，因闭口系统内的质量保持恒定不变，所以闭口系统也称控制质量。

开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。

绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。

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，称为孤立系统。 单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。

复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。 单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。

多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。 均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。

非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。 热力状态：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。 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观

绪论

工程热力学与传热学分两部分，热力学与传热学，这两部分都是与热有关的学科。

我们先讲热力学，第二部分再讲传热学。

热力学中热指的是热能，力在我们工程热力学中主要指的是用它来做功，也就是机械能，简单地理解工程热力学主要研究的是热能和机械能之间的相互转化。也就是说由热产生力，进而对物体做功的过程，所以热力学主要研究的是热能和机械能之间的相互转化。

举个例子：比如汽车的发动机（内燃机），它是利用燃料（汽油）在汽缸中燃烧，燃烧后得到高温高压的烟气，烟气此时温度高，压力高，具有热能，那么高压的燃气会推动气缸的活塞做水平往复运动，活塞又通过曲柄连杆机构把水平往复运动转化成圆周运动，进而带动汽车运动，这就是一个热力学的例子。

工程热力学的研究重点是热能与机械能之间的转化规律，那么下面我们来详细的看一下工程热力学的研究内容：

①研究热力学中的一些基本概念和基本定律。基本概念像热力学系统、热力学状态、平衡过程、可逆过程等。基本定律有热力学第一定律和热力学第二定律，第一定律和第二定律是工程热力学的理论基础，其中热力学第一定律主要研究热能与机械能之间转化时的数量关系，热力学第二定律主要研究热能和机械能转换时的方向、条件、限度问题。

②研究工质的性质。我们热能和

1.热力学是一门研究物质的能量、能量传递和转换以及能量与物质之间的普遍关系的科学。

2.工程热力学重点研究热能和其它形式的能（主要是机械能之间的转换规律及其工程应用。

3.研究内容：工质性质，基本定律，热力过程，热力循环。

4.各类热动力装置工作的共同本质：由媒介物通过吸热-膨胀做功-排热。

5.工质：人们把实现热能和机械能相互转化的媒介物质叫做工质。

6.对工质的要求：（1）膨胀性（2）流动性（3）热容量好（4）稳定性、安全性（5）对环境友善（6）价廉，易大量获取。 物质三态中气态最适宜

6.热源：把与工质进行热交换的物质系统称为热源。若细分，则把工质从中吸取热能的物系叫做热源(或称高温热源）；把接受工质排出热能的物系叫做冷源（或称低温热源）。

7.热力系统:被认为的分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统。

8.外界：与系统发生智能交换的物体系统称外界。

9.边界：系统和外界之间的分界面叫做边界。

10.边界可以是：（1）刚性的或可变形的或有弹性的（2）固定的或可移动的（3）实际的或虚拟的

11.闭口系统：一个热力系统如果和外界只有能量交换而无物质交换，则该系统叫做闭口系统（又称闭口系）。

12.开口系统：如果热力系统和外界不

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、

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、

工程热力学部分

工质（substance）：实现热能和机械能转化的媒介物质。

1. 基本概念

1.1 平衡状态及状态参数

1.平衡状态：

一个热力系统，如果在不受外界影响的条件下， 系统的状态能够始终保持不变，则系统的这种状态 为平衡状态。

2. 状态参数（state parameter）

描述工质所处状态的宏观物理量 ( 状态参数的值只取决于给定的状态，与如何达到这一状态的途径无关 )

3 基本状态参数 压力（绝对） 温度 比体积

（1）温度 （temperature）是标志物体冷热程度的参数。 （2）热力学第零定律（the zeroth law of Thermodynamics）

如果两个物体同时与第三个物体处于热平衡，则它们彼此也处于热平衡。

? 水的三相点温度 t = 0.01 ℃

热力学温标基准点：取水的三相点（triple point）（纯水固、液、气三相平衡共存的状态点）为基准点，定义其温度为273.16 K。 （3）压力

大量分子与容器壁面碰撞作用力的统计平均值。 压力：单位面积上所受的垂直作用力 （4）. 比体积及密度

说明

1-3

1-4

1-8

2-4

2-5

2-6 50kg废气和75kg的空气混合。已知废气中各组成气体的质量分数为

wco2?14%,wo2?6%,w?2O?5%,wN2?75%，空气中 O2,N2的质量分数为wo2?23.2%,wN2?76.8%。混合后气体压力 p?0.3MPa，试求混合气体的： （1）质量分数；（2）折合气体常数；（3）折合摩尔质量 ；（4）摩尔分数；（5）各组成气体的德分压力。

解：（1）混合后气体的质量m?75?50?125kg，其中

mCO2?wCO2?m?0.14?50kg?7kg mH2O?wH2O?m?0.05?50kg?2.5kg

mO2?wg,O2?mg?wa,O2?ma?0.06?50kg?0.232?75kg?20.4kg mN2?wg,N2?mg?wa,N2?ma?0.75?50kg?0.768?75kg?95.1kg 因此，质量分数 wCO2?mCO2mmH2Om??7kg?0.056

50kg?75kg2.5kg?0.020

50kg?75kg wH2O?? wO2?mO2m20.4kg?0.163

50kg?75kg wN2?mN2m?95.1kg?0.761

50kg?75kg核

热力学

1. 工程热力学：是一门研究热能有效利用及热能和机械能转换规律的科学。 2. 热力系：热力设备中需要研究的部分工作物质 3. 环境：热力系以外的物质世界

4. 热机：将燃料的化学能转化成内能再转化为机械能，或者将具有较低温度的被冷却物体

的热量转移给其他介质的机械 5. 热源：具有无限大的热容量，吸入或放出热量是自身温度不变

6. 平衡状态：在没有外界影响的条件下系统的各部分在长时间内不发生任何变化的状态，

各处的温度、压力等参数是均匀一致的

7. 三种温标：摄氏温标、华氏温标、理想气体温标 8. 准平衡过程能用状态参数描述，不平衡过程不能

9. 热力学第一定律：在任何发生热量传递和转换的热力过程中，传递和转换前后的总量维

持恒定 10. 可逆过程：如果一个热过程不具有方向性，即当系统完成某一过程后，如果能使过程逆

行而使系统及外界回复到初始状态，不遗留任何变化 11. 判据：准平衡态过程、不存在耗散效应

12. 克劳修斯：不可能把热从低温物体转至高温物体而不引起其他变化

13. 开尔文：不可能从单一热源取热，并使之完全转变成有用功而不产生其他影响

14. 卡诺定理含义：可实现热功转换极限的热机是可逆热机、可逆热机的效率只与温度有关，

与工质无

第一章 基 本 概 念 1.基本概念

热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。

边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。

外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。

闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。

开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。

绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。

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，称为孤立系统。 单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。

复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。 单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。

多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。 均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。

非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。

热力状态：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。

平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这

第一章 基本概念

思 考 题

1、 如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？

答：不对。因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力两个因素。因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会随之变化，而不能保持不变。 2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系

答：平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。所以两者是不同的。如对气-液两相平衡的状态，尽管气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。反之，均匀系也不一定处于平衡态。

但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。如对于处于平衡状态下的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作用，那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。 3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？

答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以二者是有矛盾的。对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，