工程热力学公式总结

电熔镁砂热回收热量引用计算公式说明

本课题主要研究熔坨高温回收利用，众所周知，物体能量传递主要以热传导、对流换热、辐射三种方式进行传递。本课题主要涉及到熔坨自身热传导，气体对物体表面对流换热传导过程。物体能量主要是以物体温度作为表征，其中还有化学能、汽化热能等其它不以温度为表征的能量。在本课题能量传递过程中共涉及到熔坨非稳态导热过程，空气与熔坨间的对流放热过程，热空气与矿石原料对流换热过程和矿石原料加热过程，

一、 在热工过程热平衡计算中应用了热力学第一定律（即能量

守恒定律），其表达式根据能量守恒定律得知，熔坨的放出热量等于空气的得热；热空气放热等于矿石原料的热量（其中含有矿石原料的分解热），并考虑到系统的热损失。

二、 在热量传递过程采用熔坨非稳态热传导（熔坨自身传热）

放热和矿石原料非稳态传到加热计算；空气与熔坨和热空气加热矿石原料的对流换热计算公式（即牛顿冷却或加热公式）。

三、 任何物质在高于绝对零度的温度下，必然具有热能，其能

量值与物质的比热容、物质质量、物质所具有的温度有关。据此计算熔坨的总能量，整个放热期间终了时刻的能量。整个吸热过程终了时刻物质所具有的热能（含化学分解热能）。根据能量传递过程中的热量计算工序所要求的矿石原料加热量

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

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

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，

工程热力学答案

一、填空题 第一章

１．功和热量都是与 过程 有关的量。 2．热量的负值代表 工质向外放热 。 3．功的正值代表 工质膨胀对外作功 。

4．循环中各个过程功的代数和等于 循环净功 。 5．循环中作功与耗功的绝对值之差等于 循环净功 。 6、热效率ηt定义为 循环净功与消耗热量的比值 。

7．如果工质的某一热力学量的变化量与过程路径无关，而只与过程的初态和终态有关，则该热力学量必是一个 状态 参数。 8．如果可使工质沿某一过程相同的途径逆行回复到原态，并且 与之相关的外界也回复到原态、不留下任何变化 ，则该过程为可逆过程。

9．不存在任何能量的不可逆损耗的准平衡过程是 可逆 过程。

10．可逆过程是指 工质能经原过程路径逆向进行恢复到初态，并在外界不留下任何改变的过程 。

11．平衡过程是 整个过程中始终保持热和力的平衡的过程 。

１2．热力系统的平衡状态是指在 不受外界影响 的条

非题

(1)工质的绝对压力可表达为表压力和当场大气压之和，或当场大气压减去真空度。 (2)经不可逆循环，系统与外界均无法完全恢复原态。 (3)工质经任何一种循环，其熵变为零。

(4)某容器中气体的压力为1MPa，而被密封在压力为0.5MPa的空间中用来测量该容器压力 的压力表的读数是0.5MPa。

(5)理想气体由初态(p1,T1)经不可逆过程后达终态(p2,T2)，若按定值比热，其过程的熵变可按下式计算：

。

(6)热量 只适用于定温或定熵过程。

(7)系统等温膨胀，其熵变 ，其中q为过程中系统与外界交换的热量，T为系统的温度。

(8)一切不可逆循环的热效率 。

(9)循环热效率 ηt=Wnet/Q1=1–Q2/Q1，只适用于可逆循环。 (10)热力过程中，工质向外界放热，其温度必然降低。 (11)根据第一定律任何循环的净热量等于该循环的净功量。 二、选择题

(12)均质等截面杆两端的温度由分别维持t1、t2 的两热源保持t1和t2 不变，取此杆为系统，则系统处于: A平衡状态，因其各截面温度不随时间而改变 B非平衡状态，因其各截面温度不等

C平衡状态,因其各截面温度不随时间而改变,且流入系统的热量等于流出系统的热量 D非平衡状态，因其处