工程热力学复习.

工程热力学复习第一章基本概念第二章第一定律第三章理想气体的热力过程第四章理想气体的性质和过程第六章气体的压缩过程第七章气体动力循环第八章（2）水蒸气动力循环热力学基本概念和基本理论工质性质基本热力过程以及应用第八章（1）水和水蒸气的性质工程热力学第一章基本概念热力系统：人为地分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。外界：系统周围物质的统称。边界(界面)：热力系与外界的分界面。界面可以是真实，也可以是虚拟的；可以是固定，也可以是变化（运动）的。闭口系统:与外界无物质交换，又称控制质量。开口系统:与外界有物质交换，又称控制体积。绝热系统:与外界无热量交换。孤立系统:与外界无能量交换又无物质交换。可以理解成闭口+绝热，但是实际上孤立系统是不存在的。有无是否传质开口系闭口系是否传热非绝热系绝热系是否传功非绝功系绝功系是否传热、功、质非孤立系孤立系状态：把系统中某一瞬间表现的工质热力性质对外的宏观状况，称为工质的热力状态，简称状态。状态参数：描述工质状态特性的一些宏观物理量称为工质的状态参数。具有以下特征：1.状态确定，则状态参数也确定，反之亦然—单值函数。2.状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关—点函数。3.其微元差是全微分。常用的状态参数：P、T、V、U、H和S;基本状态参数，需要掌握①温标转换②压力测量（转换）12ab当ppbbgpppvbppp当ppb表压力pg真空度Pv注意：只有绝对压力才能代表工质的状态参数背压、表压、真空度和绝对压力•如果大气压力为83kPa，试求：（1）绝对压力为0.15MPa时的表压力；（2）真空计读数为70kPa时的绝对压力；（3）绝对压力为50kPa时的真空度；（4）表压力为0.25MPa时的绝对压力。解：(1)Pg＝0.15-0.083=0.067MPa(2)P=83-70=13kPa(3)Pv=83-50=33kPa(4)P＝0.25+0.083=0.333MPa系统在不受外界的影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称平衡状态。系统内部及系统与外界之间的一切不平衡势差（力差、温差、化学势差）消失是系统实现热力平衡状态的充要条件。平衡与稳定：如果系统是在外界作用下保持状态不变，则不属于平衡状态，如稳态导热。稳定不一定平衡，但平衡一定稳定。平衡与均匀：侧重点不一样，平衡强调时间上稳定不变，均匀强调空间各点的参数值相同。平衡不一定均匀，单相平衡态则一定均匀。热力过程：热力系从一个稳定状态到另一个稳定状态的过程准平衡过程：热力系经历过程中的每一点都非常接近于平衡状态（实际过程足够缓慢，工质有恢复平衡的能力）。可逆＝准平衡过程＋无摩擦和其它任何损耗只有准平衡过程才能在坐标图中用连续的曲线表示。功和热是过程量，其在状态参数坐标图上的表示。sT1s1T12s2T2vp1v1p12v2p22121qTds2121pdvw第二章热力学第一定律QUWtQHW21WpdV21tWVdpquwtqhw21wpdv21twvdp第一定律表述热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他们在相互转变时能的总量是不变的。（能量守恒）外部储存能内部储存能宏观动能：Ek=mc2/2宏观势能：Ep=mgzUUthUk平移动能转动动能振动动能Tf1UpvTf,2),(vTfUUchUnu系统储存能总能热力学能（内部储存能）外部储存能宏观动能宏观位能E=Ek+Ep+U对于准静态过程：w=pdvq=du+pdvq=u+pdv闭口系方程解析式热一律数学表达式WQ适用任何工质、任何过程随物质进出系统而传递的能量(2)．推动功微元体dm的运动，需上游工质的推动以克服系统内工质的反力：外界对系统做了功。Wf=pAdl=pdV=pvdm1kg工质：wf=pv设微元体在推力(pA)作用下移动了dl,则：推动功：推动工质进行宏观位移所做的功。=pv(1)．流动工质本身携带的能量：u+c2/2+gz开口系pApVdl焓（Enthalpy)定义：pvuhpVUH单位：J，比焓的单位：J/kg焓的说明：焓是状态量,H为广延参数H=U+pV=m(u+pv)=mh,h为比参数对流动工质，焓代表能量(内能+推动功)对静止工质，焓不代表能量，理解为状态参数组合物理意义：焓是物质进出开口系统时带入或带出的热力学能U与推动功Wf之和，是随物质一起转移的能量。工程实际多为开口系，u和pv同时出现，∴h比u应用更广。iffCVWmgzchmgzchdEQ112112222222此式为开口系能量方程的一般表达式系统储存能量的增加量系统对外做功量系统吸热量控制容积系统：进出口物质能量差1kg工质稳定流动：swzzgcchhq12212212212s12qhcgzw动能轴功位能∴稳流能量方程技术功wttwhq流过开口系1kg流体的稳定流动的能量方程：开口系方程解析式•一、动力机：wi=-△h=h1-h2=wt工质在其中膨胀，其对外输出的净功等于工质进出口焓降•二、压气机：wC=-wi=△h=h2－h1=－wt工质在其中被压缩，外界对其做功全部转变为工质焓增。第二章热力学第一定律热能机械能的效率最大能达到多少？又与哪些因素有关？第三章热力学第二定律自发过程的方向性自然界的一切自发过程有方向性功量摩擦生热热量100%热量发电厂功量40%放热自发过程的反方向过程并非不可进行，而是要有附加条件可逆过程：系统经历某一过程后，若能使系统按原来路径逆行回到初始状态，而不留下任何痕迹，则此过程为可逆过程。[理解]：可逆：系统回到初态，且外界同时恢复到初态。实现可逆过程的条件：①准静态过程+②无耗散效应=可逆过程不平衡势差为无限小使功变热的效应(摩阻，电阻，非弹性变性，磁阻等）耗散效应准静态过程是实际过程的理想化过程，但并非最优过程，可逆过程是最优过程。卡诺循环—理想可逆热机循环理想气体为工质四个可逆过程组成--一个可逆热机在二个恒温热源间工作高温热源低温热源热机工作过程1-2定温吸热过程,2-3绝热膨胀过程，对外作功3-4定温放热过程，4-1绝热压缩过程，对内作功2t,C11TT卡诺循环热效率：卡诺定理定理1：在相同温度的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪种工质也无关。定理2：在同为温度T1的热源和同为温度T2的冷源间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环热效率。理论意义：1）提高热机效率的途径：可逆、提高T1，降低T2；2）相同热源下，提高热机效率的极限。•当T1=T2，t,c=0,单热源热机不可能实现•T1≠∞,T2≠0K,t,c100%，热二律2t,C11TTrevQdSTrevqdsT比参数[kJ/kg·K]广延量[kJ/K]熵可逆过程热源温度熵的物理意义：熵变表示可逆过程中热量交换的方向和大小。1、熵是状态参数2、符号规定0TQrev1221SSdsS0dS可逆时0Q系统吸热，熵为正0Q系统放热，熵为负0Q无热交换，熵为零0dS0dSS与传热量Q的关系212112QSSST=可逆不可逆不可能针对过程0TQ可逆“=”不可逆“”针对循环克劳修斯不等式0Q对于绝热过程：由不可逆因素引起（耗散）可逆：S=0，定熵过程不可逆：S0，熵增0adS熵的影响因素有：换热、不可逆损耗、物质流动熵产：dSg不可逆因素（摩擦、温差传热）引起的熵变熵流：熵方程：gdSTQdSTQdSf系统与外界交换热量引起的熵变gfdSdSdS热二律表达式之一其中：0gdS熵产不可能为负值结论：熵产是过程不可逆性大小的度量。第三章热力学第二定律gSTQmsmsS2211熵方程：系统熵变=流入系统熵-流出系统熵+熵流+熵产熵的影响因素有：换热、不可逆损耗、物质流动熵产：不可逆因素（摩擦、温差传热）引起的熵变熵流：系统与外界交换热量引起的熵变其中：0gdS熵产不可能为负值结论：熵产是过程不可逆性大小的度量。第三章热力学第二定律开尔文－普朗克说法不可能制造出从单一热源吸热、使之全部转化为功而不留下其他任何变化的循环工作的热力发动机。克劳修斯说法热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。孤立系熵增原理：孤立系的熵只增不减比热定义dqcTVVucTpphcTpVgccR.pVckconstc迈耶公式比热容比(绝热指数)，第四章理想气体的性质和过程1.质量分数ωi、摩尔分数xi、体积分数ji及其转换关系2.折合摩尔质量和折合气体常数3.分压力定律和分体积定律4.理想气体的比热容、热力学能、焓和熵热力学能、焓和熵是广延性参数，具有可加性。理想气体混合物eqeqeqgMKmolJMRR3145.8,iiiieqMxnMnMippiVV,,eqgiiiiigeqMRxMRgpRTv21VucTT21phcTT8.3145gJmolKRRMMVducdTpdhcdT理想气体方程第四章理想气体的性质和过程erqdsTv2211grQSSSTcncn2211pVsvpvpcn2211VgTsRTvvn2211pgTpscnRTp第四章气体和蒸汽的热力过程•定容过程：•过程方程式•p,v,T关系•u,h,s计算•能量交换V=Constant1212TTpp1212/ln/ln,,ppcTTcsTchTcuVVpVTRpvwgt0wTcuqVVn第四章理想气体的热力过程•定压过程：•过程方程式•p,v,T关系•u,h,s计算•能量交换p=Constant1212TTvv1212/ln/ln,,vvcTTcsTchTcuVVpV0twTRvpwgTchqpP0n第四章理想气体的热力过程•定温过程：•过程方程式•p,v,T关系•u,h,s计算•能量交换T=Constant2112vvpp1221/ln/ln,0,0vvRppRshugg)()/ln()/ln(12211112ssTppvpvvTRqwwgtT1n第四章理想气体的热力过程•定熵过程：•过程方程式•p,v,T关系•u,h,s计算•能量交换n0,,sTchTcupV0q常数kpv1122kkpvpvS12211()nnTpTp12112()nTTvv第四章理想气体的热力过程•多变过程：•过程方程式•p,v,T关系•u,h,s计算•能量交换)/ln(,,12TTcsTchTcunpVTcqn常数npv1122nnpvpv平均多变指数的确定方法等端点多变指数已知过程线上两端点（p1,v1）、（p2,v2）：nnvpvp2211)ln()ln(1212vvppn适用：初、终参数计算多变过程vp实际过程120nsTvp0nnn1n1nnknk四个基本热力过程在p-v,T-s图上的表示各种特征多变过程在p-v和T-s图上表示–两个极限的压气过程：即绝热压缩和等温压缩。–+多变压缩过程（1nk），压缩过程有热量传出，气体温度也有所升高。–特点：vpP11P22T2s2nsTP11P22s2n2T压缩过程的p-v图和T-s图TnsTnsTCnCsCvvvTTT第六章压气机的热力过程压缩比(compressionratio)12vv32pp定容增压比(pressurer