华科热力学复习大纲(2015版)

热力学复习大纲第一章：基本概念：热力系平衡、稳定、均匀准静态、可逆过程量、状态量、状态参数功、热量、熵p-V图、T-S图循环、工作系数第二章第一定律热力学第一定律的实质闭口系及稳态稳流系统的能量方程（重要）各种计算题都要想到这一点各种表达式的适用范围（理想气体？实际气体？任意过程？可逆过程？等等）焓和热力学能的物理意义（重要）焓和热力学能之间的关系及计算方法。几种功的联系和区别（重要）膨胀功、推动功、轴功和技术功开口系能量方程（重要）非稳态稳流过程的计算，如习题2-12能量方程式的应用（重要，与过程的联系）例如求透平绝热膨胀过程的出口温度求换热器吸热量或膨胀机、压缩机作功（什么功？）第三章：气体热力性质理想气体理想气体状态方程应用及变换形式，注意单位统一，不要忘记质量各种与过程有关的计算题中用来结合过程方程求未知参数比热（只考虑定比热）用比热求热量，适用于纯粹的加热过程或可逆过程的吸热量，这时定压用定压比热，定容用定容比热，多变用多变比热。热力学能、焓只与温度有关，定温即定热力学能、焓。状态量，与过程可逆与否无关，仅与初、终态参数有关。广延量具有可加性。熵特别注意并非只与温度有关三个基本公式，与过程可逆与否无关，状态量但ds=δq/T或q=∫Tds就只能用于可逆过程广延量具有可加性。第四章气体的热力过程理想气体热力过程的求解（特别是四个基本过程）：已知参数求未知参数热量和功注意可逆过程和不可逆过程的不同方法。（这一章中的公式基本上都是由可逆过程推倒出来的。）作图判断过程的区间或过程能量交换特点（如思考题6、7）P-v图和T-s图之间的转换，或要求比大小，如思考题9、10结合循环，另外考虑如果是实际气体，哪些公式可用，哪些公式不可用。压气机三种压缩过程的比较，理论耗功和实际耗功的计算。（可逆和不可逆计算公式的区别）什么功（技术功？过程功？）两级压缩、中间冷却（最佳压缩比的确定，计算）第五章热力学第二定律可逆过程的判断和定义热力学第二定律的表述、实质及数学表达式卡诺循环的热效率，卡诺定律的重要意义熵熵与过程传热量之间的关系（克劳修斯不等式）不可逆过程熵产的计算（理想气体过程，非等温热传递过程，非可逆绝热压缩、膨胀）孤立系熵增原理的应用（求不可逆过程引起的可用能损失）特别注意非理想气体的熵变计算问题，例如习题5-19、5-20、5-21可用能（火用）：热流火用、热力学火用、物流火用和焓火用的计算。可逆过程最大可用能计算；不可逆过程可用能损失计算特别注意几点：遇到判断过程的方向性、过程的可逆与否、过程（循环）的可能性、参数的可能性等等都用热力学第二定律的表达式来判断。遇到求可用能损失，就求孤立系熵增或过程熵产，然后乘上环境温度。有关熵的判断题（很多）。最小耗功（制冷循环）、最大做功（动力循环）均考虑卡诺循环。第六章实际气体的性质和热力学的一般关系式理想气体用于实际气体的偏差（即压缩因子的定义）范德瓦尔对实际气体特性研究的意义。第七章水和水蒸气的热力过程实际气体热力性质理想气体与实际气体的区别公式的适用性一点、二线、三区、五态水的定压加热过程的P-v图和T-s会用表分析、计算水蒸气过程（如ppt中的例题7-2和7-3）第八章理想气体混合物与湿空气混合气体分压力和分容积概念及定律（非同温同压的同种气体混合，没有分压力和分容积的概念，见教材的例8-2）混合气体计算先考虑整个系统的能量方程通常要求熵变（同温同压不同气体混合必有熵变，同温同压同种气体混合没有熵变）湿空气与湿蒸气两回事！！基本概念：饱和湿空气和未饱和湿空气相对湿度含湿量露点温度干湿球温度利用饱和水及饱和水蒸汽热力参数表确定露点温度或相对湿度（见教材例8-4、例8-5、例8-6）几个基本过程的理解及焓-湿图的应用（通常不考计算题）。第九章气体与蒸汽的流动稳定流动的基本方程喷管形状的选择关键是临界压力比的概念。思考题5.气体流动的计算（注意滞止参数的确定，出口状态的判断、喷管形状的确定，出口流速和流量的确定）绝热节流理想气体和实际气体的节流过程有什么区别。绝热节流的特征（不可逆、节流过程前后，气体的参数变化）节流的几种功能第十章气体动力循环概念：各种循环的构成；P-v图和T-s图；提高循环热效率的基本方法，回热的基本思路等比较循环热效率的方法。计算（重要）：理想循环参数点、热效率实际过程的分析（习题10-11）第十一章蒸汽动力循环朗肯循环、再热循环（用表计算及分析，画图）回热循环（不要求计算，画图要求）特别注意，采用再热循环的根本目的第十二章制冷循环空气制冷循环（图、计算、分析，回热只要求概念）蒸气制冷循环（图、分析）为什么采用蒸气节流而不采用膨胀机为什么没有采用逆卡诺循环第一章思考题平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式中，当地大气压是否必定是环境大气压?答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。“当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的Pb应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。)()(bvbbebPPPPPPPPPP；经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？答：所谓过程不可逆，是指一并完成该过程的逆过程后，系统和它的外界不可能同时恢复到他们的原来状态，并非简单地指系统不可能回复到原态。同理，系统经历正、逆过程后恢复到了原态也并不就意味着过程是可逆的；过程是否可逆，还得看与之发生过相互作用的所有外界是否也全都回复到了原来的状态，没有遗留下任何变化。原则上说来经历一个不可逆过程后系统是可能恢复到原来状态的，只是包括系统和外界在内的整个系统则一定不能恢复原来状态。第2章思考题刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A中存有高压空气，B中保持真空，如图2--11所示。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？若隔板上有一小孔，气体泄漏人B中，分析A、B两部分压力相同时A、B两部分气体的比热力学能如何变化？B隔板A自由膨胀答:⑴定义容器内的气体为系统，这是一个控制质量。由于气体向真空作无阻自由膨胀，不对外界作功，过程功；容器又是绝热的，过程的热量，因此，根据热力学第一定律，应有，即容器中气体的总热力学能不变，膨胀后当气体重新回复到热力学平衡状态时，其比热力学能亦与原来一样，没有变化；若为理想气体，则其温度不变。⑵当隔板上有一小孔，气体从A泄漏人B中，若隔板为良好导热体，A、B两部分气体时刻应有相同的温度，当A、B两部分气体压力相同时，A、B两部分气体处于热力学平衡状态，情况像上述作自由膨胀时一样，两部分气体将有相同的比热力学能，按其容积比分配气体的总热力学能；若隔板为绝热体，则过程为A对B的充气过程，由于A部分气体需对进入B的那一部分气体作推进功，充气的结果其比热力学能将比原来减少，B部分气体的比热力学能则会比原来升高，最终两部分气体的压力会达到平衡，但A部分气体的温度将比B部分的低热力学第一定律的能量方程式是否可写成的形式，为什么？答：⑴热力学第一定律的基本表达式是：过程热量=工质的热力学能变化+过程功第一个公式中的Pv并非过程功的正确表达，因此该式是不成立的；⑵热量和功过程功都是过程的函数，并非状态的函数，对应于状态1和2并不存在什么q1、q2和w1、w2；对于过程1-2并不存在过程热量和过程功，因此第二个公式也是不成立的。Pvuq)()(121212wwuuqq热力学第一定律解析式有时写成下列两种形式：分别讨论上述两式的适用范围。答：第一个公式为热力学第一定律的最普遍表达，原则上适用于不作宏观运动的一切系统的所有过程；第二个表达式中由于将过程功表达成，这只是对简单可压缩物质的可逆过程才正确，因此该公式仅适用于简单可压缩物质的可逆过程。wuq21Pdvuq21dvP第3章在图3-8所示T-s图上任意可逆过程1-2的热量如何表示？理想气体在1和2状态间的热力学能变化量、焓变化量如何表示？若1-2经过的是不可逆过程又如何？答：①对于可逆过程1-2，过程热量可用过程曲线与横轴s之间所夹的面积来表示；②由于理想气体的热力学能是温度的单值函数，温度相同时其热力学能相同，图附一中点3与点2温度相同，因此其热力学能相同。又因可逆定容过程的热量等于热力学能增量，因此图中所示定容线1-3下面带阴影线部分的面积代表理想气体过程12的热力学能变化。作图方法：过点1作定容过程线；过点2作定温线与定容线交于点3。定容过程13的过程线与横轴s间所夹的面积即为过程12的热力学能变化。Ts123定容线图附一Ts123定压线图附二③由于理想气体的焓是温度的单值函数，温度相同时其焓相同，图附二中点3与点2温度相同，因此其焓相同。又因可逆定压过程的热量等于焓增量，因此图中所示定压线1-3下面带阴影线部分的面积代表理想气体过程12的焓变化。作图方法：过点1作定压过程线；过点2作定温线与定压线交于点3。定压过程13的过程线与横轴s间所夹的面积即为过程12的焓变化。④若1-2过程为不可逆过程，则其热量不能以过程曲线下面的面积来表示，原则上在T-s图上表示不出来。不过由于热力学能和焓为状态参数，1、2之间的热力学能和焓的变化量不因过程1-2的性质而改变，因此热力学能和焓的变化表示方法仍如前述。理想气体熵变计算式是由可逆过程导出的，这些计算式是否可用于不可逆过程初、终态的熵变计算？为什么？答：可以。熵是状态参数，只要初、终状态相同，不论经历何种过程工质的熵变应相同，因此以上4式对理想气体的任何过程都适用。第4章对于理想气体的任何一种过程,下列两组公式是否都适用：答：因为理想气体的热力学能和焓为温度的单值函数，只要温度变化相同，不论经历任何过程其热力学能和焓的变化都会相同，因此，所给第一组公式对理想气体的任何过程都是适用的；但是第二组公式是分别由热力学第一定律的第一和第二表达式在可逆定容和定压条件下导出，因而仅分别适用于可逆的定容或定压过程。就该组中的两个公式的前一段而言适用于任何工质，但对两公式后一段所表达的关系而言则仅适用于理想气体。)()()()(12p12v12p12vttchqttcuqttchttcu在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过程气体的温度不变，在定温膨胀过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？答：在气体定温膨胀过程中实际上是需要加入热量的。定温过程中气体的比热容应为无限大，应而不能以比热容和温度变化的乘积来求解，最基本的求解关系应是热力学第一定律的基本表达式：q=Δu+w。过程热量q和过程功都是过程量，都和过程的途径有关。由定温过程热量公式，可见，只要状态参数P1、v1和v2确定了，q的数值也确定了，是否q与途径无关？答：否。所说的定温过程热量计算公式利用理想气体状态方程、气体可逆过程的过程功，以及过程的定温条件获得，因此仅适用于理想气体的定温过程。式中的状态1和状态2，都是指定温路径上的状态，并非任意状态，这本身就确定无疑地说明热量是过程量，而非与过程路径无关的状态量。12