工程热力学知识总结

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，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处11111111121212211nppnRTTTRnvpvpnwnn适用于理想气体、可逆多变过程流动功:1122vpvpwf推动1kg工质进、出控制体所必须的功。技术功:1．stwzgcw221热力过程中可被直接利用来作功的能量，统称为技术功。2．stwgdzdcw221适用于稳态稳流、微元热力过程3．2211vpvpwwt技术功等于膨胀功与流动功的代数和。4．vdpwt适用于稳态稳流、微元可逆热力过程5．21vdpwt适用于稳态稳流、可逆过程热量：1．TdSq适用于任何工质、微元可逆过程。2．21Tdsq适用于任何工质、可逆过程3．WUQ适用于mkg质量任何工质，开口、闭口，可逆、不可逆过程4．wuq适用于1kg质量任何工质，开口、闭口，可逆、不可逆过程5．pdvduq适用于微元，任何工质可逆过程。于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。相对压力：相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力即为相对压力。比容：单位质量工质所具有的容积，称为工质的比容。密度：单位容积的工质所具有的质量，称为工质的密度。强度性参数：系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同，与质量多少无关，没有可加性，如温度、压力等。在热力过程中，强度性参数起着推动力作用，称为广义力或势。广延性参数：整个系统的某广延性参数值等于系统中各单元体该广延性参数值之和，如系统的容积、内能、焓、熵等。在热力过程中，广延性参数的变化起着类似力学中位移的作用，称为广义位移。准静态过程：过程进行得非常缓慢，使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够的时间恢复到新的平衡态，从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近平衡状态，整个过程可看作是由一系列非常接近平衡态的状态所组成，并称之为准静态过程。可逆过程：当系统进行正、反两个过程后，系统与外界均能完全回复到初始状态，这样的过程称为可逆过程。膨胀功：由于系统容积发生变化（增大或缩小）而通过界面向外界传递的机械功称为膨胀功，也称容积功。热量：通过热力系边界所传递的除功之外的能量。热力循环：工质从某一初态开始，经历一系列状态变化，最后又回复到初始状态的全部过程称为热力循环，简称循环。2.常用公式状态参数:1212xxdx0dx状态参数是状态的函数，对应一定的状态，状态参数都有唯一确定的数值，工质在热力过程中发生状态变化时，由初状态经过不同路径，最后到达终点，其参数的变化值，仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。温度：6．21pdvuq适用于任何工质可逆过程。7CVSdEWmgZChmgZChQ11211222222121适用于任何工质，任何系统，任何过程。8．swgdzdcdhq221适用于微元稳态稳流过程9．twhq适用于稳态稳流过程10．uq适用于任何工质定容过程11．12TTcqv适用于理想气体定容过程。12．hq适用于任何工质定压过程13．12TTcqp适用于理想气体、定压过程14．0q适用于任何工质、绝热过程15．1112nTTcnknqv适用于理想气体、多变过程第四章理想气体的热力过程及气体压缩1.基本概念分析热力过程的一般步骤：1.依据热力过程特性建立过程方程式，p=f(v)；2.确定初、终状态的基本状态参数；3.将过程线表示在p-v图及T—s图上,使过程直观，便于分析讨论。4.计算过程中传递的热量和功量。绝热过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的状态变化过程，即0q或0q称为绝热过程。定熵过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程，称为定熵过程。1．BTwm22式中22wm—分子平移运动的动能，其中m是一个分子的质量，w是分子平移运动的均方根速度；B—比例常数；T—气体的热力学温度。2．tT273压力：1．nBTwmnp322322式中P—单位面积上的绝对压力；n—分子浓度，即单位容积内含有气体的分子数VNn，其中N为容积V包含的气体分子总数。2．fFpF—整个容器壁受到的力，单位为牛（N）；f—容器壁的总面积（m2）。3．gpBp（PB）HBp（PB）式中B—当地大气压力Pg—高于当地大气压力时的相对压力，称表压力；H—低于当地大气压力时的相对压力，称为真空值。比容:1．mVvm3/kg式中V—工质的容积m—工质的质量2．1v式中—工质的密度kg/m3v—工质的比容m3/kg热力循环:wq多变过程：凡过程方程为npv常数的过程，称为多变过程。定容过程：定量工质容积保持不变时的热力过程称为定容过程。定压过程：定量工质压力保持不变时的热力过程称为定压过程。定温过程：定量工质温度保持不变时的热力过程称为定温过程。单级活塞式压气机工作原理：吸气过程、压缩过程、排气过程，活塞每往返一次，完成以上三个过程。活塞式压气机的容积效率：活塞式压气机的有效容积和活塞排量之比，称为容积效率。活塞式压气机的余隙：为了安置进、排气阀以及避免活塞与汽缸端盖间的碰撞，在汽缸端盖与活塞行程终点间留有一定的余隙，称为余隙容积，简称余隙。最佳增压比：使多级压缩中间冷却压气机耗功最小时，各级的增压比称为最佳增压比。压气机的效率：在相同的初态及增压比条件下，可逆压缩过程中压气机所消耗的功与实际不可逆压缩过程中压气机所消耗的功之比，称为压气机的效率。热机循环：若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为机械能，则此循环称为热机循环。多变指数n：z级压气机，最佳级间升压比：i1z1pp＋＝第五章热力学第二定律1.基本概念热力学第二定律：开尔文说法：只冷却一个热源而连续不断作功的循环发动机是造不成功的。克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。第二类永动机：从单一热源取得热量，并使之完全转变为机械能而不引起其他变化的循环发动机，称为第二类永动机。或0u，0du循环热效率:12121101qqqqqqwt式中q1—工质从热源吸热；q2—工质向冷源放热；w0—循环所作的净功。制冷系数：212021qqqwq式中q1—工质向热源放出热量；q2—工质从冷源吸取热量；w0—循环所作的净功。供热系数：211012qqqwq式中q1—工质向热源放出热量q2—工质从冷源吸取热量w0—循环所作的净功第二章气体的热力性质1.基本概念理想气体：气体分子是由一些弹性的、忽略分子之间相互作用力（引力和斥力）、不占有体积的质点所构成。比热：单位物量的物体，温度升高或降低1K（1℃）所吸收或放出的热量，称为该物体的比热。定容比热：在定容情况下，单位物量的物体，温度变化1K（1℃）所吸收或放出的热量，称为该物体的定容比热。定压比热：在定压情况下，单位物量的物体，温度变化1K（1℃）所吸收或放出的热量，称为该物体的定压比热。定压质量比热：在定压过程中，单位质量的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定压质量比热。定压容积比热：在定压过程中，单位容积的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定压容积比热。定压摩尔比热：在定压过程中，单位摩尔的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定压摩尔比热。定容质量比热：在定容过程中，单位质量的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，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。孤立系统熵增原理：任何实际过程都是不可逆过程，只能沿着使孤立系统熵增加的方向进行。定熵过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程，称为定熵过程。热机循环：若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为机械能，则此循环称为热机循环。制冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境温度，并维持这个低温称为制冷。制冷机：从低温冷藏室吸取热量排向大气所用的机械称为制冷机。热泵：将从低温热源吸取的热量传送至高温暖室所用的机械装置称为热泵。理想热机：热机内发生的一切热力过程都是可逆过程，则该热机称为理想热机。卡诺循环：在两个恒温热源间，由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成的循环，称为卡诺循环。卡诺定理：1．所有工作于同温热源与同温冷源之间的一切可逆循环，其热效率都相等，与采用哪种工质无关。2．在同温热源与同温冷源之间的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。自由膨胀：气体向没有阻力空间的膨胀过程，称为自由膨胀过程。2.常用公式熵的定义式：21TqsJ/kgK工质熵变计算：12sss，0ds工质熵变是指工质从某一平衡状态变化到另一平衡状态熵的差值。因为熵是状态参数，两状态间的熵差对于任何过程，可逆还是不可逆都相等。1．1212lnlnvvRTTcsv理想气体、已知初、终态T、v值求ΔS。2．1212lnlnPPRTTcsP称为该物体的定容质量比热。定容容积比热：在定容过程中，单位容积的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定容容积比热。定容摩尔比热：在定容过程中，单位摩尔的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定容摩尔比热。混合气体的分压力：维持混合气体的温度和容积不变时，各组成气体所具有的压力。道尔顿分压定律：混合气体的总压力P等于各组成气体分压力Pi之和。混合气体的分容积：维持混合气体的温度和压力不变时，各组成气体所具有的容积。阿密盖特分容积定律：混合气体的总容积V等于各组成气体分容积Vi之和。混合气体的质量成分：混合气体中某组元气体的质量与混合气体总质量的比值称为混合气体的质量成分。混合气体的容积成分：混合气体中某组元气体的容积与混合气体总容积的比值称为混合气体的容积成分。混合气体的摩尔成分：混合气体中某组元气体的摩尔数与混合气体总摩尔数的比值称为混合气体的摩尔成分。对比参数：各状态参数与临界