工程热力学总复习

陆继东2020/6/271工程热力学总复习2020/6/272全书内容划分第3章气体和的性质第4章气体和蒸汽的热力过程及热力学一般关系式第6章实际气体性质第1章基本概念第2章第一定律第5章第二定律第１２章湿空气第７章气体和蒸汽的流动第８章压气机的热力过程第９章气体动力循环第10章蒸汽动力装置循环第11章制冷循环工程热力学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2020/6/273学习方法1.把握线索（大量的基本概念贯穿于整个工程热力学的前前后后，抽象且相互联系，必须掌握好）；2.学会抽象简化的研究方法（基本定律、基本关系式是解决问题的基础，必须掌握并能灵活运用）；3.重视习题和实验等（理解是基础，方法是关键，熟能生巧)。2020/6/274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。各章基本知识点灵活掌握：按具体分析需要划分系统2020/6/275第一章基本概念状态：把系统中某一瞬间表现的工质热力性质的宏观状况，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;各章基本知识点基本状态参数，需要掌握①温标转换②压力测量（转换）③比体积与密度的转换。2020/6/276各章基本知识点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。第一章基本概念2020/6/277各章基本知识点状态方程：基本状态参数（p,v,T)之间服从的关系式。对简单可压缩系统，热功转换中只存在容积变化功。某一个状态参数可以由另外两个参数确定。状态参数坐标图：1v1Opvp12p2v2压容图sOTs22T21T1s1温熵图第一章基本概念2020/6/278准平衡过程和可逆过程。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。各章基本知识点第一章基本概念sT1s1T12s2T2vp1v1p12v2p22121qTds2121pdvw2020/6/279循环定义：工质从某一状态经过一连串的状态变化过程，又回复到原来状态。即为封闭的热力过程。根据过程进行的方向，又可分为正循环（热机循环）和逆循环（制冷循环）。各章基本知识点第一章基本概念经济性指标=得到的收益花费的代价2020/6/2710第二章热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热力学中的应用。确定了热力过程中各种能量在数量上的相互关系。热力学能、总能和焓；容积功、推动功和技术功；各章基本知识点,,;,ufTvufTpufpv或hupv焓=内能+推动功iftwzgcvpvpww2112221技术功=容积功-流动功(推动功之差)对流动工质(开口系统)，焓表示沿流动方向传递的总能量中，取决于热力状态的那部分能量。2020/6/2711第二章热力学第一定律闭口系能量平衡方程式：注意热力过程的方向和Q、ΔU、W正负的关系。对循环过程：循环完成后，工质回复原来的状态，闭口系的热力学能是状态参数，ΔU＝0。循环中与外界交换的净热量等于与外界交换的净功量。各章基本知识点quwqdupdv2020/6/2712第二章热力学第一定律稳定流动开口系统能量方程式：热力学第一定律的第二解析式适合于开口系统的任意过程，及任意工质。各章基本知识点twhqqdhvdpvp1v1p12v2p20P1v1P2v2膨胀功w21pdv21121bavdp面积技术功wt2020/6/2713第二章热力学第一定律热力学第一定律的能量方程式在工程上应用很广，但首先要对其不同的形式进行有较为全面的认识：：wuq).1(从闭口系推导，与开口系方程形式不同，实质相同：ifwzgchq2).2(2在闭口、开口系均成立，应用于闭口系时，不存在推动功p1v1、p2v2，轴功wi要变为膨胀功w，iffCVWdmgzchdmgzchdEQ112112222222).3(开口、闭口系统；稳定、不稳定流动；可逆、不可逆过程。2020/6/2714第二章热力学第一定律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。三、换热器：q=△h=h2-h1工质与外界交换的热量主要用于改变其的焓值。四、管道：1/2（cf22－△cf12）=h1-h2工质的焓降用于增加其自身动能。五、节流：h1=h2节流前后工质的焓值保持不变。各章基本知识点2020/6/2715第三章气体和蒸汽的性质理想气体的概念：微观模型＋宏观解释＋现实应用微观模型：①分子是弹性、不具体积的质点，②分子间没有作用力。宏观解释：实际气体在p→0,v→∞时的极限状态，此时分子本身体积远小于其活动空间，内位能可以忽略。现实应用：工程中常用的氧气、氮气、空气、燃气等工质，在通常使用的温度、压力下都可作为理想气体处理。各章基本知识点2020/6/2716第三章气体和蒸汽的性质理想气体的状态方程式：各章基本知识点TRpvg气体常数，与状态无关，只与种类有关，J/(kg·K)gMRR令，则R是与理想气体的状态和种类都无关的普适恒量，称为摩尔气体常数（或通用气体常数）。因而有：0008.314510mgpVRMRJmolKT8.3145gJmolKRRMM2020/6/2717不同物量时状态方程的几种形式物质的量为n(mol)的气体gpvRTmpVRTgpVmRTpVnRT1kg气体1mol气体质量为m(kg)的气体R－通用气体常数(与气体种类无关)；Rg－气体常数(随气体种类变化)第三章气体和蒸汽的性质2020/6/2718理想气体的比热容•c:质量比热容、Cm:摩尔比热容、C’:容积比热容•各章基本知识点vvvvqdupdvucdTdTTpppvqdhvdphcdTdTT比定容热容比定压热容定义式，适用于任何工质cv和cp分别是状态参数u和h对T的偏导数，因此对于确定的过程，cv和cp也是状态参数2020/6/2719第三章气体和蒸汽的性质对于理想气体而言，热力学能u与焓h仅是温度的函数，理想气体的cp和cv也仅仅是温度的函数。cp和cv之差为气体常数Rg比值γ＝cp/cv称为比热容比(绝热指数)，非定值gvpRcc迈耶公式MvMpvpCCcc,,2020/6/2720比热应用的4种形式1真实比热容：2平均比热容3平均比热容直线关系式4定值比热容：给定、查表或按分子运动理论导出230123cTTT…2121020121|||ttttctctctt℃℃)(22121ttbactti2iCCR22iCR2iCm,Vm,pm,pm,V2020/6/2721第三章气体和蒸汽的性质VVppducdtcdTdhcdtcdTVVppducdtcdTdhcdtcdT理想气体内动能和焓只是温度的单值函数，与p、v无关对于理想气体，通常取0℃时的焓值为0。熵是描述热力系统混乱度的状态参数，与途径无关。Tqqdsfrev对于可逆过程，由于qf＝0，于是有Tqdsrev2020/6/2722第三章气体和蒸汽的性质1.水的相图和三相点；2.水定压加热汽化过程的图示；3.水蒸气表和图的熟悉和使用。各章基本知识点2020/6/2723第三章气体和蒸汽的性质当水的温度超过一定数值tc时，液相不可能存在，而只能是气相--临界状态各章基本知识点图7-1水的相图AB临界点气Ttp三相点固液0pTC2020/6/2724一点、二线、三区、五态各章基本知识点加热汽化过程在p－v图和T－s图上可归纳为：一点：临界点；二线：饱和水线和饱和蒸汽线；三区：过冷水区、湿蒸汽区及过热蒸汽区；五态：过冷水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽及过热蒸汽。pTa’’b’’c’’d’’e’’a’’b’’c’’d’’e’’abcdeabcdea’b’c’d’e’a’b‘c’d’e’饱和水线饱和水线饱和蒸汽线饱和蒸汽线临界点临界点pcr=22.064MPaTcr=647.14K2020/6/2725水蒸气图表各章基本知识点水蒸气是典型的非理想气体，勿用理想气体公式计算！水蒸气表和图的熟悉和使用。典型：给定饱和蒸气和饱和水的热力学参数，根据干度算出湿蒸气的热力学参数，再进行运算！当然，需要根据T、p判断状态。2020/6/2726情况一：已知（p,t）过热蒸气）出干度饱和状态或湿蒸气（给未饱和水)()()(pttxpttpttsss在湿蒸气区，p、t不是两个独立的变量，因此不能由p、t确定状态点。查饱和表得已知压力（或温度）下的饱和温度ts(p)（或饱和压力ps(t)）：2020/6/2727情况二：已知p（或t）及某一比参数y（v或s或h）：过热蒸气）湿蒸气（算出干度未饱和水yyxyyyyyyyyyx)()()(hhxhhssxssvvxvv查饱和表得已知压力（或温度）下的y’、y”：在湿蒸气区干度及其它参数的的计算：2020/6/2728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能量交换各章基本知识点V=Constant1212TTpp1212/ln/ln,,ppcTTcsTchTcuVVpVTRpvwgt0wTcuqV公式都只给出定比热容的形式，对于变比热容的情况，请自行变换。参照P101，注意k值也非定值。2020/6/2729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能量交换各章基本知识点p=Constant1212TTvv1212/ln/ln,,vvcTTcsTchTcuVVpV0twTRvpwgTchqp2020/6/2730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能量交换各章基本知识点T=Constant2112vvpp1221/ln/ln,0,0vvRppRshugg)()/ln()/ln(12211112ssTppvpvvTRqwwgt2020/6/2731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能量交换各章基本知识点0,,