熱工基礎(chǔ)各章總結(jié)及試題23頁

1、 第一章小結(jié)1、平衡狀態(tài)關(guān)于平衡狀態(tài)的定義、實現(xiàn)條件、以及平衡與均勻、平衡與穩(wěn)定的概念區(qū)別已在相應(yīng)章節(jié)中進(jìn)行了詳細(xì)敘述。平衡狀態(tài)具有確定的狀態(tài)參數(shù)，這是平衡狀態(tài)的特點。平衡狀態(tài)概念的提出，使整個系統(tǒng)可用一組統(tǒng)一的、并具有確定數(shù)值的狀態(tài)參數(shù)來描述其狀態(tài)，使熱力分析大為簡化，這也是工程熱力學(xué)只研究系統(tǒng)平衡狀態(tài)的原因所在。2、狀態(tài)參數(shù)及其性質(zhì)狀態(tài)參數(shù)是定量描述工質(zhì)狀態(tài)的狀態(tài)量。其性質(zhì)是狀態(tài)參數(shù)的變化量只取決于給定的初、終狀態(tài)，與變化過程的路徑無關(guān)。如果系統(tǒng)經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化又返回初態(tài)，其所有狀態(tài)參數(shù)的變化量為零。在學(xué)過第二章之后，可與過程量功量和熱量進(jìn)行對比，進(jìn)一步加深對狀態(tài)量的理解。3、準(zhǔn)平衡過程

2、準(zhǔn)平衡過程將“平衡”與“過程”這一對矛盾統(tǒng)一了起來。定義：由一系列連續(xù)的準(zhǔn)平衡態(tài)組成的過程稱為準(zhǔn)平衡過程，又稱準(zhǔn)靜態(tài)過程。實現(xiàn)條件：（1）推動過程進(jìn)行的勢差（壓差、溫差）無限?。唬?）馳豫時間短，即系統(tǒng)從不平衡到平衡的馳豫時間遠(yuǎn)小于過程進(jìn)行所用的時間。這樣系統(tǒng)在任意時刻都無限接近于平衡態(tài)。特點：系統(tǒng)內(nèi)外勢差足夠小，過程進(jìn)行得足夠慢，而熱力系恢復(fù)平衡的速度很快，所以工程上的大多數(shù)過程都可以作為準(zhǔn)平衡過程進(jìn)行分析。建立準(zhǔn)平衡過程概念的好處：(1) 可以用確定的狀態(tài)參數(shù)描述過程；（2）可以在參數(shù)坐標(biāo)圖上用一條連續(xù)曲線表示過程。4、可逆過程準(zhǔn)平衡過程概念的提出只是為了描述系統(tǒng)的熱力過程，但為了計算系統(tǒng)

3、與外界交換的功量和熱量，就必須引出可逆過程的概念。定義：過程能沿原路徑逆向進(jìn)行，并且系統(tǒng)與外界同時返回原態(tài)而不留下任何變化。實現(xiàn)條件：在滿足準(zhǔn)平衡過程條件下，還要求過程中無任何耗散效應(yīng)（通過摩擦、電阻、磁阻等使功變?yōu)闊岬男?yīng)）建立可逆過程概念的好處：(1) 由于可逆過程系統(tǒng)內(nèi)外的勢差無限小，可以認(rèn)為系統(tǒng)內(nèi)部的壓力、溫度與外界近似相等，因此可以用系統(tǒng)內(nèi)的參數(shù)代替復(fù)雜、未知的外界參數(shù)，從而簡化問題，使實際過程的計算成為可能，即先把實際過程當(dāng)作可逆過程進(jìn)行分析計算，然后再用由實驗得出的經(jīng)驗系數(shù)加以修正；（2）由于可逆過程是沒有任何能量損失的理想過程，因此，它給出了熱力設(shè)備和裝置能量轉(zhuǎn)換的理想極限，為

4、實際過程的改善指明了方向。上述概念的引出體現(xiàn)了熱力學(xué)研究問題和處理問題的方法，是熱力學(xué)中重要的概念，希望深刻理解這些概念，為后面章節(jié)的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，同時從中學(xué)習(xí)對實際問題進(jìn)行分析簡化的方法。第二章小結(jié)1、熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)就是能量守恒。表明當(dāng)熱能與其他形式的能量相互轉(zhuǎn)換時，能的總量保持不變。2、儲存能系統(tǒng)儲存的能量稱為儲存能，包括內(nèi)部儲存能和外部儲存能。（1）內(nèi)部儲存能熱力學(xué)能它與系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)粒子的微觀運動和粒子的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)。應(yīng)牢牢記住熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)。在簡單可壓縮系中，不涉及化學(xué)反應(yīng)、核反應(yīng)和電磁場作用，可認(rèn)為工質(zhì)的熱力學(xué)能僅包括分子的內(nèi)動能和內(nèi)位能。分子的內(nèi)動能與工

5、質(zhì)的溫度有關(guān)，溫度越高，分子的內(nèi)動能越大；分子的內(nèi)位能與工質(zhì)的比容有關(guān)，比容越大，分子的內(nèi)位能越小。理想氣體遠(yuǎn)離液態(tài)點，分子間距（比容）較大，分子的內(nèi)位能忽略不計，其熱力學(xué)能僅包括分子的內(nèi)動能，因此，理想氣體的熱力學(xué)能是溫度的單值函數(shù)。（2）外部儲存能外部儲存能是系統(tǒng)整體相對于外界參考坐標(biāo)系的宏觀能量，包括系統(tǒng)整體作宏觀運動時的宏觀動能和1 相對于外界參考基準(zhǔn)點的重力位能。（3）系統(tǒng)的總儲存能（簡稱總能）系統(tǒng)的總儲存能為熱力學(xué)能、宏觀動能和重力位能的總和。3、轉(zhuǎn)移能功量和熱量功量和熱量是系統(tǒng)與外界交換的能量，其大小與系統(tǒng)的狀態(tài)無關(guān)，而是與傳遞能量時所經(jīng)歷的具體過程有關(guān)。所以功量和熱量不是狀態(tài)參

6、數(shù)，而是與過程特征有關(guān)的過程量，稱為轉(zhuǎn)移能或遷移能。4、閉口系能量方程熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于（靜止的）閉口系時的能量關(guān)系式即為閉口系能量方程。其表達(dá)式有以下幾種形式，它們的使用條件不同：（1） q = u + w（2） q = u +（3） q = c T +或Q = U +W（適用條件：任意工質(zhì)、任意過程）（適用條件：任意工質(zhì)、可逆過程）（適用條件：理想氣體、可逆過程）pdV2pdv或Q = U + 1 pdV2pdv或Q = mc T +VV15、穩(wěn)流系能量方程熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于穩(wěn)流系時的能量關(guān)系式即為穩(wěn)流系能量方程。其表達(dá)式也有以下幾種形式，它們的使用條件也不同：（1） q = h +

7、wt（2） q = h vdp（3） q = c T vdp或Q = H +Wt（適用條件：任意工質(zhì)、任意過程）（適用條件：任意工質(zhì)、可逆過程）（適用條件：理想氣體、可逆過程）Vdp2或Q = H 1Vdp2或Q = mc T pp16、穩(wěn)定流動過程中幾種功量的關(guān)系在穩(wěn)流系中，隱含的膨脹功等于流動功和技術(shù)功之和，即w = (pv) + 1 c 2+ gz + ws = w + wt2f其中，技術(shù)功為出口與進(jìn)口處的動能差、位能差和軸功之和，即w = 1 c+ gz + ws2t27、焓的定義及其物理意義焓是在研究流動能量方程時，為工程應(yīng)用方便而引出的一個狀態(tài)參數(shù)。由于在流動過程中，工質(zhì)必定攜帶的

8、能量除熱力學(xué)能 U外，還有推動功（推進(jìn)功）pV，所以為工程應(yīng)用方便起見，把二者組合為焓 H，所以說焓是流動工質(zhì)攜帶的基本能量，或者說是流動工質(zhì)所攜帶的總能量中與熱力狀態(tài)有關(guān)的那部分能量。焓的定義式為H =U + pV或h = u + pv焓作為一個宏觀存在的狀態(tài)參數(shù)，在開口系和閉口系中都存在，但在分析開口系時的作用更大。在分析閉口系統(tǒng)時，通常使用熱力學(xué)能參數(shù)，只是在分析閉口系的定壓過程時，焓可以表示閉口系在定壓過程中與外界交換的熱量，此時焓具有特殊作用。不必太深究焓的物理意義，只要能熟練掌握焓的計算即可。關(guān)于焓的計算將在第三章學(xué)習(xí)。焓的物理意義可簡單總結(jié)如下：（1）對非流動工質(zhì)，焓僅是狀態(tài)參數(shù)

9、。（2）對流動工質(zhì)，焓既是狀態(tài)參數(shù)，也是工質(zhì)流動時攜帶的取決于熱力狀態(tài)的那部分能量（或基本能量）。理想氣體的焓和熱力學(xué)能一樣，也僅是溫度的單值函數(shù)。第三章小結(jié)2 1、理想氣體的熱力性質(zhì)（1）理想氣體的狀態(tài)方程狀態(tài)方程不是難點，但卻是本章的重點。應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程時，應(yīng)注意以下幾點：狀態(tài)方程（3.1）反映的是同一平衡狀態(tài)下基本狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，只能用于同一平衡狀態(tài)，不能用于過程計算。注意不要把狀態(tài)方程和過程方程混淆。公式中的壓力為絕對壓力，溫度為絕對溫度狀態(tài)方程（3.1a）（3.1d）是針對不同物量單位的表達(dá)形式，使用時注意各物理量的單位與氣體常數(shù) R 或通用氣體常數(shù) R協(xié)調(diào)一致。g（2）比

10、熱容學(xué)習(xí)比熱容時應(yīng)注意以下幾點：容積比熱容 c的單位為：J/(NmK)，其物量單位必須是標(biāo)準(zhǔn)立方米（Nm），即氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀3 3態(tài)時的體（容）積，這是因為氣體在不同狀態(tài)時的體積不同， 1kmol理想氣體也只是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時才具有22.4 m3的容積。計算時必須注意非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時的容積與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下容積的換算，如例 3.1。在查取平均比熱容表時，首先應(yīng)注意是哪種比熱容，如教材附表 2是平均定壓質(zhì)量比熱容，其他比熱容可利用它們之間的換算公式計算，如例 3.2。平均比熱容表的自變量是攝氏溫標(biāo)，千萬不要將 t化為 T。如果所查取的溫度值沒有列出，如要查 150 C 時的平均定壓質(zhì)量比熱容，可在附表 2中利用

11、 100 C和 200 C的比熱容用線性內(nèi)插法求得。（3）理想氣體熱力學(xué)能、焓和熵的計算首先要牢記理想氣體的熱力學(xué)能和焓僅是溫度的函數(shù)，而熵則與 2個獨立的基本狀態(tài)參數(shù)有關(guān)。利用定值比熱容計算理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵是本章的重點之一，需熟練掌握。應(yīng)當(dāng)注意：盡管計算公式是利用可逆過程的公式推導(dǎo)得到，但由于熱力學(xué)能、焓和熵都是狀態(tài)參數(shù)，其計算公式適用于理想氣體的任意過程。2、理想氣體的熱力過程在本章的學(xué)習(xí)中，同學(xué)們很容易產(chǎn)生公式太多，難以記憶的感覺，為了便于公式的查取，各種過程的計算公式已列于表 3.2。但是，如何記憶和運用這些公式仍是一個難點，為此進(jìn)行以下分析，以幫助大家理解性地記憶和靈活運用

12、這些公式。（1）4種基本熱力過程及多變過程的特點和過程方程首先要理解過程方程描述的是過程的特點，即整個過程遵循相應(yīng)的過程方程的規(guī)律變化。4種基本熱力過程的特點是定容、定壓、定溫和定熵，也就是說這 4種過程中總有一個狀態(tài)參數(shù)保持不變；對于多變過程，則過程中所有的狀態(tài)參數(shù)都在變。關(guān)于過程方程，應(yīng)記住基本方程 pv = const，可認(rèn)為理想氣體n在可逆過程中都遵循該關(guān)系式。多變指數(shù) n的取值范圍為從 0 +之間的任一實數(shù)，所以該過程方程適用于所有的可逆過程。而 4種基本熱力過程則是所有可逆多變過程中的幾個特例，根據(jù)過程特點分別為定容過程：n=，定壓過程：n=0，定溫過程：n=1，定熵過程：n=，所

13、以 4種基本熱力過程的過程方程不需要死記硬背就可以推出。（2）過程中任意兩狀態(tài)間 p、v、T參數(shù)之間的關(guān)系由克拉貝龍方程p v1 = p2vp3v3= L = RgT312=T1T2可以很容易地推得定容、定壓和定溫過程中任意兩狀態(tài)間 p、v、T參數(shù)之間的關(guān)系式。而對于多變過程和定熵過程，可以利用其狀態(tài)方程和過程方程聯(lián)立求出，也無需死記硬背。而且多變過程與定熵過程狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系式結(jié)構(gòu)相同，只是多變指數(shù)不同，所以推出一個就可得出另一個。（3）過程中系統(tǒng)與外界交換的功量和熱量1功量對于定容和定壓過程，選用以下可逆過程的基本積分式計算功量很方便，即3 2pdv容積功：w =12技術(shù)功： w = t

14、vdp1顯然，定容過程： w = 0， w = v(p p ) = vpt12定壓過程：w = p(v v ) = pv，w = 0t21定容過程容積功為零，定壓過程技術(shù)功為零，可作為一種概念牢記，根本不必計算。對于定溫過程，仍可以用可逆過程的基本積分式計算功量，只需利用理想氣體狀態(tài)方程將 p化為 v的函數(shù)形式計算 w，或?qū)?v化為 p的函數(shù)形式計算 w。如下所示：t22R Tdv = R T ln = R T ln p1v2pdv =gw =gg 1 1vv1dp = R T ln p1 = R T ln v2v1p222R Tgw = vdp = 1tgg 1pp2比較以上兩式，有 ww，

15、即定溫過程的容積功等于技術(shù)功。t定溫過程計算功量的另一種方法是利用能量方程式，結(jié)合閉口系和穩(wěn)流系的能量方程式，可進(jìn)一步得出 wwq。因此，對可逆等溫過程，利用下式計算功量更方便。tv2p12ww q = Tds = Ts =TR ln =TRgtgv1p21定溫過程的容積功、技術(shù)功、以及換熱量均相等，只需求出一個即可。對于絕熱過程，利用能量方程式計算功量較方便，即。Rgw = u = c (T T ) = 1(T T2)V121Rgw = h = c (T T ) =(T T ) = wtp1212 1注意：以上兩式對可逆絕熱（定熵）和不可逆絕熱過程都適用，這是由于在 q=0的條件下，容積功等

16、于狀態(tài)參數(shù)熱力學(xué)能的變化量，技術(shù)功等于狀態(tài)參數(shù)焓的變化量，而狀態(tài)參數(shù)與過程是否可逆無關(guān)。當(dāng)然，如果可逆絕熱和不可逆絕熱過程的初始狀態(tài)相同，那么它們的終了狀態(tài)一定不同，實際計算出的 w和 wt也不同。所以只是 w和 w的計算表達(dá)式相同。t對于多變過程，其功量計算公式同定熵過程結(jié)構(gòu)相同，只需將公式中的換成 n即可，即與公式（3.51）和（3.52）相同，因此，利用絕熱過程求出功量計算公式后再用 n代替的方法得到多變過程功量計算公式，是一種捷徑。具體公式在此不再列出。除定容過程外，各種過程的技術(shù)功都是容積功的 n倍，即 wnw，因此，只要計算出其中一個，t另一個也就很容易得到。2熱量對于定容和定壓過

17、程，選用以下公式計算熱量很方便，即2q = c dTp1定容過程：定壓過程：q = c (T T ) = c TV 2 1 Vq = c (T T ) = c Tp21p對于定溫過程，則選用以下公式計算熱量很方便，即v2p12q = 1Tds = Ts =TR ln =TRggv1p2對于絕熱過程，直接有：q0對于多變過程，可利用能量方程計算熱量，即4 RgRgq = u + w = c (T T ) +(T T ) = c (T T1)2V2121V1nn 1利用邁耶公式c = c + R 及 c /c = ，可得pVgpVq = n cV (T T1)2n 1以上分別針對各種不同過程，給出

18、了計算功量和熱量的簡便方式及其相應(yīng)的公式，并對各公式的來歷和推導(dǎo)過程進(jìn)行了分析，說明表 3.2中的許多公式無需死記硬背，而只需記住重要的基本概念和幾個重要的基本公式即可。（4）4種基本熱力過程及多變過程在 p-v圖、T-s圖上的表示及特點過程線在 p-v圖和 T-s圖上的分布規(guī)律：1）基本過程線是區(qū)域的分界線；2）以定容線為界分為 2個區(qū)域，n沿順時針方向從0。此部分內(nèi)容對分析過程非常重要，需要較好地掌握。建議詳細(xì)閱讀教材相關(guān)章節(jié)，具體內(nèi)容在此不再重復(fù)。第四章小結(jié)1、熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)熱力過程只能朝著能量品質(zhì)不變（可逆過程）或能量品質(zhì)降低的方向進(jìn)行。一切自發(fā)過程的能量品質(zhì)總是降低的，因此可以

19、自發(fā)進(jìn)行，而自發(fā)過程的逆過程是能量品質(zhì)升高的過程，不能自發(fā)進(jìn)行，必須有一個能量品質(zhì)降低的過程作為補(bǔ)償條件才能進(jìn)行，總效果是能量品質(zhì)不變或降低。熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式可歸納為以下幾種：（1）卡諾定理ttc , c , cQ0（2）克勞修斯積分不等式TrQ = dSfdS（3）由克勞修斯積分不等式推出（4）熵方程TrQ+ S = S + Sgg fTrSiso = S0S =（5）孤立系熵增原理g上述 5式是等效的，只是表達(dá)形式不同，因此適用的對象也不同。（1）、（2）式適用于任何循環(huán)；（3）、（4）式適用于任何過程；（5）式適用于孤立系或閉口絕熱系和穩(wěn)流絕熱系的任何循環(huán)和過程。2、熱力學(xué)第二

20、定律的應(yīng)用（1）判斷過程或循環(huán)能否進(jìn)行，如能進(jìn)行，是否可逆因為過程或循環(huán)必須同時滿足熱力學(xué)第一、二定律才能進(jìn)行，所以通常在給定條件下，先判斷是否滿足熱力學(xué)第二定律，然后再利用熱力學(xué)第一定律（能量方程）進(jìn)行計算。判斷循環(huán)有三種方法，詳見例 4.5。判斷過程可用上述（2）、（4）式。孤立系熵增原理既可用于循環(huán)，也可用于過程，可重點掌握。對于非孤立系過程方向性的判斷，可將存在相互作用關(guān)系的物體一起構(gòu)成孤立系，然后再利用孤立系熵增原理。如例 4.4、4.5。對穩(wěn)流絕熱系，也可用如例 4.6的方法計算出口相對于進(jìn)口的熵增，從而判斷過程能否進(jìn)行及是否可逆。（2）證明某過程不可逆證明某過程不可逆的本質(zhì)與應(yīng)用

21、（1）相同，只是提出問題的角度不同。由熵方程可知，只要能證明某過程的熵產(chǎn)大于零，即可證明該過程不可逆。3、不同循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是反映能量有效利用程度的一個指標(biāo)，不同的循環(huán)，目的不同，所以經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的計算方式也不同。但其定義式可統(tǒng)一表示為5 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)=獲得的好處/付出的代價理解了上述經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的定義，便可很容易地記憶不同循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)并進(jìn)行計算。4、卡諾循環(huán)、卡諾定理及其意義卡諾循環(huán)是為方便熱力循環(huán)分析而提出的一種循環(huán)，實際上無法實現(xiàn)，但是利用卡諾循環(huán)分析得到的提高循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的方法卻具有普遍實用意義?？ㄖZ定理提供了兩個熱源間循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的最高界限，給一切循環(huán)確定了一個判斷其熱、功轉(zhuǎn)換

22、完善程度的基礎(chǔ)，因而具有普遍的指導(dǎo)意義。而且利用卡諾定理可判斷循環(huán)是否可以進(jìn)行以及是否可逆。5、熵流、熵產(chǎn)和熵方程學(xué)習(xí)熵流、熵產(chǎn)的定義和熵方程，有助于更深刻地理解熵的概念，進(jìn)一步說明了為什么總強(qiáng)調(diào)只有可逆絕熱過程才是定熵過程，而不可逆絕熱過程熵必增加的道理。特別要注意的是：盡管可逆過程的熵變等于熵流，但熵流不是狀態(tài)參數(shù)，只有熵才是狀態(tài)參數(shù)。當(dāng)然，熵產(chǎn)也不是狀態(tài)參數(shù)。6、熵變計算公式的分析和應(yīng)用熵是非常重要的狀態(tài)參數(shù)，由可逆過程熵的定義式，得可逆過程熵變的基本計算公式為QTS =上式可用于任意物質(zhì)熵變的計算。但針對不同的工質(zhì)，在結(jié)合該種工質(zhì)熱力性質(zhì)的條件下，所推出的熵變計算公式不同，為便于大家掌

23、握和靈活應(yīng)用熵變的計算方法，現(xiàn)將幾種常見情況的熵變計算公式總結(jié)如下：（1）理想氣體熵變的計算理想氣體熵變的計算可利用第三章第三節(jié)推出的（3.21）、（3.22）和（3.23）式（即表 3.2中熵變的計算公式）進(jìn)行計算，這些公式都是利用上面熵變的基本計算公式、熱力學(xué)第一定律和理想氣體的熱力性質(zhì)推出的，此處不再贅述。（2）固體或液體熵變的計算對固體或液體，一般情況下，cc c，則其可逆過程熵變的計算公式同樣由上述基本計算公式推出pV為（3.24）式（見第三章第三節(jié)），即QmcdTT= mc ln T2T2S =T11如果是等溫過程，T為常數(shù)，不能再用上式計算，其熵變?yōu)镼 =1QT2S =Q =1T

24、T（3）熱源的熵變計算熱源是給工質(zhì)提供熱量，或接受工質(zhì)排出熱量的物體，越過其邊界的所有能量都是熱量。通常在對循環(huán)進(jìn)行分析計算時，將高溫?zé)嵩?、低溫?zé)嵩醇肮べ|(zhì)一起選作孤立系，因此需對孤立系中各子系統(tǒng)進(jìn)行熵變計算。如果是變溫?zé)嵩?，即熱源在吸熱或放熱時，溫度隨之變化，熱源熵變的計算公式為QS =Tr式中 T為熱源溫度，實際計算時根據(jù)具體熱源的情況積分。r如果是恒溫?zé)嵩矗琓 =常數(shù)，熱源的熵變?yōu)閞QS =Tr注意：上述熵變的計算公式都是利用可逆過程推出的，但由于熵是狀態(tài)參數(shù)，所以同樣可用于任意過程熵變的計算。（4）實際氣體（蒸氣）熵變的計算6 實際氣體熵變的計算不能用理想氣體熵變的計算公式，工程上通常是

25、利用其已知狀態(tài)參數(shù)，查相應(yīng)工質(zhì)的熱力性質(zhì)圖表得到初、終狀態(tài)的熵（實際氣體熱力學(xué)能和焓的求取方法同熵），從而得到熵的變化值。具體方法將在第五章講述。7、做功能力（）和做功能力損失（損失）的概念及其計算）的概念及其計算（1）做功能力（熱力學(xué)第二定律說明能量不僅有數(shù)量的多少，還有品質(zhì)的高低。做功能力（）正是一個可單獨評價能量品質(zhì)的物理量。不同形式能量的做功能力（）計算不同，本教材重點介紹了與熱功轉(zhuǎn)換密切相關(guān)的熱力學(xué)能 、熱量和焓。 熱力學(xué)能是閉口系工質(zhì)的做功能力，其定義為：閉口系從任一給定狀態(tài) 1以可逆方式變化到環(huán)境狀熱力學(xué)能態(tài)，并且只與環(huán)境交換熱量時，所能做出的最大有用功。熱力學(xué)能的計算式為Ex,

26、 U = (U U ) T (S S ) + p (V V0)1001001相應(yīng)的是指該能量中不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰浚?的計算式為An, U =U +T (S S ) p (V V0)001001在一定的環(huán)境條件下，熱力學(xué)能數(shù)。由以上兩式，可推得和只與系統(tǒng)的初態(tài)有關(guān)，因此，熱力學(xué)能和 也可作為狀態(tài)參Ex, U =U An1或E =U1所以，熱力學(xué)能也可看做是系統(tǒng)給定狀態(tài)的熱力學(xué)能減去 ，即閉口系工質(zhì)只與環(huán)境交換熱量時，所含有的能量就是熱力學(xué)能，熱力學(xué)能中可以轉(zhuǎn)換為最大有用功的限度就是熱力學(xué)能。如果閉口系從狀態(tài) 1變化到狀態(tài) 2（不是環(huán)境狀態(tài)），系統(tǒng)所能做出的最大有用功等于這兩個狀態(tài)的熱力

27、學(xué)能差，其大小只與 1、2狀態(tài)有關(guān)，該最大有用功的計算式為We,max = EX,U = EX,U,1 EX,U,2 = (U U ) T (S S ) + p (V V2)1201201 熱量系統(tǒng)所傳遞的熱量在給定環(huán)境條件下，以可逆方式所能做出的最大有用功稱為該熱量的。熱量的計算式為T Q = Q T SEx,Q=10Q = Q T00T T該熱量中不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ牟糠址Q為熱量的，熱量 的計算式為Q= T S0TAn, Q = Q Ex, Q = T0相同數(shù)量的熱量，在不同溫度下，具有不同的熱量。熱量的溫度越高，熱量的品質(zhì)越高，其熱量越大。注意熱量與熱量一樣是過程量，不是狀態(tài)量。焓焓是穩(wěn)流

28、系工質(zhì)的做功能力，其定義為：在忽略穩(wěn)流系工質(zhì)宏觀動、位能差的條件下，穩(wěn)定流動工質(zhì)從任一給定狀態(tài) 1（進(jìn)口狀態(tài)）以可逆方式變化到環(huán)境狀態(tài)，并且只與環(huán)境交換熱量時，所能做出的最大有用功（技術(shù)功）。穩(wěn)流系焓的計算式為Ex, H = (H H ) T (S S0)1001同樣，焓又可理解為是系統(tǒng)初態(tài)與環(huán)境狀態(tài)的焓差減去放給環(huán)境的熱量。相應(yīng)的為An, H = H Ex, H = H +T (S S0 )1001穩(wěn)流系統(tǒng)的做功能力（即焓）和也是狀態(tài)參數(shù)。同樣，對穩(wěn)流系統(tǒng)工質(zhì)可推得E = H17 說明穩(wěn)流系統(tǒng)工質(zhì)在進(jìn)口處所具有的能量就是焓 H，H 中可以轉(zhuǎn)換為最大有用功的限度就是焓。11兩個狀態(tài)之間的最大有

29、用功（焓差）只取決于初、終態(tài)，與路徑和方法無關(guān)，即Ex, H = (H H ) T (S S2)1201（2）做功能力損失（損失）的概念及其計算由于過程不可逆使工質(zhì)本來具有的做功能力減少的部分稱為做功能力損失。無論是開口系還是閉口系，無論是何種不可逆因素，無論是何種工質(zhì)、何種狀態(tài)，其做功能力損失都可用下式計算。即I = T Sg0所以，上式可用于任意系統(tǒng)、任意工質(zhì)、任意過程、任意初、終態(tài)間做功能力損失的計算。第五章小結(jié)1、水蒸氣的 p-v圖和 T-s圖熟悉水蒸氣的 p-v圖和 T-s圖上所謂的“一點、兩線、三區(qū)、五態(tài)”，能根據(jù)工質(zhì)在圖上的位置確定其狀態(tài)，以及不同壓力下水蒸氣定壓發(fā)生過程的特點及

30、變化規(guī)律（見本章第一節(jié)）。2、確定蒸氣狀態(tài)參數(shù)的獨立變量（1）未飽和液體和過熱蒸氣由于未飽和液體和過熱蒸氣分別處于單相區(qū)，所以狀態(tài)參數(shù) p、t、v、s、h中，只要任意給定兩個獨立參數(shù)，其他參數(shù)就確定了。通常獨立變量取 p和 t。（2）飽和液體和干飽和蒸氣飽和液體和干飽和蒸氣同樣為單相物質(zhì)，而且處于飽和狀態(tài)，其壓力和溫度不再是獨立變量，而是一一對應(yīng)的一對參數(shù)。只要知道其中一個，另一個就唯一確定，而且其他狀態(tài)參數(shù) v、s、h也唯一確定，因此，飽和液體和干飽和蒸氣只有一個獨立的狀態(tài)參數(shù)，通常獨立變量取 p或 t。（3）濕（飽和）蒸氣濕（飽和）蒸氣處于兩相區(qū)，其壓力和溫度為飽和壓力和飽和溫度，二者一一

31、對應(yīng)，只有一個為獨立狀態(tài)參數(shù)，但其他狀態(tài)參數(shù) v、s、h與濕蒸氣的干度 x（或濕度，多用干度）有關(guān)，所以，濕蒸氣的獨立狀態(tài)參數(shù)也是兩個，即壓力和干度（或溫度和干度）。3、水蒸氣熱力性質(zhì)圖表的應(yīng)用（1）確定蒸氣的狀態(tài)參數(shù)如果工質(zhì)的狀態(tài)是未知的，在確定蒸氣的狀態(tài)參數(shù)之前，首先應(yīng)先查飽和水和干飽和蒸氣表（附表 4或附表 5）確定其所處的狀態(tài)，然后再根據(jù)所處狀態(tài)查相應(yīng)的表確定蒸氣的狀態(tài)參數(shù)。（2）蒸氣熱力過程的分析計算蒸氣熱力過程分析計算的一般步驟：首先在 h-s圖上根據(jù)已知參數(shù)找出初態(tài)點 1，并利用圖表確定該狀態(tài)的所有其他狀態(tài)參數(shù)；然后過 1點沿過程特征（等參數(shù)線）找到與已知終態(tài)參數(shù)線的交點，該交點

32、即為終態(tài)點 2，確定終態(tài)所有的狀態(tài)參數(shù)之后，便可利用能量方程進(jìn)行過程功量與熱量的計算。第六章小結(jié)1、濕空氣的概念及其狀態(tài)參數(shù)(1)濕空氣的概念及其獨立狀態(tài)參數(shù)的個數(shù)濕空氣是由干空氣和水蒸氣組成的理想氣體混合物。濕空氣可分為飽和（濕）空氣和未飽和（濕）空氣。飽和（濕）空氣中水蒸氣的含量為 t對應(yīng)的最大飽和量，只需要 2個獨立的狀態(tài)參數(shù)就可確定其狀態(tài)。由于濕空氣的壓力 p和溫度 t可直接測得，故常用 p和 t作為狀態(tài)參數(shù)。未飽和（濕）空氣中水蒸氣的含量是變化的。所以除 p和 t外，還需 p、t 、t 以及 h中vDvw的任意一個參數(shù)確定濕空氣中水蒸氣含量的多少，即需要 3個獨立的狀態(tài)參數(shù)。除 p、

33、t外，t 和 t 可直接Dw測量，其余為不可測參數(shù)，只能間接獲得。（2）濕空氣狀態(tài)參數(shù)的定義及計算理解 p、t、p、p、t 、t 、h等各參數(shù)的定義及相互之間的關(guān)系；s v D v w8 會利用水蒸氣圖表和濕空氣的濕度圖（-t圖）查取或利用公式計算各參數(shù)。第七章小結(jié)學(xué)習(xí)本章的最終目的是能根據(jù)具體情況正確進(jìn)行噴管的設(shè)計和校核計算，重點內(nèi)容包括：噴管選型；出口流速、流量的計算。二、難點突破1、漸縮噴管的出口壓力 p2(1) 如果是按照噴管選型原則（最節(jié)能原則）確定的漸縮噴管，該漸縮噴管就在設(shè)計工況下工作，若pb / p ，其出口壓力 pp p ；若 p / p = ，其出口壓力 pp = p ；0

34、2bb02bcrcrcrcr(2) 如果漸縮噴管不滿足選型原則，即使用不恰當(dāng)，或者說在應(yīng)該選用縮放噴管的情況下（p / p ）b1cr使用漸縮噴管，由于漸縮噴管最多只能膨脹到臨界狀態(tài)，所以出口壓力 pp p。這種情況下大于背壓2crbpb的那部分壓力降因未能得到利用就損失掉了?？偨Y(jié)：漸縮噴管的出口壓力總是等于 p 和 p 中的較大者，即 p = p，p max?；蛘哒f出口壓力不可bcr2bcr能降到臨界壓力以下，即 pp 。2cr2、漸縮噴管的出口流速 c2漸縮噴管最多只能膨脹到臨界狀態(tài)，此時 pp ，c =c ；否則，pp ，c c 。所以漸縮噴管的出口2cr2cr2cr2cr流速 cc 。

35、2cr3、漸縮噴管的流量 qm漸縮噴管的流量 q 隨 p / p 的降低而增大，在進(jìn)口狀態(tài)一定的條件下，q 隨 p 的降低而增大，當(dāng) p = pcrmb0mbb時，q =qm,max。所以漸縮噴管的流量 q qm,max。mm4、縮放噴管縮放噴管可以將氣流從亞音速一直加速到超音速，pp 1040.659106計算知管內(nèi)為紊流，應(yīng)選用公式（10.20），由附表 10查得其他物性參數(shù)如下： = 0.634 W/(m K) , Pr = 4.31, = 6.54104 kg/(m s), = 3.15104 kg/(m s)fffw0.110.11 6.541043.15104由題意知：本題屬于加熱

36、液體，t = 90 C，wct = f= =1.0837w又因為管道為長直管，故 c =1，c =1，將上述所有參數(shù)代入式（10.20）lRNu = 0.023Ref0.8 Prf0.4 ctc c = 0.023 606890.8 4.310.4 1.0837 = 299.858fl Rf299.858 0.634 = 9505.5W/(m2 K)=h = Nuf L0.02第十一章小結(jié)1、熱輻射的基本概念（1）熱輻射的本質(zhì)和特點本質(zhì)：熱輻射是輻射的一部分. 是由于物體自身溫度或熱運動的原因而激發(fā)產(chǎn)生的電磁波，具有顯著的熱效應(yīng)。特點（與導(dǎo)熱和對流相比的不同）：不依靠物質(zhì)的接觸（無論有無介質(zhì)、

37、相隔多遠(yuǎn)）;從發(fā)射表面到接收表面輻射傳熱伴隨著能量形式的兩次轉(zhuǎn)化；只要物體的溫度 T0 K，就能不斷向外輻射熱量。因此低溫物體也能向高溫物體輻射熱量。（2）吸收比（率）、反射比（率）和透射比（率）物體對外界輻射來的熱量具有吸收、反射和透射的能力。分別用吸收比、反射比和透射比反映物體相應(yīng)能力的大小。黑體（=1）、白體（=1）和透明體（=1）都是假想的理想物體。（3）輻射力和有效輻射輻射力 E 單位時間內(nèi)、單位輻射面積向其上半球空間所發(fā)射的全波長的輻射能總量(能流密度)有效輻射 J單位時間離開單位表面的總輻射能。包括自身輻射的能量和反射輻射能量。2、熱輻射的基本定律熱輻射的基本定律：斯蒂芬-波爾茲

38、曼定律、普朗克定律、維恩位移定律和基爾霍夫定律。其中，斯蒂芬-波爾茲曼定律又稱四次方定律，它給出了黑體輻射力 E 與溫度的關(guān)系；普朗克定律則揭示了黑體的b單色輻射力與波長和溫度的關(guān)系，它反映了熱輻射的光譜特性；維恩位移定律則是從普朗克定律導(dǎo)出的，它給出了光譜輻射力達(dá)到最大時波長與絕對溫度的關(guān)系；基爾霍夫定律則揭示了實際物體（工程溫度以下的漫灰表面）發(fā)射率（黑度）與吸收率相等的關(guān)系。特別注意基爾霍夫定律的適用條件是工程溫度以下的漫灰表面，如對于太陽輻射，實際物體的黑度和吸收率不相等。3、角系數(shù)（1）定義表面 1發(fā)出的輻射能中落到表面 2上的能量與表面 1發(fā)出的總輻射能的比值稱為表面 1對表面 2的角系數(shù)，記為 X1, 2。同理也可定義表面 2對表面 1的角系數(shù) X2, 1。在兩個漫灰表面溫度均勻、發(fā)射率均勻、反射率均勻、投射輻射也均勻的條件下，角系數(shù)為一個純幾何參數(shù)，它僅與物體的形狀、大小、距離和位置有關(guān)。（2）特性相對性（又稱互換性）；完整性和分解性。（3）確定方法：角系數(shù)可利用角系數(shù)定義直接判斷，也可用積分法、查曲線圖、或代數(shù)法（利用角系數(shù)特性和已知角12 系數(shù)求解）等方式獲得，要求重點掌握利用角系數(shù)定義直接判斷、查曲線圖和代數(shù)法。4