化工熱力學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)

1、第一章、緒論一、化工熱力學(xué)的目的和任務(wù)通過一定的理論方法，從容易測量的性質(zhì)推測難測量的性質(zhì)、 從有限的實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)獲得更系統(tǒng)的物性的信息具有重要的理論和實(shí)際意義?；崃W(xué)就是運(yùn)用經(jīng)典熱力學(xué)的原理， 結(jié)合反映系統(tǒng)特征的模型，解決工 業(yè)過程(特別是化工過程)中熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算和預(yù)測、相平衡和化學(xué)平衡計(jì)算、 能量的有效利用等實(shí)際問題。二、1-2化工熱力學(xué)與物理化學(xué)的關(guān)系化工熱力學(xué)與物理化學(xué)關(guān)系密切，物理化學(xué)的熱力學(xué)部分已經(jīng)介紹了經(jīng)典熱力學(xué) 的基本原理和理想系統(tǒng)(如理想氣體和理想溶液等)的模型，化工熱力學(xué)將在此 基礎(chǔ)上，將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到更接近實(shí)際的系統(tǒng)。三、熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算的一般方法(1) 基于相律分析系統(tǒng)

2、的獨(dú)立變量和從屬變量；(2) 由經(jīng)典熱力學(xué)原理得到普遍化關(guān)系式。特別是將熱力學(xué)性質(zhì)與能容易測量的 p、V、T及組成性質(zhì)和理想氣體等壓熱容 聯(lián)系起來；(3) 引入表達(dá)系統(tǒng)特性的模型，如狀態(tài)方程或活度系數(shù)；(4) 數(shù)學(xué)求解。第2章流體的P-V-T關(guān)系1. 掌握狀態(tài)方程式和用三參數(shù)對應(yīng)態(tài)原理計(jì)算 PVT性質(zhì)的方法。2. 了解偏心因子的概念，掌握有關(guān)圖表及計(jì)算方法。1. 狀態(tài)方程：在題意要求時(shí)使用該法。 范德華方程：常用于公式證明和推導(dǎo)中。 R K方程： 維里方程：2. 普遍化法：使用條件：在不清楚用何種狀態(tài)方程的情況下使用三參數(shù)法： 普遍化壓縮因子法 普遍化第二維里系數(shù)法3、Redlich-Kwon

3、g( RK)方程3 P£P.3、Soave ( SRK)方程4、Peng-Robinson (PR)方程RTv-b4、Peng-Robinson (PR)方程RT4、Peng-Robinson (PR)方程RTr2t 2a =0.45724Tr巳5778罟4、Peng-Robinson (PR)方程RT§-5高次型狀態(tài)方程4、Peng-Robinson (PR)方程RT4、Peng-Robinson (PR)方程RT5、virial 方程virial方程分為密度4、Peng-Robinson (PR)方程RT4、Peng-Robinson (PR)方程RT和壓力型：2 =

4、1+護(hù)+第3章純物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)1、熱力學(xué)性質(zhì)間的關(guān)系dU =TdS - pdVH=U+PVdHTdS VdA=U-TSd A- - Sd T p d VG=H-TSMaxwell關(guān)系式d G= - Sd T Vd p4、Peng-Robinson (PR)方程RT4、Peng-Robinson (PR)方程RTW JsV匕卩慮一1鈿丿p一遼V.ZT轉(zhuǎn)換公式:3.2計(jì)算冷和厶S的方法1狀態(tài)方程法:dH=CdT岸。4、Peng-Robinson (PR)方程RT4、Peng-Robinson (PR)方程RTcpT2剩余性質(zhì)法：普遍化壓縮因子圖4、Peng-Robinson (PR)方程RT4、

5、Peng-Robinson (PR)方程RTRTcR 0 R 1(HR)丄(HR)RTcRTcR 0sT(sr)R RR 1(SR)普遍化的第二維里系數(shù)方法= PrB0_T 罟dTrHTRRTcJbtQdTr丿dB0dB1 '+«dTr丿dTrD00.422B 0.083TrB1mi39-罟導(dǎo)出:dB00.675斤二 T；6dB10. 7 72dTrTr5.2化工過程能量分析熱力學(xué)第一定律、功 W =不可逆過程:可逆過程:2p外dV體V2Wrev, p 體 dV 體ViW12二規(guī)定：體系吸熱為正，放熱為負(fù)；對外做功為負(fù)，接受功為正。二、封閉系統(tǒng)的能量平衡式：U 二Q W dU

6、 = q w 適用于可逆與不可逆過程。、穩(wěn)定流動過程的能量平衡式：2H 亠貶 y ws（ J Kg-1）2 9cgC（一）穩(wěn)流過程能量平衡式的簡化形式及其應(yīng)用： 氣體通過如孔板、閥門、多孔塞等節(jié)流裝置時(shí)：m“h = 0 （即等焓過程）（a）壓縮機(jī)和膨脹機(jī)（透平）鼓風(fēng)機(jī)、泵等Q = 0， W =H=mh 適用于可逆，不可逆過程 s（b）氣體通過如孔板、閥門、多孔塞等節(jié)流裝置時(shí)：m'h = 0 （即等焓過程）（c）無軸功，但有熱交換的設(shè)備：鍋爐、熱交換器、塔等。w =0H =Qs（二）軸功的計(jì)算方法：可逆軸功 Ws（R）:Ws（R）= P2vdP實(shí)際軸功與可逆軸功之比稱為機(jī)械效率WS(R)

7、WS(R)對于產(chǎn)功設(shè)備而言：|w|WS（R）對于耗功設(shè)備而言： Ws Ws（R），四、氣體的基本熱力過程封閉體系： U = q w 微小過程：dw（一）等容過程：-P外dV外二 0二q 即 5 二 （二）等壓過程：可逆過程：wR= - pdv=p v不可逆過程（恒外壓）：W 一 P林厶V來計(jì)算功。外（三）等溫過程：dU廠 q P外 dV體（四）絕熱過程：，Q7- dUW P外 dV林夕卜 體熱力學(xué)第二定律一、熵與熵增原理熵的定義式：厶s =Qr適用于任何體系和環(huán)境。封閉體系熵增原理公式為：dS dS - 0sys surr上式中各種熵變的計(jì)算方法：（一）為封閉體系的熵變： 可逆過程：結(jié)論：無論

8、是由已知條件得知，還是由熱力學(xué)第一定律得出的Q就為Qr ,可以直接代入計(jì)算。 不可逆過程：設(shè)計(jì)一個(gè)初終態(tài)與不可逆過程的初終態(tài)相同的可逆過程，通過對這個(gè)可逆過程進(jìn)行'Ssys的計(jì)算，就可得出結(jié)果。dS為外界環(huán)境的熵變:surr環(huán)境可分為熱源和功源即: dSsurr源'dS功源功源；dS功源熱源：dSsurr二 dS 熱源:QsurrT surr-QsysT surr(等溫可逆過程)6.2.2熵產(chǎn)生與熵平衡一、封閉系統(tǒng)的熵平衡不可逆過程Sg >0Sg =°可逆過程可判斷過程進(jìn)行的方向不可能過程弋0sQ Qsys0 T1 surrdSSyS封閉體系的狀態(tài)引起的熵變。d

9、Sg 因過程不同產(chǎn)生的。dSf 封閉體系與外界因有熱交流引起的。求二Sg的一般步驟：確定體系所用的熵平衡式。確定初終態(tài)，然后按照可逆過程來計(jì)算'Ssys。a)"Ssysb)CdTTsys:VdPp.: Ssys二 CigpmsInWS“根據(jù)不同的條件確定Qsys，從而得出SSurr即一人Sf根據(jù)丄 Sg二'SsysSsurr八 Ssys -，Sf二-Ssys-.sysTsurr求八Sg o穩(wěn)定流動系統(tǒng)的熵平衡Sms 八 ms - Sg j j .jout i in絕熱過程Q = 0S二0sysfS ms. g j ' jmisiout iin(2)可逆絕熱過程

10、(Sg)：' m.s. j j jout=為 I m si iin三、理想功、損失功與熱力學(xué)效率1理想功對穩(wěn)定流動過程： Mid =ToS + H - lu22若忽略動能和勢能變化，則Wd八H -to S2損失功對穩(wěn)定流動過程，損失功Wl表示為Wl 譏-Wd WTo S-Q WTo Sg3熱力學(xué)效率做功過程:WadWid耗功過程：t罟Wad四、有效能1、穩(wěn)流過程有效能計(jì)算Exph = _Wd =T° S_ H =(H _Ho)_To(S_S°)2、有效能效率nExC Ex)outM_ ElC Ex)in C Ex)in第七章 壓縮、膨漲、動力循環(huán)與制冷循環(huán)一、氣體的

11、壓縮1、等溫過程方程式PiVi = P2V2 = pV絕熱過程方程p1V1 p2V2k = pVk式實(shí)際（多變）過程方程pM二P"二pV2、若為可逆過程，按照 得功為正（或耗功為正）”的規(guī)定，其軸功可按式（7-1）P2P2(Ws r )= Vtdp = n|Vdp Js 丄 計(jì)算P1溫二 R|n 巴二 PiVJn 旦PiPi7 .RT1匹-1L<P1 丿一kP1Ws,R絕熱二肓Ws,R多變RTm-1VP2m-1Pi二、氣體的膨脹1、特點(diǎn)：過程等焓由熱力學(xué)第一定律： H = 0由于壓力變化而引起的溫度變化稱為節(jié)流效應(yīng)效應(yīng)理想氣體：=二 =01即丿H真實(shí)氣體：切 0節(jié)流后溫度降低，

12、制冷。 2 = 0溫度不變。0節(jié)流后溫度升高，制熱等熵膨脹時(shí)，壓力的微小變化所引起的溫度變化，稱為 微分等熵膨脹效應(yīng)系數(shù)，以e表示二、蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力裝置主要由四種設(shè)備組成：（1）稱為鍋爐的蒸汽發(fā)生器；（2）蒸汽輪 機(jī)；（3）冷凝器；（4）水泵。1、Carnot循環(huán)對外作（最大）功Ws,C =Qh Ql =Qh 1Th丿Ws,cWs,c1QhTh效率 C2、Rankine循環(huán)及其熱效率對于單位質(zhì)量的流體 人h = qWs熱效率越高，汽耗率越低，表明循環(huán)越完善v _ -Ws _ 一 Ws _ g -h? 熱效率二百二可二廠hi）等熵效率n：膨脹作功過程，不可逆絕熱過程的做功量與可逆絕熱過程的

13、做-Ws（不可逆）Hi - H2；hi - ©功量之比_Ws,RHi2）實(shí)際Rankine循環(huán)的熱效率:-H 2 hi - h2=仲2)(H3-H4) hi-®'h1 -h4四、制冷系統(tǒng)1、Carnot制冷循環(huán)：逆向卡諾循環(huán)：冷循環(huán)。由兩個(gè)等溫過程與兩個(gè)等熵過程組成。工質(zhì)吸熱溫度小于工質(zhì)放熱溫度；此即Carnot 制制冷效能系數(shù)凈功逆向Carnot循環(huán)的制冷效能系數(shù)QlWsWsJQl| T1低溫下吸收的熱2、1)蒸汽壓縮制冷循環(huán)的基本計(jì)算 單位制冷量2)制冷劑每小時(shí)的循環(huán)量冷凝器的放熱量3)Qh 二 H2 >44）壓縮機(jī)消耗的功Ws壓縮機(jī)消耗的功率5）制冷效能系數(shù)的功量之比QlW3、熱泵Qlm LqL冷凝器的放熱量包括顯熱和潛熱量部分H2 H4R = mwS Ws 3600mwSH4 - H2 二 m(h4 - h2)二 m(h2 _ h1)制冷裝置提供的單位制冷量與壓縮單位質(zhì)量制冷劑所消耗熱泵循壞的經(jīng)濟(jì)性以消耗單位功量所得到的供 怒量來衡量，稱為供熱系數(shù)即一 fel 2(7-36)供熱系數(shù)與制冷效能系數(shù)的關(guān)系理想的供熱系數(shù)為s