第五版工程熱力學(xué)復(fù)習(xí)

1、第一章：基本概念系統(tǒng)：將所要研究的對(duì)象與周圍環(huán)境分隔開(kāi)來(lái)，這種人為分隔出來(lái)的研究對(duì)象成為熱力系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱系統(tǒng)。邊界：分隔系統(tǒng)與外界的分界面，稱為邊界，其作用是確定研究對(duì)象，將系統(tǒng)與外界分隔開(kāi)來(lái)。外界：邊界意外與系統(tǒng)相互作用的物體，稱為外界或環(huán)境。系統(tǒng)與外界之間的作用通常有三種形式：功交換、熱交換和物質(zhì)交換。閉口系統(tǒng)：沒(méi)有物質(zhì)穿過(guò)邊界的系統(tǒng)，有時(shí)又稱為控制質(zhì)量系統(tǒng)。閉口系統(tǒng)的質(zhì)量保持恒定，取系統(tǒng)時(shí)應(yīng)把所研究的物質(zhì)都包括在邊界內(nèi)。開(kāi)口系統(tǒng)：有物質(zhì)流穿過(guò)邊界的系統(tǒng)。取系統(tǒng)時(shí)只需把說(shuō)要研究的空間范圍用邊界與外界分隔開(kāi)來(lái)，故又稱開(kāi)口系統(tǒng)為控制體積，簡(jiǎn)稱控制體，其界面稱為控制界面。需要強(qiáng)調(diào)的是，即使熱空氣流

2、出量與冷空氣流入量相等，系統(tǒng)質(zhì)量變化為零，仍為開(kāi)口系統(tǒng)。絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間沒(méi)有熱量傳遞的系統(tǒng)，稱為絕熱系統(tǒng)。孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間不發(fā)生任何能量傳遞和物質(zhì)交換的系統(tǒng)。狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)：系統(tǒng)與外界之間能夠進(jìn)行能量交換（傳熱或做功）的根本原因，在于兩者之間的熱力狀態(tài)存在差異。熱力狀態(tài)：系統(tǒng)中某瞬間表現(xiàn)的工質(zhì)熱力性質(zhì)的總狀況，簡(jiǎn)稱狀態(tài)。熱力狀態(tài)反映著工質(zhì)打兩份制熱運(yùn)動(dòng)的平均特性。狀態(tài)參數(shù)一旦確定，工質(zhì)的狀態(tài)也就確定，狀態(tài)參數(shù)發(fā)生變化，工質(zhì)所處的狀態(tài)也發(fā)生變化，因此狀態(tài)參數(shù)是熱力系統(tǒng)狀態(tài)的單值性函數(shù)，工質(zhì)狀態(tài)變化時(shí)，初、終狀態(tài)參數(shù)的變化值，僅于初、終狀態(tài)有關(guān)，而與狀態(tài)變化的途徑無(wú)關(guān)。溫度、壓力、

3、比體積或密度可以直接或間接地用儀表測(cè)量出來(lái)，稱為基本狀態(tài)參數(shù)。第零定律：如兩個(gè)物體分別和第三個(gè)物體處于熱平衡，則它們彼此之間也必然處于熱平衡。溫度：是描述熱力平衡系統(tǒng)冷熱狀況的物理量。是標(biāo)志物質(zhì)內(nèi)部大量分子熱運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈程度的物理量。絕對(duì)壓力不能直接測(cè)得，而只能測(cè)出氣體的絕對(duì)壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ牟钪?，這種壓力成為相對(duì)壓力。只有絕對(duì)壓力才是狀態(tài)參數(shù)。如組成熱力系統(tǒng)各部分之間沒(méi)有熱量傳遞，系統(tǒng)就處于熱平衡；各部分之間沒(méi)有相對(duì)位移，系統(tǒng)就處于力平衡，同時(shí)具備熱和力平衡的系統(tǒng)就處于熱力平衡狀態(tài)。對(duì)熱力系統(tǒng)而言，準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程和可逆過(guò)程都是由一系列平衡狀態(tài)所組成，在P-V圖上都能用連續(xù)曲線來(lái)表示；但兩者又有一

4、定的區(qū)別，可逆過(guò)程要求系統(tǒng)與外界隨時(shí)保持力平衡和熱平衡，并且不存在任何耗散效應(yīng)，在過(guò)程中沒(méi)有任何能量的不可逆損失，而準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的條件僅限于系統(tǒng)內(nèi)部的力平衡和熱平衡。準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程在進(jìn)行中系統(tǒng)與外界之間可以有不平衡勢(shì)差，也可能有耗散現(xiàn)象發(fā)生，只要系統(tǒng)內(nèi)部能及時(shí)恢復(fù)平衡，其狀態(tài)變化還可以是準(zhǔn)靜態(tài)的。膨脹功：由于系統(tǒng)體積發(fā)生變化而通過(guò)界面向外界傳遞的機(jī)械功，也稱為體積功。熱力循環(huán)：工質(zhì)從某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化，最后又回復(fù)到初始狀態(tài)的全部過(guò)程。正循環(huán)中熱轉(zhuǎn)換功的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)用循環(huán)熱效率表示為：循環(huán)熱效率公式：逆循環(huán)： 制冷系數(shù)： 供熱系數(shù)：第二章：氣體的熱力性質(zhì)理想氣體狀態(tài)方程：空氣的氣體常數(shù)：R

5、=287 J/(kg·K)比熱容：?jiǎn)挝晃锪康奈镔|(zhì)，溫度升高或降低1K（1）所吸收或放出的熱量，簡(jiǎn)稱比熱。 比熱容公式：定容比熱容與定壓比熱容 1、定容比熱容：在定容情況下，單位物量的氣體，溫度變化1K（1）所吸收或放出的熱量。即： 2、定壓比熱容：氣體在壓力不變的情況下進(jìn)行加熱，加入的熱量部分用于增加氣體的熱力學(xué)能，使其溫度升高，部分用于推動(dòng)活塞升高而對(duì)外作膨脹功。 定壓比熱容可表示為：3、定壓比熱容與定容比熱容的關(guān)系：等量氣體升高相同的溫度，定壓過(guò)程吸收熱量多于定容過(guò)程吸收熱量。因此，定壓比熱容始終大于定容比熱容。其關(guān)系推倒如下：定壓比熱容與定容比熱容之差為：比熱容比：混合氣體的分

6、容積和阿密蓋特分容積定律 分容積是假想混合氣體中組成氣體具有與混合氣體相同的溫度和壓力時(shí)，單獨(dú)存在所占有的容積。 混合氣體的總?cè)莘eV與分容積Vi的關(guān)系服從阿密蓋特分容積定律：混合氣體的總?cè)莘eV，等于各組成氣體分容積Vi之和。 即：混合氣體的成分表示方法及換算分壓力的確定分別根據(jù)某組成氣體的分壓力與分容積，可寫(xiě)出該組成氣體的狀態(tài)方程式如下：混合氣體的比熱容混合氣體的比熱容與它的組成氣體有關(guān)，混合氣體溫度升高所需的熱量，等于各組成氣體相同溫升所需熱量之和?；旌蠚怏w的熱力學(xué)能、焓和熵?zé)崃W(xué)能、焓和熵都是具有可加性的物理量，所以混合氣體的熱力學(xué)能、焓和熵等于各組成氣體的熱力學(xué)能、焓和熵之和，即：第三章

7、：熱力學(xué)第一定律內(nèi)動(dòng)能、內(nèi)位能及維持一定分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)能和原子核內(nèi)部的原子能等一起構(gòu)成內(nèi)部?jī)?chǔ)存能，統(tǒng)稱為熱力學(xué)能。熱力學(xué)能也是氣體的狀態(tài)參數(shù)。系統(tǒng)的總能：系統(tǒng)的總能E為內(nèi)儲(chǔ)存能與外儲(chǔ)存能之和。 對(duì)1kg質(zhì)量的物體的總能，也稱比總能，表示為：對(duì)于沒(méi)有宏觀運(yùn)動(dòng)，并且高度為零的系統(tǒng)，系統(tǒng)總能就等于熱力學(xué)能 即：E = U流動(dòng)功：是一種特殊的功，其數(shù)值僅取決于控制體進(jìn)出口界面工質(zhì)的熱力狀態(tài)，與熱力過(guò)程無(wú)關(guān)。焓：表示流動(dòng)工質(zhì)向流動(dòng)前方傳遞的總能量（共四項(xiàng)）中取決于熱力狀態(tài)的那部分能量。閉口系統(tǒng)能量方程表達(dá)式：由于熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能必須通過(guò)工質(zhì)膨脹才能實(shí)現(xiàn)，因此閉口系統(tǒng)能量方程反映了熱功轉(zhuǎn)換的實(shí)質(zhì)?；旌蠚怏w

8、單位質(zhì)量熱力學(xué)能為：對(duì)于不穩(wěn)定流動(dòng)和穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，可逆與不可逆過(guò)程都適用的熱力學(xué)第一定律能量方程為：閉口系統(tǒng)中工質(zhì)的動(dòng)能和位能沒(méi)有變化，dE = dU 故得：開(kāi)口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程技術(shù)功：穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程的應(yīng)用第四章：理想氣體的熱力過(guò)程及氣體壓縮分析熱力過(guò)程的目的和任務(wù)：工程上實(shí)施熱力過(guò)程的主要目的，一是完成一定的能量轉(zhuǎn)換，如各種熱力發(fā)動(dòng)機(jī)要求輸出一定的功率；二是使工質(zhì)達(dá)到一定的熱力狀態(tài)，如壓氣機(jī)中將氣體壓縮達(dá)到一定的壓力等。熱能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換是通過(guò)工質(zhì)的一系列狀態(tài)變化過(guò)程實(shí)現(xiàn)的。不同過(guò)程表征著不同的內(nèi)部狀況和外部條件。研究熱力過(guò)程的目的就在于研究外部條件對(duì)熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的影響。因此，研究

9、熱力過(guò)程的任務(wù)是揭示狀態(tài)變化規(guī)律與能量傳遞之間的關(guān)系，從而計(jì)算熱力過(guò)程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化以及外界交換的熱量和功量。在可逆過(guò)程中膨脹功、技術(shù)功及熱量的計(jì)算式分別為：P-V圖和T-s圖： 氣體主要熱力過(guò)程的基本公式：表4-1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)工作原理：?jiǎn)渭?jí)活塞式壓氣機(jī)工作過(guò)程：吸氣過(guò)程壓縮過(guò)程排氣過(guò)程1、定溫壓縮軸功：2、定熵壓縮軸功：3、多變壓縮軸功：第五章：熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)：論述熱力過(guò)程的方向性及能質(zhì)退化或貶值的客觀規(guī)律。所謂過(guò)程的方向性，除指明自發(fā)過(guò)程進(jìn)行的方向外，還包括對(duì)實(shí)現(xiàn)非自發(fā)過(guò)程所需要的條件，以及過(guò)程進(jìn)行的最大限度等內(nèi)容。熱力學(xué)第二定律告訴我們，自然界的物質(zhì)和能量只

10、能沿著一個(gè)方向轉(zhuǎn)換，即從可利用到不可利用，從有效到無(wú)效，這說(shuō)明了節(jié)能的必要性。只有熱力學(xué)第二定律才能充分解釋事物變化的性質(zhì)和方向，以及變化過(guò)程中所有事物的相互關(guān)系。卡諾循環(huán)與卡諾定理熱效率：（1）效率c只取決于T1、T2，提高T1和降低T2都可以提高熱效率；（2）循環(huán)效率小于1；（3）當(dāng) T1 = T2 時(shí) ，c =0，所以借助單一熱源連續(xù)做功的機(jī)器是制造不出來(lái)的。（4）卡諾循環(huán)的熱效率與工質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)，適用于任何工質(zhì)的卡諾循環(huán)。逆卡諾循環(huán)：n 逆卡諾循環(huán)的性能系數(shù)只決定于熱源溫度T1和冷源溫度T2，它隨T1的降低及T2的提高而增大。n 逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)可能大于、等于或小于1；其供熱系數(shù)總

11、是大于1；二者之間的關(guān)系是：卡諾定理：定理1：所有工作于同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與采用哪種工質(zhì)無(wú)關(guān)。定理2：在同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)。熵方程1、 閉口系統(tǒng)熵方程：n 閉口系統(tǒng)的熵變由熵流和熵產(chǎn)兩部分組成。n 不可逆過(guò)程，系統(tǒng)的熵變除了熱流引起的熵流之外，還有由不可逆導(dǎo)致的熵產(chǎn)。n 熵是狀態(tài)參數(shù)，系統(tǒng)的熵變僅取決于系統(tǒng)的初、終態(tài)，而與過(guò)程的性質(zhì)及途經(jīng)無(wú)關(guān)。n 熵流和熵產(chǎn)均取決于過(guò)程的特性，在熵變一定的情況下，熵流和熵產(chǎn)的變化可以有不同的組合。2、開(kāi)口系統(tǒng)熵方程：孤立系統(tǒng)熵增原理與作功能力損失1. 孤立系統(tǒng)熵增原理：結(jié)論：孤立系

12、統(tǒng)的熵只能增大，或者不變，絕不能減小，這一規(guī)律稱為孤立系統(tǒng)熵增原理。2、作功能力損失作功能力：以環(huán)境為基準(zhǔn)，系統(tǒng)可能作出的最大功。作功能力損失與熵產(chǎn)之間的關(guān)系：對(duì)于孤立系統(tǒng)：的定義：當(dāng)系統(tǒng)由任意狀態(tài)可逆轉(zhuǎn)變到與環(huán)境狀態(tài)相平衡時(shí)，能最大限度轉(zhuǎn)換為功的那部分能量稱為。不能轉(zhuǎn)換為功的那部分能量稱為 第七章：水蒸氣水蒸氣的P-T圖：水蒸氣定壓發(fā)生過(guò)程：未飽和水飽和水濕蒸汽干飽和蒸汽過(guò)熱蒸汽水蒸氣的p-v圖和T-s圖：水蒸氣的定壓發(fā)生過(guò)程在p-v、T-s圖所表示的特征歸納起來(lái)為：一點(diǎn)：臨界點(diǎn)C兩線：飽和液體線、飽和蒸汽線三區(qū)：未飽和液體區(qū)、濕飽和蒸汽區(qū)、過(guò)熱蒸汽區(qū)五種狀態(tài)：未飽和水狀態(tài)、飽和水狀態(tài)、濕飽

13、和蒸汽狀態(tài)、干飽和蒸汽狀態(tài)、過(guò)熱蒸汽狀態(tài)水蒸氣的基本熱力過(guò)程：1、 定壓過(guò)程：2、 定容過(guò)程：3、 定溫過(guò)程：4、絕熱過(guò)程：第八章：濕空氣 通常濕空氣的總壓力為大氣壓力，其值比較低而組成濕空氣的干空氣及水蒸氣的分壓則更低，因此，可以作為理想氣體混合物來(lái)處理。絕熱濕度與相對(duì)濕度：Ø 絕對(duì)濕度只能反映濕空氣中實(shí)際含水蒸汽質(zhì)量多少，不能反映濕空氣的干燥、潮濕的程度和吸濕能力的大小。Ø 相對(duì)濕度能反映濕空氣的吸濕能力的強(qiáng)弱，即空氣干燥潮濕程度。 測(cè)定空氣相對(duì)濕度的方法：一種更接近實(shí)際應(yīng)用的方法是采用在溫包上包著一層被水浸潤(rùn)的濕紗布的溫度計(jì)，按這種方法測(cè)得的溫度稱為濕球溫度tw 它在

14、空調(diào)工程中得到廣泛應(yīng)用。濕空氣的焓濕圖：第九章：氣體和蒸汽的流動(dòng)定熵流動(dòng)的基本特性：氣體流速變化與狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系:噴管和擴(kuò)壓管流速變化與截面變化的關(guān)系：表9-1定熵滯止參數(shù)：將具有一定速度的流體在定熵條件下擴(kuò)壓，使其流速降低為零時(shí)的氣體參數(shù)。噴管出口流速：氣體在噴管內(nèi)作絕熱穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，如以進(jìn)口參數(shù)h1、p1、T1作為計(jì)算依據(jù)，并認(rèn)為c1 0，則可得氣體在噴管出口處的流速為：絕熱節(jié)流：若節(jié)流過(guò)程中流體與外界沒(méi)有熱量交換，稱為絕熱節(jié)流，簡(jiǎn)稱節(jié)流。第十章：動(dòng)力循環(huán)朗肯循環(huán)：最簡(jiǎn)單的蒸汽動(dòng)力理想循環(huán)，熱力發(fā)電廠各種較復(fù)雜的蒸汽動(dòng)力循環(huán)都是在朗肯循環(huán)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。朗肯循環(huán)圖： 朗肯循環(huán)的蒸汽動(dòng)力裝置：鍋爐、汽輪機(jī)、冷凝器、給水泵朗肯循環(huán)理想化為兩個(gè)定壓過(guò)程和兩個(gè)定熵