熱力學(xué)前四章復(fù)習(xí)

前四章復(fù)習(xí)第十次課1第一章核心內(nèi)容1、熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)？2、能識(shí)別熱力系以及合理選擇熱力系分析實(shí)際問(wèn)題；3、狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)，狀態(tài)參數(shù)的特點(diǎn)？哪些參數(shù)為狀態(tài)參數(shù)？4、過(guò)程量和狀態(tài)量？強(qiáng)度量和廣延量？舉例。5、穩(wěn)定、平衡、均勻定義和相互關(guān)系？舉例。6、可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程？可逆和準(zhǔn)平衡的關(guān)系？7、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的定義？為什么引入準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程？8、功的定義和計(jì)算（可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程）？9、熵的定義？10、功和熱量的p-v圖和T-s表示？可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程的p-v圖和T-s表示，過(guò)程線(xiàn)下投影的意義？方向？——看書(shū)和作業(yè)時(shí)需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)2熱力學(xué)能、總能的定義；熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)；文字表述式；能量方程；熱力學(xué)第一定律的兩個(gè)解析式（對(duì)能量方程的簡(jiǎn)化）；注意兩個(gè)解析式是等價(jià)的，只是第一解析式通常用于閉口系。第二解析式常用于開(kāi)口系而已；注意區(qū)別推動(dòng)功、流動(dòng)功、容積變化功、技術(shù)功、軸功和內(nèi)部功，相互聯(lián)系；計(jì)算時(shí)注意通常設(shè)備對(duì)外輸出的功為軸功；設(shè)備消耗的功為技術(shù)功，如壓氣機(jī)耗功為技術(shù)功；掌握常用熱力設(shè)備的特點(diǎn)，如鍋爐、汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、噴管、閥門(mén)等熟練利用能量方程對(duì)實(shí)際設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)化獲得設(shè)備的能量方程；絕熱節(jié)流的能量方程；第二章核心內(nèi)容——看書(shū)和作業(yè)時(shí)需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)3理想氣體——理想氣體的兩點(diǎn)假設(shè)；理想氣體狀態(tài)方程；實(shí)際氣體看作理想氣體的條件；比熱容的定義；定壓比熱和定容比熱的推導(dǎo)和物理意義；邁耶公式及其適用條件；理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵的計(jì)算公式、使用條件；實(shí)際氣體——水蒸氣的p-v和T-s圖，一點(diǎn)、兩線(xiàn)、三區(qū)和五態(tài)；水蒸氣的p-v和T-s圖上的過(guò)程線(xiàn)；會(huì)在水蒸氣的p-v和T-s圖上表示熱力過(guò)程，如鍋爐中從過(guò)冷水到過(guò)熱蒸汽的過(guò)程掌握水蒸氣圖表的使用方法；第三章核心內(nèi)容——看書(shū)和作業(yè)時(shí)需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)41、各種理想氣體熱力過(guò)程的過(guò)程方程；2、各種理想氣體熱力過(guò)程p-v圖，T-s圖上表示；3、理想氣體各種可逆過(guò)程的特性，利用過(guò)程方程和狀態(tài)方程以及熱力學(xué)第一定律計(jì)算參數(shù)變化，功，熱的計(jì)算。4、p-v圖，T-s圖上的表示熱量、功、熱力學(xué)能變化以及焓變化第四章核心內(nèi)容——看書(shū)和作業(yè)時(shí)需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)5第一章基本概念1熱力系和工質(zhì)2平衡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)3狀態(tài)參數(shù)和過(guò)程參數(shù)4準(zhǔn)平衡過(guò)程和可逆過(guò)程5熱量和功6熱力循環(huán)61熱力系(1)定義：認(rèn)為選取的一定范圍內(nèi)的物質(zhì)作為研究對(duì)象?！吔绾屯饨?2)分類(lèi)：閉口系—和外界無(wú)物質(zhì)交換；開(kāi)口系—和外界有物質(zhì)交換；絕熱系—和外界無(wú)熱量交換；孤立系—和外界無(wú)任何能量和物質(zhì)的交換；簡(jiǎn)單可壓縮系—熱力系由可壓縮流體構(gòu)成，與外界只有可逆體積變化功的交換。7(3)工質(zhì)定義：能夠?qū)崿F(xiàn)能量相互轉(zhuǎn)換的媒介物。充當(dāng)工質(zhì)的最基本條件是：

要有好的流動(dòng)性和受熱后有顯著的膨脹性，并有較大的熱容量及安全可靠。工程中最適于充當(dāng)工質(zhì)的是氣體或由液態(tài)過(guò)渡為氣態(tài)的蒸汽；如蒸汽輪機(jī)中的蒸汽，內(nèi)燃機(jī)中的燃?xì)?，制冷裝置中的氨蒸氣等。82平衡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)平衡狀態(tài)定義：沒(méi)有外界作用的情況下工質(zhì)宏觀(guān)性質(zhì)可長(zhǎng)久保持不變的狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)平衡的充要條件：系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界之間各種不平衡勢(shì)差消失。注意：在平衡狀態(tài)下，參數(shù)不隨時(shí)間變化只是現(xiàn)象，不能作為判斷系統(tǒng)是否平衡的條件，只有系統(tǒng)內(nèi)部以及系統(tǒng)和外界之間沒(méi)有任何不平衡勢(shì)差時(shí)才能實(shí)現(xiàn)平衡的本質(zhì)。例：穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。9穩(wěn)定狀態(tài)定義：系統(tǒng)參數(shù)不隨時(shí)間變化而改變。它無(wú)須考慮參數(shù)保持不變是如何實(shí)現(xiàn)的。思考題1-3(p30)：平衡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)的的區(qū)別和聯(lián)系？

平衡狀態(tài)＝穩(wěn)定狀態(tài)＋系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)內(nèi)部與外界之間所有不平衡勢(shì)差消失103狀態(tài)參數(shù)和過(guò)程參數(shù)狀態(tài)參數(shù)：描述系統(tǒng)工質(zhì)狀態(tài)的客觀(guān)物理量。只和初、終狀態(tài)有關(guān)。常用狀態(tài)參數(shù)：p,v,T,u,h,s過(guò)程參數(shù)：和過(guò)程有關(guān)的物理量，取決于工質(zhì)經(jīng)歷的過(guò)程。常用狀態(tài)參數(shù)：w,q思考題：

?11思考題1-13(p32)：1)在示功圖中，只有可逆過(guò)程才能用其下面對(duì)應(yīng)的面積表示膨脹功。2)對(duì)于不可逆過(guò)程，不能用其下面對(duì)應(yīng)的面積表示膨脹功。3)功是過(guò)程量。思考題：對(duì)于不可逆過(guò)程，其熱量可以在示熱圖(T-s圖)上表示嗎？熱力學(xué)能和焓呢？124準(zhǔn)平衡過(guò)程和可逆過(guò)程引入背景：熱能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換由工質(zhì)狀態(tài)變化完成。實(shí)際過(guò)程都是不平衡過(guò)程，而熱力學(xué)僅對(duì)平衡狀態(tài)進(jìn)行描述，因此為了將“過(guò)程”和“平衡”這兩個(gè)矛盾的概念統(tǒng)一起來(lái)，引入“準(zhǔn)平衡過(guò)程”的概念。定義：在無(wú)限小勢(shì)差的推動(dòng)下，由一系列連續(xù)的平衡態(tài)組成的過(guò)程。13可逆過(guò)程：如果系統(tǒng)完成某一過(guò)程后，再沿原來(lái)的路徑逆向進(jìn)行時(shí)，能夠使系統(tǒng)和外界都返回到原來(lái)的狀態(tài)而不留下任何變化，即為可逆過(guò)程。兩者區(qū)別：

可逆過(guò)程＝準(zhǔn)平衡過(guò)程＋無(wú)任何耗散效應(yīng)145熱量和功熱力過(guò)程中，能量交換的方式有兩種：做功和傳熱。功和熱量都是系統(tǒng)和外界通過(guò)邊界傳遞的能量，只有在傳遞過(guò)程中才有意義，是過(guò)程量?？赡孢^(guò)程的功和熱量在p-V示功圖和T-s示熱圖上的表示。156熱力循環(huán)定義：由一個(gè)初態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)一系列熱力過(guò)程后，又回到原來(lái)的的初態(tài)，稱(chēng)為熱力循環(huán)。目的：實(shí)現(xiàn)預(yù)期連續(xù)的能量轉(zhuǎn)換。按性質(zhì)分兩類(lèi)：

正向循環(huán)(動(dòng)力循環(huán))

逆向循環(huán)(制冷循環(huán)或熱泵循環(huán))循環(huán)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：工作系數(shù)＝受益/代價(jià)16第二章熱力學(xué)第一定律1熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)2儲(chǔ)存能3遷移能－功和熱量4焓5閉口系的能量方程6穩(wěn)定流動(dòng)系的能量過(guò)程7一般開(kāi)口系的能量方程171熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)：能量轉(zhuǎn)換和守恒定律。熱力學(xué)第一定律的表述：

(1)當(dāng)熱能和其他形式的能量互相轉(zhuǎn)換時(shí)，能的總量保持不變。

(2)第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能造成的。表達(dá)式：系統(tǒng)儲(chǔ)存能的變化＝進(jìn)入系統(tǒng)的能量－離開(kāi)系統(tǒng)的能量182儲(chǔ)存能(1)系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?chǔ)存能－熱力學(xué)能定義：儲(chǔ)存于系統(tǒng)內(nèi)部的能量，通常包括：

1)分子熱運(yùn)動(dòng)形成的內(nèi)動(dòng)能。它是溫度的函數(shù)；

2)分子間相互作用形成的內(nèi)位能，它是比體積和溫度的函數(shù)；

3)維持一定分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)能、原子核內(nèi)部的院子能以及電磁場(chǎng)作用下的電磁能等。19熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)。若工質(zhì)由初態(tài)1變化到終態(tài)2，熱力學(xué)能變化為：若工質(zhì)經(jīng)歷循環(huán)變化，熱力學(xué)能變化為零，即20(2)外部?jī)?chǔ)存能包括系統(tǒng)的宏觀(guān)動(dòng)能和重力位能，即(3)系統(tǒng)的總儲(chǔ)存能213遷移能－功和熱量膨脹功(體積變化功)W推動(dòng)功pv和流動(dòng)功Wf軸功Ws技術(shù)功Wt—工程技術(shù)可資利用功思考題：1)推動(dòng)功能否出現(xiàn)在閉口系中？2)氣體流入真空容器，是否需要推動(dòng)功？224焓工質(zhì)流動(dòng)過(guò)程中，除熱力學(xué)能外，總伴有推動(dòng)功，把二者結(jié)合起來(lái)，定義為焓。即焓是狀態(tài)參數(shù)，與工質(zhì)是否流動(dòng)無(wú)關(guān)。思考題：1)閉口系中工質(zhì)有沒(méi)有焓值？235閉口系的能量方程閉口系能量方程的幾種形式：1kg工質(zhì)經(jīng)過(guò)有限過(guò)程：1kg工質(zhì)經(jīng)過(guò)微元過(guò)程：mkg工質(zhì)經(jīng)過(guò)有限過(guò)程：mkg工質(zhì)經(jīng)過(guò)微元過(guò)程：注意：以上各式對(duì)任意工質(zhì)，任意過(guò)程都適用。24對(duì)于可逆過(guò)程，因1kg工質(zhì)經(jīng)過(guò)有限過(guò)程：1kg工質(zhì)經(jīng)過(guò)微元過(guò)程：mkg工質(zhì)經(jīng)過(guò)有限過(guò)程：mkg工質(zhì)經(jīng)過(guò)微元過(guò)程：256穩(wěn)定流動(dòng)系的能量方程(1)穩(wěn)定流動(dòng)的判斷:1)進(jìn)出口截面的參數(shù)不隨時(shí)間而變；

2)系統(tǒng)與外界交換的功量和熱量不隨時(shí)間而變；

3)工質(zhì)的質(zhì)量流量不隨時(shí)間而變，且進(jìn)出口處的質(zhì)量流量相等。26(2)能量方程1kg工質(zhì)經(jīng)過(guò)有限過(guò)程：1kg工質(zhì)經(jīng)過(guò)微元過(guò)程：mkg工質(zhì)經(jīng)過(guò)有限過(guò)程：mkg工質(zhì)經(jīng)過(guò)微元過(guò)程：277一般開(kāi)口系的能量方程一般開(kāi)口系：控制體積可脹縮的、空間各點(diǎn)參數(shù)隨時(shí)間變化非穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)。如充氣、抽氣過(guò)程。若干股流進(jìn)，若干股流出；單位時(shí)間的情況；根據(jù)能量轉(zhuǎn)換和守恒定律，可得熱力學(xué)第一定律的另一種表達(dá)式：28第三章氣體和蒸汽的性質(zhì)1理想氣體的概念和狀態(tài)方程式2理想氣體的比熱容3理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵4水蒸氣的基本概念5水蒸氣的汽化過(guò)程和臨界點(diǎn)6水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)7水蒸氣表和圖291理想氣體的概念和狀態(tài)方程式(1)理想氣體的兩點(diǎn)假設(shè)：

1)氣體的分子是一些彈性的、本身不占體積的質(zhì)點(diǎn)；

2)分子相互之間不存在作用力。理想氣體狀態(tài)方程式：302理想氣體的比熱容比熱容定義摩爾熱容Cm體積熱容C’比定壓熱容cp比定容熱容cv比熱容、摩爾熱容和體積熱容的關(guān)系：邁耶公式：31比熱容與溫度的關(guān)系：(1)真實(shí)比熱容(2)平均比熱容(3)定值比熱容計(jì)算誤差逐漸增大，計(jì)算選用那種方式視計(jì)算精度要求而定。323理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵理想氣體的熱力學(xué)能和焓是溫度的單值函數(shù)，即比熱容按照前面的方法計(jì)算，具體選則視計(jì)算精度確定。33狀態(tài)參數(shù)熵定義式：對(duì)于理想氣體可逆過(guò)程，熵變?yōu)樗伎碱}：1)絕熱過(guò)程得熵變?yōu)榱銌幔?)可逆絕熱過(guò)程得熵變?yōu)榱銌幔?44水蒸氣的基本概念蒸發(fā)和沸騰

物質(zhì)由液相變成氣相（蒸氣）的過(guò)程稱(chēng)為汽化。由蒸氣變成液體的過(guò)程叫做凝結(jié)。液體的汽化有兩種不同的方式：蒸發(fā)和沸騰。在液體表面進(jìn)行的比較緩慢的汽化叫做蒸發(fā)。對(duì)液體加熱，當(dāng)液體達(dá)到一定溫度時(shí)，液體內(nèi)部便產(chǎn)生大量氣泡，氣泡上升到液面破裂而放出大量蒸汽，這種在液體表面和內(nèi)部進(jìn)行的劇烈汽化現(xiàn)象稱(chēng)為沸騰。液體沸騰時(shí)的溫度叫做沸點(diǎn)。35飽和狀態(tài)和飽和溫度、飽和壓力

當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入空間的分子數(shù)目與返回液體中的分子數(shù)目相等時(shí)，則蒸發(fā)與凝結(jié)處于動(dòng)平衡狀態(tài)，這時(shí)雖然蒸發(fā)和凝結(jié)仍在進(jìn)行，但空間中蒸氣分子的密度不再增大，此時(shí)的狀態(tài)稱(chēng)為飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)下的液體和蒸氣的溫度稱(chēng)為飽和溫度，與飽和溫度相對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣的壓力稱(chēng)為飽和壓力。36水的臨界參數(shù)和三相點(diǎn)參數(shù)

水的臨界參數(shù)值為：臨界溫度tcr=373.99℃（tc=647.14K）；

臨界壓力pcr=22.064MPa；

臨界比體積vcr=0.003106m3/kg。

水的三相點(diǎn)溫度和三相點(diǎn)壓力為：

ttp=0.01℃（Ttp=273.16K）；

ptp=611.659Pa。

37汽化潛熱

在一定溫度下1kg飽和液體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑴囟鹊恼魵馑盏臒崃糠Q(chēng)為汽化潛熱，或簡(jiǎn)稱(chēng)為汽化熱，用符號(hào)r表示，單位是kJ/kg。

例如：水在100℃時(shí)的汽化潛熱為2257.2kJ/kg。38一點(diǎn)臨界點(diǎn)兩線(xiàn)上界限線(xiàn)下界限線(xiàn)三區(qū)液汽液共存汽五態(tài)未飽和水飽和水濕蒸汽干飽和蒸汽過(guò)熱蒸汽5水蒸氣的汽化過(guò)程和臨界點(diǎn)39

●水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)可按不同區(qū)域，由給出的獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)通過(guò)實(shí)際氣體狀態(tài)方程及其他一般關(guān)系式計(jì)算（通常由計(jì)算機(jī)計(jì)算）或查圖表確定?！裨趧?dòng)力工程中水蒸氣不宜利用理想氣體性質(zhì)計(jì)算5水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)40一、零點(diǎn)規(guī)定規(guī)定：三相點(diǎn)液態(tài)水熱力學(xué)能及熵為零可近似為零41二、未飽和水（t，p）●查圖表或由專(zhuān)用程序計(jì)算三、

飽和水和飽和水蒸氣(ps和ts)

查圖表或由專(zhuān)用程序計(jì)算●壓力不太高時(shí)，可近似四、

過(guò)熱蒸汽（p，t）注意：過(guò)熱蒸汽不可用類(lèi)似未飽和水的近似式，因cp變化復(fù)雜。查圖表或由專(zhuān)用程序計(jì)算。42五、

濕飽和蒸汽由ts（或ps）與x共同確定：x較大時(shí)未飽和水過(guò)熱蒸汽濕飽和蒸汽43第4章氣體和蒸汽的基本熱力過(guò)程1氣體的基本熱力過(guò)程2蒸汽的基本熱力過(guò)程441氣體的基本熱力過(guò)程基本熱力過(guò)程