工程熱力學復習資料

第一章基本概念1.根本概念熱力系統(tǒng)：用界面將所要研究的對象與周圍環(huán)境分隔開來，這種人為分隔的研究對象，稱為熱力系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。邊界：分隔系統(tǒng)與外界的分界面，稱為邊界。外界：邊界以外與系統(tǒng)相互作用的物體，稱為外界或環(huán)境。閉口系統(tǒng)：沒有物質(zhì)穿過邊界的系統(tǒng)稱為閉口系統(tǒng)，也稱控制質(zhì)量。開口系統(tǒng)：有物質(zhì)流穿過邊界的系統(tǒng)稱為開口系統(tǒng)，又稱控制體積，簡稱控制體，其界面稱為控制界面。絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間沒有熱量傳遞，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，稱為孤立系統(tǒng)。單相系：系統(tǒng)中工質(zhì)的物理、化學性質(zhì)都均勻一致的系統(tǒng)稱為單相系。復相系：由兩個相以上組成的系統(tǒng)稱為復相系，如固、液、氣組成的三相系統(tǒng)。單元系：由一種化學成分組成的系統(tǒng)稱為單元系。多元系：由兩種以上不同化學成分組成的系統(tǒng)稱為多元系。均勻系：成分和相在整個系統(tǒng)空間呈均勻分布的為均勻系。非均勻系：成分和相在整個系統(tǒng)空間呈非均勻分布，稱非均勻系。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，稱為工質(zhì)的熱力狀態(tài)，簡稱為狀態(tài)。平衡狀態(tài)：系統(tǒng)在不受外界影響的條件下，如果宏觀熱力性質(zhì)不隨時間而變化，系統(tǒng)內(nèi)外同時建立了熱的和力的平衡，這時系統(tǒng)的狀態(tài)稱為熱力平衡狀態(tài)，簡稱為平衡狀態(tài)。狀態(tài)參數(shù)：描述工質(zhì)狀態(tài)特性的各種物理量稱為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。如溫度〔T〕、壓力〔P〕、比容〔υ〕或密度〔ρ〕、內(nèi)能〔u〕、焓〔h〕、熵〔s〕、自由能〔f〕、自由焓〔g〕等。根本狀態(tài)參數(shù)：在工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)中，其中溫度、壓力、比容或密度可以直接或間接地用儀表測量出來，稱為根本狀態(tài)參數(shù)。溫度：是描述系統(tǒng)熱力平衡狀況時冷熱程度的物理量，其物理實質(zhì)是物質(zhì)內(nèi)部大量微觀分子熱運動的強弱程度的宏觀反映。熱力學第零定律：如兩個物體分別和第三個物體處于熱平衡，那么它們彼此之間也必然處于熱平衡。壓力：垂直作用于器壁單位面積上的力，稱為壓力，也稱壓強。相對壓力：相對于大氣環(huán)境所測得的壓力。如工程上常用測壓儀表測定系統(tǒng)中工質(zhì)的壓力即為相對壓力。比容：單位質(zhì)量工質(zhì)所具有的容積，稱為工質(zhì)的比容。密度：單位容積的工質(zhì)所具有的質(zhì)量，稱為工質(zhì)的密度。強度性參數(shù)：系統(tǒng)中單元體的參數(shù)值與整個系統(tǒng)的參數(shù)值相同，與質(zhì)量多少無關(guān)，沒有可加性，如溫度、壓力等。在熱力過程中，強度性參數(shù)起著推動力作用，稱為廣義力或勢。廣延性參數(shù)：整個系統(tǒng)的某廣延性參數(shù)值等于系統(tǒng)中各單元體該廣延性參數(shù)值之和，如系統(tǒng)的容積、內(nèi)能、焓、熵等。在熱力過程中，廣延性參數(shù)的變化起著類似力學中位移的作用，稱為廣義位移。準靜態(tài)過程：過程進行得非常緩慢，使過程中系統(tǒng)內(nèi)部被破壞了的平衡有足夠的時間恢復到新的平衡態(tài)，從而使過程的每一瞬間系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)都非常接近平衡狀態(tài)，整個過程可看作是由一系列非常接近平衡態(tài)的狀態(tài)所組成，并稱之為準靜態(tài)過程?？赡孢^程：當系統(tǒng)進行正、反兩個過程后，系統(tǒng)與外界均能完全回復到初始狀態(tài)，這樣的過程稱為可逆過程。膨脹功：由于系統(tǒng)容積發(fā)生變化〔增大或縮小〕而通過界面向外界傳遞的機械功稱為膨脹功，也稱容積功。熱量：通過熱力系邊界所傳遞的除功之外的能量。熱力循環(huán)：工質(zhì)從某一初態(tài)開始，經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化，最后又回復到初始狀態(tài)的全部過程稱為熱力循環(huán)，簡稱循環(huán)。2.常用公式狀態(tài)參數(shù): 狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)的函數(shù)，對應一定的狀態(tài)，狀態(tài)參數(shù)都有唯一確定的數(shù)值，工質(zhì)在熱力過程中發(fā)生狀態(tài)變化時，由初狀態(tài)經(jīng)過不同路徑，最后到達終點，其參數(shù)的變化值，僅與初、終狀態(tài)有關(guān)，而與狀態(tài)變化的途徑無關(guān)。溫 度 ：1．式中 —分子平移運動的動能，其中m是一個分子的質(zhì)量，是分子平移運動的均方根速度； B—比例常數(shù)； T—氣體的熱力學溫度。2．壓 力 ：1．式中 P—單位面積上的絕對壓力；n—分子濃度，即單位容積內(nèi)含有氣體的分子數(shù)，其中N為容積V包含的氣體分子總數(shù)。2． F—整個容器壁受到的力，單位為?！睳〕； f—容器壁的總面積〔m2〕。3． 〔P>B〕 〔P<B〕式中 B—當?shù)卮髿鈮毫? Pg—高于當?shù)卮髿鈮毫r的相對壓力，稱表壓力； H—低于當?shù)卮髿鈮毫r的相對壓力，稱為真空值。比容:1． m3/kg式中 V—工質(zhì)的容積 m—工質(zhì)的質(zhì)量2．式中 —工質(zhì)的密度 kg/m3 —工質(zhì)的比容 m3/kg熱力循環(huán): 或，循環(huán)熱效率: 式中 q1—工質(zhì)從熱源吸熱； q2—工質(zhì)向冷源放熱； w0—循環(huán)所作的凈功。制冷系數(shù)： 式中 q1—工質(zhì)向熱源放出熱量； q2—工質(zhì)從冷源吸取熱量； w0—循環(huán)所作的凈功。供熱系數(shù)： 式中 q1—工質(zhì)向熱源放出熱量 q2—工質(zhì)從冷源吸取熱量 w0—循環(huán)所作的凈功第二章氣體的熱力性質(zhì)1.根本概念理想氣體：氣體分子是由一些彈性的、忽略分子之間相互作用力〔引力和斥力〕、不占有體積的質(zhì)點所構(gòu)成。比熱：單位物量的物體，溫度升高或降低1K〔1℃〕所吸收或放出的熱量，稱為該物體的比熱。定容比熱：在定容情況下，單位物量的物體，溫度變化1K〔1℃〕所吸收或放出的熱量，稱為該物體的定容比熱。定壓比熱：在定壓情況下，單位物量的物體，溫度變化1K〔1℃〕所吸收或放出的熱量，稱為該物體的定壓比熱。定壓質(zhì)量比熱：在定壓過程中，單位質(zhì)量的物體，當其溫度變化1K〔1℃〕時，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定壓質(zhì)量比熱。定壓容積比熱：在定壓過程中，單位容積的物體，當其溫度變化1K〔1℃〕時，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定壓容積比熱。定壓摩爾比熱：在定壓過程中，單位摩爾的物體，當其溫度變化1K〔1℃〕時，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定壓摩爾比熱。定容質(zhì)量比熱：在定容過程中，單位質(zhì)量的物體，當其溫度變化1K〔1℃〕時，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定容質(zhì)量比熱。定容容積比熱：在定容過程中，單位容積的物體，當其溫度變化1K〔1℃〕時，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定容容積比熱。定容摩爾比熱：在定容過程中，單位摩爾的物體，當其溫度變化1K〔1℃〕時，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定容摩爾比熱?；旌蠚怏w的分壓力：維持混合氣體的溫度和容積不變時，各組成氣體所具有的壓力。道爾頓分壓定律：混合氣體的總壓力P等于各組成氣體分壓力Pi之和?；旌蠚怏w的分容積：維持混合氣體的溫度和壓力不變時，各組成氣體所具有的容積。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?；旌蠚怏w的質(zhì)量成分：混合氣體中某組元氣體的質(zhì)量與混合氣體總質(zhì)量的比值稱為混合氣體的質(zhì)量成分。混合氣體的容積成分：混合氣體中某組元氣體的容積與混合氣體總?cè)莘e的比值稱為混合氣體的容積成分。混合氣體的摩爾成分：混合氣體中某組元氣體的摩爾數(shù)與混合氣體總摩爾數(shù)的比值稱為混合氣體的摩爾成分。比照參數(shù)：各狀態(tài)參數(shù)與臨界狀態(tài)的同名參數(shù)的比值。比照態(tài)定律：對于滿足同一比照態(tài)方程式的各種氣體，比照參數(shù)、和中假設(shè)有兩個相等，那么第三個比照參數(shù)就一定相等，物質(zhì)也就處于對應狀態(tài)中。2.常用公式理想氣體狀態(tài)方程：1．式中 p—絕對壓力 Pa —比容 m3/kg T—熱力學溫度 K適用于1千克理想氣體。2．式中 V—質(zhì)量為mkg氣體所占的容積適用于m千克理想氣體。3．式中 VM=Mv—氣體的摩爾容積，m3/kmol； R0=MR—通用氣體常數(shù)， J/kmol·K適用于1千摩爾理想氣體。4．式中 V—nKmol氣體所占有的容積，m3； n—氣體的摩爾數(shù)，，kmol 適用于n千摩爾理想氣體。5．通用氣體常數(shù)：R0 J/Kmol·KR0與氣體性質(zhì)、狀態(tài)均無關(guān)。6．氣體常數(shù)：R J/kg·KR與狀態(tài)無關(guān)，僅決定于氣體性質(zhì)。7．比熱：1．比熱定義式：說明單位物量的物體升高或降低1K所吸收或放出的熱量。其值不僅取決于物質(zhì)性質(zhì)，還與氣體熱力的過程和所處狀態(tài)有關(guān)。2．質(zhì)量比熱、容積比熱和摩爾比熱的換算關(guān)系：式中 c—質(zhì)量比熱，kJ/Kg·k —容積比熱，kJ/m3·k Mc—摩爾比熱，kJ/Kmol·k3．定容比熱：說明單位物量的氣體在定容情況下升高或降低1K所吸收或放出的熱量。4．定壓比熱：說明單位物量的氣體在定壓情況下升高或降低1K所吸收或放出的熱量。5．梅耶公式： 6．比熱比：道爾頓分壓定律：阿密蓋特分容積定律：質(zhì)量成分： 容積成分：摩爾成分： 容積成分與摩爾成分關(guān)系： 質(zhì)量成分與容積成分： 折合分子量：折合氣體常數(shù)：分壓力確實定混合氣體的比熱容：混合氣體的容積比熱容：混合氣體的摩爾比熱容：混合氣體的熱力學能、焓和熵或或或范德瓦爾(VanderWaals)方程對于1kmol實際氣體壓縮因子：比照參數(shù)：，，第三章熱力學第一定律1.根本概念熱力學第一定律:能量既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，它只能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，或從一個系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個系統(tǒng)，而其總量保持恒定，這一自然界普遍規(guī)律稱為能量守恒與轉(zhuǎn)換定律。把這一定律應用于伴有熱現(xiàn)象的能量和轉(zhuǎn)移過程，即為熱力學第一定律。第一類永動機：不消耗任何能量而能連續(xù)不斷作功的循環(huán)發(fā)動機，稱為第一類永動機。熱力學能：熱力系處于宏觀靜止狀態(tài)時系統(tǒng)內(nèi)所有微觀粒子所具有的能量之和。外儲存能：也是系統(tǒng)儲存能的一局部，取決于系統(tǒng)工質(zhì)與外力場的相互作用〔如重力位能〕及以外界為參考坐標的系統(tǒng)宏觀運動所具有的能量〔宏觀動能〕。這兩種能量統(tǒng)稱為外儲存能。軸功：系統(tǒng)通過機械軸與外界傳遞的機械功稱為軸功。流動功〔或推動功〕：當工質(zhì)在流進和流出控制體界面時，后面的流體推開前面的流體而前進，這樣后面的流體對前面的流體必須作推動功。因此，流動功是為維持流體通過控制體界面而傳遞的機械功，它是維持流體正常流動所必須傳遞的能量。焓：流開工質(zhì)向流動前方傳遞的總能量中取決于熱力狀態(tài)的那局部能量。對于流開工質(zhì)，焓=內(nèi)能+流動功，即焓具有能量意義；對于不流開工質(zhì)，焓只是一個復合狀態(tài)參數(shù)。穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況：工質(zhì)以恒定的流量連續(xù)不斷地進出系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部及界面上各點工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和宏觀運動參數(shù)都保持一定，不隨時間變化，稱穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況。技術(shù)功：在熱力過程中可被直接利用來作功的能量，稱為技術(shù)功。動力機：動力機是利用工質(zhì)在機器中膨脹獲得機械功的設(shè)備。壓氣機：消耗軸功使氣體壓縮以升高其壓力的設(shè)備稱為壓氣機。節(jié)流：流體在管道內(nèi)流動，遇到突然變窄的斷面，由于存在阻力使流體壓力降低的現(xiàn)象。2.常用公式外儲存能：宏觀動能：重力位能：式中 g—重力加速度。系統(tǒng)總儲存能：1．或 2．3．或〔沒有宏觀運動，并且高度為零〕熱力學能變化：1．，適用于理想氣體一切過程或者實際氣體定容過程2．適用于理想氣體一切過程或者實際氣體定容過程〔用定值比熱計算〕3．適用于理想氣體一切過程或者實際氣體定容過程〔用平均比熱計算〕4．把的經(jīng)驗公式代入積分。適用于理想氣體一切過程或者實際氣體定容過程〔用真實比熱公式計算〕5．由理想氣體組成的混合氣體的熱力學能等于各組成氣體熱力學能之和，各組成氣體熱力學能又可表示為單位質(zhì)量熱力學能與其質(zhì)量的乘積。 6． 適用于任何工質(zhì)，可逆過程。 7． 適用于任何工質(zhì)，可逆定容過程 8． 適用于任何工質(zhì)，可逆絕熱過程。 9． 適用于閉口系統(tǒng)任何工質(zhì)絕熱、對外不作功的熱力過程等熱力學能或理想氣體定溫過程。 10．適用于mkg質(zhì)量工質(zhì)，開口、閉口，任何工質(zhì)，可逆、不可逆過程。11.適用于1kg質(zhì)量工質(zhì)，開口、閉口，任何工質(zhì)，可逆、不可逆過程12.適用于微元，任何工質(zhì)可逆過程13． 熱力學能的變化等于焓的變化與流動功的差值。焓的變化：1．適用于m千克工質(zhì) 2． 適用于1千克工質(zhì) 3．適用于理想氣體4．，適用于理想氣體的一切熱力過程或者實際氣體的定壓過程5．適用于理想氣體的一切熱力過程或者實際氣體的定壓過程，用定值比熱計算6．適用于理想氣體的一切熱力過程或者實際氣體的定壓過程用平均比熱計算 7．把的經(jīng)驗公式代入積分。適用于理想氣體的一切熱力過程或者實際氣體的定壓過程，用真實比熱公式計算8．由理想氣體組成的混合氣體的焓等于各組成氣體焓之和，各組成氣體焓又可表示為單位質(zhì)量焓與其質(zhì)量的乘積。 9．熱力學第一定律能量方程 適用于任何工質(zhì)，任何熱力過程。 10．適用于任何工質(zhì)，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流熱力過程 11． 適用于任何工質(zhì)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，忽略工質(zhì)動能和位能的變化。12．適用于任何工質(zhì)可逆、穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，忽略工質(zhì)動能和位能的變化。13．適用于任何工質(zhì)可逆、穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流絕熱過程，忽略工質(zhì)動能和位能的變化。14．適用于任何工質(zhì)可逆、穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流定壓過程，忽略工質(zhì)動能和位能的變化。15．適用于任何工質(zhì)等焓或理想氣體等溫過程。熵的變化： 1．適用于任何氣體，可逆過程。2．為熵流，其值可正、可負或為零；為熵產(chǎn)，其值恒大于或等于零。3．〔理想氣體、可逆定容過程〕 4．〔理想氣體、可逆定壓過程〕 5．〔理想氣體、可逆定溫過程〕 6．〔定熵過程〕 適用于理想氣體、任何過程功量：膨脹功〔容積功〕：1． 或適用于任何工質(zhì)、可逆過程2．適用于任何工質(zhì)、可逆定容過程3．適用于任何工質(zhì)、可逆定壓過程4．適用于理想氣體、可逆定溫過程5．適用于任何系統(tǒng)，任何工質(zhì)，任何過程。6．適用于理想氣體定溫過程。7．適用于任何氣體絕熱過程。8．適用于理想氣體、絕熱過程9．適用于理想氣體、可逆絕熱過程10．適用于理想氣體、可逆多變過程流動功:推動1kg工質(zhì)進、出控制體所必須的功。技術(shù)功:1．熱力過程中可被直接利用來作功的能量，統(tǒng)稱為技術(shù)功。2．適用于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流、微元熱力過程3．技術(shù)功等于膨脹功與流動功的代數(shù)和。4．適用于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流、微元可逆熱力過程5．適用于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流、可逆過程熱量：1． 適用于任何工質(zhì)、微元可逆過程。2． 適用于任何工質(zhì)、可逆過程3．適用于mkg質(zhì)量任何工質(zhì)，開口、閉口，可逆、不可逆過程4．適用于1kg質(zhì)量任何工質(zhì)，開口、閉口，可逆、不可逆過程5．適用于微元，任何工質(zhì)可逆過程。6．適用于任何工質(zhì)可逆過程。7適用于任何工質(zhì)，任何系統(tǒng)，任何過程。8． 適用于微元穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程9．適用于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程10．適用于任何工質(zhì)定容過程11．適用于理想氣體定容過程。12．適用于任何工質(zhì)定壓過程13．適用于理想氣體、定壓過程14． 適用于任何工質(zhì)、絕熱過程15． 適用于理想氣體、多變過程第四章理想氣體的熱力過程及氣體壓縮1.根本概念分析熱力過程的一般步驟：1.依據(jù)熱力過程特性建立過程方程式，p=f(v)；2.確定初、終狀態(tài)的根本狀態(tài)參數(shù)；3.將過程線表示在p-v圖及T—s圖上,使過程直觀，便于分析討論。4.計算過程中傳遞的熱量和功量。絕熱過程：系統(tǒng)與外界沒有熱量交換情況下所進行的狀態(tài)變化過程，即或稱為絕熱過程。定熵過程：系統(tǒng)與外界沒有熱量交換情況下所進行的可逆熱力過程，稱為定熵過程。多變過程：凡過程方程為常數(shù)的過程，稱為多變過程。定容過程：定量工質(zhì)容積保持不變時的熱力過程稱為定容過程。定壓過程：定量工質(zhì)壓力保持不變時的熱力過程稱為定壓過程。定溫過程：定量工質(zhì)溫度保持不變時的熱力過程稱為定溫過程。單級活塞式壓氣機工作原理：吸氣過程、壓縮過程、排氣過程，活塞每往返一次，完成以上三個過程?；钊綁簹鈾C的容積效率：活塞式壓氣機的有效容積和活塞排量之比，稱為容積效率。活塞式壓氣機的余隙：為了安置進、排氣閥以及防止活塞與汽缸端蓋間的碰撞，在汽缸端蓋與活塞行程終點間留有一定的余隙，稱為余隙容積，簡稱余隙。最正確增壓比：使多級壓縮中間冷卻壓氣機耗功最小時，各級的增壓比稱為最正確增壓比。壓氣機的效率：在相同的初態(tài)及增壓比條件下，可逆壓縮過程中壓氣機所消耗的功與實際不可逆壓縮過程中壓氣機所消耗的功之比，稱為壓氣機的效率。熱機循環(huán)：假設(shè)循環(huán)的結(jié)果是工質(zhì)將外界的熱能在一定條件下連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，那么此循環(huán)稱為熱機循環(huán)。 2.常用公式 氣體主要熱力過程的根本公式過程定容過程定壓過程定溫過程定熵過程多變過程過程指數(shù)n∞01кn過程方程v=常數(shù)p=常數(shù)pv=常數(shù)pvк=常數(shù)pvn=常數(shù)P、v、T關(guān)系膨脹功w=0熱量比熱容0備注表中比熱容為定值比熱容多變指數(shù)n：z級壓氣機，最正確級間升壓比：第五章熱力學第二定律1.根本概念熱力學第二定律：開爾文說法：只冷卻一個熱源而連續(xù)不斷作功的循環(huán)發(fā)動機是造不成功的。克勞修斯說法：熱不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體。第二類永動機：從單一熱源取得熱量，并使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能而不引起其他變化的循環(huán)發(fā)動機，稱為第二類永動機。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，稱為孤立系統(tǒng)。孤立系統(tǒng)熵增原理：任何實際過程都是不可逆過程，只能沿著使孤立系統(tǒng)熵增加的方向進行。定熵過程：系統(tǒng)與外界沒有熱量交換情況下所進行的可逆熱力過程，稱為定熵過程。熱機循環(huán)：假設(shè)循環(huán)的結(jié)果是工質(zhì)將外界的熱能在一定條件下連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，那么此循環(huán)稱為熱機循環(huán)。制冷：對物體進行冷卻，使其溫度低于周圍環(huán)境溫度，并維持這個低溫稱為制冷。制冷機：從低溫冷藏室吸取熱量排向大氣所用的機械稱為制冷機。熱泵：將從低溫熱源吸取的熱量傳送至高溫暖室所用的機械裝置稱為熱泵。理想熱機：熱機內(nèi)發(fā)生的一切熱力過程都是可逆過程，那么該熱機稱為理想熱機?？ㄖZ循環(huán)：在兩個恒溫熱源間，由兩個可逆定溫過程和兩個可逆絕熱過程組成的循環(huán)，稱為卡諾循環(huán)?？ㄖZ定理：1．所有工作于同溫熱源與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)無關(guān)。2．在同溫熱源與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)。自由膨脹：氣體向沒有阻力空間的膨脹過程，稱為自由膨脹過程。2.常用公式熵的定義式： J/kgK工質(zhì)熵變計算：，工質(zhì)熵變是指工質(zhì)從某一平衡狀態(tài)變化到另一平衡狀態(tài)熵的差值。因為熵是狀態(tài)參數(shù)，兩狀態(tài)間的熵差對于任何過程，可逆還是不可逆都相等。1． 理想氣體、初、終態(tài)T、v值求ΔS。2． 理想氣體初、終態(tài)T、P值求ΔS。3． 理想氣體、初、終態(tài)P、v值求ΔS。4．固體及液體的熵變計算： 5．熱源熵變： 克勞修斯不等式： 任何循環(huán)的克勞修斯積分永遠小于零，可逆過程時等于零。閉口系統(tǒng)熵方程： 式中：ΔSsys——系統(tǒng)熵變； ΔSsur——環(huán)境熵變； ΔSI——某子系統(tǒng)熵變。開口系統(tǒng)熵方程： 式中：m2s2——工質(zhì)流出系統(tǒng)的熵； m1s1——工質(zhì)流入系統(tǒng)的熵。不可逆作功能力損失：式中：T0——環(huán)境溫度； ΔSISO——孤立系統(tǒng)熵增。第七章水蒸氣1．根本概念未飽和水:水溫低于飽和溫度的水稱為未飽和水〔也稱過冷水〕.飽和水:當水溫到達壓力P所對應的飽和溫度時，水將開始沸騰，這時的水稱為飽和水。濕飽和蒸汽：把預熱到ts的飽和水繼續(xù)加熱，飽和水開始沸騰，在定溫下產(chǎn)生蒸汽而形成飽和液體和飽和蒸汽的混合物，這種混合物稱為濕飽和蒸汽，簡稱濕蒸汽。干飽和蒸汽：濕蒸汽的體積隨著蒸汽的不斷產(chǎn)生而逐漸加大，直至水全部變?yōu)檎羝?，這時的蒸汽稱為干飽和蒸汽〔即不含飽和水的飽和蒸汽〕。2．常用公式干度：濕蒸汽的參數(shù)：〔當p不太大，x不太小時〕過熱蒸汽的焓：其中是過熱熱量，t為過熱蒸汽的溫度，cpm為過熱蒸汽由t到ts的平均比定壓熱容。過熱蒸汽的熱力學能：過熱蒸汽的熵：水蒸氣定壓過程：或水蒸氣定容過程：水蒸氣定溫過程：水蒸氣絕熱過程：第八章濕空氣1.根本概念濕空氣：干空氣和水蒸氣所組成的混合氣體。飽和空氣：干空氣和飽和水蒸氣所組成的混合氣體。未飽和空氣：干空氣和過熱水蒸氣所組成的混合氣體。絕對濕度：每立方米濕空氣中所含有的水蒸氣質(zhì)量。飽和絕對濕度：在一定溫度下飽和空氣的絕對濕度到達最大值，稱為飽和絕對濕度相對濕度：濕空氣的絕對濕度與同溫度下飽和空氣的飽和絕對濕度的比值含濕量(比濕度)：在含有1kg干空氣的濕空氣中，所混有的水蒸氣質(zhì)量飽和度：濕空氣的含濕量d與同溫下飽和空氣的含濕量ds的比值濕空氣的比體積：在一定溫度T和總壓力p下，1kg干空氣和0.001d水蒸氣所占有的體積濕空氣的焓：1kg干空氣的焓和0.001dkg水蒸氣的焓的總和2.常用公式濕空氣的總壓力：濕空氣的平均分子量：濕空氣的氣體常數(shù)：絕對濕度：飽和絕對濕度：相對濕度:相對濕度反映了濕空氣中水蒸氣含量接近飽和的程度。在某溫度t下，值小，表示空氣枯燥，具有較大的吸濕能力;值大，表示空氣潮濕，吸濕能力小。當時為干空氣，時那么為飽和空氣。未飽和空氣的相對濕度在0到1之間()。應用理想氣體狀態(tài)方程，相對濕度又可表示為含濕量(或稱比濕度)d：飽和度D：飽和度D略小于相對濕度，即D≤，如，那么。濕空氣比體積：濕空氣的焓：(kJ/kg(a))第九章氣體和蒸汽的流動1．根本概念穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流：穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流是指開口系統(tǒng)內(nèi)每一點的熱力學和力學參數(shù)都不隨時間而變化的流動，但在系統(tǒng)內(nèi)不同點上，參數(shù)值可以不同。為了簡化起見，可認為管道內(nèi)垂直于軸向的任一截面上的各種參數(shù)都均勻一致，流體參數(shù)只沿管道軸向或流動方向發(fā)生變化。定熵滯止參數(shù)：將具有一定速度的流體在定熵條件下擴壓，使其流速降低為零，這時氣體的參數(shù)稱為定熵滯止參數(shù)。減縮噴管：當進入噴管的氣體是M<1的亞音速氣流時，這種沿著氣體流動方向噴管截面積逐漸縮小的噴管稱為漸縮噴管。漸擴噴管：當進入噴管的氣體是M>1的超音速氣流時，這種沿氣流方向噴管截面積逐漸擴大的噴管稱為漸擴噴管?？s放噴管：如需要將M<1的亞音速氣流增大到M>1的超音速氣流，那么噴管截面積應由df<0逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閐f>0，即噴管截面積應由逐漸縮小轉(zhuǎn)變?yōu)橹饾u擴大，這種噴管稱為漸縮漸擴噴管，或簡稱縮放噴管，也稱拉伐爾〔Laval〕噴管。節(jié)流：節(jié)流過程是指流體〔液體、氣體〕在管道中流經(jīng)閥門、孔板或多孔堵塞物等設(shè)備時，由于局部阻力，使流體壓力降低的一種特殊流動過程。這些閥門、孔板或多孔堵塞物稱為節(jié)流元件。假設(shè)節(jié)流過程中流體與外界沒有熱量交換，稱為絕熱節(jié)流，常常簡稱為節(jié)流。在熱力設(shè)備中，壓力調(diào)節(jié)、流量調(diào)節(jié)或測量流量以及獲得低溫流體等領(lǐng)域經(jīng)常利用節(jié)流過程，而且由于流體與節(jié)流元件換熱極少，可以認為是絕熱節(jié)流。冷效應區(qū)：在轉(zhuǎn)回曲線與溫度縱軸圍成的區(qū)域內(nèi)所有等焓線上的點恒有j>0，發(fā)生在這個區(qū)域內(nèi)的絕熱節(jié)流過程總是使流體溫度降低，稱為冷效應區(qū)。熱效應區(qū)：在轉(zhuǎn)回曲線之外所有等焓線上的點，其j<0，發(fā)生在這個區(qū)域的微分絕熱節(jié)流總是使流體溫度升高，即壓力降低dp，溫度增高dT，稱為熱效應區(qū)。噴管效率：是指實際過程氣體出口動能與定熵過程氣體出口動能的比值。2．常用公式連續(xù)性方程：式中，，——各截面處的質(zhì)量流量〔kg/s〕；f1，f2，f——各截面處的截面積〔m2〕；c1，c2，c——各截面處的氣流速度〔m/s〕；v1，v2，v——各截面處氣體的比容的〔m3/kg〕。對微元穩(wěn)定流動過程，連續(xù)性方程可表示為絕熱穩(wěn)定流動能量方程式：對于微元絕熱穩(wěn)定流動過程，可寫成定熵過程方程式：對于微元定熵過程有只適用于理想氣體的比熱容比κ為常數(shù)〔定比熱容〕的可逆絕熱過程。對于變比熱容的定熵過程，κ應取過程范圍內(nèi)的平均值?？蓧嚎s性流體音速的計算式：理想氣體的音速計算馬赫數(shù)c是給定狀態(tài)的氣體流速，a是該狀態(tài)下的音速。根據(jù)馬赫數(shù)的大小，可以把氣流速度分為三檔：當M＜1，稱為亞音速，當M＝1，稱為音速，當M＞1，稱為超音速。氣體流速變化與狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系：在管道內(nèi)作定熵流動時，dc與dp的符號相反；即氣流速度增加，必導致氣體的壓力下降，這就是噴管中的氣體流動特性；而氣體速度下降，將導致氣體的壓力升高，這是擴壓管中的氣體流動特性。管道截面變化的規(guī)律：理想氣體的當?shù)匾羲伲旱谑聞恿ρh(huán)1．根本概念熱機：將熱能轉(zhuǎn)化為機械能的設(shè)備叫做熱力原動機，簡稱熱機。動力循環(huán)：熱機的工作循環(huán)稱為動力循環(huán)。根據(jù)熱機所用工質(zhì)的不同，動力循環(huán)可分為蒸汽動力循環(huán)和燃氣動力循環(huán)兩大類。奧托循環(huán)：定容加熱理想循環(huán)是汽油機實際工作循環(huán)的理想化，又稱為奧托循環(huán)。狄塞爾〔Diesel〕循環(huán)：定壓加熱理想循環(huán)是柴油機實際工作循環(huán)的理想化。燃氣輪機：燃氣輪機裝置是一種以空氣和燃氣為工質(zhì)、旋轉(zhuǎn)式的熱力發(fā)動機。燃氣輪機裝置主要由三局部組成，即燃氣輪機、壓氣機和燃燒室。2．常用公式朗肯循環(huán)的熱效率:常水泵消耗軸功與汽輪機作功量相比甚小，可忽略不計，因此，于是可簡化為二級回熱循環(huán)熱效率:式中h1、h2——汽輪機入口蒸氣與乏汽的焓;h6、h8——第一、第二次抽汽的焓；h7、h9——第一、第二次抽汽壓力下飽和水的焓；h3——乏汽壓力下凝結(jié)水的焓。再熱循環(huán)熱效率:或 定容加熱循環(huán)熱效率：式中，稱為壓縮比，是個大于1的數(shù)，表示工質(zhì)在燃燒前被壓縮的程度。定壓加熱循環(huán)熱效率：混合加熱循環(huán)熱效率：燃氣輪機的理想循環(huán)熱效率：第十一章制冷循環(huán)1．根本概念制冷：對物體進行冷卻，使其溫度低于周圍環(huán)境的溫度，并維持這個低溫稱為?？諝鈮嚎s式制冷：將常溫下較高壓力的空氣進行絕熱膨脹，獲得低溫低壓的空氣。蒸汽噴射制冷循環(huán)：用引射器代替壓縮機來壓縮制冷劑，以消耗蒸汽的熱能作為補償來實現(xiàn)制冷的目的。蒸汽噴射制冷裝置：由鍋爐、引射器(或噴射器)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器和水泵等組成。吸收式制冷：利用制冷劑液體氣化吸熱實現(xiàn)制冷，它是直接利用熱能驅(qū)動，以消耗熱能為補償將熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到環(huán)境中去。吸收式制冷采用的工質(zhì)是兩種沸點相差較大的物質(zhì)組成的二元溶液，其中沸點低的物質(zhì)為制冷劑，沸點高的物質(zhì)為吸收劑。熱泵：是一種能源提升裝置，以消耗一局部高位能(機械能、電能或高溫熱能等)為補償，通過熱力循環(huán)，把環(huán)境介質(zhì)(水、空氣、土壤)中貯存的不能直接利用的低位能量轉(zhuǎn)換為可以利用的高位能。影響制冷系數(shù)的主要因素：降低制冷劑的冷凝溫度(即熱源溫度)和提高蒸發(fā)溫度〔冷源溫度〕，都可使制冷系數(shù)增高。2．常用公式制冷系數(shù)：空氣壓縮式制冷系數(shù)或卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)：習題答案2-5當外界為標準狀態(tài)時，一鼓風機每小時可送300m3的空氣，如外界的溫度增高到27℃，大氣壓降低到99.3kPa，而鼓風機每小時的送風量仍為300m3，問鼓風機送風量的質(zhì)量改變多少？解：同上題＝41.97kg2－14如果忽略空氣中的稀有氣體，那么可以認為其質(zhì)量成分為，。試求空氣的折合分子量、氣體常數(shù)、容積成分及在標準狀態(tài)下的比容和密度。解：折合分子量＝28.86氣體常數(shù)＝288容積成分＝20.9％ 1－20.9％＝79.1％標準狀態(tài)下的比容和密度＝1.288kg/m3＝0.776m3/kg2—18〔1〕天然氣在標準狀態(tài)下的密度；〔2〕各組成氣體在標準狀態(tài)下的分壓力。解：〔1〕密度＝16.48〔2〕各組成氣體在標準狀態(tài)下分壓力因為：98.285kPa3－8容積由隔板分成兩局部，左邊盛有壓力為600kPa，溫度為27℃的空氣，右邊為真空，容積為左邊5倍。將隔板抽出后，空氣迅速膨脹充滿整個容器。試求容器內(nèi)最終壓力和溫度。設(shè)膨脹是在絕熱下進行的。解：熱力系：左邊的空氣系統(tǒng)：整個容器為閉口系統(tǒng)過程特征：絕熱，自由膨脹根據(jù)閉口系統(tǒng)能量方程絕熱自由膨脹W＝0因此ΔU=0對空氣可以看作理想氣體，其內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，得根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程＝100kPa3-9 一個儲氣罐從壓縮空氣總管充氣，總管內(nèi)壓縮空氣參數(shù)恒定，為500kPa，25℃。充氣開始時，罐內(nèi)空氣參數(shù)為100kPa，25℃。求充氣終了時罐內(nèi)空氣的溫度。設(shè)充氣過程是在絕熱條件下進行的。解：開口系統(tǒng)特征：絕熱充氣過程工質(zhì)：空氣〔理想氣體〕根據(jù)開口系統(tǒng)能量方程，忽略動能和未能，同時沒有軸功，沒有熱量傳遞。沒有流出工質(zhì)m2=0dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1終態(tài)工質(zhì)為流入的工質(zhì)和原有工質(zhì)和m0=mcv2-mcv1mcv2ucv2-mcv1ucv1=m0h0 (1)h0=cpT0ucv2=cvT2ucv1=cvT1mcv1=mcv2=代入上式(1)整理得=398.3K3－10 供暖用風機連同加熱器，把溫度為℃的冷空氣加熱到溫度為℃，然后送入建筑物的風道內(nèi)，送風量為0.56kg/s，風機軸上的輸入功率為1kW，設(shè)整個裝置與外界絕熱。試計算：〔1〕風機出口處空氣溫度；〔2〕空氣在加熱器中的吸熱量；〔3〕假設(shè)加熱器中有阻力，空氣通過它時產(chǎn)生不可逆的摩擦擾動并帶來壓力降，以上計算結(jié)果是否正確？解：開口穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng)〔1〕風機入口為0℃那么出口為1.78℃℃空氣在加熱器中的吸熱量＝138.84kW(3)假設(shè)加熱有阻力，結(jié)果1仍正確；但在加熱器中的吸熱量減少。加熱器中，p2減小故吸熱減小。3－17 解：等容過程1.4＝37.5kJ3-18 解：定壓過程 T1==216.2K T2=432.4K內(nèi)能變化：＝156.3kJ焓變化：218.8kJ功量交換：＝62.05kJ熱量交換：=218.35kJ4-1 1kg空氣在可逆多變過程中吸熱40kJ，其容積增大為，壓力降低為，設(shè)比熱為定值，求過程中內(nèi)能的變化、膨脹功、軸功以及焓和熵的變化。解：熱力系是1kg空氣過程特征：多變過程＝0.9因為內(nèi)能變化為＝717.5 ＝1004.5 ＝3587.5＝8×103J膨脹功：＝32×103J軸功：28.8×103J焓變：＝1.4×8＝11.2×103J熵變：＝0.82×1034－2 有1kg空氣、初始狀態(tài)為，℃，進行以下過程：〔1〕可逆絕熱膨脹到；〔2〕不可逆絕熱膨脹到，；〔3〕可逆等溫膨脹到；〔4〕可逆多變膨脹到，多變指數(shù)；試求上述各過程中的膨脹功及熵的變化，并將各過程的相對位置畫在同一張圖和圖上解：熱力系1kg空氣膨脹功：＝111.9×103J熵變?yōu)?〔2〕＝88.3×103J＝116.8〔3〕＝195.4×103＝0.462×103〔4〕＝67.1×103J＝189.2K＝－346.44－14 某工廠生產(chǎn)上需要每小時供給壓力為0.6MPa的壓縮空氣600kg；設(shè)空氣所初始溫度為20℃，壓力為0.1MPa。求壓氣機需要的最小理論功率和最大理論功率。假設(shè)按n＝1.22的多變過程壓縮，需要的理論功率為多少？解：最小功率是定溫過程m=600/3600=1/6kg/s＝－25.1KW最大功率是定熵過程－32.8KW多變過程的功率－29.6KW4－15 實驗室需要壓力為6MPa的壓縮空氣，應采用一級壓縮還是二級壓縮？假設(shè)采用二級壓縮，最正確中間壓力應等于多少？設(shè)大氣壓力為0.1，大氣溫度為20，壓縮過程多變指數(shù)n=1.25，采用中間冷卻器能將壓縮氣體冷卻到初溫。試計算壓縮終了空氣的溫度。解：壓縮比為60，故應采用二級壓縮。中間壓力：0.775MPa =441K4-16 有一離心式壓氣機，每分鐘吸入p1＝0.1MPa，t1=16℃的空氣400m3，排出時p2＝0.5MPa，t2=75℃。設(shè)過程可逆，試求：(1)此壓氣機所需功率為多少千瓦？(2)該壓氣機每分鐘放出的熱量為多少千焦？解：〔1〕

=8.04kg/s =1.13

1183KW〔2〕

=-712.3kJ/s4－17 三臺空氣壓縮機的余隙容積均為6％，進氣狀態(tài)均為0.1MPa、27℃，出口壓力均為0.5MPa，但壓縮過程的指數(shù)不同，分別為：n1=1.4，n2=1.25，n3=1。試求各壓氣機的容積效率〔假設(shè)膨脹過程的指數(shù)和壓縮過程的指數(shù)相同〕。解：n=1.4: 0.87n=1.25：=0.84n=1： =0.767－4將2kg水盛于容積為0.2m3的抽空了的密閉剛性容器中，然后加熱至200℃試求容器中〔1〕壓力；〔2〕焓；〔3〕蒸汽的質(zhì)量和體積。解：〔1〕查200℃的飽和參數(shù)h``＝2791.4kJ/kg h`=852.4kJ/kgv``＝0.12714m3/kg v`＝0.0011565m3/kg飽和壓力1.5551MPa。剛性容器中水的比容：＝0.1m3/kg<v``因此是濕蒸汽。壓力是飽和壓力1.5551MPa。干度：＝0.78焓：hx＝xh``+(1-x)h`=2364.8kJ/kg蒸汽的質(zhì)量和體積：mv=x×m=0.78×2=1.56kgV=mv×v``＝0.19834m37-7某空調(diào)系統(tǒng)采用p＝0.3MPa、x＝0.94的濕蒸汽來加熱空氣。暖風機空氣的流量為每小時4000標準m3，空氣通過暖風機〔從0℃〕被加熱到120℃。設(shè)蒸汽流過暖風機后全部變?yōu)閜＝0.3MPa的凝結(jié)水。求每小時需要多少千克蒸汽〔視空氣的比熱為定值〕。解：空氣吸收的熱量：＝619000kJ/hp＝0.3MPa的飽和參數(shù)：h``＝2725.5kJ/kg h`=561.4kJ/kgp＝0.3MPa、x＝0.94蒸汽的焓hx＝xh``+(1-x)h`=2595.7kJ/kg需要蒸汽304.28kg/h法二：濕蒸汽中起加熱作用的僅為干飽和蒸汽＝306.6kg/h7-11汽輪機進汽參數(shù)為：p1=3MPa，t1=450℃，蒸汽在汽輪機中絕熱膨脹到p2=5kPa后排入冷凝器。求：〔1〕可逆絕熱膨脹時蒸汽的終參數(shù)及汽輪機所作的功；〔2〕假設(shè)蒸汽在汽輪機中為不可逆絕熱膨脹，引起的熵產(chǎn)為0.25kJ/(kg.K)，那么汽輪機作的功將為多少？解：查表p1=3MPa，t1=450℃的參數(shù)h1=3344kJ/kg s1=7.083kJ/(kg.K)那么絕熱膨脹到p2=5kPa，s2=7.083kJ/(kg.K)時蒸汽的終參數(shù)t2=32.88℃ h2=2160kJ/kg v2=23.52m3/kg 汽輪機所作的功1184kJ/kg〔2〕不可逆絕熱膨脹后的熵為s3=7.083+0.25＝7.333kJ/(kg.K)p3=5kPa蒸汽的終參數(shù)：h3=2236kJ/kg 汽輪機所作的功1108kJ/kg8－4壓力B為101325Pa的濕空氣，在溫度1＝5℃，相對濕度1＝60％的狀態(tài)下進入加熱器，在2＝20℃離開加熱器。進入加熱器的濕空氣容積為＝10000m3。求加熱量及離開加熱器時濕空氣的相對濕度。解：查飽和空氣狀態(tài)參數(shù)1＝5℃，＝872Pa2＝20℃，＝2.337kPa分別計算狀態(tài)參數(shù)：1＝5℃，1＝60％時＝872×60％＝523.2Pa3.2g/kg(a)13.08kJ/kg(a)在加熱器中是等濕過程：3.2g/kg(a)28.32kJ/kg(a)查圖得濕空氣相對濕度：2＝23％干空氣的質(zhì)量：12634kg加熱量：1.9×105kJ8-7在容積＝60℃的房間內(nèi)，空氣的溫度和相對濕度分別為21℃及70％。問空氣的總質(zhì)量及焓kg值各為多少？設(shè)當?shù)卮髿鈮簽锽＝0.1013MPa。解：空氣21℃對應的飽和壓力：2.485kPa水蒸氣的分壓力：＝1.7295kPa溫度21℃和相對濕度分別為70％的空氣焓：48.77kJ/kg(a)干空氣的質(zhì)量：70.8kg空氣的含濕量：10.8g/kg(a)空氣的總質(zhì)量：＝71.5kg空氣的焓值：70.8×48.77＝3452.9kJ8－12濕空氣的溫度＝18℃，露點d＝8℃,試求相對濕度、絕對濕度及含濕量。如將上述濕空氣加熱至40℃，其相對濕度、絕對濕度有何變化？如將其冷卻至飽和狀態(tài)，求其相對濕度與絕對濕度。當時大氣壓力為0.1013MPa。解：(1)查圖得： 52％＝65.08m3/kg＝0.008kg/m36.7g/kg(a)(2)相對濕度2=14％ ＝19.5m3/kg絕對濕度＝0.0072kg/m3(3)冷卻至飽和狀態(tài)3=100％飽和溫度為8℃ ＝120.9m3/kg絕對濕度＝0.00827kg/m39-5空氣流經(jīng)噴管作定熵流動，進口截