工程熱力學(xué)大總結(jié)第五版

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第一章基本概念

1.基本概念

熱力系統(tǒng)：用界面將所要研究的對(duì)象與周邊環(huán)境分隔開來，這種人為分隔的研究對(duì)象，稱為熱力系統(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。

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(jiǎn)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(xué)性質(zhì)都均勻一致的系統(tǒng)稱為單相系。復(fù)相系：由兩個(gè)相以上組成的系統(tǒng)稱為復(fù)相系，如固、液、氣組成的三相系統(tǒng)。單元系：由一種化學(xué)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(xué)成分組成的系統(tǒng)稱為多元系。均勻系：成分和相在整個(gè)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(gè)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(jiǎn)稱為狀態(tài)。平衡狀態(tài)：系統(tǒng)在不受外界影響的條件下，假使宏觀熱力性質(zhì)不隨時(shí)間而變化，系統(tǒng)內(nèi)外同時(shí)建立了熱的和力的平衡，這時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)稱為熱力平衡狀態(tài)，簡(jiǎn)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。

基本狀態(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(cè)量出來，稱為基本狀態(tài)參數(shù)。

溫度：是描述系統(tǒng)熱力平衡狀況時(shí)冷熱程度的物理量，其物理實(shí)質(zhì)是物質(zhì)內(nèi)部大量微觀分子熱運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱程度的宏觀反映。

熱力學(xué)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。壓力：垂直作用于器壁單位面積上的力，稱為壓力，也稱壓強(qiáng)。

相對(duì)壓力：相對(duì)于大氣環(huán)境所測(cè)得的壓力。如工程上常用測(cè)壓儀表測(cè)定系統(tǒng)中工質(zhì)的壓力即為相對(duì)壓力。

比容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量工質(zhì)所具有的容積，稱為工質(zhì)的比容。密度：?jiǎn)挝蝗莘e的工質(zhì)所具有的質(zhì)量，稱為工質(zhì)的密度。

強(qiáng)度性參數(shù)：系統(tǒng)中單元體的參數(shù)值與整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)值一致，與質(zhì)量多少無關(guān)，沒有可加性，如

1

溫度、壓力等。在熱力過程中，強(qiáng)度性參數(shù)起著推動(dòng)力作用，稱為廣義力或勢(shì)。

廣延性參數(shù)：整個(gè)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(xué)中位移的作用，稱為廣義位移。準(zhǔn)靜態(tài)過程：過程進(jìn)行得十分緩慢，使過程中系統(tǒng)內(nèi)部被破壞了的平衡有足夠的時(shí)間恢復(fù)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)都十分接近平衡狀態(tài)，整個(gè)過程可看作是由一系列十分接近平衡態(tài)的狀態(tài)所組成，并稱之為準(zhǔn)靜態(tài)過程。

可逆過程：當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行正、反兩個(gè)過程后，系統(tǒng)與外界均能完全回復(fù)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(jī)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，最終又回復(fù)到初始狀態(tài)的全部過程稱為熱力循環(huán)，簡(jiǎn)稱循環(huán)。

2.常用公式

狀態(tài)參數(shù):

2?dx?x2?x11

?dx?0

狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)的函數(shù)，對(duì)應(yīng)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(shí)，由初狀態(tài)經(jīng)過不同路徑，最終到達(dá)終點(diǎn)，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．

mw22?BT

式中

mw22—分子平移運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，其中m是一個(gè)分子的質(zhì)量，w是分子平移運(yùn)動(dòng)的均

方根速度；

B—比例常數(shù)；T—?dú)怏w的熱力學(xué)溫度。

2．T?273?t

壓力：

1．p?23nmw22?23nBT

式中P—單位面積上的絕對(duì)壓力；

2

n—分子濃度，即單位容積內(nèi)含有氣體的分子數(shù)n?分子總數(shù)。

2．p?FfNV，其中N為容積V包含的氣體

F—整個(gè)容器壁受到的力，單位為牛（N）；

式中

f—容器壁的總面積（m2）。

（P>B）（P<B）

3．p?B?pg

p?B?H

式中B—當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?/p>

比容:

1．v?VmPg—高于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫r(shí)的相對(duì)壓力，稱表壓力；H—低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫r(shí)的相對(duì)壓力，稱為真空值。

m3/kgV—工質(zhì)的容積m—工質(zhì)的質(zhì)量

式中

2．?v?1式中

熱力循環(huán):

??q???w?v—工質(zhì)的密度kg/m3

—工質(zhì)的比容m3/kg

或??u?0，?du?0

w0q1q1?q2q1q2q1循環(huán)熱效率:?t?式中

??1?

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。

q2w0?q2q1?q2制冷系數(shù)：?1?

q1—工質(zhì)向熱源放出熱量；

式中

q2—工質(zhì)從冷源吸取熱量；

w0—循環(huán)所作的凈功。

3

供熱系數(shù)：?2?q1w0?q1q1?q2

q1—工質(zhì)向熱源放出熱量

式中

q2—工質(zhì)從冷源吸取熱量

w0—循環(huán)所作的凈功

3.重要圖表

圖1-1熱力系統(tǒng)圖1-2邊界可變形系統(tǒng)圖1-3開口系統(tǒng)圖1-4孤立系統(tǒng)4

圖1-5U形壓力計(jì)測(cè)壓圖1-6各壓力間的關(guān)系圖1-14任意循環(huán)在p?v圖上的表示(a)正循環(huán)；(b)逆循環(huán)

其次章氣體的熱力性質(zhì)

1.基本概念

理想氣體：氣體分子是由一些彈性的、忽視分子之間相互作用力（引力和斥力）、不占有體積的質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成。

比熱：?jiǎn)挝晃锪康奈矬w，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：在定容狀況下，單位物量的物體，溫度變化1