《工程熱力學(xué)B》大學(xué)筆記

《工程熱力學(xué)B》大學(xué)筆記第一章工程熱力學(xué)基礎(chǔ)1.1熱力學(xué)的基本概念熱力學(xué)是物理學(xué)的一個分支，它探討的是能量轉(zhuǎn)換以及物質(zhì)的宏觀性質(zhì)。熱力學(xué)主要關(guān)注的是能量如何從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，例如從熱能到機械能的轉(zhuǎn)換。在熱力學(xué)中，我們通常處理的是系統(tǒng)、環(huán)境以及它們之間的邊界。系統(tǒng)：熱力學(xué)分析的對象。環(huán)境：系統(tǒng)之外的一切。邊界：系統(tǒng)與環(huán)境之間的分界面。熱力學(xué)系統(tǒng)可以按照其與環(huán)境的能量和物質(zhì)交換方式分為三種類型：孤立系統(tǒng)：既沒有物質(zhì)也沒有能量的交換。封閉系統(tǒng)：允許能量交換但不允許物質(zhì)交換。開放系統(tǒng)：允許物質(zhì)和能量同時交換。1.2狀態(tài)與過程熱力學(xué)狀態(tài)是指系統(tǒng)在某一時刻的熱力學(xué)屬性，如溫度、壓力、體積等。如果這些屬性都確定了，則系統(tǒng)的狀態(tài)也就確定了。當(dāng)系統(tǒng)從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)時，這種變化稱為過程。常見的過程有：等溫過程：過程中溫度保持不變。等壓過程：過程中壓力保持不變。等容過程：過程中體積保持不變。絕熱過程：過程中沒有熱量交換。多變過程：過程遵循特定的關(guān)系，比如

pVn=常數(shù)pVn=常數(shù)。過程類型定義特征等溫過程溫度保持不變T=常數(shù)T=常數(shù)等壓過程壓力保持不變P=常數(shù)P=常數(shù)等容過程體積保持不變V=常數(shù)V=常數(shù)絕熱過程沒有熱量交換Q=0Q=0多變過程遵循

pVn=常數(shù)pVn=常數(shù)nn

是多變指數(shù)1.3熱力學(xué)系統(tǒng)及其分類熱力學(xué)系統(tǒng)可以根據(jù)其與外界的相互作用程度進行分類。對于工程熱力學(xué)而言，理解不同類型的系統(tǒng)是非常重要的，因為不同的系統(tǒng)有著不同的熱力學(xué)行為。孤立系統(tǒng)：沒有任何物質(zhì)或能量的交換。這樣的系統(tǒng)非常理想化，在自然界中幾乎不存在。封閉系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間可以有能量的交換，但沒有物質(zhì)的交換。例如，一個密封容器內(nèi)的氣體就是一個封閉系統(tǒng)。開放系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間既有能量的交換也有物質(zhì)的交換。工業(yè)生產(chǎn)中的許多過程都是開放系統(tǒng)，比如蒸汽輪機中的蒸汽流動。1.4溫度、壓力、比體積等狀態(tài)參數(shù)溫度（T）是衡量物體冷熱程度的物理量，它是熱力學(xué)系統(tǒng)的一個基本狀態(tài)參數(shù)。溫度可以通過接觸熱平衡的方法來測量。常用的溫度單位包括開爾文（K）、攝氏度（℃）和華氏度（℉）。壓力（P）是單位面積上受到的作用力。在熱力學(xué)中，壓力通常是氣體或液體施加在容器壁上的力。壓力的國際單位是帕斯卡（Pa），但在工程實踐中常用兆帕（MPa）、巴（bar）或者磅/平方英寸（psi）。比體積（v）是單位質(zhì)量的物質(zhì)所占有的體積。它是體積（V）與質(zhì)量（m）之比，即v=V/mv=V/m。比體積的單位通常是立方米/千克（m3/kg）。對于氣體來說，比體積是一個很重要的參數(shù)，因為它直接關(guān)系到氣體的狀態(tài)方程。其他重要的狀態(tài)參數(shù)還包括內(nèi)能（U）、焓（H）、熵（S）等。這些參數(shù)將在后續(xù)章節(jié)中詳細討論。第二章能量守恒原理2.1內(nèi)能與熱量內(nèi)能（U）是系統(tǒng)內(nèi)部所有分子運動的總能量。它包括分子的動能和勢能。內(nèi)能是狀態(tài)函數(shù)，這意味著它的值只依賴于系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，而不依賴于到達該狀態(tài)的過程路徑。熱量（Q）是指由于溫度差異而傳遞的能量。當(dāng)熱量從高溫物體流向低溫物體時，高溫物體失去熱量，而低溫物體獲得熱量。熱量不是狀態(tài)函數(shù)；它描述的是能量轉(zhuǎn)移的過程。2.2功功（W）是在力的作用下物體移動距離的結(jié)果。在熱力學(xué)中，功是系統(tǒng)對外界做功或是外界對系統(tǒng)做功的結(jié)果。功的形式多種多樣，包括機械功、電功、化學(xué)功等。在工程熱力學(xué)中最常見的是膨脹功和壓縮功。膨脹功：當(dāng)系統(tǒng)對外界做功時，如氣體膨脹推動活塞。壓縮功：當(dāng)外界對系統(tǒng)做功時，如壓縮機將氣體壓縮。功也是一個過程量，它依賴于過程的具體路徑。2.3第一定律（能量守恒定律）的應(yīng)用第一定律，也稱作能量守恒定律，指出在一個孤立系統(tǒng)中，能量既不能被創(chuàng)造也不能被消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。數(shù)學(xué)表達式為：ΔU=Q?WΔU=Q?W其中，ΔUΔU表示內(nèi)能的變化，QQ是傳遞給系統(tǒng)的熱量，WW是系統(tǒng)對外界做的功。如果系統(tǒng)吸收了熱量并且對外做了功，那么內(nèi)能將會增加；反之，如果系統(tǒng)釋放了熱量并接受了外界的功，那么內(nèi)能將會減少。2.4開放系統(tǒng)與閉合系統(tǒng)的能量方程對于閉合系統(tǒng)，第一定律可以簡化為上述形式。但對于開放系統(tǒng)，我們需要考慮物質(zhì)進出系統(tǒng)所帶來的能量變化。開放系統(tǒng)的能量方程通常寫作：E˙=Q˙?W˙+∑im˙i(hi+Vi22+gzi)E˙=Q˙??W˙+∑i?m˙i?(hi?+2Vi2??+gzi?)其中，E˙E˙是系統(tǒng)總能量的變化率，Q˙Q˙?是熱量傳遞速率，W˙W˙是做功速率，m˙im˙i?是進入或離開系統(tǒng)的第ii種物質(zhì)的質(zhì)量流率，hihi?是焓，ViVi?是速度，zizi?是位置高度，gg是重力加速度。2.5穩(wěn)態(tài)流動能量方程在許多工程應(yīng)用中，系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)流動狀態(tài)，即流入和流出系統(tǒng)的質(zhì)量流率相同。此時，系統(tǒng)的能量方程可以進一步簡化為：Q˙?W˙=∑im˙i(hout,i?hin,i)Q˙??W˙=∑i?m˙i?(hout,i??hin,i?)這里，hin,ihin,i?和hout,ihout,i?分別表示物質(zhì)進入和離開系統(tǒng)時的焓值。穩(wěn)態(tài)流動能量方程廣泛應(yīng)用于熱力設(shè)備的設(shè)計和分析，如鍋爐、渦輪機、換熱器等。第三章熵與第二定律3.1熵的概念熵（S）是熱力學(xué)中的一個重要狀態(tài)函數(shù)，用來描述系統(tǒng)無序程度或能量分布的均勻性。熵的概念由魯?shù)婪颉た藙谛匏挂?，用于表述熱力學(xué)第二定律。熵的單位是焦耳/開爾文（J/K）。熵的微分定義如下：dS=δQTdS=TδQ?其中，δQδQ是系統(tǒng)吸收的微小熱量，TT是絕對溫度。當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)歷一個可逆過程時，上式成立；而對于不可逆過程，熵的產(chǎn)生會使得實際熵變大于上式的積分結(jié)果。3.2克勞修斯不等式克勞修斯不等式表明，在任何自發(fā)過程中，熵總是增加或保持不變。對于一個孤立系統(tǒng)，熵永遠不會減少。這一原則可以表達為：∮δQT≤0∮TδQ?≤0等號適用于可逆過程，不等號適用于不可逆過程。這個不等式強調(diào)了自然過程的方向性和時間箭頭。3.3卡諾循環(huán)與卡諾效率卡諾循環(huán)是由法國工程師薩迪·卡諾提出的理想化熱機循環(huán)。它由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成，是實現(xiàn)最大可能效率的循環(huán)?？ㄖZ循環(huán)的效率（ηCarnotηCarnot?）僅取決于熱源溫度THTH?和冷源溫度TCTC?：ηCarnot=1?TCTHηCarnot?=1?TH?TC??卡諾效率是所有熱機循環(huán)中的最高效率，任何實際熱機的效率都不可能超過相應(yīng)的卡諾效率。3.4熵增原理熵增原理指出，在一個孤立系統(tǒng)中，熵總是趨向于增加。即使在開放系統(tǒng)中，雖然熵可以暫時減少，但整個宇宙的熵總量始終在增加。熵增原理是熱力學(xué)第二定律的一種表述，它揭示了自然界過程的不可逆性。3.5不可逆性與熵產(chǎn)不可逆過程是無法完全恢復(fù)到初始狀態(tài)的過程，而熵產(chǎn)是不可逆過程中產(chǎn)生的額外熵。在任何實際過程中，由于摩擦、粘滯等耗散效應(yīng)，總會伴隨著熵產(chǎn)。熵產(chǎn)的計算公式為：Sgen=S2?S1?∫δQTSgen?=S2??S1??∫TδQ?其中，S1S1?和S2S2?分別代表過程初末狀態(tài)的熵，∫δQT∫TδQ?是可逆過程中的熵變。熵產(chǎn)的存在意味著實際過程的效率永遠低于理想的可逆過程。通過深入理解和應(yīng)用熵的概念及其相關(guān)原理，我們可以更好地分析和設(shè)計高效的熱力系統(tǒng)，并且認識到自然界中能量轉(zhuǎn)換的極限。第四章理想氣體4.1理想氣體狀態(tài)方程理想氣體是一種假設(shè)的氣體模型，它假設(shè)氣體分子間沒有相互作用力，并且分子自身占據(jù)的體積可以忽略不計。理想氣體的行為可以用理想氣體狀態(tài)方程來描述：PV=nRTPV=nRT其中，PP

是氣體的壓力，VV

是氣體的體積，nn

是氣體的摩爾數(shù)，RR

是通用氣體常數(shù)（R=8.314?J/(mol\cdotpK)R=8.314J/(mol\cdotpK)），TT

是氣體的絕對溫度。理想氣體狀態(tài)方程是熱力學(xué)中最基本的關(guān)系之一，適用于大多數(shù)低壓和高溫條件下的氣體。4.2理想氣體的內(nèi)能與焓理想氣體的內(nèi)能（UU）和焓（(H\））僅依賴于溫度。對于單原子理想氣體，內(nèi)能的表達式為：U=32nRTU=23?nRT對于雙原子氣體，考慮到振動自由度，內(nèi)能的表達式變?yōu)椋篣=52nRTU=25?nRT焓是內(nèi)能加上壓力乘以體積，對于理想氣體，焓的表達式為：H=U+PV=U+nRTH=U+PV=U+nRT因此，理想氣體的焓也是溫度的函數(shù)，且與內(nèi)能的關(guān)系為：H=(32+1)nRT=52nRT(單原子氣體)H=(23?+1)nRT=25?nRT(單原子氣體)H=(52+1)nRT=72nRT(雙原子氣體)H=(25?+1)nRT=27?nRT(雙原子氣體)4.3多變過程多變過程是指氣體在過程中遵循特定的關(guān)系，如pVn=常數(shù)pVn=常數(shù)，其中nn是多變指數(shù)。不同值的nn對應(yīng)于不同的過程類型：當(dāng)

n=0n=0

時，為等壓過程。當(dāng)

n=1n=1

時，為等溫過程。當(dāng)

n=γn=γ（比熱比）時，為絕熱過程。當(dāng)

n→∞n→∞

時，為等容過程。多變過程在工程熱力學(xué)中非常重要，因為它可以幫助我們理解氣體在不同條件下是如何響應(yīng)的。4.4理想氣體混合物理想氣體混合物是指由兩種或更多種理想氣體組成的混合物，其中各組分之間沒有化學(xué)反應(yīng)，且各組分的行為仍然符合理想氣體狀態(tài)方程。對于理想氣體混合物，總的壓力PP等于各組分分壓的總和（道爾頓分壓定律）：P=P1+P2+?+PnP=P1?+P2?+?+Pn?其中，PiPi?是第ii種氣體的分壓。分壓可以通過摩爾分數(shù)yiyi?計算：Pi=yiPPi?=yi?P摩爾分數(shù)yiyi?是某組分的摩爾數(shù)nini?與總摩爾數(shù)nn之比：yi=ninyi?=nni??理想氣體混合物的內(nèi)能和焓可以通過各組分的貢獻求和得到：U=∑iniui(T)U=∑i?ni?ui?(T)H=∑inihi(T)H=∑i?ni?hi?(T)其中，ui(T)ui?(T)和hi(T)hi?(T)分別是第ii種氣體的內(nèi)能和焓。第五章實際氣體5.1實際氣體行為實際氣體是指不符合理想氣體假設(shè)的氣體，它們在高壓和低溫條件下表現(xiàn)出與理想氣體顯著不同的行為。實際氣體的分子間存在相互作用力，且分子本身占有一定的體積。這些因素導(dǎo)致實際氣體的狀態(tài)方程更為復(fù)雜。5.2范德瓦爾斯方程范德瓦爾斯方程是最早提出的一種修正理想氣體狀態(tài)方程，考慮了分子間的吸引力和分子體積的影響。方程形式為：(P+aVm2)(Vm?b)=RT(P+Vm2?a?)(Vm??b)=RT其中，PP

是氣體的壓力，VmVm?

是摩爾體積，TT

是溫度，aa

和

bb

是范德瓦爾斯常數(shù)，分別反映了分子間的吸引力和分子體積。范德瓦爾斯方程在高壓和低溫下能夠較好地預(yù)測實際氣體的行為，但它仍然是一個近似模型。5.3對比狀態(tài)原理對比狀態(tài)原理指出，在相同的對比狀態(tài)下，所有實際氣體的行為是相似的。對比狀態(tài)是指使用對比溫度TrTr?和對比壓力PrPr?來描述氣體狀態(tài)，其中：Tr=TTcTr?=Tc?T?Pr=PPcPr?=Pc?P?TcTc?和PcPc?分別是氣體的臨界溫度和臨界壓力。對比狀態(tài)原理大大簡化了實際氣體性質(zhì)的計算。5.4臨界點與相圖臨界點是指氣體和液體之間的區(qū)別消失的點。在臨界點，氣體和液體具有相同的密度和熱力學(xué)性質(zhì)。臨界點的參數(shù)包括臨界溫度TcTc?、臨界壓力PcPc?和臨界體積VcVc?。相圖是描述物質(zhì)在不同溫度和壓力下相態(tài)變化的圖形。常見的相圖包括溫度-壓力圖（P?TP?T圖）和溫度-體積圖（T?VT?V圖）。相圖顯示了不同相態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）的區(qū)域，以及相變線（如熔化線、沸騰線）。5.5壓縮因子壓縮因子ZZ是用來衡量實際氣體偏離理想氣體行為的程度。壓縮因子定義為實際氣體的摩爾體積VmVm?與理想氣體摩爾體積VmidealVmideal?之比：Z=PVmRTZ=RTPVm??對于理想氣體，Z=1Z=1；對于實際氣體，ZZ通常不等于1。壓縮因子可以通過實驗測定或通過狀態(tài)方程計算得出。壓縮因子隨溫度和壓力的變化提供了關(guān)于實際氣體行為的重要信息。第六章水蒸氣與濕空氣6.1水蒸氣性質(zhì)表水蒸氣是工程熱力學(xué)中非常重要的工質(zhì)之一，尤其是在發(fā)電廠和制冷系統(tǒng)中。水蒸氣的性質(zhì)可以通過水蒸氣性質(zhì)表來查找，這些表格列出了不同溫度和壓力下的飽和水蒸氣和飽和水的熱力學(xué)性質(zhì)，如內(nèi)能、焓、熵等。水蒸氣性質(zhì)表通常包括以下幾個部分：飽和水蒸氣：列出不同溫度下的飽和壓力、比體積、內(nèi)能、焓和熵。飽和水：列出不同溫度下的飽和壓力、比體積、內(nèi)能、焓和熵。過熱蒸汽：列出不同溫度和壓力下的過熱蒸汽的比體積、內(nèi)能、焓和熵。6.2濕空氣的組成與性質(zhì)濕空氣是指含有水蒸氣的空氣。濕空氣的性質(zhì)包括絕對濕度、相對濕度、濕球溫度和露點溫度等。絕對濕度（ωω）：單位體積空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量。單位為克/立方米（g/m3）。相對濕度（??）：實際水蒸氣分壓與同溫度下飽和水蒸氣分壓之比。范圍為0%到100%。濕球溫度（TwTw?）：濕空氣在與水接觸并達到熱平衡時的溫度。濕球溫度低于干球溫度（環(huán)境溫度）。露點溫度（TdTd?）：空氣中的水蒸氣開始凝結(jié)成液體時的溫度。露點溫度低于濕球溫度。濕空氣的性質(zhì)可以通過濕空氣圖表（如psychrometricchart）來表示和計算。濕空氣圖表顯示了不同溫度、濕度條件下的濕空氣狀態(tài)，以及相應(yīng)的濕球溫度、露點溫度和焓值。6.3絕對濕度與相對濕度絕對濕度（ωω）是濕空氣中水蒸氣的實際含量，而相對濕度（??）則是衡量濕空氣中水蒸氣含量相對于飽和狀態(tài)的比例。兩者之間的關(guān)系可以通過以下公式表示：ω=0.622?PvP?Pvω=P?Pv?0.622?Pv??其中，ωω

是絕對濕度，PvPv?

是水蒸氣分壓，PP

是總壓力。相對濕度的計算公式為：?=PvPvs×100%?=Pvs?Pv??×100%其中，PvPv?

是水蒸氣分壓，PvsPvs?

是同一溫度下的飽和水蒸氣分壓。6.4濕球溫度與露點溫度濕球溫度（TwTw?）是濕空氣與水接觸并達到熱平衡時的溫度。濕球溫度可以通過濕球溫度計測量，它通常比干球溫度低。濕球溫度的計算公式較為復(fù)雜，但可以通過濕空氣圖表查得。露點溫度（TdTd?）是濕空氣中的水蒸氣開始凝結(jié)成液體時的溫度。露點溫度可以通過露點溫度計測量，也可以通過濕空氣圖表查得。露點溫度的計算公式為：Pv=Pvs(Td)Pv?=Pvs?(Td?)其中，PvPv?

是水蒸氣分壓，Pvs(Td)Pvs?(Td?)

是露點溫度

TdTd?

下的飽和水蒸氣分壓。6.5空調(diào)過程分析空調(diào)過程是指通過調(diào)節(jié)空氣的溫度、濕度和流動來改善室內(nèi)舒適度的過程?？照{(diào)過程通常包括以下幾個步驟：冷卻：通過蒸發(fā)器降低空氣的溫度，從而去除一部分水分。除濕：通過冷凝器去除多余的水分，使空氣干燥。加熱：通過加熱器提高空氣的溫度，以達到所需的舒適溫度。加濕：通過加濕器向空氣中添加水分，以保持適當(dāng)?shù)臐穸人?。空調(diào)過程的分析可以通過濕空氣圖表來進行，通過繪制空氣狀態(tài)的變化路徑，可以直觀地了解空氣的溫度、濕度和焓的變化情況。空調(diào)過程的優(yōu)化可以提高系統(tǒng)的效率，降低能耗，并提供更好的室內(nèi)環(huán)境。第七章熱力學(xué)循環(huán)7.1循環(huán)的一般特性熱力學(xué)循環(huán)是指一個系統(tǒng)經(jīng)過一系列狀態(tài)變化后返回到初始狀態(tài)的過程。循環(huán)可以是閉口循環(huán)（如燃氣輪機中的布雷頓循環(huán)）或開口循環(huán)（如蒸汽輪機中的朗肯循環(huán)）。循環(huán)的主要目的是將熱能轉(zhuǎn)化為機械能或電能。循環(huán)的性能通常用熱效率（ηη)來評價，定義為輸出的凈功與輸入的熱量之比：η=WnetQinη=Qin?Wnet??其中，WnetWnet?

是凈輸出功，QinQin?

是輸入的熱量。7.2朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)是蒸汽動力裝置中最常見的循環(huán)，廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠。朗肯循環(huán)包括四個基本過程：等熵壓縮：水在泵中被壓縮至高壓。定壓加熱：高壓水在鍋爐中被加熱至過熱蒸汽。等熵膨脹：過熱蒸汽在渦輪中膨脹做功。定壓冷凝：低壓蒸汽在冷凝器中冷凝成水。朗肯循環(huán)的熱效率可以通過以下公式計算：ηRankine=WnetQin=(hⅢ?hⅣ)?(hⅠ?hⅡ)hⅢ?hⅡηRankine?=Qin?Wnet??=hⅢ??hⅡ?(hⅢ??hⅣ?)?(hⅠ??hⅡ?)?其中，hⅠhⅠ?

是泵入口處水的焓，hⅡhⅡ?

是泵出口處水的焓，hⅢhⅢ?

是鍋爐出口處蒸汽的焓，hⅣhⅣ?

是冷凝器出口處水的焓。過程描述狀態(tài)參數(shù)變化等熵壓縮水在泵中被壓縮sⅠ=sⅡsⅠ?=sⅡ?定壓加熱高壓水在鍋爐中被加熱PⅡ=PⅢPⅡ?=PⅢ?等熵膨脹過熱蒸汽在渦輪中膨脹sⅢ=sⅣsⅢ?=sⅣ?定壓冷凝低壓蒸汽在冷凝器中冷凝PⅣ=PⅠPⅣ?=PⅠ?7.3布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán)是燃氣輪機中的基本循環(huán)，也稱為焦耳-布雷頓循環(huán)。布雷頓循環(huán)包括四個基本過程：等熵壓縮：空氣在壓縮機中被壓縮。定壓加熱：高壓空氣在燃燒室中被加熱。等熵膨脹：高溫高壓空氣在渦輪中膨脹做功。定壓冷卻：低壓空氣在冷卻器中冷卻。布雷頓循環(huán)的熱效率可以通過以下公式計算：ηBrayton=1?1rγ?1ηBrayton?=1?rγ?11?其中，rr

是壓縮比，γγ

是比熱比（Cp/CvCp?/Cv?）。布雷頓循環(huán)的效率可以通過提高壓縮比和渦輪進口溫度來提升。然而，實際操作中受到材料耐溫性的限制。7.4熱泵與制冷循環(huán)熱泵是一種利用少量高品位能量（如電能）驅(qū)動，將低品位熱能轉(zhuǎn)移到高品位熱能的裝置。熱泵的工作原理與制冷循環(huán)類似，但目的不同。熱泵主要用于供暖，而制冷循環(huán)則用于降溫。制冷循環(huán)包括四個基本過程：等熵壓縮：制冷劑在壓縮機中被壓縮。定壓冷凝：高壓制冷劑在冷凝器中放出熱量并冷凝成液體。等熵膨脹：液體制冷劑在膨脹閥中膨脹。定壓蒸發(fā)：低壓制冷劑在蒸發(fā)器中吸收熱量并蒸發(fā)成氣體。制冷循環(huán)的性能系數(shù)（COP,CoefficientofPerformance）定義為制冷量與輸入功之比：COPrefrigeration=QevapWcompCOPrefrigeration?=Wcomp?Qevap??其中，QevapQevap?

是蒸發(fā)器中的吸熱量，WcompWcomp?

是壓縮機的輸入功。7.5循環(huán)效率與性能系數(shù)循環(huán)效率是評價循環(huán)性能的重要指標(biāo)。除了熱效率外，還可以用性能系數(shù)（COP）來評價某些循環(huán)的性能，如熱泵和制冷循環(huán)。熱效率（ηη)：輸出的凈功與輸入的熱量之比。性能系數(shù)（COP）：輸出的有用能量與輸入的能量之比。對于熱泵，COP定義為供熱量與輸入功之比：COPheating=QcondWcompCOPheating?=Wcomp?Qcond??其中，QcondQcond?

是冷凝器中的放熱量，WcompWcomp?

是壓縮機的輸入功。通過優(yōu)化循環(huán)參數(shù)，如提高壓縮比、降低冷凝溫度、提高蒸發(fā)溫度等，可以有效提高循環(huán)的效率和性能系數(shù)。第八章化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)8.1化學(xué)反應(yīng)平衡化學(xué)反應(yīng)平衡是指在一定條件下，正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等，反應(yīng)物和生成物的濃度不再隨時間改變的狀態(tài)?；瘜W(xué)反應(yīng)平衡可以用平衡常數(shù)（KK）來描述：K=[C]c[D]d[A]a[B]bK=[A]a[B]b[C]c[D]d?其中，AA

和

BB

是反應(yīng)物，CC

和

DD

是生成物，aa,

bb,

cc,

dd

是化學(xué)計量系數(shù)，方括號表示物質(zhì)的濃度。8.2吉布斯自由能吉布斯自由能（GG）是衡量系統(tǒng)在恒溫和恒壓條件下自發(fā)過程方向的熱力學(xué)函數(shù)。吉布斯自由能的定義為：G=H?TSG=H?TS其中，HH

是焓，TT

是絕對溫度，SS

是熵。對于化學(xué)反應(yīng)，吉布斯自由能的變化（ΔGΔG）可以用來判斷反應(yīng)的方向：如果

ΔG<0ΔG<0，反應(yīng)自發(fā)進行。如果

ΔG>0ΔG>0，反應(yīng)非自發(fā)。如果

ΔG=0ΔG=0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。8.3化學(xué)勢化學(xué)勢（μμ）是衡量物質(zhì)在混合物中化學(xué)勢能的熱力學(xué)函數(shù)。對于純物質(zhì)，化學(xué)勢等于摩爾吉布斯自由能：μ=Gmμ=Gm?對于理想溶液，化學(xué)勢的表達式為：μi=μi0+RTln?xiμi?=μi0?+RTlnxi?其中，μi0μi0?

是純物質(zhì)的化學(xué)勢，RR

是通用氣體常數(shù)，TT

是絕對溫度，xixi?

是組分

ii

的摩爾分數(shù)。8.4反應(yīng)熱與標(biāo)準(zhǔn)生成焓反應(yīng)熱（ΔHΔH）是化學(xué)反應(yīng)過程中吸收或放出的熱量。對于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的反應(yīng)，反應(yīng)熱稱為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)焓（ΔH°ΔH°）。標(biāo)準(zhǔn)生成焓（ΔfH°Δf?H°）是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成一摩爾化合物的焓變。標(biāo)準(zhǔn)生成焓可以用來計算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)焓：ΔH°=∑ΔfH°(生成物)?∑ΔfH°(反應(yīng)物)ΔH°=∑Δf?H°(生成物)?∑Δf?H°(反應(yīng)物)8.5平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系范特霍夫方程描述了平衡常數(shù)KK與溫度TT之間的關(guān)系：dln?KdT=ΔH°RT2dTdlnK?=RT2ΔH°?范特霍夫方程表明，如果反應(yīng)是吸熱的（ΔH°>0ΔH°>0），平衡常數(shù)KK隨溫度升高而增大；如果反應(yīng)是放熱的（