工程热力学复习总结.docx
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工程热力学复习总结
第一章基本概念、基本过程
一、热力系统
1、（热力）系统：
系统：
通常选取一定的工质或空间作为研究对象，称之为热力系统。
2、外界：
与体系发生质、能交换的物系。
3、边界：
系统与外界的分界面（线）。
边界可实可虚，可定可动。
二、系统的分类
根据系统和外界之间物质、能量的交换情况分：
1、闭口系统（控制质量）：
和外界没有物质交换。
2、开口系统（控制容积、控制体）和外界有物质交换。
3、绝热系统：
和外界间没有热量交换。
4、孤立系统：
和外界既无能量交换又无物质交换。
质量交换
热量交换
功量交换
闭口系
无
可有
可有
开口系
有
可有
可有
绝热系
可有
无
可有
孤立系
无
无
无
三、平衡状态
（一）定义：
无外界影响（重力场除外）的条件下，系统保持状态参数不随时间而改变的状态。
1、热平衡：
在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界之间无温差。
2、力平衡：
在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界之间无压差。
1/41
3、化学平衡：
在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界之间无化学势差。
平衡的充要条件：
系统同时达到热平衡、力平衡、化学平衡。
（二）平衡状态的特点：
1、在不受外界影响下，平衡不会自发的破坏；
2、处于不平衡的系统，在不受外界影响时，会自发的趋于平衡；
3、单相工质处于平衡状态时，在忽略重力的影响下，其内部性质均匀一致。
4、平衡必稳定，稳定未必平衡，平衡可以不均匀。
★对于气液两相并存的热力平衡系统，气相和液相密度不同，所以整个系统不是均匀的。
四、状态参数
状态确定，状态参数的数值也确定，反之亦然。
非平衡状态系统内部存在不平衡势，因此不能用状态参数来描写。
（一）状态参数分类：
1、基本状态参数：
压力P、比体积v、温度T（可以直接测量）
导出状态参数：
内能U、焓H、熵S
2、强度参数：
参数与系统质量无关，且不可相加。
如：
P、T
广延参数：
参数与系统质量成正比，且可相加。
如：
m、V、U、H、S
（二）基本状态参数
1、温度
摄氏温度t（℃）与热力学温度T（K）
关系：
273.15
2、压力（绝对压力）p
、
（压强）单位面积上的垂直作用力。
2/41
绝对压力p；表压力；真空度；环境压力。
绝对压力的值不变，表压力或真空度会随着环境压力的变化而变化。
常用单位：
巴1=100000；
标准大气压1=101325；
工程大气压1=98066.5；10米水柱的压力
毫米汞柱1=133.3224；
毫米水柱19.80665。
2注意：
只有绝对压力p才是状态参数，才能直接进行热力计算。
3、比体积及密度v==1/ρm3（三）简单可压缩系统（只有热量交换和体积变化功量的交换），只需两个独立的参数（如p、v，p、T或v、T）便可确定它的平衡状态。
（四）状态参数坐标图
①一简单可压缩系只需两个独立参数就可以确定其平衡状态
②图上每一点都代表一个平衡状态。
③不平衡态无法在坐标图上表示
五、功量
:
容积变化功的计算
轴包围的面积表示,功是过程量可以用图上过程线与v0W+”，＞功的符号约定：
系统对外作功（膨胀）为“0
”，外界对系统作功（压缩）为“-W＜3/41
功和功率的单位：
J或，W或
示功图:
六、热量定义：
仅仅由于温差而通过边界传递的能量。
计算式：
+”，系统放热“—”符号约定：
系统吸热“：
绝热0<0：
放热；>0：
吸热；
J或单位：
热量也是过程量，示热图
?
?
单位：
kJJ
功与热量的异同：
1、均为通过边界传递的能量；2、均为过程量；、功传递由压力差推动，比体积变化是作功标志；3
4/41
热量传递由温差推动，比熵变化是传热的标志；
4、功是系统与外界之间，在力的推动下，通过宏观有序运动而传递的能量；
热是系统与外界之间，在温度的推动下，通过微观无序运动而传递的能量；
功转化为热是无条件的；热转化为功是有条件、限度的。
七、热力过程和热力循环
热力循环分类：
1、按性质分：
可逆循环；不可逆循
2、按目的分：
正向循环；逆向循环
（一）正向循环（动力循环）特点：
1、输出净功；
2、在p－v图及T－s图上顺时针进行；
3、从高温热源吸热，向低温热源放热，同时向外输出功。
QW
netnet
（二）逆向循环特点：
（制冷循环、热泵循环）1、输入净功；图上逆时针进行；－图及－、在2pvTs3、从低温热源吸热，向高温热源放热，并消耗功量。
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（三）循环经济性评价指标：
1、正向循环：
热效率：
、逆向循环：
2制冷系数：
供热系数：
八、准静态过程、可逆过程与不可逆过程
（一）准静态定义：
所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。
可以看成有一系列平衡态组成。
准静态实现条件：
1、在系统内外的不平衡势（如压力差、温度差等）较小。
2、过程进行缓慢、弛豫时间非常短。
3、工质有恢复平衡能力。
（二）可逆过程
定义：
系统经历某一过程后，经原途径返回原来状态，使系统与外界同时恢复到初始状态，而不留下任何痕迹的过程，没有耗散效应的准静态过程。
可逆过程与准静态过程的关系：
6/41
1、可逆过程与准静态过程的差别就是有无耗散效应。
2、准静态过程是实际过程理想化，可逆过程是绝对理想的过程
3、可逆过程一定是准静态过程，准静态过程不一定是可逆过程。
（三）注意点：
1、可逆=准静态+没有耗散效应。
2、准静态着眼于系统内部平衡，可逆着眼于系统内部及系统与外界作用的总效果。
3、一切实际过程不可逆。
4、可逆过程可用状态参数图上实线表示。
第二章热力学第一定律与气体的性质
一、热力学第一定律：
能量守恒与转换定律对于任何系统，各项能量之间平衡的关系一般表示为：
=系统储存能量的变化进入系统的能量－离开系统的能量适用于一切工质和一切热力过程。
（一）内能内能单位或
系统储存能：
注意点：
U只与初终态有关）。
1、内能是状态参数（内能的变化?
。
2、工质经过循环后，内能的变化为0（T）3、对于理想气体
（二）功W
1、体积变化功7/41
系统体积变化所完成的膨胀功或压缩功，是热变功的源泉，与其它形式的能量的转换则属于机械能的转换。
2、轴功
通过轴与外界交换的能量。
3、推动功
系统引进或排除工质传递的功量。
工质在开口系统中流动而传递的功。
?
注意：
推动功是由泵或风机加给被输送工质并随工质流动向前传递的一种能量，非工质本身具有的能量，只有在工质流动时才有。
4、流动功
系统维持流动所花费的代价。
5、技术功
流动功：
膨胀功技术功=-
可逆过程：
（三）焓+=焓内能推动功8/41
单位：
J或
焓是状态参数：
；
物理意义：
①焓表示工质沿流动方向向前传递的总能量中取决于热力状态的那部分能量。
②对于不流动工质，焓只是一个复合状态参数。
③对于理想气体
二、热力学第一定律基本表达式
（一）闭口系基本能量方程式：
1、对于可逆过程：
2、对于循环：
（二）开口系统稳定流动能量方程：
适用于：
任何工质，任何过程。
开口系统稳定流能量方程式：
对于可逆过程：
1、
2、对于循环：
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三、稳定流动能量方程式的应用1、动力机（蒸汽轮机、气轮机）：
2、压气机、水泵类：
、换热器：
3
、喷管：
使气流加速的设备：
4
5、流体的混合：
6、绝热节流：
10/41
四、气体的性质
（一）理想气体特点：
1）理想气体分子的体积忽略不计
（2）理想气体分子之间无作用力；（）理想气体分子之间以及分子与容器壁的碰撞都是弹性碰撞。
（3v→∞的极限状态时，即为理想气体。
当实际气体ρ→0，实际气体在低压高温时可按理想气体处理。
（二）理想气体的状态方程：
实际气体（三）
分子本身占有一实际气体分子之间存在着相互的作用力，实际气体和理想气体的偏差在于，定的体积。
、压缩因子1较理想气体难压缩，可压缩性小。
>1
Z=1理想气体
<1较理想气体易压缩，可压缩性大。
2、对比态原理和对比参数
对比态原理:
接近于临界点时，所有流体都显示出相同的性质。
特点：
①对比态方程中没有物性常数，所以是通用方程。
②从对比态方程中可看出：
相同的p，T下，不同气体的v不同：
相同的，下，不同气体的相同：
11/41
如果它们对比参数的其中③对应态定律：
对于能满足同一对比状态方程的同类物质，两个相同，则第三个参数就一定相同，物质也就处于对应状态中。
④凡是临界压缩因子相近的气体，可以看做彼此热相似。
（四）理想气体的比热容1、比热容：
2、比热容之间的关系迈耶公式：
理想气体的比热容比：
注意：
理想气体可逆绝热过程的绝热指数：
γ
3、比热容不同的计算方法
①真实比热容：
②平均比热容:
③定值比热容单原子气3双原子气5多原子气7
7/2R（）3/2R5/2R
9/2R5/2R（）7/2R
1.29
1.40
1.67
γ（五）理想气体的内能和焓
、理想气体内能（热力学能）：
1
12/41
仅是温度的函数,适用于理想气体一切过程或实际气体的定容过程。
2、理想气体焓：
也是温度的函数，适用于理想气体一切过程或实际气体的定压过程。
（六）理想混合气体的定义
由相互不发生化学反应的理想气体组成混合气体，其中每一组元的性质如同它们单独存在一样，因此整个混合气体也具有理想气体的性质。
混合气体的性质取决于各组元的性质与份额。
1、混合气体的基本定律
1）分压力与道尔顿定律：
（
2）分体积与阿密盖特定律：
（
（3）理想混合气体的成分
①质量分数：
②摩尔分数：
③体积分数：
各成分间的关系：
（4）混合气体的折合摩尔质量和折合气体常数
①混合气体的折合摩尔质量：
②理想混合气体的平均气体常数：
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第三章理想气体基本热力过程、压气机
一、理想气体的基本热力过程
（一）定容过程：
1、定容过程，内能、焓、熵变化为：
2、定容过程在图和图上的表示
（二）定压过程：
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