热工基础期末总复习重点张学学.pdf

热工基础热工基础总复习总复习 第一章第一章 1.系统系统：在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为研究的对象，称之为 热力系统，简称系统。 2.系统内部各处的宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为平衡状态。 3.状态状态参数：参数：用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数，如温度、压力、比 体积等。 工程热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体积、比热力学能、 比焓、比熵等，其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、比体积，称为基本 状态参数。 4.可逆过程可逆过程：如果系统完成了某一过程之后可以沿原路逆行回复到原来的状态， 并且不给外界留下任何变化，这样的过程为可逆过程。 准平衡准平衡过程：过程：所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 可逆过程的条件：可逆过程的条件：准平衡过程无耗散效应。 5.绝对压力绝对压力 p、大气压力大气压力 pb、表压力、表压力 pe、 、真空度真空度 pv 只有绝对压力只有绝对压力 p 才是状态参数才是状态参数 第二章第二章 1.热力学热力学能：能：不涉及化学变化和核反应时的物质分子热运动动能和分子之间的位 能之和（热能） 。 热力学能符号热力学能符号：U，单位：单位：J 或或 kJ 。 热力系统储存能热力系统储存能=宏观动能、宏观位能宏观动能、宏观位能+热力学能热力学能 储存能：储存能：E ，单位为，单位为 J 或或 kJ 2.热力学第一定律实质热力学第一定律实质就是热力过程中的能量守恒和转换定律 ，可表述为，可表述为 ： a.在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。 b.不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。 c.进入系统的能量离开系统的能量 = 系统储存能量的变化 3.闭口系统闭口系统：与外界无物质交换的系统。系统的质量始终保持恒定，也称为控制 质量系统 闭口系统闭口系统的热力学第一定律表达式的热力学第一定律表达式 对于微元对于微元过程过程 对于可逆对于可逆过程过程 对于对于单位质量工质单位质量工质 对于单位质量对于单位质量工质的可逆过程工质的可逆过程 quw ddqup v 2 1 dqup v 4.开口系统开口系统稳定流动稳定流动实现条件实现条件 1）系统和外界交换的能量（功量和热量）与质量不随时间而变； 2）进、出口截面的状态参数不随时间而变。 开口系统的稳定流动能量方程开口系统的稳定流动能量方程 对于单位质量对于单位质量工质：工质： 对于对于微元过程微元过程 5.技术功：技术功：在工程热力学中，将工程技术上可以直接利用的动能差、位能差及轴 功三项之和称为技术功，用 Wt 表示 对于对于单位质量工质单位质量工质 6.节流节流：流体在管道内流动，遇到突然变窄的断面，由于存在阻力使流体的压力 降低的现象称为节流。工程上由于气体经过阀门等流阻元件时，流速大时间短， 来不及与外界进行热交换，可近似地作为绝热过程来处理，称为绝热节流。绝热节流。 注意：绝热节流过程不是定焓过程注意：绝热节流过程不是定焓过程 第三章第三章 1.理想气体是一种经过科学抽象的假想气体，它具有以下理想气体是一种经过科学抽象的假想气体，它具有以下 3 个特征：个特征： （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； （3）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。 理想气体状态方程式理想气体状态方程式 Rg为气体常数， 单位为为气体常数， 单位为J/(kg K) 质量质量为为 m 的理想气体的理想气体 物质的量为物质的量为 n 的理想气体的状态方程式的理想气体的状态方程式 2.比热容比热容：物体温度升高 1K（或 1）所需要的热量称为该物体的热容量，简称 热容 比热容（质量热容）比热容（质量热容） ：单位质量物质的热容，c ，J/(kg K) 理想气体理想气体迈耶迈耶公式公式 理想气体的热力学能与焓都是温度的单值函数。理想气体的热力学能与焓都是温度的单值函数。 理想气体的熵理想气体的熵 3.理想理想混合气体：混合气体：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 分压力与道尔顿定律分压力与道尔顿定律 分压力分压力： 某组元 i 单独占有混合气体体积 V 并处于混合气体温度 T 时的压力称为 该组元的分压力。用 pi 表示 道尔顿定律道尔顿定律：混合气体的总压力等于各组元分压力之和（仅适用于理想气体） 分体积与分体积定律分体积与分体积定律 分体积分体积：混合气体中第 i 种组元处于与混合气体压力和温度时所单独占据的体 积称为该组元的分体积，用 Vi 表示 分体积定律分体积定律：理想混合气体的总体积等于各组元的分体积之和 理想混合气体理想混合气体的成分的成分： 成分：成分：各组元在混合气体中所占的数量份额 质量分数质量分数：某组元的质量与混合气体总质量的比值称为该组元的质量分数。 摩尔分数摩尔分数：某组元物质的量与混合气体总物质的量的比值。 体积分数体积分数：某组元分体积与混合气体总体积的比值称为该组元的体积分数。 各成分之间的关系： 理想气体理想气体的热力过程的热力过程 第四章第四章 1.自发自发过程：过程：不需要任何外界作用而自动进行的过程 自发过程自发过程是不可逆的！是不可逆的！ 2.热力学热力学第二定律表述：第二定律表述： 克劳修斯表述克劳修斯表述：不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。 开尔文开尔文-普朗克表述：普朗克表述：不可能从单一热源取热，并使之完全转变为功而不产生其 它影响 3.热力循环热力循环：工质经过一系列的状态变化，重新回复到原来状态的全部过程。 正向循环正向循环：将热能转变为机械能的循环，也称为动力循环或热机循环。 正向循环正向循环的循环热效率：的循环热效率： 循环热效率循环热效率 t用来评价正向循环的热经济性。用来评价正向循环的热经济性。 显然，显然， t 1。 逆向循环逆向循环： 消耗功将热量从低温热源转移到高温热源的循环， 如制冷装置循环或 热泵循环 制冷系数制冷系数：制冷装置工作：制冷装置工作系数系数 供热系数供热系数：热泵工作系数：热泵工作系数 4.卡诺循环卡诺循环：由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成 卡诺循环卡诺循环热效率热效率： 卡诺定理卡诺定理： 一一、在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆热机具有相同的热效率，与 工质的性质无关。 二二、 在相同高温热源和低温热源间工作的任何不可逆热机的热效率都小于可逆热 机的热效率。 5.克劳修斯积分等式克劳修斯积分等式 克劳修斯积分不等式克劳修斯积分不等式 合写合写 6.孤立系统孤立系统的熵增原理的熵增原理 对于对于孤立系统：孤立系统： 上式表明：孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小。这一规律称为孤上式表明：孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小。这一规律称为孤 立系统熵增原理立系统熵增原理 第五章第五章 1.水蒸气水蒸气的产生过程：的产生过程：蒸气是由液体汽化而产生的。蒸气是由液体汽化而产生的。 2.湿饱和蒸气（湿蒸气）的干度湿饱和蒸气（湿蒸气）的干度 x mv-湿蒸气中干饱和蒸气的质量湿蒸气中干饱和蒸气的质量 mw-湿蒸气中饱和水的质量湿蒸气中饱和水的质量 3.水蒸气水蒸气的基本热力过程：的基本热力过程： 4.湿空气湿空气：含有水蒸气的空气。含有水蒸气的空气。 露点露点： 湿空气中的水蒸气分压力湿空气中的水蒸气分压力 pv对应的饱和温度对应的饱和温度 Td称为露点温度， 简称露点。称为露点温度， 简称露点。 结露结露：定压降温到露点，湿空气中的水蒸气饱和，凝结成水定压降温到露点，湿空气中的水蒸气饱和，凝结成水 结霜结霜： 5.湿度：湿空气中水蒸气的含量湿度：湿空气中水蒸气的含量 绝对湿度绝对湿度：1m3的湿空气中所含水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度，即湿空气的湿空气中所含水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度，即湿空气 中水蒸气的密度：中水蒸气的密度： 饱和湿空气的绝对湿度达到最大值饱和湿空气的绝对湿度达到最大值 相对湿度相对湿度： 湿空气的绝对湿度湿空气的绝对湿度 与同温度下饱和湿空气的绝对湿度与同温度下饱和湿空气的绝对湿度 s 之比称为之比称为 湿空气的相对湿度。湿空气的相对湿度。 相对湿度越小，空气越干燥，吸水能力越强；相对湿度越小，空气越干燥，吸水能力越强； 相对湿度越大，空气越湿润，吸水能力越低。相对湿度越大，空气越湿润，吸水能力越低。 含湿量含湿量：在湿空气中，与单位质量干空气共存的水蒸气的质量，称为湿空气的在湿空气中，与单位质量干空气共存的水蒸气的质量，称为湿空气的 含湿量或比湿度。含湿量或比湿度。 第六章第六章 1.朗肯循环朗肯循环的净功的净功：在朗肯循环中，每千克蒸汽对外所作出的净功在朗肯循环中，每千克蒸汽对外所作出的净功 朗肯循环的热效率为朗肯循环的热效率为 a.提高吸热平均温度或降低放热平均温度都可以提高循环的热效率 b.为了提高蒸汽动力循环的热效率，应尽可能提高蒸汽的初压和初温，并降低乏 汽压力 c.再热可以增加蒸汽的干度，以便在初温限制下采用更高的初压，从而提高循环 热效率 d.回热循环提高了吸热平均温度，提高了循环热效率 2.内燃机内燃机的混合加热循环的混合加热循环（萨巴德循环）（萨巴德循环） 12：可逆绝热压缩过程； 23：可逆定容加热过程； 34：可逆定压加热过程； 45：可逆绝热膨胀； 51：可逆定容放热过程 混合加热混合加热循环的热效率循环的热效率表达式表达式 由上式可见，混合加热循环的热效率与多种因素有关，当压缩比 增加、升压 比 增加以及预胀比 减少时，都会使混合加热循环的热效率提高。 3. 定容加热循环定容加热循环 （奥图（奥图 Otto 循环循环) 定压预胀比定压预胀比： 汽油机和煤气机的理想循环 循环热效率循环热效率： 4.定压加热循环定压加热循环（狄塞尔循环（狄塞尔循环) 定容升压比定容升压比： 循环循环热热效率效率： 5.影响内燃机理想循环热效率的主要因素影响内燃机理想循环热效率的主要因素 （1） 压缩比压缩比 的影响的影响 提高压缩比是提高内燃机循环热效率的主要途径之一 （2）绝热指数）绝热指数 的影响的影响 值大小取决于工质的种类和温度值大小取决于工质的种类和温度 （3）升压比）升压比 和预胀比和预胀比 的影响的影响 当压缩比当压缩比 和绝热指数和绝热指数 一定时，一定时， 第八章第八章 1.热传导热传导（简称简称导热导热） ：） ：在物体内部或相互接触的物体表面之间，由于分子、原 子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。 2. : 材料的热导率（导热系数） ：材料的热导率（导热系数） ：表明材料的导热能力，W/(m K) 3. 导热热阻导热热阻：表示物体对导热的阻力，单位为 K/W 4.热流密度热流密度 q:单位时间通过单位面积的热流量 5.热对流热对流：由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现 象 牛顿牛顿冷却冷却公式公式： = Ah(tw tf) q = h(tw tf) = Ah(tw tf) h 称为对流换热的表面传热系数（习惯称为对流换热系数） ，单位为称为对流换热的表面传热系数（习惯称为对流换热系数） ，单位为 W/(m2K) 对流换热热阻对流换热热阻： = Ah(tw tf) 称为对流换热热阻，单位为称为对流换热热阻，单位为 W/K。 6.热辐射热辐射：由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象。 特点特点： （1）所有温度大于 0 K 的物体都具有发射热辐射的能力，温度愈高，发射 热辐射的能力愈强。 发射热辐射时：内热能 辐射能 ； （2）所有实际物体都具有吸收热辐射的能力 物体吸收热辐射时：辐射能 内热能 （3）热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传播； （4）物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双向的 7.传热过程的传热过程的热阻网络热阻网络 第九章第九章 1.温度场温度场： 在在 时刻，物体内所有各点的温度分布称为该物体在该时刻的温度场。时刻，物体内所有各点的温度分布称为该物体在该时刻的温度场。 2.温度温度梯度：梯度：自然界中气温、水温或土壤温度随陆地高度或水域及土壤深度变化自然界中气温、水温或土壤温度随陆地高度或水域及土壤深度变化 而出现的阶梯式递增或递减的现象而出现的阶梯式递增或递减的现象 等温面法线方向的温度变化率矢量：等温面法线方向的温度变化率矢量： 温度梯度是矢量，指向温度增加的方向。温度梯度是矢量，指向温度增加的方向。 n等温面法线