《工程热力学》电子讲稿-all.doc

第0章 绪论一、相关知识1.能源与能量的利用能量 一切物质都具有能量。能源：提供各种有效能量的物质资源。暖气-热能；风-风能；太阳-太阳能；原子-原子能，汽、柴油-化学能。能量的利用过程 实质是能量的传递和转换过程，参看课本图0-1。大多数的能量以热能的形式被利用。热能的直接应用供热、采暖热能的动力应用转化为机械能或电能2.热力学热力学：一门研究物质的能量、能量传递和转换以及能量与物质性质之间普遍关系的科学。工程热力学：研究热能与其他形式能量（主要为机械能）之间的转换规律及其工程应用，是热力学的工程分支。3.常见的能量转换装置(1) 蒸汽动力装置 锅炉(2) 内燃机 汽油机 / 柴油机(3) 燃气轮机 航空发动机、机车(4) 蒸汽压缩制冷装置 冷库、空调四种装置都是热能与机械能的相互转换。二、课程内容1.基本概念及定律（基础）热力系统、状态参数、平衡态、热力学第一定律、第二定律等等。U（热力学能）、H（焓）、S（熵Entropy）、Ex（Exergy）、An（Anergy）热力学第0定律：两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两系统彼此也必然处于热平衡。热力学第1定律：热能作为一种能量形态，可以和其它能量形态相互转换，转换中能量的总量守恒。热力学第2定律：一切自发实现的涉及热现象的过程都是不可逆的。热力学第3定律：当趋于绝对零度时，各种物质的熵都趋于零。2.能量转换过程和循环的分析研究及计算方法（方法）热能机械能 提高热效率大气中的热能能否利用？ 抽掉中间挡板是否做功？3.能量转换过程常用工质的热力性质 （工具）水、氧气、空气、氨（制冷剂）4.化学热力学（第十三章，自学）（补充）燃料的燃烧基础+方法+工具+（补充）三、研究方法热力学按研究方法分1.宏观热力学（经典）宏观热力学：以热力学第一第二定律为基础，简化模型，推导公式得出结论，结果可靠。不足：未考虑分析原子结构，无法说明热现象本质及其内在原因。2.微观热力学（统计）微观热力学：从物质分子运动角度，利用统计学和概率论来找出规律，得出结论，可解释热现象本质。不足：分析复杂，结论不够精确。本课：宏观热力学为主+少数微观热力学的方法四、学习方法本课程较为抽象，不易理解。1.课前预习，难点标出；2.上课认真听讲，做好笔记；3.下课复习，结合实例来理解概念，独立完成作业。五、教材使用教材：工程热力学(4版)童钧耕.高教。参考教材：工程热力学(第3版)沈维道、蒋智敏、童钧耕.高教；工程热力学（第3版）华自强、张忠进. 高教；工程热力学(第3版)曾丹苓等.高教。答疑 考勤：作业：实验= 4：4：2 平时：期末= 3：747/47第一章 基本概念及定义1-1 热能和机械能相互转换的过程热能动力装置：从燃料燃烧中得到热能以及利用热能得到动力的整套设备（包括辅助设备）。分为蒸汽动力装置及燃气动力装置，主要介绍内燃机、燃气轮机、蒸汽机。一、内燃机燃料在内部燃烧，分汽油机/柴油机。汪克尔转子发动机进气压缩作功排气（四冲程柴油机）应用：汽车、柴油机车、船舶、备用发电机、割草机、弥雾机实质：（油、气）燃料化学能热能机械能二、燃气轮机与内燃机同属燃气动力装置压缩空气+燃料燃烧高温燃气燃气轮机作机械功废气应用：航空器、船舶、机车、电厂发电实质：（煤、油、核反应）燃料化学能/核能热能机械能三、蒸汽动力装置水锅炉加热蒸汽过热器过热蒸汽汽轮机机械功发电水蒸汽（乏气）冷凝器水给水泵加压锅炉瓦特 1784年改进蒸汽机，第一次工业革命。应用：蒸汽机车、蒸汽船 蒸汽动力发电（电厂、热电厂）实质：（煤、油）燃料化学能热能机械能（电能）核电蒸汽动力装置只不过用核反应堆取代蒸汽锅炉，其余一致。四、制冷和热泵装置简单介绍蒸汽压缩制冷装置：（致冷剂）高压常温液体节流阀降压低温液体冷库吸热低压蒸汽压气机高压蒸汽冷凝器高压液体应用：冷库、空调实质：消耗机械功（或其他能量）使热量从低温物体流向高温物体。总结：四种装置都是用某种媒介物质从某个能源获取热能，从而具备做功能力并对机器做功，最后又把余下的热能排向环境介质，即吸热膨胀做功排热，也即热能与机械能的相互转换。工质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。热源：工质从中吸取热能的物系。冷源：接受工质排除热能的物系。热源和冷源可以恒温也可以变温。1-2 热力系统一、热力系统1.(热力)系统：人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统，简称系统或体系。2.外界：与系统发生质能交换的物体。3.边界：系统和外界之间的分界面。边界可实可虚，可定可动。系统：教室内； 外界：教室外； 边界：墙、门、窗。思考可实可虚：教室开关门；可定可动：膨胀的气球二、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） 物质交换和外界只有能量交换没有物质交换。2. 开口系统（控制容积、控制体） 物质交换和外界既有能量交换又有物质交换。此变化是在某一固定空间范围内。3. 绝热系统 能量交换和外界间没有热量交换。例如：密闭容器内放一蜡烛；不加热的爆米花机。4. 孤立系统 能量交换和外界既无能量交换又无物质交换。孤立系统：宇宙？ 把研究对象和与之发生质能交换的物系放在一起就是孤立系。判断1.闭口系统内质量恒定，系统内质量恒定则一定是闭口系统。 qin=qout2.开口系统中与外界有物质交换，物质与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系统。三、系统的选取取决于分析问题需要及分析方法的方便，同一物体在不同问题下会选为不同的系统。内燃机 整个内燃机(开口系统) ；热功转化 (闭口系统)四、简单可压缩系工质为可压缩流体，且系统与外界可逆的功交换只有体积变化功（膨胀功或压缩功）一种形式，该系统称为简单可压缩系。常见热力系由可压缩流体（水蒸气、空气、燃气等）构成；不可压缩流体：水等液体。1-3 工质的热力学状态及基本状态参数一、热力学状态：1. 定义：工质在热力变化过程中某一瞬间所呈现的宏观物理状况，称为热力学状态，简称状态。2. 状态参数：描述工质所处热力学状态的宏观物理量。状态参数反映了工质大量分子运动的宏观平均效果。基本状态参数p、V、T可用仪器直接测量得到。常用状态参数：p、V、T、U、H、S状态参数是热力系统的状态的单值函数，其值取决于给定状态，与到达此状态的途径无关，所以状态参数的全微分积分为0，即。p、T与系统质量无关，为强度量。V、U、H、S与系统质量成正比，为广延量，具有可加性。广延参数用大写字母，其比参数用小写字母。二、基本状态参数1. 温度 T K物体冷热程度的标志。标志物质分子热运动的激烈程度。定义基础热力学第0定律：两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两系统彼此也必然处于热平衡。经验温标：由选定的任意一种测量物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标。热力学温标：把水的三相点的温度，即水的固相、液相、气相平衡共存的温度作为单一基准点，规定为273.16K。摄氏温度 t=T-273.15T-273 摄氏温度 t与热力学温度T只是零点取值与单位不同。2. 压力 pPa、MPa（压强）单位面积上的垂直作用力。表压力pe，真空度pv，环境压力pb。p= pb + pe = pb - pv压力用压力计（真空计）来测量，真实压力（绝对压力）与环境介质压力（pb）的差。大气压力会随纬度、高度、气候、天气变化而变，即使绝对压力不变，表压力或真空度也会变。常用单位：巴 1 bar =100000 Pa；标准大气压 1 atm =101325 Pa；工程大气压 1 at = 98066.5 Pa； 10米水柱的压力毫米汞柱 1 mmHg =133.3224 Pa；毫米水柱 1 mmH2O=9.80665 Pa。当绝对压力很大时，可视大气压力为常数。3. 比体积及密度 v = V/m =1/m3/kgv、不互相独立。例 P32 1-11-1华氏温标规定，在标准大气压（101325Pa）下纯水的冰点是32，汽点是212（为华氏温电温度单位的符号）。试推导华式温度与摄氏温度的换算关系。解：（通常温度级的感应原件的某种物理量是温度的线性函数。）t = at + b代入（0，32）和（100，212）解得a=1.8，b=32t =1.8t + 32例 类似 P33 1-7使用原理测量锅炉烟道中真空度时常用斜管压力计。如图所示，若角为30，液柱长度l200 mm，且压力计中所用液体为煤油，其密度为800 kg/m3，试求烟道中烟气的真空度为多少mmH2O(4)。解 ：真空度可以表示为，即有得： =80 mm H2O (4)例 某烟囱高30 m，其中烟气的平均密度为0.735 kg/m3。若地面大气压力为0.1MPa，温度为20，现假设空气密度在烟囱高度范围内为常数，试求烟囱底部的真空度。解：设地面大气压力为pb，烟囱底部的烟气压力为p，则在烟囱顶部处有烟囱内底部真空度作业：1-2，1-9课后自做，下节讲解1-4 平衡状态、状态方程式、坐标图一、平衡状态1. 平衡状态一个热力系统，如果在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变，则系统的这种状态称为平衡状态。热力平衡 热的平衡：没有热量的传递；力的平衡：各部分之间没有相对位移；化学平衡。2. 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。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。均匀非平衡状态之必要条件。思考 当热力学系统的状态不随时间而改变时，称为系统处于稳定状态，试分析稳定状态和平衡状态是否相同？ 否稳定状态状态参数虽然不随时间改变，但是靠外界影响来的。平衡状态是系统不受外界影响时，参数不随时间变化的状态。二者既有所区别，又有联系。稳定导热：热量通过金属杆传递，对于金属杆组成的系统，经过一定时间后金属杆任意一点的温度将是定值，可认为达到稳定状态，但金属杆不处于平衡状态。 思考 当热力学系统内的温度和压力等状态参数均匀一致时，称为系统处于均匀状态，试分析均匀状态和平衡状态是否相同？否 气液并存的平衡水和水蒸气组成的系统，不受外界的影响，系统的宏观性质不随时间变化，处于平衡状态。其中每一部分是均匀的，但整个系统是不均匀的。所以系统平衡不一定均匀。平衡必稳定，稳定未必平衡；平衡不一定均匀，均匀一定平衡。简单可压缩系只要有两个独立的状态参数即可确定一个状态。两个系统状态若相同，则其所有状态参数都一一对应。二、状态方程式1. 状态方程式对于简单可压缩热力系统，当其处于热平衡状态时，各部分具有系统的压力、温度和比体积等参数，且这些参数服从一定关系式，这样的关系式叫做状态方程式。F（p,v,T）=0 或T=T（p,v），p=p（v,T），v=v（p,T）（热能机械能，通过工质膨胀做功实现，工质应具有显著的涨缩能力，即其体积随着温度、压力有较大变化。）2. 理想气体状态方程式（克拉贝龙方程式）pV=nRT，pv=RgT，pV=mRgT。单位：摩尔气体常数R J/(molK) 8.3145 气体常数 Rg J/(kgK) Rg,空=287气体常数，M为摩尔质量（kg/mol）阿伏加德罗定律：同温同压下各种气体的摩尔体积相同。三、状态参数坐标图任意两个独立的状态参数所组成的平面坐标图上的任意一点都相应于系统某一确定的平衡状态。p-v(压容)图；T-s(温熵)图；h-s(焓熵)图只有平衡状态才能用状态参数图上的一点来表示，非平衡状态其系统各部分的物理量一般不相同，无法在坐标图上表示。1-5 工质的状态变化过程一、（热力）过程定义：热力学系统从一个状态出发经过一系列中间状态而变化到另一状态所经历的全部状态的综合。平衡 热平衡/力平衡处于平衡状态的热力学系统发生状态变化都是平衡遭受破坏的结果。一切热力过程经历的都是不平衡状态。 不平衡状态的状态参数难以用简单的数值表示，不能用状态方程式表示其关系。二、准平衡过程为便于分析，引入一种理想的热力过程。1. 定义：过程进行的相对缓慢，工质在平衡被破坏后自动回复平衡所需的时间，即所谓驰豫时间又很短，工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不致显著偏离平衡状态，那么这样的过程就叫做准平衡过程，又称为准静态过程。123 过程是不平衡的，只能用点表示。准平衡过程认为：12过程中活塞位移x（微量）无限小，气体恢复平衡状态时间非常短，随时都不致显著离开平衡状态，我们可认为气体始终处于平衡状态，整个过程为准平衡过程。压差作用下实现准平衡过程的前提条件：压差无限小 ，温差作用下实现准平衡过程的前提条件：温差无限小 ，准平衡过程一定是温差和压差无限小。2. 准平衡过程在坐标图上的表示由于为平衡状态，所以准平衡过程可在图上用实线表示，非准平衡过程在图上只能用虚线表示。三、可逆过程1. 可逆过程完成某一过程后，有可能使工质沿相同的路径逆行而恢复到原来状态，并使相互作用中所涉及到的外界亦回复到原来状态而不留下任何改变，这一过程称为可逆过程。2. 可逆过程与准静态过程的关系可逆过程一定是准静态过程，反之不一定。不存在任何耗散效应的准静态过程是可逆过程。耗散效应：比如因摩擦产生功变热。实际过程都是不可逆的。1-6 过程功和热量一、功的热力学定义力学上功的定义： 重力势能 没有边界热力学定义：热力学系统通过边界传递的能量，且其全部效果可表现为举起重物。功的正负：热力学中约定对外做功为正。单位：焦耳 1J=1Nm 比功 二、可逆过程的功功过程功 ，比功功为过程量，路线不同时，所作的功也不一样。（可逆过程中，p变化甚小，近似为不变）注意下标，过程量用“1-2”表示。在p-v图上看，阴影面积就为容积变化功。只适用于可逆过程，当过程中有耗散效应时（不可逆过程）则不适用。通过工质体积的变化而与外界交换的功称为容积变化功，包括膨胀功、压缩功。外界为大气环境时，膨胀功例设气缸中气体的压力为4MPa，容积由500cm3膨胀至1000 cm3。气体膨胀时：（1）压力保持不变；（2）压力和容积的函数关系式保持。试求这两种过程中气体所作的功，并利用p-v图上过程曲线下的面积进行比较。解：p1=4MPa，V1=50010-6m3，V2=100010-6m3（1）（2）说明：气体初终态相同，途径不同，功也不同。例1-3利用体积为2m3的储气罐中的压缩空气给气球充气，开始时气球内完全没有气体，可忽略其体积，气球弹力忽略不计，充气过程中气体温度不变，大气压力0.9105Pa。为使气球充到2m3，问罐内气体最初压力及气体所作的功为多少？（假设空气满足pV=mRgT）解：气球V1=0 m3，V2=2 m3，T= T2；结束后：罐内压力=结束后气球内压力=大气压力（1）质量守恒：，得出（2）储气罐向气球充气过程不可逆，所以不可用计算功。考虑气罐体积不变，气球膨胀排斥大气做功，将气球与气罐看作一个系统，系统对大气做功真空做功：P31思考题 1-12三、过程热量Q q(单位质量传递热量，非比热)定义：热力学系统和外界间仅仅由于温度不同而通过边界传递的能量。 过程量分子运动快慢分子碰撞分子动能热量单位：焦耳 J kJ 非法定:卡路里cal1cal=4.1868J（定义为1atm下，1kg水温度升高1（14.5-15.5）所需要的热量） （可认为是压差）推导出热量的公式，图中面积表示为可逆过程单位质量的热量。不同路线，热量不同。(q为何不叫比热？初中化学，比热容c，1kg物质温度升高1K所需要的热量，J/(kgK)熵S，单位J/K 比熵s，单位J/(kgK)熵的正负 吸热为正；放热为负。吸热熵增，放热熵减。只有准静态过程方可在T-s图上表示s2 s1，吸热；s2 管道内气温303.15K,原因：焓变为热力学能。本题中： 热力学能+推动功热力学能作业：2-7、2-13、2-18、2-19第三章 气体和蒸汽的性质3-1 理想气体的概念一、理想气体模型理想气体是一种实际不存在的假想气体。（两个假想条件将分子运动简化，其弹性碰撞没有功能损耗。）理想气体两个假想条件：（1） 分子是具有弹性的，不具有体积的质点；（2） 分子间相互没有作用力。思考气体在什么条件下可将其视为理想气体？高温低压时，密度小，比体积大，单位空间内分子数少，满足两个假想条件。（p0，T）通常温度压力下：O2、N2、空气、燃气可视为理想气体；水蒸气、制冷剂则不可视为理想气体，需查图标确定；空气中的水蒸气因为分压力较小，可视为理想气体。二、理想气体状态方程式 （克拉贝龙方程式）pV=nRT，pv=RgT，pV=mRgT，pVm=RT。 （摩尔体积Vm=V/n）单位：摩尔气体常数R J/(molK) 8.3145 气体常数 Rg J/(kgK) Rg,空=287 摩尔体积 Vm m3/mol V0=0.0224141根据阿伏加德罗定律：同温同压下各种气体的摩尔体积相同。求标准状态下的摩尔体积：Vm=R1T1/p1；Vm=R2T2/p2 R1= R2=R代入标准状态参数，p0=101325Pa；T0=273.15K求得V0=0.0224141 m3/mol）M为摩尔质量（kg/mol）气体常数，对于空气，M空=0.02897 kg/mol Rg,空=287 J/(kgK)例 某台压缩机每小时输出3200m3，表压力pe=0.22Mpa，温度T=429K的压缩空气，当地大气压力pb=765mmHg，求压缩空气的质量流量qm，以及标准状态下的体积流量qv,0。解：将空气看作理想气体，3-2 理想气体的比热容一、比热容 1kg物质温度升高1K所需要的热量可逆过程中定义：比定容热容必定压热容由得，上式适用于理想气体可逆过程。意义：单位质量的理想气体温度升高1 K时比热力学能增加的数值即等于其比定容热容的值；而比焓增加的数值即等于其比定压热容的值。二、迈耶公式及比热容比迈耶公式 原因：定压加热还需一部分能量变为膨胀功。通常根据试验测出再计算出（不易测）。比定压热容和比定容热容之比称为质量热容比或比热容比，其符号为。则有：，。三、用比热容计算热量1. 真实比热容表达式2. 平均比热容3. 定值比热容 简单为了简化运算过程，常把比热容看作定值，并把25时理想气体状态下各种气体的实验数据确定为定值比热容的值。4. 查热力性质表热力性质表及平均比热容表最精确；定值比热容计算误差较大；经验公式误差较小。例 在空气加热器中，空气的温度从27升高到327，而压力保持不变。试求加热1kg空气所需的热量：(1)按定值比热容计算；(2)按比热容随温度变化的经验公式计算；(3)按平均比热容表计算；(4)按空气热力性质表计算。 解：热力学第一定律能量方程式(1)，(2)查表(3) 查附表5 利用插值法 (4)附表7,3-3 理想气体的热力学能、焓和熵一、焦耳实验两个有阀门的相连金属容器，放置于一个有绝热壁的水槽中，两容器可以通过其金属壁和水实现热交换。实验前A中充低压空气，B抽成真空。当整个装置达到稳定时先测量水(即空气)的温度，然后打开阀门，让空气自由膨胀充满两容器，当状态达稳定时再测量一次温度。取低压空气作为研究对象，列闭口系能量方程式结果空气自由膨胀前后水温不变。即Q=0，又W=0。结论：温度相同，热力学能也相同（即使p，v不同）。二、理想气体的热力学能和焓比热力学能是温度的单值函数。定容过程中，闭口系能量方程式比焓是温度单值函数。定压过程中等温线即等u线、等h线。热工计算中一般只求变化量，不必确定其绝对数值。通常规定T=0K时，u=0，h=0。可利用热力性质表查得u、h值。三、状态参数熵熵的定义，因为对于理想气体，可逆过程中有，则有四、理想气体的熵变同理说明：理想气体的熵是一个状态参数，熵变仅与过程始末状态有关，与过程的中间变化过程无关。五、标准状态熵定义：T0为制表时规定的参考零点的温度则有3-4 水蒸气的饱和状态和相图蒸汽动力装置：18世纪 瓦特 改进蒸汽机。最早使用的动力机，水蒸气易于获得，无毒无臭无污染。水蒸气特点：有物相变化，不可当作理想气体。一、水的饱和1水的汽化：液气蒸发：水表面进行的汽化；沸腾：水表面和内部同时进行的汽化。2水的饱和水的饱和状态：液态水和蒸汽处于动态平衡。水变气、气变水，动态平衡，速率相等。此时气液温度相同（压力不同），温度为饱和温度Ts，对应的蒸汽压力为饱和压力ps。固液；固气（升华、凝华）二、水的相图水的固、液、气三相平衡时称为水的三相点。ptp=611.659Pa，Ttp=273.16K（0.01）3-5 水的汽化过程和临界点一、水的定压加热汽化过程(a)水温低于对应压力p下的饱和温度，过冷水；(b)加热，水温达压力p下的饱和温度，饱和水；(c)加热，沸腾汽化，压力温度不变，变为蒸汽和水的混合物，湿（饱和）蒸汽；(d)加热，水全变为水蒸气，T不变，干饱和蒸汽；(e)加热，蒸汽温度升高，变大，过热蒸汽。温度超过饱和温度的值为过热度。二、能量变化预热汽化过热1. 液体热：过冷水由三相点温度0.01加热至饱和水所需要的能量。（a-b定压）（液体v基本不变）2. 汽化潜热：1kg饱和水至干饱和蒸汽状态所需要的能量。（b-c-d定压）3. 过热热：1kg干饱和蒸汽变为过热蒸汽所需要的能量（d-e定压）工程热力学中，上标()和()表示饱和液相和饱和气相参数三、水蒸气的p-v图和T-s图不同压力下加热水有不同的p-v线和T-s线1. 将开始汽化的各点连接得到饱和水线（下界线）CB。2. 将汽化完毕各点连接得到饱和蒸汽线（上界线）CA。3. 压力足够大，增加到某一确定值时，饱和水线CB和饱和蒸汽线CA重合至一点，饱和水状态与干饱和蒸汽状态重合，成为水、汽不分的状态，即临界点C。水蒸气的临界参数为tcr374.15，pcr22.120Mpa，vcr0.00317m3/kg。一点：临界点C；两线：饱和水（下界）线CB，饱和蒸汽（上界）线CA；三区：过冷水区，湿蒸汽区，过热蒸汽区；五态：未饱和水，饱和水，湿饱和蒸汽，干饱和蒸汽，过热蒸汽。四、水蒸气的饱和状态（湿蒸气区）压力越高，饱和温度也越高。（高原不到100水开）饱和区内的湿饱和蒸汽的温度ts与压力ps具有一定的函数关系，所以两者只能作为一个独立参数。另一个常用的独立状态参数为干度x干度湿饱和蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用x表示。（为液态，为气态），五、水蒸气表和图水蒸气热力性质复杂，专门编制了水蒸气的热力性质表和相应的图线。由于只需要知道其变化量，所以定义三相点（ptp=611.659Pa，Ttp=273.16K）的参数1. 水蒸气热力性质表需要插值计算。未饱和水及过热蒸汽表；饱和水及干饱和蒸汽表（按温度、按压力）。2. 水蒸气热力性质图（h-s图）精确度相比表差，但可以直接读数（尤其是h）。图中含有：干度x线，定压线，定温线，定容线。作业：3-5、3-8、3-12、3-13第四章 气体和蒸汽的基本热力过程4-1 热力过程分析概述一、本章内容典型的热力过程：1.定容速燃的汽油机2.定压燃气轮机3.定温活塞式压气机4.可逆绝热(定熵)过程气流流经气轮机5.其它多变过程。二、目的1. 确定能量转换关系U、H、S、W、Wi、Q的变化2. 分析状态参数（p、V、T、s）的变化过程方程式：压力随比体积的变化关系式三、分析依据热力学第一定律表达式、理想气体状态方程式、u、h、s的公式。1. 热力学第一定律表达式，。可逆过程：，理想气体状态方程式：2. u、h、s公式，四、闭口系及稳流开口系的关系工质热力状态的变化规律、能量转换与是否流动无关，对于确定的工质只取决于过程特征。二者只是对外输出功不同而已。闭口系对外输出膨胀功；开口系对外输出流动功+技术功（轴功、动能差、势能差）4-2 定容过程定容过程系统的比体积保持不变时系统状态发生变化所经历的过程，过程方程式 v常量由得 ,开口闭口4-3 定压过程定容过程压力不变时系统状态发生变化所经历的过程，过程方程式 p常量， 定压线在定容线下 ，闭口开口4-4 定温过程定温过程温度不变时系统状态变化所经历的过程，过程方程式 T常量由得 ，得出即 技术功=体积变化功4-5 绝热过程（定熵过程）绝热过程系统和外界间不发生热量交换的过程。可逆绝热过程为定熵过程，过程方程式。 对于理想气体，比热比与等熵指数相等则（前提：理想气体可逆绝热，定值比热过程）其中定熵指数由，得，闭口系统开口系统4-6 多变过程多变过程过程方程式 =常数，通常n0。多变指数n=0，定压过程；n=1，定温过程；n=k，绝热过程；n=，定容过程； ，又，得多变过程n值分析1. nk的多变过程（定容密度不变） ,膨胀必定放热，压缩必定吸热。表4-1 理想气体可逆过程计算公式 掌握4-7 水蒸气的基本过程自己简单看看，了解第五章 热力学第二定律热力学第一定律：热能传递转换的数量关系。热机的热量总有一部分放给环境；热量自发地由高温传递到低温，却不能自发地反向传递等。热二热力学第二定律：热能传递转换的方向、条件、限度。5-1 热力学第二定律一、自然过程的方向性 自发过程自发过程：自然过程中能独立地、无条件、自动进行的过程。 反之为非自发过程。自发过程：功热转化、有限温差传热、自由膨胀、物质混合等等。实现非自发过程必伴随另一种自发过程。自发过程不可逆。二、热力学第二定律的表述1开尔文普朗克说法：“不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其它任何变化的热力发动机。”其它任何变化：包括对热机内部、外界环境及其它物体都不留下其它任何变化，热机必须是循环发动机。“第二类永动机不可能制成。”第二类永动机：单一热源下吸热做功的动力机。“热机的热效率不可能达到100%。”2克劳修斯说法“热不可能自发的不付代价的从低温物体传至高温物体。”3自发过程说法热力学第二定律的自发过程说法：“一切自发地实现的涉及热现象的过程都是不可逆的。”证明：热力学第二定律克劳修斯说法与开尔文-普朗克说法是等效的。为违反开尔文普朗克说法的热机，从单一热源吸热并将之全部转化为功。为一普通制冷机。图中均为代数值。制冷机从低温热源吸热，靠热机输出功对高温热源放热。若将看作整体，则表现为从低温热源吸热，同时对高温热源放热，此外没有其它的变化。这显然违反了克劳修斯说法。三、可逆过程/不可逆过程可逆过程：系统完成某一个热力过程后，能使工质逆行恢复原状，并且外界亦恢复原状而不留下任何变化的热力过程。可逆过程 无耗散准静态过程不可逆过程：存在任何自发的过程，从而产生不可复逆的影响的热力过程。不可逆过程中能量转换完善程度的指标：不可逆过程和相应可逆过程功的比值。涡轮机效率压气机绝热效率四、不可逆因素实际过程都是不可逆的。不可逆因素：摩擦、温差、压差、浓度差等。只有可逆过程才便于进行热力学分析，故热力学中主要研究可逆过程。利用适当的效率，对相应的可逆过程的分析结果进行修正得到不可逆过程。5-2 卡诺循环和多热源可逆循环分析一、卡诺循环卡诺循环：工作于T1、T2之间由两个可逆定温和两个可逆绝热过程组成的正向循环。可逆定温：a-b，c-d；可逆绝热：b-c，d-a。理想气体可逆定温过程热量：，。理想气体可逆绝热有： 即卡诺循环的循环热效率卡诺循环热效率说明：1. 只取决于、，即工质吸、放热温度。2. ，均可提高卡诺循环热效率。3. ，因为、4. 时。热变动一定要有温差做条件，即“第二类永动机不可能制成”。其它目前为止，严格按照卡诺循环工作的热力发动机尚无法制造出来。原因： 1、温差大 、大，p-v图上狭长，但摩擦占的比例增加了。2定温可逆过程不容易实现。二、概括性卡诺循环概括性卡诺循环：工作于T1、T2之间由两个可逆定温和两个同类型其它可逆过程组成的正向循环。理性气体的同类型可逆过程多变指数n相同，最终得出概括性卡诺循环的热效率等于卡诺循环的热效率，即：三、逆向卡诺循环逆向卡诺循环：与卡诺循环反向的循环，由两个可逆定