工程热力学期末复习

1、工程热力学工程热力学是研究热能与机械能相互是研究热能与机械能相互转换的一门学科。转换的一门学科。工程热力学工程热力学能量转换规律能量转换规律工质的性质工质的性质做功过程做功过程能量转换规律能量转换规律第一定律第一定律第二定律第二定律第一类永动机不可能实现第一类永动机不可能实现第二类永动机不可能实现第二类永动机不可能实现能量转换的方向性能量转换的方向性能量转换的守恒性能量转换的守恒性理想气体理想气体实际气体实际气体分子本身不占体积分子本身不占体积分子之间没有作用力分子之间没有作用力理想气体状态方程理想气体状态方程TRpvg理想气体热力过程理想气体热力过程水蒸气水蒸气定容、定压定容、定压定温、绝热

2、定温、绝热多变多变弹性碰撞弹性碰撞压气机的热力过程压气机的热力过程 气体动力循环气体动力循环蒸汽动力循环蒸汽动力循环单级活塞式单级活塞式活塞式内燃机动力循环活塞式内燃机动力循环郎肯循环郎肯循环第一章第一章 复习复习课课 热力系热力系种类：种类：闭口系、开口系、绝热系、闭口系、开口系、绝热系、孤立系孤立系 热力系的选取取决于研究目的和方法，热力系的选取取决于研究目的和方法，具有具有随意随意性，选取不当将不便于分析。性，选取不当将不便于分析。 一旦取定系统，一旦取定系统，沿边界沿边界寻找相互作用。寻找相互作用。 有有 无无是否传质是否传质 开口系开口系 闭口系闭口系是否传热是否传热 非绝热系非绝热

3、系 绝热系绝热系是否传功是否传功 非绝功系非绝功系 绝功系绝功系是否传热、功、质是否传热、功、质 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系记忆、归纳：记忆、归纳： 热力状态状态：某一瞬间系统所呈现的宏观状况状态：某一瞬间系统所呈现的宏观状况平衡状态：平衡状态：在不受外界影响的条件下（重力场除外），在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果系统的状态参数不随时间变化，则该如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态。系统处于平衡状态。辨别平衡与稳定辨别平衡与稳定稳定：宏观性质稳定：宏观性质/ /参数不随时间变化参数不随时间变化稳定，但存在不平衡势差稳定，但存在不平衡势差( (温差温差) )若去掉外

4、界影响（两恒温若去掉外界影响（两恒温热源），则状态变化热源），则状态变化稳定不一定平衡，但平衡一定稳定稳定不一定平衡，但平衡一定稳定辨别平衡与均匀辨别平衡与均匀平衡：时间上平衡：时间上均匀：空间上均匀：空间上平衡不一定均匀，但均匀一定平衡平衡不一定均匀，但均匀一定平衡对于单相，平衡态则一定是均匀的对于单相，平衡态则一定是均匀的定义：描述系统所处状态的宏观物理量定义：描述系统所处状态的宏观物理量基本状态参数：可直接测量的参数，如：基本状态参数：可直接测量的参数，如：P P, , v v, , T T导出状态参数：不易测量，但可用公式计算得到导出状态参数：不易测量，但可用公式计算得到的参数，如的参

5、数，如u u, , h h, , s s 状态参数绝对压力绝对压力P P：气体的真实压力：气体的真实压力相对压力（表压力相对压力（表压力P Pg g、真空度、真空度P Pv v）：压力计显示的压力）：压力计显示的压力注意：只有绝对压力才能代表工质的状态参数注意：只有绝对压力才能代表工质的状态参数 ！状态参数的特性状态参数的特性 （1 1）状态确定，则状态参数也确定；反之亦然）状态确定，则状态参数也确定；反之亦然（2 2）积分特征：状态参数在数学上为点函数、态函数）积分特征：状态参数在数学上为点函数、态函数 0dz系统经历一个循环后，状态参数的变化量为零。系统经历一个循环后，状态参数的变化量为零

6、。z从一个状态到另一个状态从一个状态到另一个状态: 状态参数的变化量只与初终状态参数的变化量只与初终态有关，而与路径无关；态有关，而与路径无关；1 2ab P P，T T，v v，u u，h h，s s可逆过程：系统经历某一过程后，若能使系统按原来路径可逆过程：系统经历某一过程后，若能使系统按原来路径 逆行回到初始状态，且不留下任何痕迹。逆行回到初始状态，且不留下任何痕迹。 热力过程热力过程定义：在不平衡势差的作用下，系统从一个状态变化定义：在不平衡势差的作用下，系统从一个状态变化到另一个状态所经历的历程。到另一个状态所经历的历程。准静态过程准静态过程定义：热力系经历过程中的每一点都非常接近于

7、平衡状态定义：热力系经历过程中的每一点都非常接近于平衡状态条件：实际过程进行得足够缓慢的极限情况条件：实际过程进行得足够缓慢的极限情况可逆过程与准静态过程的区别和联系可逆过程与准静态过程的区别和联系可逆过程可逆过程一定是一定是准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程不一定是不一定是可逆过程可逆过程可逆过程可逆过程准静态过程准静态过程无耗散无耗散可逆过程可逆过程完全理想，以后均用完全理想，以后均用可逆可逆过程过程的概念。的概念。准静态过程准静态过程很少用。很少用。判断是否准静态与可逆判断是否准静态与可逆带活塞的气缸中，水被缓慢加热带活塞的气缸中，水被缓慢加热缓慢加热，每一时缓慢加热，每一时刻水有

8、确定的温度刻水有确定的温度准静态加热准静态加热火与水有温差火与水有温差外不可逆外不可逆以以水水为系统为系统内可逆内可逆以以水活塞水活塞为系统为系统活塞与壁面无摩擦活塞与壁面无摩擦内可逆内可逆活塞与壁面有摩擦活塞与壁面有摩擦内不可逆内不可逆选择题可逆过程一定是可逆过程一定是 A A 非平衡过程非平衡过程 B B 存在损耗的准静态过程存在损耗的准静态过程 C C 工质能回复到初态的过程工质能回复到初态的过程 D D 准静态过程准静态过程选择题系统与外界发生能量传递时，功和热量是系统与外界发生能量传递时，功和热量是 A A 过程量过程量 B B 强度量强度量 C C 广延量广延量 D D 状态参数状

9、态参数 目的：实现连续的能量转换。目的：实现连续的能量转换。定义：热力系统经过一系列变化回到初态，这一系列定义：热力系统经过一系列变化回到初态，这一系列变化过程称为热力循环。变化过程称为热力循环。分类：分类：（1）按是否可逆分）按是否可逆分不可逆循环不可逆循环可逆循环（可逆循环（所有过程均可逆所有过程均可逆）（2）按能量转换目的分）按能量转换目的分逆循环（制冷）逆循环（制冷）正循环（动力）正循环（动力）正循环正循环净效应：从高温热源吸热，净效应：从高温热源吸热，对外作功对外作功正循环（正循环（QW）：顺时针方向）：顺时针方向pV21TS12逆循环逆循环净效应：净效应：消耗外功消耗外功，将低温热

10、源的热量传给高温热源，将低温热源的热量传给高温热源逆循环（逆循环（ W Q ） ：逆时针方向：逆时针方向pV21TS12选择题在在p-vp-v图上，任意一个正向循环图上，任意一个正向循环 A A 压缩功大于膨胀功压缩功大于膨胀功 B B 压缩功等于膨胀功压缩功等于膨胀功 C C 膨胀功大于压缩功膨胀功大于压缩功 D D 压缩功和膨胀功关系不定压缩功和膨胀功关系不定第二章第二章 复习课复习课1、本质：本质：能量守恒与转换定律能量守恒与转换定律进入进入系统的系统的能量能量 - 离开离开系统的系统的能量能量 = 系统系统内部储存能量内部储存能量的的变化变化热力学第一定律热力学第一定律 W QdU闭口

11、系闭口系适用任何工质、任何过程适用任何工质、任何过程quw dqup v 任何工质，准静态过程任何工质，准静态过程闭口系方程解析式之一闭口系方程解析式之一1) 准静态过程的容积变化功准静态过程的容积变化功以汽缸中以汽缸中m kg工质为系统工质为系统: 活塞向右移动微元距离活塞向右移动微元距离dx， dx很小很小，近似认为近似认为 p 不变，可视为准静态过程不变，可视为准静态过程.dlpp0A系统对外界作的膨胀功为：系统对外界作的膨胀功为：= p A dlm kg： W =pdV w =pdv1 kg：( ) = pdV适用范围：准静态过程、可逆过程适用范围：准静态过程、可逆过程21WpdV21

12、wpdv W = F dl开口系开口系 Ws Q12u1z12121cu2z22221cp1v1p2v2dEdm1dm2图中的开口系在图中的开口系在 dt t 时间内时间内进行了一个微元过程：进行了一个微元过程： 有有 m1的微元工质流入进的微元工质流入进口截面口截面1，有有 m2的微元工的微元工质流出出口截面质流出出口截面2 系统从外界接受热量系统从外界接受热量 Q 系统对机器作内部功系统对机器作内部功 WiuWi表示工质在机器内部对机表示工质在机器内部对机器所作的功，而轴功器所作的功，而轴功Ws为为Wi的有用功部分，两者的差为机的有用功部分，两者的差为机器各部分的摩擦损失。器各部分的摩擦损

13、失。 Wi 进入系统的能量进入系统的能量 离开系统的能量离开系统的能量 控制容积系统储存能量控制容积系统储存能量的增加量的增加量QdVpdE111CVidEWdVpdEQdVpdE)()(222111iCVWdVpdEdVpdEdEQ)()(111222CVdEiWdVpdE222进入系统的进入系统的能量能量离开系统的离开系统的能量能量系统储存能量的系统储存能量的增加量增加量热一热一定律定律:稳定流动系稳定流动系iffCVWmgzchmgzchdEQ112112222222此式为开口系能量方程的一般表达式此式为开口系能量方程的一般表达式系统储存能量系统储存能量的增加量的增加量系统对外系统对外做

14、功量做功量系统吸系统吸热量热量进出口物质能量差进出口物质能量差1kg工质：工质：适用条件：适用条件：稳定流动稳定流动任何工质任何工质流过开口系流过开口系1kg流体的稳定流动的能量方程：流体的稳定流动的能量方程：sfwzgchq221技术功技术功稳流能量方程中，后三项为工程上可直接利用的机械能稳流能量方程中，后三项为工程上可直接利用的机械能 稳流能量方程改写为：稳流能量方程改写为：定义为定义为技术功技术功：技术上可资利用的功。符号：技术上可资利用的功。符号：wt动能动能轴功轴功机械能机械能位能位能即：即：stwzgcw221iwzgchq221tqhw 稳定流动稳定流动任何工质任何工质准静态准静

15、态热一律解析式之一热一律解析式之一热一律解析式之二热一律解析式之二pdvduqvdpdhq 稳流能量方程稳流能量方程tqhw 稳定流动稳定流动任何工质任何工质quw 闭口系方程闭口系方程任何工质任何工质任何工质任何工质后续很多式子基于此两式后续很多式子基于此两式第二章第二章 小结小结wwt(pv)wsgz做功的源泉做功的源泉几种功的关系：几种功的关系：c2/2（容积变化功）（容积变化功）（动能）（动能）（轴功）（轴功）（位能）（位能）（推动功（推动功 ）（技术功）（技术功）fw由：由：ws()twpvw 四种功的关系四种功的关系 本章基本要求本章基本要求深刻理解深刻理解热量热量、功功的概念，深

16、刻理解的概念，深刻理解热热力学能力学能、焓焓的物理意义的物理意义理解理解膨胀（压缩）功、内部功、技术功、膨胀（压缩）功、内部功、技术功、流动功流动功的联系与区别的联系与区别第二章第二章 讨论课讨论课思考题思考题 工质膨胀是否一定对外作功？工质膨胀是否一定对外作功？向真空膨胀向真空膨胀定容过程是否一定不作功？定容过程是否一定不作功？开口系，技术功开口系，技术功定温过程是否一定不传热？定温过程是否一定不传热？相变过程（冰融化，水汽化）相变过程（冰融化，水汽化）twvdp水轮机水轮机选择题选择题1. 热力学第一定律用于热力学第一定律用于A 开口系统，理想气体，稳定流动开口系统，理想气体，稳定流动B

17、闭口系统，实际气体，任意流动闭口系统，实际气体，任意流动C 任意系统，任意工质，任意过程任意系统，任意工质，任意过程D 任意系统，任意工质，可逆过程任意系统，任意工质，可逆过程答案：答案：C C选择题选择题2. q=h+wt适用于适用于A 理想气体，闭口系统，可逆过程理想气体，闭口系统，可逆过程B 实际气体，开口系统，可逆过程实际气体，开口系统，可逆过程C 任意工质，闭口系统，任意过程任意工质，闭口系统，任意过程D 任意工质，开口系统，稳流过程任意工质，开口系统，稳流过程答案：答案：D D简答题简答题对任何系统，只要发生的是可逆过程，它与对任何系统，只要发生的是可逆过程，它与外界交换的功都可以

18、利用外界交换的功都可以利用 （ ） 来计算来计算闭口系闭口系 21pdv 开口系开口系 21vdp第三章小结第三章小结v热力学第二定律的两种表述：克劳修斯热力学第二定律的两种表述：克劳修斯表述、开尔文表述表述、开尔文表述 热力学第二定律各种表述是从各个方面描述共同的热力学第二定律各种表述是从各个方面描述共同的物理本质物理本质过程的方向性及自发过程的不可逆性过程的方向性及自发过程的不可逆性。v卡诺循环是由两个可逆定温过程和两个卡诺循环是由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成的可逆循环。可逆绝热过程组成的可逆循环。 卡诺循环的热效率卡诺循环的热效率。1212111TTQQQWnettcv卡诺定理

19、卡诺定理1.熵的定义熵的定义revQdSTrevqdsT比参数比参数 kJ/kgKds: 可逆过程可逆过程 qrev除以传热时的除以传热时的T所得的商所得的商 广延量广延量 kJ/K状态参数状态参数 熵熵熵的说明熵的说明1、熵是状态参数、熵是状态参数 3、熵的物理意义：熵体现了、熵的物理意义：熵体现了可逆过程可逆过程传热的大小与方向传热的大小与方向2、符号规定、符号规定系统吸热时系统吸热时为正为正 Q 0 dS 0系统放热时系统放热时为负为负 Q 0 dS 04、用途：判断热量方向、用途：判断热量方向 & 计算可逆过程的传热量计算可逆过程的传热量第三章小结第三章小结21rrTQSTQd

20、S用于过程用于过程 0rTQ用于循环用于循环0isoS用于孤立系统用于孤立系统v热力学第二定律数学表达式热力学第二定律数学表达式Tr为热源温度，在可逆过程中为工质温度为热源温度，在可逆过程中为工质温度 任何过程，熵只增不减任何过程，熵只增不减 工质经历不可逆过程，熵一定变大工质经历不可逆过程，熵一定变大v不可逆绝热过程不可逆绝热过程内部存在不可逆耗散效内部存在不可逆耗散效应是熵增大的唯一原因应是熵增大的唯一原因例. 一绝热容器被隔板分为两半，一半是一绝热容器被隔板分为两半，一半是真空，另一半理想气体，若把隔板抽出，真空，另一半理想气体，若把隔板抽出，气体将进行自由膨胀，达到平衡后气体将进行自由

21、膨胀，达到平衡后：（A）温度不变，熵增加；）温度不变，熵增加；（B）温度升高，熵增加；）温度升高，熵增加；（C）温度降低，熵增加；）温度降低，熵增加；（D）温度不变，熵不变。）温度不变，熵不变。 A 选择题选择题2.工质经绝热不可逆过程后，其熵变S1-2A 大于0 B 等于0 C 小于0 D 不定D1.工质经不可逆过程后，其熵变S1-2A 大于0 B 等于0 C 小于0 D 不定A3.孤立系统经不可逆过程后，其熵变S1-2A 大于0 B 等于0 C 小于0 D 不定A 可逆与不可逆讨论可逆与不可逆讨论(例例1)可逆热机可逆热机2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJt30010.

22、852000 12isoTcycleT10015002000300SSSS t10.85 10085WQkJ第四章第四章 小结小结理想气体：理想气体：1. 分子之间没有作用力分子之间没有作用力 2. 分子本身不占容积分子本身不占容积实际气体为实际气体为真实气体真实气体，离液态近，工程计，离液态近，工程计算靠算靠图表图表第四章第四章 小结小结RTpVmolm:1nRTpVmoln:TRpvkgg:1TmRpVkgmg:理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体：理想气体：vducdT迈耶方程迈耶方程第四章第四章 小结小结pdhcdT比热容比比热容比vpcc1gvRc1gpRcgvpRcc第四章第四

23、章 小结小结h、u 、s的计算要用的计算要用cv 和和 cppddhc Tvdduc Tpvdvdpdsccvppc dTdpRTpvc dTdvRTv第四章第四章 小结小结VVVVn21理想气体混合物：理想气体混合物：道尔顿分压定律道尔顿分压定律ppppn21选择题1. 理想气体的比热容是理想气体的比热容是A 常数常数B 随气体种类不同而异，但对于某种理想随气体种类不同而异，但对于某种理想 气体气体而言，比热容为常数而言，比热容为常数C 随气体种类不同而异，但对于某种过程而言，随气体种类不同而异，但对于某种过程而言，比热容为常数比热容为常数D随气体种类不同而异，但对于某种理想气体某随气体种类不同而异，但对于某种理想气体某种过程而言，比热容是温度的函数种过程而言，比热容是温度的函数答案：答案：D选择题2. 迈耶公式迈耶公式cp-cv=RgA 仅适用于理想气体，定比热容仅适