工程热力学期末复习综述

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1、工程热力学是研究热能与机械能相互 转换的一门学科。 工程热力学 能量转换规律 工质的性质 做功过程 能量转换规律 第一定律 第二定律 第一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 能量转换的守恒性 理想气体 实际气体 分子本身不占体积 分子之间没有作用力 理想气体状态方程 理想气体热力过程 水蒸气 定容、定压 定温、绝热 多变 弹性碰撞 压气机的热力过程 气体动力循环 蒸汽动力循环 单级活塞式 活塞式内燃机动力循环 郎肯循环 第一章 复习课 热力系 种类： 闭口系、开口系、绝热系、 孤立系 热力系的选取取决于研究目的和方法 ，具有随意性，选取不当将不便于分析。 一旦取定系统

2、，沿边界寻找相互作用 。 有 无 是否传质 开口系 闭口系 是否传热 非绝热系 绝热系 是否传功 非绝功系 绝功系 是否传热、功、质 非孤立系 孤立系 记忆、归纳： 热力状态 状态：某一瞬间系统所呈现的宏观状况 平衡状态： 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 该系统处于平衡状态。 辨别平衡与稳定 稳定：宏观性质/参数不随时间变化 稳定，但存在不平衡势差(温差) 若去掉外界影响（两恒温 热源），则状态变化 稳定不一定平衡，但平衡一定稳定 辨别平衡与均匀 平衡：时间上 均匀：空间上 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 定义：描述系

3、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：P, v, T 导出状态参数：不易测量，但可用公式计算得到 的参数，如u, h, s 状态参数 绝对压力P：气体的真实压力 相对压力（表压力Pg、真空度Pv）：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 ！ 状态参数的特性 （1）状态确定，则状态参数也确定；反之亦然 （2）积分特征：状态参数在数学上为点函数、态函数 系统经历一个循环后，状态参数的变化量为零。 从一个状态到另一个状态: 状态参数的变化量只与初终态 有关，而与路径无关； 1 2 a b P，T，v，u，h，s 可逆过程：系统经历某一过程后，若能使系统按原来

4、路径 逆行回到初始状态，且不留下任何痕迹。 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 到另一个状态所经历的历程。 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平衡状态 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 可逆过程一定是准静态过程 准静态过程不一定是可逆过程 可逆过程准静态过程无耗散 可逆过程完全理想，以后均用可逆 过程的概念。准静态过程很少用。 判断是否准静态与可逆 带活塞的气缸中，水被缓慢加热 缓慢加热，每一时 刻水有确定的温度 准静态加热 火与水有温差外不可逆 以水为系统内可逆 以水活塞为系统 活塞与壁面无摩擦内可逆 活塞与壁

5、面有摩擦内不可逆 选择题 可逆过程一定是 A 非平衡过程 B 存在损耗的准静态过程 C 工质能回复到初态的过程 D 准静态过程 答案：答案：D D 选择题 系统与外界发生能量传递时，功和热量是 A 过程量 B 强度量 C 广延量 D 状态参数 答案：答案：A A 热力循环热力循环 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 变化过程称为热力循环。 分类： （1）按是否可逆分 不可逆循环 可逆循环（所有过程均可逆） （2）按能量转换目的分 逆循环（制冷） 正循环（动力） 正循环 净效应：从高温热源吸热，对外作功 正循环（QW）：顺时针方向 p V 2 1 T S

6、1 2 逆循环 净效应：消耗外功，将低温热源的热量传给高温热源 逆循环（ W Q ） ：逆时针方向 p V 2 1 T S 1 2 选择题 在p-v图上，任意一个正向循环 A 压缩功大于膨胀功 B 压缩功等于膨胀功 C 膨胀功大于压缩功 D 压缩功和膨胀功关系不定 答案：答案：C C 第二章 复习课 1、本质：能量守恒与转换定律 进入系统的能量 - 离开系统的能量 = 系统内部储存能量的变化 热力学第一定律 W QdU 闭口系 适用任何工质、任何过程 任何工质，准静态过程 闭口系方程解析式之一 1) 准静态过程的容积变化功 以汽缸中m kg工质为系统: 活塞向右移动微元距离dx， dx很小，

7、近似认为 p 不变，可视为准静态过程. dl p p0 A 系统对外界作的膨胀功为： = p A dl m kg：W =pdV w =pdv1 kg： ( ) = pdV 适用范围：准静态过程、可逆过程 W = Fdl 开口系 Ws Q 1 2 u1 z1 u2 z2 p1v1 p2v2 dE dm1 dm2 图中的开口系在 dt 时间内 进行了一个微元过程： 有dm1的微元工质流入进口 截面1，有dm2的微元工质 流出出口截面2 系统从外界接受热量dQ 系统对机器作内部功dWi uWi表示工质在机器内部对机 器所作的功，而轴功Ws为Wi 的有用功部分，两者的差为机 器各部分的摩擦损失。 Wi

8、 进入系统的能量 离开系统的能量 控制容积系统储存能量 的增加量 进入系统的 能量 离开系统的 能量 系统储存能量的 增加量 热一 定律: 稳定流动系 此式为开口系能量方程的一般表达式 系统储存能量 的增加量 系统对外 做功量 系统吸 热量 进出口物质能量差 1kg工质： 适用条件： 稳定流动 任何工质 流过开口系1kg流体的稳定流动的能量方程： 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 稳流能量方程改写为： 定义为技术功：技术上可资利用的功。符号：wt 动能轴功 机械能 位能 即： 稳定流动 任何工质 准静态 热一律解析式之一 热一律解析式之二 稳流能量方程稳定流动 任何工质

9、 闭口系方程 任何工质 任何工质 后续很多式子基于此两式 第二章 小结 w wt (pv) ws gz 做功的源泉几种功的关系： c2/2 （容积变化功） （动能） （轴功） （位能） （推动功 ） （技术功） 由： ws 四种功的关系 本章基本要求 深刻理解热量、功的概念，深刻理解热 力学能、焓的物理意义 理解膨胀（压缩）功、内部功、技术功 、流动功的联系与区别 第二章 讨论课 思考题 工质膨胀是否一定对外作功？ 向真空膨胀 定容过程是否一定不作功？ 开口系，技术功 定温过程是否一定不传热？ 相变过程（冰融化，水汽化） 水轮机 选择题 1. 热力学第一定律用于 A 开口系统，理想气体，稳定流

10、动 B 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 D 任意系统，任意工质，可逆过程 答案：C 选择题 2. q=h+wt适用于 A 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 C 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 答案：D 简答题 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利用 （ ） 来计算 闭口系 开口系 第三章小结 v热力学第二定律的两种表述：克劳修斯 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物 理本质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 可逆

11、绝热过程组成的可逆循环。 卡诺循环的热效率。 v卡诺定理 1.熵的定义 比参数 kJ/kgK ds: 可逆过程 qrev除以传热时的T所得的商 广延量 kJ/K 状态参数 熵 熵的说明 1、熵是状态参数 3、熵的物理意义：熵体现了可逆过程传热的大小与方向 2、符号规定 系统吸热时为正 Q 0 dS 0 系统放热时为负 Q 0 dS 0 4、用途：判断热量方向 & 计算可逆过程的传热量 第三章小结 用于过程 用于循环 用于孤立系统 v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 任何过程，熵只增不减 工质经历不可逆过程，熵一定变大 v不可逆绝热过程内部存在不可逆耗散效 应是熵

12、增大的唯一原因 例. 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， 气体将进行自由膨胀，达到平衡后： （A）温度不变，熵增加； （B）温度升高，熵增加； （C）温度降低，熵增加； （D）温度不变，熵不变。 A 选择题 2.工质经绝热不可逆过程后，其熵变S1-2 A 大于0 B 等于0 C 小于0 D 不定 D 1.工质经不可逆过程后，其熵变S1-2 A 大于0 B 等于0 C 小于0 D 不定 A 3.孤立系统经不可逆过程后，其熵变S1-2 A 大于0 B 等于0 C 小于0 D 不定 A 可逆与不可逆讨论(例1) 可逆热机 2000 K 300 K 100 kJ 1

13、5 kJ 85 kJ 第四章 小结 理想气体： 1. 分子之间没有作用力 2. 分子本身不占容积 实际气体为真实气体，离液态近，工程计 算靠图表 第四章 小结 理想气体状态方程 理想气体： 迈耶方程 第四章 小结 比热容比 第四章 小结 h、u 、s的计算要用cv 和 cp 第四章 小结 理想气体混合物： 道尔顿分压定律 亚美格分体积定律亚美格分体积定律 选择题 1. 理想气体的比热容是 A 常数 B 随气体种类不同而异，但对于某种理想 气体 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， 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 种过程而言，比热容是温度的函

14、数 答案：D 选择题 2. 迈耶公式cp-cv=Rg A 仅适用于理想气体，定比热容 B 适用于任意气体，但要求定比热容 C 适用于理想气体，是否定比热容不限 D 适用于任何气体 答案：C 是非题 气体吸热后熵一定增大 气体吸热后温度一定升高气体吸热后温度一定升高 气体吸热后热力学能一定升高气体吸热后热力学能一定升高 气体膨胀时一定对外作功气体膨胀时一定对外作功 第四章知识域 热力过程分析概述 定容、定压、定温及绝热4个典型热 力过程分析 多变过程的分析 理想气体的热力过程 过程分析： 1. 过程方程 2. 初、终态参数关系，u 、h、s 3. 系统与外界交换的能量 Q、W、Wt 4. 过程的p-v图和T-s图 典型热力过程：定容、定压、定温、绝热过程。 假设：理想气体、可逆过程 基本公式： 多变过程与四种典型热力过程的关系 基本过程是多变过程的特例 n -多变指数， n 多变过程方程为： 平均多变指数的确定方法平均多变指数的确定方法 等端点多变指数 已知过程线上两端点（p1,v1）、 （p2,v2）： 适用：初、终参数计算