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1、工程热力学 工程热力学基础 要求： 热力系统、工质、功、热量、内能和熵等概念 ，理想气体和卡诺循环等。 热力学第一和第二定律，图和图 ，理想气体的热力过程和发动机的理想循环。 传热学：热量传递方式、物质的导热特性 第一节 气体的状态及状态方程 一、热力系统 1、在热 力学中，从若干个物 体中规划出所要研究 的对象，称为热力系 统； 热力系 外界 界面 2、工质：在热力设备中用来实现热能与其它形 式的能量交换的物质。 热力设备通过工质状态的变化实现与外界的 能量交换。 二、热力状态与状态参数 1、热力状态： 热力系统在某一瞬间所呈现的 宏观物理状况。 热力平衡状态：当外界条件不变系统内状态长时
2、间不变，即具有均匀一致的P、V 、T。 2、状态参数：用来描述气体热力状态的物理量 基本状态参数：可直接测量的状态参数，包括： 压力(P)、比容()、温度(T)。 主要状态参数：压力P、比容、温度T、内能 、熵、焓。 基本状态参数： 1、比容 ：m3/kg 。 定义：单位质量的物质 所占的容积： =V/M V-物质的容积,m3; M- -物质的质量，kg。 比容的倒数是？ 2、压力P ：Pa，Mpa、kPa。 定义：系统单位面积上 受到的垂直作用力。 即：P=F/A 压力的测量 3、温度T ：K。 定义：表征物体的冷热程度 （气体分子的平均 动能越大） 三、理想气体的状态方程 1、理想气体：气
3、体分子本身不占有体积，分子之间 无相互作用力的气体。 2、理想气体的状态方程： P=RT PV= mRT 或PV= nRT 对空气，R=0.287kJ/kgK 1摩尔理想气体在零 摄氏度和1标准大气压下的体积，等于22.4138103 米3/摩尔。普适气体常数 R=8.31441焦耳/摩尔开 3、压容图 气体的状态也可用P-V图上的一个点 表示，比较直观。 【摩尔质量】常称为克分子量。一定质量的某 种物质，如果用克作质量的单位，其数值恰好等 于该物质的分子量的大小时，那么，这一定数值 的质量就叫做1“摩尔质量”。例如，碳是单原 子分子，因此12克的碳就称为1摩尔质量的碳； 氧是双原子分子，即由
4、两个氧原子组成一个氧分 子，因此，32克的氧就称为1摩尔质量的氧；氢 也是双原子分子，因此2克的氢也称为1摩尔质量 的氢。 在相同的温度和压力下，湿空气比干空气的密 度大? 大气压（湿空气压力）=干空气分压+水蒸气分 压 在热力学中，常温常压下的干空气可认为是理 想气体。而湿空气中的水蒸气由于处于过热状态 ，而且数量很少，分压力很低，比容较大，可近 似地当作理想气体。 第二节 热力过程及过程量 一、热力过程 热力系统从一个平衡状 态到另一个平衡状态的变 化历程。 P-V图上,一个点表示 气体的一个热力状态; 一条曲线表示一个热 力过程。 二、膨胀功（） 气体在热力过程中由于体 积发生变化所做的
5、功（又 称为容积功） 规定：热力系统对 外界做功为正，外界对热力系统 做功为负。 由W=PdV得： dV0，膨胀,W0 ， 系统对外界做功； dV0,吸热; dsQ2v 所以： tvtmtp 三、活塞式内燃机理想循环的比较 1、在等压缩比 、等加热量Q1条件下 2、在循环的最高温度、最高压力相同的条件下 在T-S图上比较三种循 环的加热量和放热量， 可以看出： 放热量q2都相同，而 加热量为： Q1pQ1mQ1v 所以： tptmtv 实际内燃机中，由 于压缩比选取的不同， 有：tm tptv 热力系统的分类 （据界面上物质和能力交换的情况分） 闭口系统：与外界无质量交换的系统； 开口系统：与
6、外界有质量交换的系统； 绝热系统：与外界无热量交换的系统； 孤立系统：与外界即无质量交换，又无 热量交换的系统。 压力的测量 当系统的压力高 于大气压力时， 用压力表测量。 P=Pb+Pg P:系统压力 （绝对压力）； Pb:大气压力； Pg:表压力（压力 表读数）。 压力的测量 当系统的压力低于 大气压力时，用真 空表测量。 P=Pb-Pv Pv：真空表读数。 由于表压力和真空 度随大气压力的变化 而变化，所以只有绝 对压力才能作为系统 的状态参数。 湿度 绝对湿度：一定体积的空气中含有的水蒸气的 质量，克/立方米。 相对湿度：水蒸气的饱和度有多高。相对湿度 为100%的空气是饱和的空气。在
7、一定温度和压力 下，绝对湿度和饱和绝对湿度之比称为该温度下 的相对湿度。 在同样多的水蒸气的情况下温度升高相对湿度 就会降低。因此在提供相对湿度的同时也必须提 供温度的数据。通过相对湿度和温度也可以计算 出露点。 含湿量d单位质量干空气的湿空气所含 有的水蒸气的质量。单位g/kg(干空气)。 【露点】 空气中的水蒸气由于冷 却而达到饱和时的温度 。 当气温与露点的差值越小，表示空气越接近饱和 ，空气的相对湿度则越高。例如，在某一气压下 ，测得空气的温度是20，露点是12，从表中 查到20时的饱和蒸汽压为2328Pa（17.54毫米汞 柱），12时的饱和蒸汽压为1402.3Pa（10.52毫 米
8、汞柱） 空气的相对湿度60 当大气的相对湿度大时露点高，相对湿度小则露 点低。 传热 传热的基本方式：热传导、热对流和热辐射 热传导：不涉及物质转移，热量从高温传递给相 接触的低温，简称导热。 热对流：不同温度的流体各部分由相对运动引起 的热量交换。流体与其接触的固体壁面之间的换热 过程，是热传导和热对流综合作用的结果。 热辐射：物体因自身具有温度而辐射出能量的现 象。热量可以在真空 中直接传递。 每一物体都具有与其绝对温度的四次方成比例的 热辐射能力，也能吸收周围环境对它的辐射热。辐 射和吸 收所综合导致的热量转移称为辐射换热。 导热系数 1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,C ）,在1
9、小时内，通过1平方米面积传递的热量 ，单位为瓦/米度（W/mK，此处为K可用 代替）。 导热系数较低的材料称为保温材料，而把 导热系数在0.05瓦/米度以下的材料称为高效 保温材料。 传热系数K 以往称总传热系数。 稳定传热条件下，围护结构两侧空气温 差为1度（K，），1小时内通过1平方米 面积传递的热量，单位是瓦/平方米度（ W/K，此处K可用代替）。 热力学例题 (2008)热量从一个物体传递到另一个物体是靠 物质载体，而不是靠电磁波？ (2008)理想气体是想象中的一类气体，分子本 身不具有体积，分子之间也没有作用力。 (2006)不同物体或物体的不同部分之间发生热 量传递，热传递的基本
10、方式有:热辐射、热传导、 热对流 强制对流比自然对流热效率高？（2010） 热力学例题 （2008单选）下列说法正确的是： 1）循环输出净功愈大，则热效率愈高 2）可逆循环的热效率都相等 3）不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的 热效率 4）“机械能可以全部变为热能，而热能不可能 全部变成机械能”这个说法是错误的 例题 （2005）在热力学中可逆绝热过程也称为定熵 过程？ （2005）相同体积的氢气和氧气，前者的摩尔 数较大？ （2005）夏季和冬季虽然温度不同，但相同的 相对湿度条件下空气所含水的质量相同？ 把电冰箱冷冻室门打开保持一段时间，可使房 间温度降低？（2010） 发动机压缩比越高热效率越高，绝热指数k越 小热效率越高？（2010） 例题 （2008多选）动力循环的共同特点有： 动1）工质在高温热源吸热 2）工质在低温热源放热 3）对外输出功 4）有往复运动机构 (2010单选）热力学基本参数不包括（） A.压力；b.温度；c.体积；d.熵力 循环 （2010多选）可燃气体绝热膨胀后，出现的变化 有（ ）等 A.温度降低；b.热值降低； C.压力降低；d.定容比热升高 （2006判断）导热系数是衡量物质导热能力的重 要参数，其值与材料的几何形状有关？ （2008判断）在相同的压力和温度下，干空气比 湿空气的密度大？
