热力学前四章复习讲解

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1、前四章复习 第十次课 1 第一章 核心内容 1、热能和机械能转换的特点？ 2、能识别热力系以及合理选择热力系分析实际问题； 3、状态和状态参数，状态参数的特点？哪些参数为状态参数？ 4、过程量和状态量？强度量和广延量？举例。 5、稳定、平衡、均匀定义和相互关系？举例。 6、可逆过程和不可逆过程？可逆和准平衡的关系？ 7、准静态过程的定义？为什么引入准静态过程？ 8、功的定义和计算（可逆过程和不可逆过程）？ 9、熵的定义？ 10、功和热量的p-v图和T-s表示？可逆过程和不可逆过程的p-v图和T-s表 示，过程线下投影的意义？方向？ 看书和作业时需要注意的关键点 2 热力学能、总能的定义； 热力

2、学第一定律的实质；文字表述式；能量方程； 热力学第一定律的两个解析式（对能量方程的简化）； 注意两个解析式是等价的，只是第一解析式通常用于闭口系。 第二解析式常用于开口系而已； 注意区别推动功、流动功、容积变化功、技术功、轴功和内部 功，相互联系； 计算时注意通常设备对外输出的功为轴功；设备消耗的功为技 术功，如压气机耗功为技术功； 掌握常用热力设备的特点，如锅炉、汽轮机、压缩机、喷管、 阀门等 熟练利用能量方程对实际设备进行简化获得设备的能量方程； 绝热节流的能量方程； 第二章 核心内容 看书和作业时需要注意的关键点 3 理想气体 理想气体的两点假设；理想气体状态方程；实际气体看作 理想气体

3、的条件； 比热容的定义；定压比热和定容比热的推导和物理意义； 迈耶公式及其适用条件； 理想气体的热力学能、焓和熵的计算公式、使用条件； 实际气体 水蒸气的p-v和T-s图，一点、两线、三区和五态； 水蒸气的p-v和T-s图上的过程线；会在水蒸气的p-v和T-s 图上表示热力过程，如锅炉中从过冷水到过热蒸汽的过程 掌握水蒸气图表的使用方法； 第三章 核心内容 看书和作业时需要注意的关键点 4 1、各种理想气体热力过程的过程方程； 2、各种理想气体热力过程p-v图，T-s图上表示； 3、理想气体各种可逆过程的特性，利用过程方程和状态方程 以及热力学第一定律计算参数变化，功，热的计算。 4、p-v图

4、，T-s图上的表示热量、功、热力学能变化以及焓变化 第四章 核心内容 看书和作业时需要注意的关键点 5 第一章 基本概念 1 热力系和工质 2 平衡状态和稳定状态 3 状态参数和过程参数 4 准平衡过程和可逆过程 5 热量和功 6 热力循环 6 1 热力系 (1) 定义：认为选取的一定范围内的物质作为研究对 象。边界和外界 (2) 分类： 闭口系和外界无物质交换； 开口系和外界有物质交换； 绝热系和外界无热量交换； 孤立系和外界无任何能量和物质的交换； 简单可压缩系热力系由可压缩流体构成，与外 界只有可逆体积变化功的交换。 7 (3) 工质 定义：能够实现能量相互转换的媒介物。 充当工质的最基

5、本条件是： 要有好的流动性和受热后有显著的膨胀性，并有 较大的热容量及安全可靠。 工程中最适于充当工质的是气体或由液态过渡为 气态的蒸汽；如蒸汽轮机中的蒸汽，内燃机中的 燃气，制冷装置中的氨蒸气等。 8 2 平衡状态和稳定状态 平衡状态定义：没有外界作用的情况下工质宏 观性质可长久保持不变的状态。 实现平衡的充要条件：系统内部及系统与 外界之间各种不平衡势差消失。 注意：在平衡状态下，参数不随时间变化只是现 象，不能作为判断系统是否平衡的条件，只有系 统内部以及系统和外界之间没有任何不平衡势差 时才能实现平衡的本质。例：稳态导热。 9 稳定状态定义：系统参数不随时间变化而 改变。它无须考虑参数

6、保持不变是如何实 现的。 思考题1-3 (p30) ：平衡状态和稳定状态的 的区别和联系？ 平衡状态稳定状态系统内部系统内部与 外界之间所有不平衡势差消失 10 3 状态参数和过程参数 状态参数：描述系统工质状态的客观物理量。只 和初、终状态有关。 常用状态参数：p, v, T, u, h, s 过程参数：和过程有关的物理量，取决于工质经 历的过程。 常用状态参数：w, q 思考题： ? 11 思考题1-13(p32)： 1) 在示功图中，只有可逆过程才能用其下 面对应的面积表示膨胀功。 2) 对于不可逆过程，不能用其下面对应的 面积表示膨胀功。 3) 功是过程量。 思考题： 对于不可逆过程，

7、其热量可以在示热图(T-s图) 上表示吗？热力学能和焓呢？ 12 4 准平衡过程和可逆过程 引入背景：热能和机械能的转换由工质状态变化 完成。实际过程都是不平衡过程，而热力学仅对 平衡状态进行描述，因此为了将“过程”和“平衡” 这两个矛盾的概念统一起来，引入“准平衡过程” 的概念。 定义：在无限小势差的推动下，由一系列 连续的平衡态组成的过程。 13 可逆过程：如果系统完成某一过程后，再 沿原来的路径逆向进行时，能够使系统和 外界都返回到原来的状态而不留下任何变 化，即为可逆过程。 两者区别： 可逆过程准平衡过程无任何耗散效应 14 5 热量和功 热力过程中，能量交换的方式有两种：做 功和传热

8、。 功和热量都是系统和外界通过边界传递的 能量，只有在传递过程中才有意义，是过 程量。 可逆过程的功和热量在p-V示功图和T-s示 热图上的表示。 15 6 热力循环 定义：由一个初态出发，经过一系列热力 过程后，又回到原来的的初态，称为热力 循环。 目的：实现预期连续的能量转换。 按性质分两类： 正向循环(动力循环) 逆向循环(制冷循环或热泵循环) 循环的经济指标：工作系数受益 / 代价 16 第二章 热力学第一定律 1 热力学第一定律的实质 2 储存能 3 迁移能功和热量 4 焓 5 闭口系的能量方程 6 稳定流动系的能量过程 7 一般开口系的能量方程 17 1 热力学第一定律的实质 实质

9、：能量转换和守恒定律。 热力学第一定律的表述： (1)当热能和其他形式的能量互相转换时， 能的总量保持不变。 (2)第一类永动机是不可能造成的。 表达式： 系统储存能的变化进入系统的能量离开 系统的能量 18 2 储存能 (1) 系统内部储存能热力学能 定义：储存于系统内部的能量，通常包括 ： 1) 分子热运动形成的内动能。它是温度的函 数； 2)分子间相互作用形成的内位能，它是比体 积和温度的函数； 3)维持一定分子结构的化学能、原子核内部 的院子能以及电磁场作用下的电磁能等。 19 热力学能是状态参数。 若工质由初态1变化到终态2，热力学能变化为： 若工质经历循环变化，热力学能变化为零，即

10、 20 (2) 外部储存能 包括系统的宏观动能和重力位能，即 (3)系统的总储存能 21 3 迁移能功和热量 膨胀功(体积变化功)W 推动功pv和流动功Wf 轴功Ws 技术功 Wt工程技术可资利用功 思考题： 1)推动功能否出现在闭口系中？ 2)气体流入真空容器，是否需要 推动功？ 22 4 焓 工质流动过程中，除热力学能外，总伴有推动功 ，把二者结合起来，定义为焓。即 焓是状态参数，与工质是否流动无关。 思考题： 1) 闭口系中工质有没有焓值？ 23 5 闭口系的能量方程 闭口系能量方程的几种形式： 1 kg工质经过有限过程： 1 kg工质经过微元过程： m kg工质经过有限过程： m kg

11、工质经过微元过程： 注意：以上各式对任意工质，任意过程都适用。 24 对于可逆过程，因 1 kg工质经过有限过程： 1 kg工质经过微元过程： m kg工质经过有限过程： m kg工质经过微元过程： 25 6 稳定流动系的能量方程 (1)稳定流动的判断: 1)进出口截面的参数不随时间而变； 2)系统与外界交换的功量和热量不随时间而 变； 3)工质的质量流量不随时间而变，且进出口 处的质量流量相等。 26 (2)能量方程 1 kg工质经过有限过程： 1 kg工质经过微元过程： m kg工质经过有限过程： m kg工质经过微元过程： 27 7 一般开口系的能量方程 一般开口系：控制体积可胀缩的、空

12、间各点参数 随时间变化非稳定流动系统。如充气、抽气过程 。 若干股流进，若干股流出； 单位时间的情况； 根据能量转换和守恒定律，可得热力学第一定律的另一种表 达式： 28 第三章气体和蒸汽的性质 1 理想气体的概念和状态方程式 2 理想气体的比热容 3 理想气体的热力学能、焓和熵 4水蒸气的基本概念 5 水蒸气的汽化过程和临界点 6 水和水蒸气的状态参数 7 水蒸气表和图 29 1 理想气体的概念和状态方程式 (1)理想气体的两点假设： 1)气体的分子是一些弹性的、本身不占体积的 质点； 2)分子相互之间不存在作用力。 理想气体状态方程式 ： 30 2 理想气体的比热容 比热容定义 摩尔热容C

13、m 体积热容C 比定压热容cp 比定容热容cv 比热容、摩尔热容和体积热容的关系 ： 迈耶公式： 31 比热容与温度的关系： (1) 真实比热容 (2) 平均比热容 (3) 定值比热容 计算误差逐渐增大，计算选用那 种方式视计算精度要求而定。 32 3 理想气体的热力学能、焓和熵 理想气体的热力学能和焓是温度的单值函数，即 比热容按照前面的方法计算，具体选则视计算精度 确定。 33 状态参数熵 定义式： 对于理想气体可逆过程，熵变为 思考题： 1) 绝热过程得熵变为零吗？ 2) 可逆绝热过程得熵变为零吗？ 34 4 水蒸气的基本概念 蒸发和沸腾 物质由液相变成气相（蒸气）的过程称为汽化。 由蒸

14、气变成液体的过程叫做凝结。液体的汽化有 两种不同的方式：蒸发和沸腾。 在液体表面进行的比较缓慢的汽化叫做蒸发。 对液体加热，当液体达到一定温度时，液体内部 便产生大量气泡，气泡上升到液面破裂而放出大 量蒸汽，这种在液体表面和内部进行的剧烈汽化 现象称为沸腾。液体沸腾时的温度叫做沸点。 35 饱和状态和饱和温度、饱和压力 当单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中 的分子数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态 ，这时虽然蒸发和凝结仍在进行，但空间中蒸气分 子的密度不再增大，此时的状态称为饱和状态。饱 和状态下的液体和蒸气的温度称为饱和温度，与饱 和温度相对应的饱和蒸气的压力称为饱和压力。 36

15、水的临界参数和三相点参数 水的临界参数值为： 临界温度tcr=373.99（tc=647.14K）； 临界压力pcr=22.064MPa； 临界比体积vcr=0.003106m3/kg。 水的三相点温度和三相点压力为： ttp=0.01（Ttp=273.16K）； ptp=611.659Pa。 37 汽化潜热 在一定温度下1kg饱和液体全部转变为同温度 的蒸气所吸收的热量称为汽化潜热，或简称 为汽化热，用符号r表示，单位是kJ/kg。 例如： 水在100时的汽化潜热为2257.2kJ/kg。 38 一点 临界点 两线 上界限线 下界限线 三区 液 汽液共存 汽 五态 未饱和水 饱和水 湿蒸汽 干饱和蒸汽 过热蒸汽 5 水蒸气的汽化过程和临界点 39