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1、1,工程热力学总复习,2,工程热力学主要研究热能与机械能相互转换的规律，以及合理有效利用热能的基本理论。主要内容包括以下四部分：,3. 工质性质研究从工程应用角度和工质的基本特性来看，形形色色的工质可分属两大类：理想气体和实际气体。,1. 基本定律研究主要是热力学第一定律和热力学第二定律的研究。,2. 热力过程研究。,4. 热力循环研究。,工程热力学课程主要内容,3,第1章 基本概念,深刻理解热力系统、外界、热力平衡状态、准静态过程、可逆过程、热量、功、热力循环的概念，掌握温度、压力、比体积的物理意义，掌握状态参数的特点。,取热力系统，对工质状态的描述，状态与状态参数的关系，状态参数，平衡状态
2、，状态方程，可逆过程。,基本要求:,重点：,4,1热力系统概念，它与环境的相互作用，三种分类方法及其特点，以及它们之间的相互关系。,第1章应注意的问题,3系统的选择取决于研究目的与任务，随边界而定，具有随意性。选取不当将不便于分析。 选定系统后需要精心确定系统与外界之间的各种相互作用以及系统本身能量的变化，否则很难获得正确的结论。,2引入准静态过程和可逆过程的必要性，以及它们在实际应用时的条件。,5,4稳定状态与平衡状态的区分：稳定状态时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。平衡必稳定,稳定未必平衡。,5状
3、态参数的特性及状态参数与过程参数的区别。,6,注意：,1. 孤立系统：系统与外界既无能量传递也无物质交换,孤立系统=系统+相关外界=各相互作用的子系统之和 =一切热力系统连同相互作用的外界,2.状态参数：描述工质状态特性的各种状态的宏观物理量。,状态参数的数学特性:,表明：状态的路径积分仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。,表明：状态参数的循环积分为零,7,3. 正向循环热效率：,4. 制冷循环：制冷系数：,5. 热泵循环：热泵系数（供热系数）：,注意：1. 以上三式，适用于可逆循环和不可逆循环； 2. 式中q1、q2、w0取绝对值。,8,深刻理解热量、储存能、功的概念，深刻理解热力学
4、能、焓的物理意义 理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、推动功的联系与区别。,第2章 热力学第一定律,熟练应用热力学第一定律解决具体问题,本章基本要求,本章重点,9,1必须学会并掌握应用热力学第一定律进行解题的方法，步骤如下： 1）根据需要求解的问题，选取热力系统。 2）列出相应系统的能量方程 3）利用已知条件简化方程并求解 4）判断结果的正确性,2深入理解热力学第一定律的实质，并掌握其各种表达式（能量方程）的使用对象和应用条件。,3理解热力学中功的定义，掌握各种功量的含义和计算，以及它们之间的区别和联系，切实理解热力系能量的概念，掌握各种系统中系统能量增量的具体含义。,4 本章学习中，要更多注意
5、在稳态稳定流动情况下，适用于理想气体和可逆过程的各种公式的理解与应用。,10,闭口系统能量方程,能量方程表达式,适用于mkg质量工质,适用于单位质量工质,注意: 该方程适用于闭口系统、任何工质、任何过程。,微元过程,可逆过程有,11,循环过程第一定律表达式,结论: 第一类永动机不可能制造出来,对于理想气体：,理想气体可逆过程：,12,开口系统能量方程,满足：,质量守恒原理： 进入控制体的质量一离开控制体的质量=控制体中质量的增量,能量守恒原理： 进入控制体的能量一控制体输出的能量=控制体中储存能的增量,注意:本方程适用于任何工质，稳态稳流、不稳定流动的一切过程,13,稳定流动能量方程,适用于任
6、何工质，稳定流动热力过程,引入技术功：,上式变为：,可逆过程：,理想气体可逆过程,14,功和技术功在p-v图上的表示：,15,第3章 气体和蒸气的性质,熟练掌握理想气体状态方程的各种表述形式，并能熟练应用理想气体状态方程及理想气体定值比热进行各种热力计算。并掌握理想气体平均比热的概念和计算方法。 理解混合气体性质，掌握混合气体分压力、分容积的概念。,气体的热力性质，状态参数间的关系及热物性参数，状态参数(压力、温度、比体积、热力学能、焓、熵)的计算。,理想气体基本要求：,理想气体部分的重点：,16,定义：气体分子是一些弹性的，忽略分子相互作用力，不占有体积的质点。 注意：当实际气体p0 v的极
7、限状态时，气体为理想气体。,理想气体状态方程的几种形式,理想气体,适用于1千克理想气体,式中：v为比体积，m3/kg；p为绝对压力，Pa；T为绝对温度，K；Rg为气体常数，J/(kgK)；,式中：V为质量为mkg气体所占的容积。,17,适用于1摩尔理想气体。,适用于n摩尔理想气体。,气体常数与通用气体常数,注意：R与气体种类、状态均无关。,注意：与状态无关，仅决定于气体种类。,通用气体常数：,气体常数：,18,状态方程的应用： 1求平衡态下的参数 2两平衡状态间参数的计算 3标准状态与任意状态比体积或密度间的换算 4气体体积膨胀系数,19,比热容的定义与单位 定义：单位物量的物体，温度升高或降
8、低1K（1）所吸收或放出的热量，称为该物体的比热容。,c质量比热容，J/(kgk) C 容积比热容，J/(m3k) Cm摩尔比热容，J/(molK),注意：比热不仅取决于物体的性质，还与所经历的热力过程及所处的状态有关。,比定容热容：,比定压热容：,适用于一切工质,20,迈耶公式：,对于理想气体：,理想气体的热力学能、焓、熵,21,理想气体混合物注意其温度、压力、分压力、容积、分容积；不同成分表示法的换算关系；热力学能、焓、熵变的求法。,22,水蒸气,水蒸气部分基本要求：,水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的确定、水蒸气图表的结构和应用、以及水蒸气在热力过程中功量和热量的计算。,工业上水蒸气的定
9、压生成过程，学会使用水蒸气热力学性质的图表，并能熟练的运用于各种热力过程的计算。,水蒸气部分重点：,注意：水蒸气是由液态水经汽化而来的一种气体，离液态较近，不是理想气体，是实际气体，只能通过查热力学性质图表进行各种热力过程的计算。,23,饱和状态：汽化和凝结的动态平衡状况,饱和压力与饱和温度关系：,液、汽、固三态共存的状态，为三相态，三相点。,温度和压力为定值，比体积与固、液、气三相组成比例有关。,24,水的定压汽化过程,t ts,t = ts,t = ts,t = ts,t ts,v v,v = v,v = v,v v v,v v,未饱和水,饱和水,饱和湿蒸汽,饱和干蒸汽,过热蒸汽,h h,
10、h = h,h = h,h h h,h h,s s,s = s,s = s,s s s,s s,25,s,p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程,一点，二线，三区，五态,26,水蒸汽定压过程特点： 一点：临界点C 两线：饱和液体线、饱和蒸汽线 三区：未饱和液体区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区 五种状态：未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态和过热蒸汽状态。,27,临界点：当ttcr时，无论压力如何增加都不可能液化。水的临界参数：,干度x：湿蒸气中饱和蒸气所占的质量百分比。,过热度：t-ts,汽化潜热：,湿饱和蒸汽：,28,第4章 气体和蒸汽的基本热力过程,理想气体部分基本要求
11、熟练掌握定容、定压、定温、定熵、多变过程中状态参数p、v、T、u、h、s的计算，过程量Q、W的计算，以及上述过程在p-v 、T-s图上的表示。,分析对象: 闭口系统 过程性质:可逆过程,基本任务: 确定过程中工质状态参数,能量转换关系。,29,本章公式很多，注意理解性记忆,需要熟记的：,过程方程:,n=0时，定压过程 n=1时，定温过程 n=k时, 定熵过程 n=时，定容过程,30,u,h,w,wt,q在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,wt0,wt0,q0,u,h(T) w(v) wt(p) q(s),q0,31,分析蒸汽热力过程的一般步骤为：
12、 1.用蒸汽图表由初态的两个已知参数求其它参数。 2.根据题示的过程性质，如压力不变、容积不变、温度不变和绝热，加上另一个终态参数即可在图上确定进行的方向和终态,并读得终态参数。 3.根据已求得的初、终态参数，应用热力学第一和第二定律等基本方程计算过程量。,水蒸汽基本热力过程：定容、定压、定温、绝热 四种,32,理解热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理，深刻理解熵的定义式及其物理意义。 熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了解火用、火无 的概念。,第5章 热力学第二定律,本章基本要求,33,热力学第二定律的表述,克劳修斯说法（1850）： 热量不
13、可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。,注意：各种说法的等效性,开尔文说法（1851）： 不可能制作出从单一热源吸热，并使之完全转变为功而不留下其他任何变化的热力发动机。,34,卡诺循环：两个定温过程、两个定熵过程组成的可逆正向循环,逆向卡诺循环：,制冷系数：,热泵系数：,注意：温度用绝对温标,35,卡诺定理一 在两个不同温度的恒温热源间工作的一切可逆热机，具有相同的热效率，且与循环的种类和工质的性质无关。,卡诺定理二 在温度同为T1的热源和同为T2的冷源间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。,36,主要的数学表达式：,卡诺定理: t c,克劳修斯积分等式和不等式,过程方程式
14、：,孤立系统熵增原理,dS孤立系0,能量贬值原理,dEx,孤立系 0,闭口系（控制质量）熵方程,开口系统的熵方程,37,基本要求,1、掌握定熵稳定流动的基本方程； 2、理解促使流速改变的力学条件和几何条件的基本涵义； 3、掌握喷管中气体流速、流量的计算，会进行喷管外形的选择和尺寸的计算； 4、掌握滞止焓、临界参数等基本概念和相关计算。,第七章 气体和蒸汽的流动,38,基本公式汇总：,绝热不作外功的稳定流动过程，任意工质，可逆和不可逆过程。,适用于任何工质稳定流动，可逆和不可逆过程。,理想气体，比热容为定值，可逆绝热,微元过程：,39,在绝热滞止时的温度和压力称为滞止温度T0和滞止压力p0。若过
15、程为定熵滞止过程：,理想气体声速：,只随绝对温度而变,声速不是一个固定不变的常数，与气体的性质及其状态有关。,40,力学条件：,几何条件：,喷管：,dcf0 dp0 dh0 dT0 声速c下降,Ma0,截面扩张；,41,扩压管：,dp0 dcf0 dT0 声速c上升,Ma1,超声速流动,dA0,截面扩张；,42,重点掌握：喷管的设计计算和校核计算；p2、pcr、pb的关系；设计计算会判断喷管的形状。,记忆的公式：,43,第8章 压气机的热力过程,基本要求：掌握活塞式压气机的工作原理；余隙容积的影响；多级压缩和级间冷却。,理论耗功的计算：可逆绝热压缩、可逆多变压缩、可逆定温压缩过程； 注意：计算的是耗功，不是过程功！,44,多级压缩和级间冷却：,1. 多级压缩和级间冷却的好处；,2. 最佳增压比的计算；,3. 各级耗功的计算；,4. 中间冷却器的换热量。,
