第四版工程熱力學總結(jié)第1-3章

1、工程熱力學工程熱力學張曉亮張曉亮裝備制造學院裝備制造學院, 主教樓主教樓A01-529，QQ 179844735213731011003，研究內(nèi)容和對象研究內(nèi)容和對象1. 熱力學基本定律熱力學基本定律，包括基本概念及定義、熱力學第一定，包括基本概念及定義、熱力學第一定律、熵與熱力學第二定律等。律、熵與熱力學第二定律等。2. 工質(zhì)的熱力性質(zhì)工質(zhì)的熱力性質(zhì)，包括一般熱力學關(guān)系，理想氣體、水，包括一般熱力學關(guān)系，理想氣體、水蒸汽、理想氣體混合物、濕空氣的熱力性質(zhì)的計算及圖表蒸汽、理想氣體混合物、濕空氣的熱力性質(zhì)的計算及圖表的應(yīng)用。的應(yīng)用。3. 熱力過程及熱力循環(huán)熱力過程及熱力循環(huán)，包括典型熱力過程的

2、分析以及氣，包括典型熱力過程的分析以及氣體與蒸汽的流動、氣體壓縮、蒸汽動力循環(huán)、氣體動力循體與蒸汽的流動、氣體壓縮、蒸汽動力循環(huán)、氣體動力循環(huán)和制冷循環(huán)的分析計算。環(huán)和制冷循環(huán)的分析計算。4. 化學熱力學基礎(chǔ)化學熱力學基礎(chǔ)。 考試方式考試方式平時成績：平時成績：2020出勤，課堂參與，作業(yè)出勤，課堂參與，作業(yè)期末閉卷考試：期末閉卷考試：80%80%暫定考試時間：第暫定考試時間：第1717周周一，周周一，12.2312.23上午：上午：10:00-12:0010:00-12:00第一章第一章 基本概念及定義基本概念及定義1-1 熱能和機械能相互轉(zhuǎn)換的過程熱能和機械能相互轉(zhuǎn)換的過程1-2 熱力系統(tǒng)

3、熱力系統(tǒng) 1-3 工質(zhì)的熱力學狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)工質(zhì)的熱力學狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)1-4 平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標圖平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標圖1-5 工質(zhì)的狀態(tài)變化過程工質(zhì)的狀態(tài)變化過程1-6 過程功和熱量過程功和熱量1-7 熱力循環(huán)熱力循環(huán)1234質(zhì)量質(zhì)量熱量熱量功量功量1 開口系開口系非孤立系非孤立系相關(guān)外界相關(guān)外界孤立系孤立系1+2 閉口系閉口系1+2+3 絕熱閉口系絕熱閉口系1+2+3+4 孤立系孤立系熱力系示例熱力系示例 1剛性絕熱氣缸剛性絕熱氣缸-活塞系統(tǒng)，活塞系統(tǒng)，B側(cè)設(shè)有電熱絲側(cè)設(shè)有電熱絲 紅線內(nèi)紅線內(nèi)閉口絕熱系閉口絕熱系黃線內(nèi)黃線內(nèi)不包含電熱絲不包含電熱絲閉口系閉口系黃線

4、內(nèi)黃線內(nèi)包含電熱絲包含電熱絲閉口絕熱系閉口絕熱系蘭線內(nèi)蘭線內(nèi)孤立系孤立系1 1、系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定的熱力系一定是閉口系。、系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定的熱力系一定是閉口系。2 2、孤立系一定是絕熱閉口系。、孤立系一定是絕熱閉口系。3 3、絕熱閉口系一定是孤立系。、絕熱閉口系一定是孤立系。XX1 1、如果容器中氣體的壓力保持不變，那么壓力表、如果容器中氣體的壓力保持不變，那么壓力表的讀數(shù)一定也保持不變。的讀數(shù)一定也保持不變。2 2、作為工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的應(yīng)是絕對壓力，還是表壓、作為工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的應(yīng)是絕對壓力，還是表壓力（或真空度）？力（或真空度）？注意：注意： 只有只有 絕對壓力絕對壓力 才才是是狀態(tài)參數(shù)。狀

5、態(tài)參數(shù)。X3 3、爐膛處于、爐膛處于“負壓負壓”或或“正壓正壓”，說明爐膛中的，說明爐膛中的絕對壓力大于或小于零。絕對壓力大于或小于零。X做功和傳熱的異同做功和傳熱的異同： 1.通過邊界傳遞的能量通過邊界傳遞的能量； 1.功傳遞由壓力差推動，比體積變化是作功標志；功傳遞由壓力差推動，比體積變化是作功標志； 熱量傳遞由溫差推動，比熵變化是傳熱的標志熱量傳遞由溫差推動，比熵變化是傳熱的標志；2.功是物系間通過宏觀運動發(fā)生相互作用傳遞的能功是物系間通過宏觀運動發(fā)生相互作用傳遞的能量；熱是物系間通過雜亂的微粒運動發(fā)生相互作用量；熱是物系間通過雜亂的微粒運動發(fā)生相互作用而傳遞的能量。而傳遞的能量。 2.

6、過程量過程量； 3.傳熱僅是熱能的傳遞過程，而做功過程一般伴隨傳熱僅是熱能的傳遞過程，而做功過程一般伴隨能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化。能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化。4.功轉(zhuǎn)化為熱是無條件的，而熱轉(zhuǎn)化為功是有條件、功轉(zhuǎn)化為熱是無條件的，而熱轉(zhuǎn)化為功是有條件、有限度的。有限度的。1 1、溫度高的物體比溫度低的物體具有更多的、溫度高的物體比溫度低的物體具有更多的熱量，這種說法對嗎？熱量，這種說法對嗎？3 3、溫度、壓力、體積、膨脹功、熱量中，哪、溫度、壓力、體積、膨脹功、熱量中，哪些是狀態(tài)量，哪些是過程量？些是狀態(tài)量，哪些是過程量？ X2 2、熱量是指儲存于物體內(nèi)部的熱能量。、熱量是指儲存于物體內(nèi)部的熱能量。X1. 狀態(tài)量：溫

7、度、壓力、體積；狀態(tài)量：溫度、壓力、體積；2. 過程量：膨脹功和熱量。過程量：膨脹功和熱量。1 1、某過程可在、某過程可在p-vp-v圖中用實線表示，則必為準靜態(tài)過程圖中用實線表示，則必為準靜態(tài)過程2 2、某過程可在、某過程可在p-vp-v圖中用實線表示，則必為可逆過程。圖中用實線表示，則必為可逆過程。3 3、某過程如圖所示，則曲線、某過程如圖所示，則曲線 下面積表示膨脹功。下面積表示膨脹功。4 4、工質(zhì)經(jīng)歷一不可逆過程后不能回到原狀態(tài)。、工質(zhì)經(jīng)歷一不可逆過程后不能回到原狀態(tài)。5 5、可逆過程肯定是準靜態(tài)過程。、可逆過程肯定是準靜態(tài)過程。6 6、如右圖所示，有、如右圖所示，有21212121

8、, babaTTwwpV. .12. .pv12. . .abXXXX選擇題：選擇題：并簡述選擇理由并簡述選擇理由1 1、系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，、系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時， 。A.A.表壓力不變表壓力不變 B.B.絕對壓力不變絕對壓力不變 C.C.表壓力和絕表壓力和絕對壓力都不變對壓力都不變 D.D.表壓力和絕對壓力都改變表壓力和絕對壓力都改變B2 2、不計恒力場作用，平衡態(tài)單相系統(tǒng)內(nèi)各點、不計恒力場作用，平衡態(tài)單相系統(tǒng)內(nèi)各點的狀態(tài)參數(shù)，如密度的狀態(tài)參數(shù)，如密度 。A.A.在不斷變化在不斷變化 B.B.必定是接近相等必定是接近相等 C.C.必必定是均勻一致的定是均勻一致的 D.D.不一定是均勻一致不一

9、定是均勻一致C選擇題：選擇題：并簡述選擇理由并簡述選擇理由1 1、經(jīng)過一個不可逆循環(huán)，工質(zhì)不能恢復原來狀、經(jīng)過一個不可逆循環(huán)，工質(zhì)不能恢復原來狀態(tài)，態(tài)， 。A.A.這種說法是錯的這種說法是錯的 B.B.這種說法是正確的這種說法是正確的 C.C.這這種說法在一定條件下是正確的種說法在一定條件下是正確的 D.D.無法判斷無法判斷A2 2、有下列說法，正確的是、有下列說法，正確的是 。A.A.孤立系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)不能發(fā)生變化孤立系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)不能發(fā)生變化 B.B.系系統(tǒng)在相同的初、終態(tài)之間的可逆過程中做功相同統(tǒng)在相同的初、終態(tài)之間的可逆過程中做功相同C.C.經(jīng)過一個不可逆過程后，工質(zhì)可以恢復到原來

10、經(jīng)過一個不可逆過程后，工質(zhì)可以恢復到原來的狀態(tài)的狀態(tài) D.D.質(zhì)量相同的物體質(zhì)量相同的物體A A和和B B，因，因T TA A大于大于T TB B，所以物體所以物體A A具有的熱量較物體具有的熱量較物體B B的多的多C第一章第一章 要領(lǐng)小結(jié)要領(lǐng)小結(jié)1. 熱能熱能-機械能機械能：通過工質(zhì)：通過工質(zhì)吸熱吸熱膨脹作功膨脹作功排熱排熱2. 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)：閉口系、開口系、絕熱系、孤立系閉口系、開口系、絕熱系、孤立系3. 狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)變化只與變化只與初終態(tài)相關(guān)初終態(tài)相關(guān)，與路徑無關(guān)，與路徑無關(guān)4. 平衡狀態(tài)：平衡狀態(tài)：平衡必穩(wěn)定平衡必穩(wěn)定，穩(wěn)定未必平衡穩(wěn)定未必平衡，平衡未必均勻平衡未必均勻5. 無

11、任何耗散效應(yīng)的準平衡過程是可逆過程無任何耗散效應(yīng)的準平衡過程是可逆過程6. 功和熱量是過程量功和熱量是過程量，只有在能量傳遞或轉(zhuǎn)換過程中才有，只有在能量傳遞或轉(zhuǎn)換過程中才有功和熱量功和熱量7. 熱力系經(jīng)過一系列變化熱力系經(jīng)過一系列變化回到初態(tài)回到初態(tài)，這一系列變化過程稱，這一系列變化過程稱為為熱力循環(huán)熱力循環(huán)：可逆循環(huán)、正向循環(huán)、逆向循環(huán)：可逆循環(huán)、正向循環(huán)、逆向循環(huán)第二章第二章 熱力學第一定律熱力學第一定律21 熱力學第一定律的實質(zhì)熱力學第一定律的實質(zhì)2-2 熱力學能和總能熱力學能和總能25 熱力學第一定律的基本能量方程式熱力學第一定律的基本能量方程式24 焓焓26 開口系統(tǒng)能量方程式開口系

12、統(tǒng)能量方程式2-3 能量的傳遞和轉(zhuǎn)化能量的傳遞和轉(zhuǎn)化27 能量方程式的應(yīng)用能量方程式的應(yīng)用思考題：思考題：熱力學能是熱量嗎？熱力學能是熱量嗎？否，熱力學能是狀態(tài)參數(shù)，熱量是過否，熱力學能是狀態(tài)參數(shù)，熱量是過程量程量1 1、熱力學第一定律用于、熱力學第一定律用于 。A.A.開口系統(tǒng)、理想氣體、穩(wěn)定流體開口系統(tǒng)、理想氣體、穩(wěn)定流體B.B.閉口系統(tǒng)、實際氣體、任意流體閉口系統(tǒng)、實際氣體、任意流體C.C.任意系統(tǒng)、任意工質(zhì)、任意過程任意系統(tǒng)、任意工質(zhì)、任意過程D.D.任意系統(tǒng)、任意工質(zhì)、可逆過程任意系統(tǒng)、任意工質(zhì)、可逆過程C 熱可以變?yōu)楣Γσ部梢宰優(yōu)闊?；一定量的熱消失時必定產(chǎn)生相應(yīng)熱可以變?yōu)楣Γσ?/p>

13、可以變?yōu)闊幔灰欢康臒嵯r必定產(chǎn)生相應(yīng)量的功；消耗一定量的功時，必出現(xiàn)與之相應(yīng)量的熱。量的功；消耗一定量的功時，必出現(xiàn)與之相應(yīng)量的熱。功和熱量都不是狀態(tài)參數(shù)，他們傳遞進功和熱量都不是狀態(tài)參數(shù)，他們傳遞進入系統(tǒng)后就變成系統(tǒng)的能量，與他們的入系統(tǒng)后就變成系統(tǒng)的能量，與他們的“前身前身”是什么無關(guān)，所以推動功進入是什么無關(guān)，所以推動功進入系統(tǒng)后就是系統(tǒng)具有的能量的一部分。系統(tǒng)后就是系統(tǒng)具有的能量的一部分。1 1、功不是狀態(tài)參數(shù)，熱力學能與推動功之和、功不是狀態(tài)參數(shù)，熱力學能與推動功之和 。A.A.不是狀態(tài)參數(shù)不是狀態(tài)參數(shù)B.B.不是廣延量不是廣延量C.C.是狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)參數(shù)D.D.沒有意義沒有意

14、義C例：設(shè)有一定量氣體在氣缸內(nèi)由體積例：設(shè)有一定量氣體在氣缸內(nèi)由體積0.9 m3可逆地膨可逆地膨脹到脹到1.4 m3 ，過程中氣體壓力不變，過程中氣體壓力不變P=0.2MPa，過程，過程中中U增加了增加了12000J，求（，求（1）過程中氣體吸入或放出）過程中氣體吸入或放出多少熱量？（多少熱量？（2）活塞質(zhì)量）活塞質(zhì)量20kg, 初始時靜止，終態(tài)初始時靜止，終態(tài)的速度，環(huán)境壓力的速度，環(huán)境壓力P0=0.1MPa。pp0AWUQ解解：Q = U +W = U +p(V2-V1) =12 000 J + 0.2106 Pa (1.4-0.9) m3 =112 kJ21wpdv例：設(shè)有一定量氣體在氣

15、缸內(nèi)由體積例：設(shè)有一定量氣體在氣缸內(nèi)由體積0.9 m3可逆地膨可逆地膨脹到脹到1.4 m3 ，過程中氣體壓力不變，過程中氣體壓力不變P=0.2MPa，過程，過程中中U增加了增加了12000J，求（，求（1）過程中氣體吸入或放出）過程中氣體吸入或放出的多少熱量？（的多少熱量？（2）活塞質(zhì)量）活塞質(zhì)量20kg, 初始時靜止，終初始時靜止，終態(tài)的速度，環(huán)境壓力態(tài)的速度，環(huán)境壓力P0=0.1MPa。pp0A解解:(2)Wr = p0V = p0(V2-V1)Wu =W - Wr = p(V2-V1) - p0(V2-V1)Wu =Ek = mc2 c = 70.71 m/s21wpdv如圖，氣缸內(nèi)充以

16、空氣，活塞及負載如圖，氣缸內(nèi)充以空氣，活塞及負載195kg，缸，缸壁充分導熱，取走壁充分導熱，取走100kg負載，待平衡后，求：負載，待平衡后，求：h kJ/kgK0.72uT（1）活塞上升的高度）活塞上升的高度（2）氣體在過程中作的功，已知）氣體在過程中作的功，已知解：取缸內(nèi)氣體為熱力系解：取缸內(nèi)氣體為熱力系閉口系。閉口系。首先計算狀態(tài)首先計算狀態(tài)1及及2的參數(shù)的參數(shù)：511195771 133.32981002.941 10 Pa100bFppA分析：突然取走分析：突然取走100kg負載，負載，氣體失去平衡，振蕩后最終建氣體失去平衡，振蕩后最終建立新的平衡。雖不計摩擦，但立新的平衡。雖不計

17、摩擦，但由于非準靜態(tài)，故過程不可逆，由于非準靜態(tài)，故過程不可逆，但仍可應(yīng)用第一定律解析式。但仍可應(yīng)用第一定律解析式。6321100 10 1010 mVA h 5221.960 10 PabFppA12TT 6432()() 100 10() 10 mVAhhhhhh 過程中質(zhì)量過程中質(zhì)量m不變不變1 12212g 1g2pVp VmmR TR T3412122.94110101.960pVVhhp5cmh 如圖，氣缸內(nèi)充以空氣，活塞及負載如圖，氣缸內(nèi)充以空氣，活塞及負載195kg，缸，缸壁充分導熱，取走壁充分導熱，取走100kg負載，待平衡后，求：負載，待平衡后，求：h kJ/kgK0.72

18、uT（1）活塞上升的高度）活塞上升的高度（2）氣體在過程中作的功，已知）氣體在過程中作的功，已知 212 21 1U U Umumu 由于m2=m10U kJ/kgK0.72uT且 T2=T1據(jù)WUQ21dWp V ？不可逆21d?Wp VW外力2eFp A25421.960 10100 105 1098JeWFhpAh 注意：活塞及其上重物位能增加注意：活塞及其上重物位能增加JmghEp6 .4610581. 9952?pEW向上移動了向上移動了5cm，因此體系對外力作功，因此體系對外力作功21wpdv第二章第二章1. 熱力學第一定律的表述：熱力學第一定律的表述：熱可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α峥梢赞D(zhuǎn)變?yōu)?/p>

19、功。2. 熱力學能熱力學能：內(nèi)動能和內(nèi)位能；內(nèi)動能和內(nèi)位能； E=U+mcE=U+mcf2 2+mgz+mgz3. 做功和傳熱的做功和傳熱的2個相同點，個相同點，4個不同點。推動功個不同點。推動功Pv, 流動流動功功P2v2 - P1v14. 焓：隨著工質(zhì)的移動而轉(zhuǎn)移的能量不等于熱力學能而等焓：隨著工質(zhì)的移動而轉(zhuǎn)移的能量不等于熱力學能而等于焓（熱力學能于焓（熱力學能U與推動功與推動功pv之和）。之和）。5. 熱力學第一定律解析式：熱力學第一定律解析式：WUQ可逆過程：可逆過程：Q = U + 熱一原則：熱一原則：進入系統(tǒng)的能量總和進入系統(tǒng)的能量總和 離開系統(tǒng)的離開系統(tǒng)的能量總和能量總和 = 熱

20、力系總儲存能的增量熱力系總儲存能的增量第三章第三章 氣體和蒸氣的性質(zhì)氣體和蒸氣的性質(zhì)3-1 理想氣體的概念理想氣體的概念3-2 理想氣體的比熱容理想氣體的比熱容3-3 理想氣體的熱力學能、焓和熵理想氣體的熱力學能、焓和熵3-4 水蒸氣的飽和狀態(tài)和相圖水蒸氣的飽和狀態(tài)和相圖3-5 水的汽化過程和臨界點水的汽化過程和臨界點3-6 水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)3-7 水蒸氣表和圖水蒸氣表和圖 例例1 1 已知氧氣瓶的容積已知氧氣瓶的容積 ，瓶內(nèi)氧氣，瓶內(nèi)氧氣溫度為溫度為2020，安裝在瓶上的壓力表指示的壓力，安裝在瓶上的壓力表指示的壓力為為1515MpaMpa，試求瓶內(nèi)氧氣的質(zhì)量是多少？

21、設(shè)大氣，試求瓶內(nèi)氧氣的質(zhì)量是多少？設(shè)大氣壓力為壓力為0.10.110106PaPa。331040mVPap666101 .15101 . 01015其中：KT29327320kgTRpVmg93. 72938 .2591040101 .1536解：解：)(8 .259328314KkgJRg氧氣氧氣kmolkgM32于是：TRPVmTmRpVgg注意：注意：1、單位換算、單位換算 2、表壓力與絕、表壓力與絕對壓力的關(guān)系。對壓力的關(guān)系。例例2 2 剛性容器中原先有壓力為剛性容器中原先有壓力為p p1 1、溫度為、溫度為T T1 1的一定質(zhì)的一定質(zhì)量的某種氣體，已知其氣體常數(shù)為量的某種氣體，已知其氣體常數(shù)為R Rg g。后來加入了。后來加入了3kg3kg的同種氣體，壓力變?yōu)榈耐N氣體，壓力變?yōu)閜 p2 2、溫度仍為、溫度仍為T T1 1。試確定容器。試確定容器的體積和原先的氣體質(zhì)量的體積和原先的氣體質(zhì)量m m1 1。解：解：111TRmVpg充氣前：112) 3(TRmVpg充氣后：1113TRTRmgg113TRVpg1213ppTRVg1211211111133pppppTRTRp