工程熱力學(xué)筆記供參習(xí)

1、熵：一、任意過(guò)程熵與熱量的關(guān)系系統(tǒng)的熵變是可以用可逆吸熱計(jì)算的，當(dāng)實(shí)際過(guò)程不可逆時(shí)， 可以采用假設(shè)可逆過(guò)程的方法。按假設(shè)可逆過(guò)程計(jì)算熵變， 即用熱溫比計(jì)算，其中的熱量度其實(shí)是包括兩部分：實(shí)際傳入的熱量和耗散熱量（可逆功 -實(shí)際功）一一總熱量一個(gè)關(guān)系：（假設(shè)）可逆?zhèn)鳠?（假設(shè)）可逆功=傳熱-功（實(shí)際）=系統(tǒng)內(nèi)能變化（因?yàn)?內(nèi)能是狀態(tài)參量，是只與前后狀態(tài)有關(guān)的，與過(guò)程是否可逆無(wú)關(guān)）即:系統(tǒng)在某一溫度下的熵變是系統(tǒng)在該溫度下所得到的總熱量除以該系統(tǒng)的溫度，與可逆與否無(wú)關(guān)。 ds = T r，注意用的是系統(tǒng)溫度而不是熱源溫度，因T TT為熵本身就是系統(tǒng)的狀態(tài)量。一一第一熵方程二、微觀解釋系統(tǒng)微觀粒子熱

2、運(yùn)動(dòng)能量增量與熱運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度之比（運(yùn)動(dòng)有序程度的度量）反應(yīng)了系統(tǒng)宏觀狀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀狀態(tài)數(shù)。注：任何不可逆過(guò)程都將一定功化為等量熱。一一效果與功生熱一樣。一一則任一不可逆過(guò)程都可能通過(guò)加功消除變化。三、熵流與熵產(chǎn)熵產(chǎn)是真正的不可逆程度的度量，是不可逆的本質(zhì)，是熵的根本來(lái)源。閉系，熵變=熵流+熵產(chǎn)，任意系統(tǒng)熵變可正可負(fù)，熵流可正可負(fù)，但熵產(chǎn)必然是大于 或等于0的，孤立系統(tǒng)，沒(méi)有熵流，則熵變就是熵產(chǎn)，所以有孤立系熵增原理。第二熵方程總?cè)f程：ds（）-TrTTrT熵流熵產(chǎn)：兩部分組成一一有有限溫差溫差的傳熱和系統(tǒng)內(nèi)部功的耗散如果計(jì)算熵流用的是系統(tǒng)溫度 ，則熵產(chǎn)中就只有耗散項(xiàng)，而不包括溫差傳熱項(xiàng)。T兩者熵產(chǎn)

3、項(xiàng)不相等，是因?yàn)榭紤]的過(guò)程不同，所選擇的系統(tǒng)也不同。用熱源溫度計(jì)算熵流時(shí)，計(jì)算的是從熱源流出的熵流，而熵變是系統(tǒng)的熵變，則系統(tǒng)的熵變 理應(yīng)包括溫差傳熱帶來(lái)的熵產(chǎn)。而用系統(tǒng)溫度計(jì)算熵流時(shí)，計(jì)算的是流入系統(tǒng)的熵流，而流 入系統(tǒng)的熵流已經(jīng)包括溫差傳熱的熵產(chǎn)了。 一一溫差傳熱的熵產(chǎn)是最終到受熱方的 ，是流入 的熵流的一部分。開(kāi)口系多用 計(jì)算熵流而不用 ，因?yàn)楣べ|(zhì)系統(tǒng)一般是研究對(duì)象，簡(jiǎn)單清楚。TTr應(yīng)用：熱機(jī)可逆熱機(jī)：嚴(yán)以工質(zhì)為系統(tǒng)，在兩個(gè)恒溫?zé)嵩刺幍撵亓髦蜑榱悖ㄏ到y(tǒng)循環(huán)一周，也只在熱源處有吸放熱，即有熵流，所以也即循 環(huán)總熵流為零，而系統(tǒng)循環(huán)一周，狀態(tài)不變， 即總熵不變，則可逆熵產(chǎn)為零，實(shí)際上熵流為

4、零是倒推的）。也即工質(zhì)、熱機(jī)為中介，熵流從熱源流 到冷源Wr二QQ2二（T1 -T2）Sf 熵流*熱勢(shì)差。（勢(shì)差*流普遍格式）可知，熱機(jī)做功的實(shí)質(zhì)：熵流從高的熱勢(shì)流向低的熱勢(shì)時(shí)，熱機(jī)對(duì)外做功熵流分析：不可逆熱機(jī)：上式<0 熵流不守恒，同一個(gè)過(guò)程，站在不同系統(tǒng)的角度考慮流入系統(tǒng)的熵流，是不相等的，此處最好用Q的絕對(duì)值，易于理解。同理，因?yàn)榭傡夭蛔兌豢赡鎸?dǎo)致熵產(chǎn)>0可推知。W 二 Q“ Q2 =（T, -T2）S.f -T2Sg 二 Wr -T2Sg （熵產(chǎn)相當(dāng)于直接從 1-2傳遞Q2以2為系統(tǒng)考慮，熱機(jī)是一個(gè)狀態(tài)沒(méi)有變化的中介，不用考慮）四、孤立系熵增原理閉口系熵平衡方程：熵變=熵

5、流+熵產(chǎn)（dS QT:進(jìn)入系統(tǒng)的熵-離開(kāi)系統(tǒng)的熵+系統(tǒng)中產(chǎn)生的熵=系統(tǒng)的熵孤立系不可能經(jīng)過(guò)同一狀態(tài)兩次。非自發(fā)過(guò)程必須與自發(fā)過(guò)程相配合才能發(fā)生。熱力學(xué)第二定律的熵表達(dá)式：dS - T其中T是系統(tǒng)的溫度，含義是熵變大于等于流入系統(tǒng)的熵流，即有熵產(chǎn)存在，且該熵產(chǎn)是只對(duì)系統(tǒng)考慮的不算溫差傳熱的熵產(chǎn)， 其實(shí) 我們?cè)谟?jì)算熵變時(shí)假設(shè)狀態(tài)一樣的可逆過(guò)程， 可行性就是因?yàn)楸M管過(guò)程是不可逆的， 但是可 以取等號(hào)，因?yàn)橛孟到y(tǒng)溫度時(shí)已經(jīng)將溫差傳熱的熵產(chǎn)考慮在內(nèi)了 一一并非真的不可逆， 但是 等號(hào)依然成立。；S xSfi r Sf2，Sg-口2注意熵流是矢量，只有加沒(méi)有減。微分形式：dS = +d（ms） "

6、;Sg,cv對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)，m=co nst，可以提到微分號(hào)外。可逆的穩(wěn)定流動(dòng)（沒(méi)有內(nèi)耗散，可以有溫差傳熱）dSg,C,V =0 ；可逆絕熱穩(wěn)流dS=0注意：前方熵流計(jì)算都是通過(guò)傳熱計(jì)算的，開(kāi)口系有質(zhì)量傳遞導(dǎo)致的熵的流動(dòng)并不是熵流，而是質(zhì)量流導(dǎo)致的熵的流動(dòng)稱(chēng)為流動(dòng)熵。關(guān)于符號(hào)：非狀態(tài)參數(shù)，只能用 ：不能用d,表示微元差分（微小的差而已，數(shù)學(xué)含義 而沒(méi)有物理含義）而不是微分（量的變化一一可以表示隨自變量，如時(shí)間變化）。DB對(duì)照流體力學(xué)中的隨體導(dǎo)數(shù)方程：竺 二一B （v飛）B，B是任意標(biāo)量或矢量。Dt aD是強(qiáng)調(diào)質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù)的歐拉表示法，偏是拉格朗日的當(dāng)?shù)乇硎觥?shù)學(xué)上D與偏的關(guān)系：D要對(duì)B每一項(xiàng)取偏導(dǎo)D

7、 B（x,y,z,t），偏是只對(duì)t求導(dǎo)數(shù)，該數(shù) 學(xué)定義與流體上的隨體導(dǎo)數(shù)是一致的，對(duì)內(nèi)部的xyz對(duì)t求導(dǎo)可以直接得出，流體力學(xué)的特征就是xyz對(duì)求導(dǎo)對(duì)象質(zhì)點(diǎn)是變化的就可以了。注：（1）系統(tǒng)總能守衡與變化的觀點(diǎn)總能：機(jī)械能（動(dòng)能、勢(shì)能包括壓力勢(shì)能）、內(nèi)能、<其他能量（原子層面、電磁能等）>五、少。1.變化因素：外部功、傳熱、<勢(shì)場(chǎng)中的變化>。閉口系中，只涉及內(nèi)能和功、熱，開(kāi)口系中，焓比內(nèi)能好用，也可能涉及機(jī)械能。（2） 多元復(fù)相系平衡時(shí)的獨(dú)立強(qiáng)度參數(shù)個(gè)數(shù)：f=k+2- $ k是每個(gè)相組分?jǐn)?shù)，$是相數(shù)（3）Q是矢量在一定環(huán)境中，系統(tǒng)所能做的最大的功，稱(chēng)作可用能，簡(jiǎn)稱(chēng)燦，火用

8、等于功勢(shì)函數(shù)的減下面首先討論功勢(shì)函數(shù)。注意：區(qū)分功勢(shì)函數(shù)和有效能 ，閉口系的功勢(shì)函數(shù)：設(shè)系統(tǒng)處在溫度為 To壓力為po的環(huán)境中，且只于其交換熱量。由熱平衡方程（熱一定律）Q二也- U和第二熵方程二S _Q （熱二定律，熵變大于T0等于環(huán)境流出的熵流）可推知：W _ 7（U -T0S），則可定義F=U-ToS,使W< - F對(duì)只有吸熱和對(duì)外做功的閉系統(tǒng)，引入F=U-T°S,含義是在等溫環(huán)境下，系統(tǒng)對(duì)外界做的功不大于其減少。由于環(huán)境溫度為常數(shù)，則 F是一個(gè)狀態(tài)函數(shù) F （ U,S, To）第一函數(shù)系統(tǒng)處于等溫等壓環(huán)境下，并且系統(tǒng)在狀態(tài)變化時(shí)發(fā)生了體積變化,即總功W中有一部G=U+P

9、oV-ToS,第二功勢(shì)函數(shù)，可分用來(lái)克服環(huán)境壓力做功，則實(shí)際的可用能就減少了，為此引入狀態(tài)函數(shù) G=G（U,S,Po,To）與環(huán)境Go的差值是系統(tǒng)在該環(huán)境下所能做的最大功 以認(rèn)為包括了第一功勢(shì)函數(shù)根本上都是由熱平衡方程（Q=）和AS _Q推出來(lái)的。T2. 開(kāi)口系（開(kāi)口穩(wěn)流，即穩(wěn)態(tài)）的功勢(shì)函數(shù) 環(huán)境假設(shè)同閉口系技術(shù)功：再由熱能轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的功中，除去流動(dòng)功：Wt=Q- H=W+機(jī)械功（動(dòng)勢(shì)能）可得G=H-T）S=U+PV-TS注意：此處的 P與前方閉系中的 P0不同，是系統(tǒng)的壓力而不是 環(huán)境的。一一第三功勢(shì)函數(shù)而有效能（exergy,最大功）系統(tǒng)在該環(huán)境條件下所能做的最大功，就是系統(tǒng)的功勢(shì)函數(shù)減去環(huán)

10、境的功勢(shì)函數(shù)。如閉系：E<= U+P°V-T°S-（ U0+P0V0-T0S0）系統(tǒng)由一個(gè)狀態(tài)變到另一個(gè)狀態(tài)所能做的最大功：&- E <23. 熱力系平衡判據(jù)一一自由能與自由焓（關(guān)鍵含義是變化一一是勢(shì)）普遍的講，對(duì)于一個(gè)處在To, Po環(huán)境中的閉系的變化方向是：第二功勢(shì)函數(shù)變化W 0即:dU FOdV -T°dS乞0，系統(tǒng)總是朝向功勢(shì)函數(shù)減少的方向變化，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)功勢(shì)函數(shù)具有最小值（有效能為零）研究?jī)煞N特殊的熱力系，定溫定容系統(tǒng)和定溫定壓系統(tǒng)?；瘜W(xué)反應(yīng)通常在這兩種系統(tǒng)中 進(jìn)行，所做的功也主要是非體積功。（1）定溫定容系統(tǒng)則其并沒(méi)有發(fā)生溫差傳

11、熱以及克服外界壓力做功，即熵不等式中溫度可以用系統(tǒng)自己的溫度（沒(méi)有溫差傳熱帶來(lái)的必然損失），也不用考慮克服壓力的必然功損。則可引入全部用系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)表示的可用能一一自由能F=U-TS,或者換用一種表示 U=F+TS，即理解為自由能是內(nèi)能的一部分，相應(yīng)可稱(chēng) TS為束縛能，束縛能小容易形成有序結(jié)構(gòu)。Wu< F1-F2對(duì)于自發(fā)過(guò)程，OW Wu,即自發(fā)過(guò)程，只可能有系統(tǒng)對(duì)外做功，而不會(huì)外界對(duì)系統(tǒng)做功， 則F2-F1W0自發(fā)過(guò)程向著自由能減少的方向進(jìn)行。換句話(huà)說(shuō)，只要自由能沒(méi)有達(dá)到最小，自發(fā)過(guò)程就會(huì)發(fā)生，則達(dá)到平衡態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的自由能最小。這就是亥姆霍茲判據(jù)。（2）定溫定壓系統(tǒng)溫度不變，同樣不用考慮

12、溫差傳熱的損失，可用系統(tǒng)溫度，但是可以有克服環(huán)境壓力 所做的功，不過(guò)由于壓力是恒定的，該系統(tǒng)可用能的差值要想表示最大功可以用G=H-TS ,稱(chēng)為自由焓。Wu< G1-G2同理，有自由焓最小的吉布斯判據(jù)。（3）最基本的熱力學(xué)平橫判據(jù)是熵判據(jù)孤立系平衡時(shí)，熵具有最大值。4. 熱量 Exergy和冷量Exergy熱源的做功能力熱源是一種特殊的閉系，其不對(duì)外做功，只放熱，因而其中的U可以用Q代替，簡(jiǎn)化在同樣的環(huán)境溫度 To下，系統(tǒng)溫度 T>T 0時(shí)所放出熱量的做功能力稱(chēng)為熱量Exergy ,T< T 0時(shí)稱(chēng)為冷量 Exergy。熱量Exergy為Q （1-T o/T ）（當(dāng)T恒定時(shí)，

13、無(wú)限大熱源）.微分（有限大熱源）是：ToJQF就是卡諾熱機(jī)效率乘熱量。熱量wu就是卡諾熱機(jī)中排到冷源（溫度T 0）中的熱量。冷量Exergy為右Ex =§Q（T°-1）也可用卡諾熱機(jī)算，就是Q是排到冷源中的，T0做熱源溫度注：此處Q取絕對(duì)值推導(dǎo)方法：可以用熵產(chǎn)（浪費(fèi)的）也可以直接用Exergy原始公式。注意：冷量Exergy在T<0.5T 0時(shí)可以大于冷量本身！并且隨著T的降低，冷量Exergy急劇上升。放出的能量肯定是總能，但吸收的能量不是：Q1=W+Q 25. Exergy 損失對(duì)于閉口系，環(huán)境溫度 T。，過(guò)程吸熱為 Q實(shí)際過(guò)程：W=Q- U理想過(guò)程：Wmax=-

14、 Ex可推知I=Wl=T0Sg開(kāi)口穩(wěn)流系統(tǒng)也一樣。注意：功的損失并不等于做功能力的損失，如果是做功能力損失，用實(shí)際環(huán)境溫度代替T0即可。區(qū)別wu與exergy損失：總能=ex+wu , ex的損失可以用T°Sg計(jì)算，等于wu的增加， 機(jī)械能和電能等全是 exergy。6. Exergy平衡方程總方程：Ex1-Ex2=W+I （I 是 exergy 損失）閉系：EUx1-EUx2+ExQr=W+l （考慮有熱源的影響以熱量 Exergy的形式體現(xiàn)）開(kāi)系：開(kāi)口穩(wěn)流系統(tǒng) EHx1-EHx2+ExQr=Wt+I一般方程：處在T0 P0環(huán)境中由開(kāi)口系、閉口系、冷熱源組成的復(fù)合系統(tǒng)。U UH H

15、Qr QI（E xi-E x2）+（ E xi-E x2）+ Ex + Ex =W+L功：力學(xué)上，機(jī)械功=力*位移熱力學(xué)中，做功的概念被推廣了，功定義為：功=廣義力*廣義位移，規(guī)定系統(tǒng)對(duì)2外做功為正。對(duì)微元過(guò)程 J.W二F（x）dx，對(duì)宏觀過(guò)程 W F（x）dx值得注意的一點(diǎn)是：廣義力F般是廣義位移x的函數(shù)。幾種不同形式的功：1. 氣體體積變化功：（主力）由于氣體的熱膨脹系數(shù)比固體液體大得多，在熱力工程中，熱和功的相互轉(zhuǎn)化基本是通過(guò)氣體的體積變化功（膨脹功和壓縮功） 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。:.W=. pdV P-V圖也稱(chēng)示功圖。注意：膨脹功并不一定都是有用功，有一部分可能因摩擦而耗散，還有一部分用以 克服

16、大氣壓力做功。2. 液體表面張力功：當(dāng)研究的熱力系由液體組成，在邊界上還存在液體表面張力做功的現(xiàn)象。液體表面薄膜微變過(guò)程對(duì)外做的功為：W - -；dA c為表面張力，N/m; A為薄膜表面積。對(duì)毛細(xì)現(xiàn)象、氣液兩相系統(tǒng)相邊界運(yùn)動(dòng)的熱力學(xué)分析需要考慮表面張力做功。3. 固體彈性力功：、：W=FdL, F是彈性力。4. 電極化功在由電介質(zhì)構(gòu)成的熱力系中，外電場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，為使電介質(zhì)中的電偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)而沿一定方向排列需做極化功。系統(tǒng)對(duì)外做功為：=-EdPE為電介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度，P為總極化強(qiáng)度。5. 磁化功在由磁性物質(zhì)組成的熱力系中，外磁場(chǎng)變化時(shí)為使磁偶極子轉(zhuǎn)向，需對(duì)系統(tǒng)做磁化功，此時(shí)系統(tǒng)對(duì)外做的功為：:

17、W -0HdM，H為外磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)，M為總磁化強(qiáng)度，為真空磁導(dǎo)率。注意：非平衡過(guò)程中的傳熱和做功較為復(fù)雜，不能再用系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)確定，需要根據(jù)系統(tǒng)對(duì)外界的實(shí)際作用或外界對(duì)系統(tǒng)的反作用計(jì)算。第三部分熱力過(guò)程與熱力循環(huán)第八章理想氣體的熱力過(guò)程對(duì)熱力過(guò)程的分析通常包括兩方面的內(nèi)容：過(guò)程中工質(zhì)狀態(tài)的變化以及過(guò)程中能量轉(zhuǎn) 換的情況。而實(shí)施過(guò)程的工質(zhì)， 有的可視為理想氣體，可以采用分析計(jì)算法研究。有的不能按理想氣體處理，用圖表比較方便。以下討論理想氣體可逆過(guò)程的分析計(jì)算：實(shí)際過(guò)程理想化為四種典型熱力過(guò)程：定壓過(guò)程、定溫過(guò)程、絕熱過(guò)程（可逆絕熱就是等熵）、定容過(guò)程。稱(chēng)為基本熱力過(guò)程。分析步驟：1. 給出以基本

18、狀態(tài)參數(shù) p, v表示的過(guò)程方程，以及過(guò)程初終態(tài)的 狀態(tài)方程（p,v,T關(guān) 系），然后對(duì)熱力學(xué)能、焓、熵的關(guān)系積分，計(jì)算過(guò)程中的變化。2. 將熱力過(guò)程表示在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上（p-v及T-s圖）3. 結(jié)合熱力學(xué)第一第二定律，計(jì)算功熱。2 2q =（ cdT = 1 Tds （兩個(gè)直接計(jì)算q的關(guān)系式）結(jié)合過(guò)程積分可得q = iu +w能量方程q = 3 十 wt2可逆過(guò)程膨脹功：wpdv結(jié)合過(guò)程方程積分可得一一p-v圖下方面積開(kāi)口穩(wěn)流技術(shù)功普遍的，非穩(wěn)流開(kāi)口能量平衡方程（對(duì)控制體積）：1 21 2r、Q =dEc,v ' m°ut（h Cf gz）°ut -（h -Cf

19、 gz）m Wnet相變和臨界現(xiàn)象連續(xù)相變的相變點(diǎn)稱(chēng)為臨界點(diǎn) 。相變共有兩種：第一類(lèi)相變和連續(xù)相變（第二類(lèi)相變），第一類(lèi)相變是指相變過(guò)程有明顯的過(guò)程，有潛熱，相變時(shí)兩相有明顯的不同。有明顯的休積變化和熱量的吸放（潛熱），有“過(guò)冷”或“過(guò)熱”的亞穩(wěn)狀態(tài)和兩相共存現(xiàn)象第二類(lèi)相變沒(méi)有休積變化和潛熱，不容許過(guò)冷、過(guò)熱和兩相共存；比熱和其他一些物理 t隨溫度的變化曲線(xiàn)上出現(xiàn)趨向無(wú)窮的尖峰.從熱力學(xué)函數(shù)的性質(zhì)看，第一類(lèi)相變點(diǎn)不是奇異點(diǎn)，它只是對(duì)應(yīng)兩個(gè)相的函數(shù)的交點(diǎn)，交點(diǎn)兩側(cè)每個(gè)相都可能存在，通常是能量較低的那個(gè)相得以實(shí)現(xiàn) 二類(lèi)相變點(diǎn)則對(duì)應(yīng)熱力學(xué)函數(shù)的 奇異點(diǎn)（它的奇異性質(zhì)目前并不完全清楚），在相變點(diǎn)每側(cè)只

20、有一個(gè)相能夠存在。在0K曲線(xiàn)的任一點(diǎn)（K點(diǎn)除外）處，氣液兩相的化學(xué)勢(shì)連續(xù)，而兩相的比熵s與比容v存在突變，即氣相與液相之間存在著明顯的差異第一類(lèi)相變而在接近臨界點(diǎn) K時(shí)，氣液兩相的性質(zhì)將逐漸變得越來(lái)越相似.到達(dá)臨界點(diǎn)處時(shí)，氣相和液相不僅化學(xué)勢(shì)連續(xù)，其比容以及比熵也相等，兩相之間在宏觀上的差別不復(fù)存在.系統(tǒng)所發(fā)生的相變將不再伴有比容和比嫡的突變，物質(zhì)在臨界點(diǎn)處連續(xù)地從一個(gè)相轉(zhuǎn)變到另一個(gè)相，而不經(jīng)過(guò)兩相平衡共存的階段，一一此時(shí)發(fā)生的相變屬于第二類(lèi)相變連續(xù)相變的圖象是在 T=0K時(shí)自旋都排列在同一方向，在T趨近Tc時(shí)，體內(nèi)出現(xiàn)一些自旋排列方向相反的區(qū)域，稱(chēng)之為“斑”（Patoh）。這種斑與第一級(jí)相變

21、的“晶核”不同，斑是彼此套圍地出現(xiàn)，沒(méi)有較確定的邊界。它的平均尺寸以Z表示（Z是關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度）。斑的存在可以用中子散射的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。當(dāng)T=Tc, Z is時(shí)，關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度增大到宏觀尺度，空間各點(diǎn)一致行動(dòng)轉(zhuǎn)人新相?？梢园礋崃W(xué)函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)的連續(xù)性進(jìn)行相變分類(lèi)：凡是第K 一 1階以?xún)?nèi)導(dǎo)數(shù)連續(xù)，而第K階導(dǎo)數(shù)出現(xiàn)不連續(xù)的狀態(tài)突變，稱(chēng)為第 K類(lèi)相變.除了二維體系外，自然界中只看到了 第一、二類(lèi)（包括臨界點(diǎn)）相變.第一類(lèi)相變包括固液氣轉(zhuǎn)化等 第二類(lèi)相變包括鐵磁性在超過(guò)居里點(diǎn)時(shí)磁性消失，液氦 超流、以及氣液轉(zhuǎn)換中的臨界點(diǎn) 。鎳的磁化強(qiáng)度隨溫度的變化與二氧化碳在臨界點(diǎn)附近的密 度一溫度變化曲線(xiàn)極其相似 .一一都是第二類(lèi)

22、相變，相應(yīng)的熱力學(xué)函數(shù)就分別是磁化強(qiáng)度隨 溫度及密度一溫度。在緩慢降溫的過(guò)程中，每當(dāng)一種相互作用能量足以和熱運(yùn)動(dòng)能量T （ '是玻耳茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度）相比時(shí)，物質(zhì)的宏觀狀態(tài)就可能發(fā)生突變.多種多樣的相互作用導(dǎo)致豐富多采的相變現(xiàn)象：氣一液相變、合金有序化和液體混合物出現(xiàn)有限溶解度的轉(zhuǎn)變等，都與經(jīng)典的相互作用如分子間的范德瓦爾斯力有關(guān).鐵磁、反鐵磁相變，本質(zhì)上來(lái)自量子相互作用，但通常仍可用準(zhǔn)經(jīng)典方法描述.至于某些金屬或合金突然失去電阻成為“超導(dǎo)”體，液氮突然失去粘滯性轉(zhuǎn)人“超流”狀態(tài)，則完全是宏觀里子現(xiàn)象，不可能在經(jīng)典物理的范圍內(nèi)得到 解釋相變是宏觀上 有序和無(wú)序 的相互轉(zhuǎn)化。通常，

23、低溫相的對(duì)稱(chēng)度較低，有序度較高；高溫相的對(duì)稱(chēng)度較高，而有序度較低?？梢杂眯騾⒘棵枋鲇行虻某潭龋瑥亩饬肯嘧?，不同的相變過(guò)程對(duì)應(yīng)的序參量是不同的。以鐵磁體為例：T<Tc時(shí)，其內(nèi)部自旋呈有序排列，物體具有自發(fā)的磁化強(qiáng)度 m，使物體表現(xiàn)出磁性;T>Tc時(shí)，自旋處于無(wú)序狀態(tài) m=0,物體成順磁體。 因此m可以被取為描述狀態(tài)有序化程度的參量一簡(jiǎn)稱(chēng)序參量。對(duì)于一般的氣液固相變，認(rèn)為臨界等溫線(xiàn)是連續(xù)相變的必經(jīng)之路，是氣液兩相的分界，是兩相不可區(qū)分的狀態(tài)所在。即連續(xù)相變發(fā)生在系統(tǒng)經(jīng)過(guò)臨界等溫線(xiàn)時(shí)。臨界壓力以上的臨界等溫線(xiàn)是連續(xù)相變點(diǎn)的集合一一連續(xù)相變曲線(xiàn)。當(dāng)壓力超過(guò)臨界壓力時(shí)， 氣液兩相轉(zhuǎn)變連續(xù)進(jìn)

24、行， 人們通常將臨界等溫線(xiàn)作為臨界壓力 以上氣液兩相的分界。-Tc臨界等溫線(xiàn)（相同溫度下，熵越小壓力越大）量1.S的定義：可以分為兩種：正循環(huán)（做功循環(huán)，吸熱是總能）和逆循環(huán)（耗功循環(huán)，放熱COP:代表裝置的性能系數(shù)（收益與代價(jià)之比）根一 、,是總能），總能用Qi表示。逆循環(huán)：制冷系數(shù)： Q2/W，供暖系數(shù)Qi/W，正循環(huán)：代表做功效率：W/Qi也即1- Q2 Qi。任何循環(huán)熱機(jī)裝置都是一樣的原理（冷源、熱源、功的輸出或輸入）只是具體循環(huán)方向和循環(huán)配置的差異。都滿(mǎn)足：W_Q1-Q2（W是循環(huán)涉及的總功，包括泵功、透平做功或壓縮機(jī)功）2. 熱力學(xué)坐標(biāo)系q二Tds計(jì)算，即過(guò)程坐標(biāo)系中每一個(gè)點(diǎn)表示熱

25、力系的一個(gè)狀態(tài)，每一條曲線(xiàn)代表一個(gè)準(zhǔn)靜過(guò)程，如果不帶箭頭就是可逆過(guò)程?？赡孢^(guò)程中，系統(tǒng)與外界交換的熱量可以用線(xiàn)下方面積，而實(shí)際非可逆過(guò)程也可以，只是計(jì)算出的是總熱量（包括耗散熱）而不僅 僅是外界傳入的。熵的變化可以說(shuō)明熱量的傳遞方向。3. 狀態(tài)公理每一種平衡將對(duì)應(yīng)一種不平衡勢(shì)的消失，系統(tǒng)的不平衡勢(shì)包括各種功和熱交換，則系統(tǒng) 的獨(dú)立狀態(tài)參數(shù) 為n+1 （n為功的形式數(shù)）一一對(duì)于簡(jiǎn)單可壓縮系（最普遍討論的，可 以是混合物、兩相等，是無(wú)關(guān)緊要的，關(guān)鍵是做功方式）一一只有體積膨脹功，就只有 2個(gè)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)。區(qū)分吉布斯相率：多元復(fù)相系平衡時(shí)的獨(dú)立強(qiáng)度參數(shù)個(gè)數(shù)：f=k+2-0 k是每個(gè)相組分?jǐn)?shù)，$是相數(shù)

26、。（強(qiáng)度參數(shù) 是指：溫度、壓力以及比體積、比熵、 比焓等比參數(shù)）例如：水蒸氣和水平衡共存的單元系統(tǒng)，有兩個(gè)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)，如T-S，但只有一個(gè)獨(dú)立的強(qiáng)度狀態(tài)參數(shù)，如一旦知道了其溫度，那么其壓力、水的比參數(shù)和蒸汽的比參數(shù)就都確定了。一一兩者 各自的比熵是定的，但是總比熵是不定的，因?yàn)楦啥炔欢ā?. 準(zhǔn)平衡過(guò)程和可逆過(guò)程過(guò)程進(jìn)行時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部的不平衡勢(shì)為無(wú)限小，從而可以認(rèn)為系統(tǒng)內(nèi)部在過(guò)程中時(shí)時(shí)平衡的過(guò)程成為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。實(shí)際中，系統(tǒng)內(nèi)部壓力、溫度趨于均勻的速度是很高的，一般情 況下將實(shí)際過(guò)程視為準(zhǔn)靜態(tài)是可以的，當(dāng)然某些情況下會(huì)有較大誤差。熱力系的一切變 化都是在不平衡勢(shì)的推動(dòng)下進(jìn)行的，不平衡勢(shì)無(wú)限小時(shí)稱(chēng)為

27、準(zhǔn)平衡過(guò)程。（1）準(zhǔn)平衡過(guò)程的每一個(gè)狀態(tài)都有確定的狀態(tài)參數(shù)，可以在狀態(tài)圖上用連續(xù)的曲線(xiàn) 表示。（2）準(zhǔn)平衡過(guò)程才能用系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)表示膨脹功（準(zhǔn)靜功）等。非平衡時(shí)，系統(tǒng) 沒(méi)有確定的狀態(tài)參數(shù)，只能通過(guò)實(shí)際測(cè)量出壓力來(lái)確定。（3） 不可逆過(guò)程：存在使功變成熱的耗散效應(yīng)。準(zhǔn)靜而同時(shí)無(wú)耗散（摩擦、磁滯、 電阻等）就是可逆，含義是如果通過(guò)某種方法使其過(guò)程反向進(jìn)行而使系統(tǒng)及外 界回復(fù)到原始狀態(tài)不遺留下任何變化。第四章熱力學(xué)一般關(guān)系式是狀態(tài)參數(shù)間的本質(zhì)1. 勒讓德變換（絕對(duì)普適的）：直接從各種量的定義推出的微分關(guān)系,關(guān)系，也是可逆過(guò)程方程。du=Td_s pdv d h= TdHs vd p df = sd

28、T pdv dg=sd T vdp第一個(gè)是最基本的，其他都是其換了變量的表達(dá)。也可以由以上式子直接得到ds。根據(jù)如上關(guān)系可以直接推出重要的一階偏微商關(guān)系 如亠二空汀IcSMs 丿p其中每一個(gè)導(dǎo)數(shù)都是由suv, hsp，ftv，gtp特征函數(shù) 構(gòu)成的。特征函數(shù)的意義是只要知道任意一個(gè)特征函數(shù)，如F （ s，u，v）=0，就可以以其中的兩個(gè)變量（如， s，v）為 自變量（獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)）表示出其他所有熱力學(xué)量 。問(wèn)題是所有特征函數(shù)都包括焓、內(nèi)能等不可測(cè)量量，不能直接通過(guò)測(cè)量的方法得到特征函數(shù)。2. 麥克斯韋關(guān)系（普適）根據(jù)二階混合偏導(dǎo)值與求導(dǎo)順序無(wú)關(guān)，應(yīng)用于上方微商關(guān)系可得。其中最常用的是：它們的意

29、義在于將 不可測(cè)的熵的偏微商與可測(cè)的狀態(tài)方程的偏微商 關(guān)聯(lián)起來(lái)。3. 熱系數(shù)（各種可測(cè)、有物理含義的系數(shù)）一一以下都是對(duì)簡(jiǎn)單可壓縮系成立P,V,T），是可（1）狀態(tài)函數(shù)的偏微商，狀態(tài)方程是由三個(gè)可測(cè)的基本狀態(tài)參數(shù)構(gòu)成的（ 以用實(shí)驗(yàn)測(cè)定的，因此，這些熱系數(shù)也是可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的：f_ 1 cv-1（體膨脹系數(shù)三一（）p ,Kv cT_ 1 cv-1等溫壓縮率（等溫壓縮系數(shù)）瓷t三一（）t ,Pav cp< £壓力的溫度系數(shù)E三丄（）v , K-1p cT1 cy1l等熵壓縮率（絕熱壓縮系數(shù)）瓷s三（）s , Pav cp注意幾點(diǎn)：每一個(gè)系數(shù)都要消除絕對(duì)量大小的影響，而是變化率的形式

30、；每個(gè)系數(shù)都 是正的。單位就是分母。（2）比定容、比定壓熱容定義式：S =（"）v ；Cp =（工汗汀p 汀pcV - ()v如上定義的熱容滿(mǎn)足熱容的含義：cTc 嚴(yán)) cp -()pcT以上兩個(gè)熱容的值可以通過(guò)在定壓或定容條件下通過(guò)測(cè)量吸熱量（可測(cè)，內(nèi)能和焓不 可）和溫度變化測(cè)定。J/（Kg.K）（4）絕熱節(jié)流系數(shù)阿»（T,P）二（片，K/Pa，焓值不變時(shí)，溫度隨壓力的變化率。可以通過(guò)焦耳-湯姆遜實(shí)驗(yàn)（絕熱節(jié)流實(shí)驗(yàn)測(cè)定）測(cè)定。4. u,h,s的微分式（依據(jù)熱力學(xué)基本關(guān)系導(dǎo)出以可測(cè)參數(shù)為自變量，直接來(lái)自狀態(tài)方程和熱系數(shù)）（1 ）熱力學(xué)能u（T,v）的微分式a全微分的一般表達(dá)

31、式：du =（）山丁 （）TdvcT&上式第一個(gè)偏導(dǎo)是 Cvb. 將含有u而不是熱容的偏導(dǎo)通過(guò)基本熱力關(guān)系化成用熵表示的形式，而用熵表示的形式可以用麥克斯韋關(guān)系化成用可測(cè)狀態(tài)參數(shù)表示的。c. 可得熱力學(xué)能的微分式為 du二qdT - p（T ： -1）dv其他微分式推導(dǎo)過(guò)程同上。可得 dh = cPdT -v（T ： v -1）dp（ds = dT + （竺）vdv+ p Pdv及熵TTc povcp丿 ds = dT-（）pdp =dT _WVdp TcT p T以上三個(gè)方程可以用來(lái)直接代入基本熱力學(xué)關(guān)系，得到u, h的關(guān)于任兩個(gè)可測(cè)量的關(guān)系。一一熵的微分式可以作為樞紐。（壓力負(fù)，溫

32、度正）5. 熱系數(shù)之間的一般關(guān)系（1）比熱容偏微分與狀態(tài)方程的關(guān)系 用途：a.可以驗(yàn)證用實(shí)驗(yàn)測(cè)定的熱容和狀態(tài)方程的吻合程度。b.如果有比較準(zhǔn)確的狀態(tài)方程（要保證p，v對(duì)T的二階偏導(dǎo)準(zhǔn)確）和已知某一壓力下的比熱容數(shù)據(jù)，可以積分求出2,p C v亍cp(T,p):Cp(T,p)=Cpo(T)-T . (2)pdp和 cVp0 cTC.已知準(zhǔn)確的比熱數(shù)據(jù)，可以根據(jù)上述關(guān)系積分得出狀態(tài)方程。這是實(shí)驗(yàn)得出狀態(tài)方 程的途徑之一。(2) 比熱容差與狀態(tài)方程的關(guān)系同樣來(lái)自熵的微分式T(仝)v二Cv，Cp二T(二(竺)p (空)vaPcTcT p cT例：等壓過(guò)程定壓熱容的關(guān)系(注意定壓熱容是一個(gè)工質(zhì)的熱力參數(shù)

33、，而定壓過(guò)程是一個(gè)熱力過(guò)程， 定壓過(guò)程中，計(jì)算吸熱量使用低壓熱容，但是定壓過(guò)程中也一樣可以討論過(guò)程中工質(zhì)的定容熱容)，由上式,過(guò)程定壓可得第二項(xiàng)等于 o (上式既是熱力學(xué)參數(shù)間的關(guān)系，也是可逆過(guò)程方程)比較可得:比熱容的差值完全取決于狀態(tài)方程，可由狀態(tài)方程或其熱系數(shù)求得。由上式也可得到如下結(jié)論:a. Cp恒大于Cvb.液體和固體的V和:v都很小，因此在一般溫度下，液體和固體可以不區(qū)分 Cp和Cv(二者差值很小)。但是在很高溫度下有明顯區(qū)別。c.比熱容間相互換算，如某些情況下，特別是對(duì)于液體和固體, 可以測(cè)Cp來(lái)算。(3) 絕熱節(jié)流系數(shù)的一般關(guān)系式Cv是很難測(cè)定的。由焓的偏微分式可得：j二工(T

34、v -1)絕熱節(jié)流系數(shù)與定壓比熱容及狀態(tài)方程Cp之間的關(guān)系。6. 用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定工質(zhì)狀態(tài)方程的方法(通過(guò)熱系數(shù))(1) 測(cè)定工質(zhì)的體積膨脹系數(shù)和等溫壓縮率作為T(mén)，P的函數(shù)，通過(guò)積分得到 v與T，P的函數(shù)關(guān)系一一狀態(tài)方程dv(Vdv因?yàn)閐v =( )pdT ( )Tdp即VdT -i二Tdp對(duì)此全微分積分可得cTcpv(2) 測(cè)出定壓比熱容 Cp(T,P)利用前方提到的比熱容的偏微分關(guān)系，二重積分。1:cv( p)TdT2 T (p)(p)， :(p)和 ;：(p)為積分常數(shù)。T :p(3) 利用絕熱節(jié)流系數(shù)(T,P)和Cp(T,P)利用絕熱節(jié)流系數(shù)的關(guān)系式一次積分可得:cp2dT (p)第五章

35、氣體的熱力性質(zhì)第四章為一般性的方程，本章目的是通過(guò)結(jié)合一般性方程和氣體的特點(diǎn)，通過(guò)氣體 狀態(tài)方程得到氣體的性質(zhì)。本章主要研究理想氣體的性質(zhì)，理想氣體在很多情況下是合理的近似，也是研究更 精確的氣體性質(zhì)表達(dá)式的基礎(chǔ)(很多都是修正得出的)。1. 理想氣體性質(zhì)（1） 狀態(tài)方程：pV=nRoT是普遍的摩爾氣體常數(shù) =8.314J/（mol.K） pv=RT R特定氣體的氣體常數(shù)。J/（Kg.K）R= Ro/M（摩爾質(zhì)量）1r J =1（2）理想氣體的熱系數(shù)：丿畸=一 P比熱都是溫度的單值函數(shù)。C=C（T），Cp-Cv=R Cpm -Cvm = R0理想氣體的摩爾熱容差與氣體種類(lèi)無(wú)關(guān)（邁耶公式）。3 =

36、0理想氣體絕熱節(jié)流溫度不變(3)du= CvdTdh= CpdT都是溫度的單值函數(shù)。dTdvdTdp(4)d s fRgCP-RgTvTp(5)比熱容與溫度關(guān)系實(shí)驗(yàn)測(cè)定時(shí)通常整理成如下形式2Cpm=ao+aT+a2T +（6）平均比熱容：是按吸熱量 /溫差定義的2、實(shí)際氣體狀態(tài)方程可以從熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)出發(fā)組成狀態(tài)方程，而本節(jié)主要從理論分析角度對(duì)理想氣體方程做出 修正。（1）范德瓦爾狀態(tài)方程(P Va2)(Vm -bHR0TV m27R2Tc64pc范德瓦爾狀態(tài)方程中 a，b的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法：通過(guò)其余臨界點(diǎn)的關(guān)系b = RTc 而實(shí)驗(yàn)中可以觀察臨界乳光現(xiàn)相發(fā)生從而測(cè)得臨界點(diǎn)參數(shù)。8 PcBCD（2）

37、維里狀態(tài)方程：幕級(jí)數(shù)表示：pVm =RT（1 ：.）Vm Vm2 Vm3式中系數(shù)只是溫度的函數(shù)，稱(chēng)為維里系數(shù)，維里方程的項(xiàng)數(shù)可以按照方程要求的精度來(lái) 選定。各維里系數(shù)可由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合。利用統(tǒng)計(jì)力學(xué)可以計(jì)算到第三維里系數(shù)Co（3）對(duì)比狀態(tài)方程各種物質(zhì)的熱力性質(zhì)存在一定相似性，稱(chēng)為熱力學(xué)相似，表現(xiàn)在用無(wú)量綱對(duì)比參數(shù)表達(dá)熱力性質(zhì)時(shí)，各種物質(zhì)的熱力性質(zhì)可以用一個(gè)方程表達(dá)，方程中不包含任何與物質(zhì)種類(lèi)有關(guān)的常數(shù)。我們用臨界參數(shù)進(jìn)行無(wú)量綱化：無(wú)量綱壓力Pr2 ,溫度T ，比體積Vr二工pCTCVC同時(shí)引入壓縮因子：z -pV，壓縮因子實(shí)際上表示了實(shí)際工質(zhì)與理想氣體的偏差。RT離1越遠(yuǎn)，工質(zhì)性質(zhì)偏離理想氣體越

38、遠(yuǎn)。壓縮因子具有如下實(shí)驗(yàn)規(guī)律Z=Z（Pr,Tr）對(duì)比狀態(tài)方程?？梢砸訸為縱坐標(biāo)，Pr為橫坐標(biāo)Tr為參變量繪制通用壓縮因子圖， 偏差0.05以?xún)?nèi)。結(jié)果：在Pr<0.1、Tr>0.9時(shí)，Z與1的偏差小于0.05當(dāng)Tr=2.5時(shí)，Pr<2.5的較大范圍內(nèi)Z與1非常接近，此溫度稱(chēng)為波義耳溫度 在臨界點(diǎn)附近 Z 值最小，遠(yuǎn)小于 1 ，與理想氣體偏差最大 Pr>9.5的高壓區(qū)，Z值恒大于1注意： 對(duì)比狀態(tài)方程只是近似， 不是精確結(jié)果， 可以有較多無(wú)量綱參數(shù)組成的精度較高 的對(duì)比方程。3. 實(shí)際氣體的比熱及熵焓函數(shù)：狀態(tài)方程 +比熱積分可得熱力學(xué)函數(shù)。十一章 蒸汽動(dòng)力循環(huán)一、蒸汽卡諾

39、循環(huán)（圖 p274）一定溫度范圍內(nèi)，卡諾循環(huán)的效率最高。 完美循環(huán) 對(duì)于水來(lái)說(shuō)，不能采取卡諾循環(huán)的幾大理由：1. 壓縮機(jī)不能在汽水混合物階段工作：耗費(fèi)壓縮功、不利于壓縮功工作（可以改變壓縮機(jī) 的工作方式，也可以換工質(zhì)一一如近似等熵的飽和液線(xiàn)）2水的臨界溫度是 374 C遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于目前金屬材料允許的600C以上，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于熱源可以提供的溫度，造成溫度的浪費(fèi)（可以換工質(zhì)，如采用混合物）3.透平中也盡量不能有水，但是可以近似是等熵的。從理論上講，我可以在 T-S 圖上任何一個(gè)位置實(shí)現(xiàn)卡諾循環(huán)。理論上的難度就是定溫減熵/增熵， 即定溫吸放熱過(guò)程， 定溫等熵就意味著在溫度不變的情況下實(shí)現(xiàn)無(wú)序度的減小，可能

40、不用傳統(tǒng)的傳熱實(shí)現(xiàn)，但必定要吸放能量。目前可想的也只有相變。二、朗肯循環(huán)（圖 p275）1、對(duì)卡諾循環(huán)的改變：（1 ）將低壓蒸汽 完全凝結(jié) 為水，以便用水泵完成壓縮過(guò)程 （2）為了提高循環(huán)效率，充分利用熱源溫度，采用過(guò)熱的方式，提高了平均吸熱溫度。2、蒸汽參數(shù)對(duì)效率的影響（ 三大獨(dú)立參數(shù) ）（1 ）透平進(jìn)口壓力（初壓）的影響（初溫和終壓不變）：正相關(guān)，并且壓力越低，正向影響越顯著。但是， 如果單純的提高初壓，會(huì)導(dǎo)致透平出口乏汽的干度下降，降低汽輪機(jī)最 后幾級(jí)的工作效果，也會(huì)危害汽輪機(jī)。（2）透平進(jìn)口溫度（初溫）的影響：正相關(guān)，但是溫度提高會(huì)帶來(lái)一系列設(shè)備投資提高 的問(wèn)題。（3）透平出口壓力（終

41、壓） ：明顯負(fù)相關(guān)，由于乏汽在冷凝器中向冷卻水放熱而凝結(jié)， 為了充分利用冷卻水的溫度以降低平均放熱溫度， 出口壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度應(yīng)比冷卻水的溫 度略高。通常為 0.003到0.004MPa （負(fù)壓）。該壓力的降低受到環(huán)境溫度的限制。3、再熱循環(huán)（圖p281）:為了解決提高蒸汽初壓引起的乏汽干度下降問(wèn)題。結(jié)果是可以提高乏汽的干度，也可以在一定程度上提高平均吸熱溫度從而提高效率。 先膨脹至某一中間壓力，在導(dǎo)入再熱器中再次加熱，然后繼續(xù)做功。 綜合考慮再熱壓力對(duì)熱效率和干度的影響， 存在一個(gè) 最佳的再熱壓力 。在允許的干 度下將效率達(dá)到最大值。 可以采用多次再熱， 一般只用一次， 因?yàn)闀?huì)導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜

42、，投資增 加、運(yùn)行不便等其他不利影響，一般只有超臨界的機(jī)組才考慮二次再熱。初壓低于10Mpa的一般不采用再熱。4、回?zé)嵫h(huán) （工熱 P283）回?zé)峋褪菍⒁徊糠直驹搨鹘o冷源的熱量傳給循環(huán)中其他部分的工質(zhì)，用來(lái)減少他們需要從熱源中的吸熱。原理就是：Q2.°-i_ql i_2，即冷熱源都減少等Q! QAQQ!QlAQ量換熱（工質(zhì)內(nèi)部換熱的結(jié)果）時(shí)，效率會(huì)提高。改善非相變吸熱段的方法，壓縮濕蒸汽是難以實(shí)現(xiàn)的，因此采用回?zé)岬姆椒?。?）理想回?zé)幔和钙脚蛎浀角胺綄?duì)應(yīng)的飽和溫度后開(kāi)始邊膨脹邊回?zé)幔蛊浞懦龅臒?量正好等于非相變吸熱量。（完全通過(guò)內(nèi)部換熱消除非相變吸熱）一一理想回?zé)峋褪窃跓崃W(xué)第二定

43、律允許的范圍，以及考慮了朗肯循環(huán)必須過(guò)熱時(shí)，:Q盡量大的換熱。一一就是對(duì)全部工質(zhì)，使所有非相變吸、放熱全部消除，將所有非相變的放熱全部用于加熱非相變的吸 熱（要求溫度是匹配的，高溫的吸熱要滿(mǎn)足，低溫的放熱也要滿(mǎn)足）。（工熱P283）關(guān)鍵難點(diǎn)是要在膨脹的同時(shí)放熱給冷流體。（變壓做功換熱）冷流體是等壓的。因此，目前可以實(shí)現(xiàn)的換熱必然都是等壓（沒(méi)有膨脹功）換熱，盡量讓換熱量更大就可以了。（2）分級(jí)抽氣回?zé)幔╬284）在不同的蒸汽壓力下， 從汽輪機(jī)中抽出部分已經(jīng)做過(guò)一些功的蒸汽，在回?zé)崞鲀?nèi)加熱給水，稱(chēng)為抽氣回?zé)?。抽氣回?zé)峥梢暈槌闅獾亩▔悍艧岷退亩▔何鼰??；責(zé)釗Q熱器有兩種，一種是表面換熱式，一種是直接

44、混合式，一般用直接混合式。理想抽氣回?zé)幔ɑ旌鲜剑┮灰粚?shí)際就是給定壓力下的最佳抽氣比例； 理想狀態(tài)：將水加 熱到抽氣壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度 （水必須是從過(guò)冷到飽和，如果不是從過(guò)冷開(kāi)始， 換熱后又變 成蒸汽了，完全失敗，而為了實(shí)現(xiàn)過(guò)冷，只能放熱或加壓，放熱更無(wú)意義，唯一辦法就是在換熱前適度加壓）。理想狀態(tài)本質(zhì)上就是換熱量盡量大的狀態(tài)， 一旦抽氣的壓力確定（前提）， 在該理想情況下就可以根據(jù)能量平衡求得理想抽氣比例抽氣系數(shù)。1-抽氣系數(shù)=凝氣系數(shù)鍋爐進(jìn)水口的溫度，即回?zé)峒訜岬淖罡邷囟确Q(chēng)為給水回?zé)釡囟龋ê?jiǎn)稱(chēng)給水溫度）在已知初終壓和初溫時(shí)，一般是先確定回?zé)峒?jí)數(shù)和給水溫度（how ？），再根據(jù)水在各級(jí)回?zé)崞髦?/p>

45、溫升相等的原則確定抽氣壓力和抽氣系數(shù)，計(jì)算順序由高壓到低壓。抽氣回?zé)岬男Ч篈、提高熱效率；B、減輕了鍋爐的熱負(fù)荷，使鍋爐的受熱面，尤其是省煤器的換熱面積減少，節(jié)省了金 屬材料；C、冷凝器換熱面積減少；D、汽耗率的增加使汽輪機(jī)高壓段的蒸汽流量增大，抽氣又使低壓段的流量減少，使汽 輪機(jī)的結(jié)構(gòu)更加合理。5、熱電聯(lián)供循環(huán)（圖p288）（1）可以采用背壓式汽輪機(jī)：冷凝器直接是用戶(hù)，特殊的要求是背壓不能過(guò)低，才能 滿(mǎn)足用戶(hù)的要求，一般應(yīng)在 O.IMpa以上。一一背壓式循環(huán)這種循環(huán)的缺點(diǎn)是供熱和供電相互影響，并且不能同時(shí)滿(mǎn)足對(duì)熱力參數(shù)有不同要求的 熱用戶(hù)。（2）抽氣供熱式：可以解決上述問(wèn)題，熱效率要更高。

46、三、蒸汽動(dòng)力循環(huán)的理想工質(zhì)性質(zhì)在目前金屬材料的容許工作溫度 （約600C）和環(huán)境溫度（約20C）的范圍內(nèi)運(yùn)行的卡 諾熱機(jī)效率約為 65%，蒸汽動(dòng)力循環(huán)對(duì)循環(huán)配置采用各種優(yōu)化后只能到約50%。這是由于受到蒸汽熱力性質(zhì)的限制， 盡管循環(huán)放熱溫度接近環(huán)境溫度， 但平均吸熱溫度比金屬的容許溫度低的多。（當(dāng)然，如果金屬的容許溫度能進(jìn)一步提高，循環(huán)效率就更高了） 為接近理想卡諾循環(huán)，蒸汽應(yīng)具有如下性質(zhì)：（1）臨界溫度較大的超過(guò)金屬材料的容許溫度。對(duì)應(yīng)金屬的容許溫度，飽和壓力不太 高，氣化潛熱足夠大。（高溫氣段：先確定最高溫度，同時(shí)對(duì)應(yīng)不高的壓力）（2）三相點(diǎn)溫度低于環(huán)境溫度。對(duì)應(yīng)于環(huán)境溫度的飽和壓力不過(guò)低

47、，避免放熱在高真空下進(jìn)行。補(bǔ)充：最好環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)一個(gè)大氣壓正好飽和。（低溫氣段：環(huán)境溫度是定的，選擇壓力）（3） 工作溫度范圍內(nèi)飽和液的比熱容較小，在T-S圖上的飽和液線(xiàn)較陡，以使液體吸熱過(guò)程接近絕熱過(guò)程，補(bǔ)充：V、為較小，使得泵的溫度貢獻(xiàn)增加。（4）蒸汽在膨脹過(guò)程中體積的增長(zhǎng)倍率不宜過(guò)大（造成管路的龐大，要求Cv小，一：大），膨脹終點(diǎn)的干度不應(yīng)過(guò)?。ǖ褥亓黧w很好）。（5）經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、環(huán)境、腐蝕性、安全性等其他問(wèn)題。有的工質(zhì)在低溫段能很好的符合理想工質(zhì)的性質(zhì)要求，而在高溫段就差的多，如水蒸氣,有的在高溫段性質(zhì)較好， 低溫段則不能使用，如汞蒸氣、鉀蒸汽。為此有一種兩氣循環(huán)裝置， 在高溫段和低溫段采用不同工質(zhì)，將一個(gè)工質(zhì)的蒸發(fā)器作為另一個(gè)工質(zhì)的冷凝器。目前技術(shù)可能還不成熟。第十二章氣體動(dòng)力循環(huán)一、燃?xì)廨啓C(jī)裝置定壓加熱理想循環(huán)1、最簡(jiǎn)單的組成：壓氣機(jī)（從環(huán)境吸收空氣壓縮送入燃燒室）、燃燒室（燃料和壓縮空