工程熱力學(xué)大總結(jié)

1、基 本 概 念熱力系統(tǒng)：用界面將所要研究的對象與周圍環(huán)境分隔開來，這種人為分隔的研究對象，稱為熱力系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。邊界：分隔系統(tǒng)與外界的分界面，稱為邊界。外界：邊界以外與系統(tǒng)相互作用的物體，稱為外界或環(huán)境。熱力狀態(tài)：系統(tǒng)中某瞬間表現(xiàn)的工質(zhì)熱力性質(zhì)的總狀況，稱為工質(zhì)的熱力狀態(tài)，簡稱為狀態(tài)。閉口系統(tǒng)：沒有物質(zhì)穿過邊界的系統(tǒng)稱為閉口系統(tǒng)，也稱控制質(zhì)量。開口系統(tǒng)：有物質(zhì)流穿過邊界的系統(tǒng)稱為開口系統(tǒng)，又稱控制體積，簡稱控制體。絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間沒有熱量傳遞，稱為絕熱系統(tǒng)。孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間不發(fā)生任何能量傳遞和物質(zhì)交換，稱為孤立系統(tǒng)。平衡狀態(tài)：系統(tǒng)在不受外界影響的條件下，如果宏觀熱力性質(zhì)不隨時

2、間而變化，系統(tǒng)內(nèi)外同時建立了熱的和力的平衡，這時系統(tǒng)的狀態(tài)稱為熱力平衡狀態(tài)，簡稱為平衡狀態(tài)。狀態(tài)參數(shù)：描述工質(zhì)狀態(tài)特性的各種物理量稱為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。如溫度（T）、壓力（P）、比容（）或密度（）、內(nèi)能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。熱力學(xué)第零定律：如兩個物體分別和第三個物體處于熱平衡，則它們彼此之間也必然處于熱平衡。壓力：垂直作用于器壁單位面積上的力，稱為壓力，也稱壓強(qiáng)。相對壓力：相對于大氣環(huán)境所測得的壓力。如工程上常用測壓儀表測定系統(tǒng)中工質(zhì)的壓力。強(qiáng)度性參數(shù)：系統(tǒng)中單元體的參數(shù)值與整個系統(tǒng)的參數(shù)值相同，與質(zhì)量多少無關(guān)，沒有可加性，如溫度、壓力等。在熱力過程中，強(qiáng)度性

3、參數(shù)起著推動力作用，稱為廣義力或勢。廣延性參數(shù)：整個系統(tǒng)的某廣延性參數(shù)值等于系統(tǒng)中各單元體該廣延性參數(shù)值之和，如容積、內(nèi)能、焓、熵等。在熱力過程中，廣延性參數(shù)的變化起著類似力學(xué)中位移的作用，稱為廣義位移。準(zhǔn)靜態(tài)過程：過程進(jìn)行得非常緩慢，使過程中系統(tǒng)內(nèi)部被破壞了的平衡有足夠的時間恢復(fù)到新的平衡態(tài)，從而使過程的每一瞬間系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)都非常接近平衡狀態(tài)，整個過程可看作是由一系列非常接近平衡態(tài)的狀態(tài)所組成，并稱之為準(zhǔn)靜態(tài)過程。可逆過程：當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行正、反兩個過程后，系統(tǒng)與外界均能完全回復(fù)到初始狀態(tài)，這樣的過程稱為可逆過程。體積功（過程功）：由于系統(tǒng)體積發(fā)生變化（增大或縮?。┒ㄟ^界面向外界傳遞的機(jī)械功稱

4、為體積功，也稱過程功；其中注意：可逆過程的過程曲線與體積坐標(biāo)軸所圍面積表示該過程功的大小。熱量：通過熱力系邊界所傳遞的除功之外的能量。其中注意：可逆過程的過程曲線與熵坐標(biāo)軸所圍面積表示該過程熱量的大小，用或表示。熱力循環(huán)：工質(zhì)從某初態(tài)出發(fā)經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化，最后又回復(fù)到初始狀態(tài)的全部過程稱為熱力循環(huán)，簡稱循環(huán)。熱力學(xué)第一定律：能量既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，它只能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，或從一個系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個系統(tǒng)，而其總量保持恒定，這一自然界普遍規(guī)律稱為能量守恒與轉(zhuǎn)換定律。把這一定律應(yīng)用于伴有熱現(xiàn)象的能量和轉(zhuǎn)移過程，即為熱力學(xué)第一定律。第一類永動機(jī)：不消耗任何能量而能連續(xù)不斷作功的循環(huán)發(fā)

5、動機(jī)，稱為第一類永動機(jī)。熱力學(xué)能：熱力系處于宏觀靜止?fàn)顟B(tài)時系統(tǒng)內(nèi)所有微觀粒子所具有的能量之和。外儲存能：也是系統(tǒng)儲存能的一部分，取決于系統(tǒng)工質(zhì)與外力場的相互作用（如重力位能）及以外界為參考坐標(biāo)的系統(tǒng)宏觀運動所具有的能量（宏觀動能）。這兩種能量統(tǒng)稱為外儲存能。軸功：系統(tǒng)通過機(jī)械軸與外界傳遞的機(jī)械功稱為軸功。推動功：當(dāng)工質(zhì)在流進(jìn)和流出開口系時，后面的流體推動前面的流體而前進(jìn)所做的功。流動功：為維持流體通過控制體界面而傳遞的機(jī)械功，它是維持流體正常流動所必須傳遞的能量。焓：流動工質(zhì)向流動前方傳遞的總能量中取決于熱力狀態(tài)的那部分能量。對于流動工質(zhì)，焓=內(nèi)能+流動功，即焓具有能量意義；對于不流動工質(zhì)，焓

6、只是一個復(fù)合狀態(tài)參數(shù)。穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況：工質(zhì)以恒定的流量連續(xù)不斷地進(jìn)出系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部及界面上各點工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和宏觀運動參數(shù)都保持一定，不隨時間變化，稱穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況。技術(shù)功：在熱力過程中可被直接利用來作功的能量，稱為技術(shù)功。動力機(jī)：動力機(jī)是利用工質(zhì)在機(jī)器中膨脹獲得機(jī)械功的設(shè)備。壓氣機(jī)：消耗軸功使氣體壓縮以升高其壓力的設(shè)備稱為壓氣機(jī)。理想氣體：氣體分子是由一些彈性的、忽略分子之間相互作用力（引力和斥力）、不占有體積的質(zhì)點所構(gòu)成。熱容：單位物量的物體，溫度升高或降低1K（1）所吸收或放出的熱量，稱為該物體的熱容。用表示，。比熱容：單位質(zhì)量的物體，溫度升高或降低1K（1）所吸收或放出的熱量，稱為該物體的

7、比熱容。用表示，。摩爾熱容：單位物質(zhì)的量的物體，溫度變化1K（1）所吸收或放出的熱量，稱為該物體的摩爾熱容。用表示。體積熱容：標(biāo)準(zhǔn)狀況下，單位體積的物體，溫度變化1K（1）所吸收或放出的熱量，稱為體積熱容。用表示。比定壓熱容：定壓過程中，單位質(zhì)量的物體在其溫度變化1K（1）時所吸收或放出的熱量，稱為比定壓熱容。用表示。比定容熱容：定容過程中，單位質(zhì)量的物體在其溫度變化1K（1）時所吸收或放出的熱量，稱為比定容熱容。用表示。定壓摩爾熱容：定壓過程中，單位摩爾的物體在其溫度變化1K（1）時所吸收或放出的熱量，稱為定壓摩爾熱容。用表示。定容摩爾熱容：定容過程中，單位摩爾的物體在其溫度變化1K（1）時

8、所吸收或放出的熱量，稱為定容摩爾熱容。用表示。多變過程：凡過程方程為常數(shù)的過程，稱為多變過程。絕熱過程：系統(tǒng)與外界沒有熱量交換情況下所進(jìn)行的過程，即或稱為絕熱過程。定熵過程：系統(tǒng)與外界沒有熱量交換情況下所進(jìn)行的可逆熱力過程，稱為定熵過程。定容過程：定量工質(zhì)體積保持不變時的熱力過程稱為定容過程。定壓過程：定量工質(zhì)壓力保持不變時的熱力過程稱為定壓過程。定溫過程：定量工質(zhì)溫度保持不變時的熱力過程稱為定溫過程。熱機(jī)循環(huán)：若循環(huán)的結(jié)果是工質(zhì)將外界的熱能在一定條件下連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，則此循環(huán)稱為熱機(jī)循環(huán)。開爾文說法：不可能制造出從單一熱源吸熱，使之完全轉(zhuǎn)化為有用功而不留下其他任何的變化的熱力發(fā)動機(jī)。

9、克勞修斯說法：熱不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體。第二類永動機(jī)：從單一熱源取得熱量，并使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓难h(huán)發(fā)動機(jī)，稱為第二類永動機(jī)?？ㄖZ循環(huán)：在兩個恒溫?zé)嵩撮g，由兩個可逆定溫過程和兩個可逆絕熱過程組成的循環(huán)，稱為卡諾循環(huán)?？ㄖZ定理：1所有工作于同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與所采用工質(zhì)無關(guān)。2在同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)。理想熱機(jī)：熱機(jī)內(nèi)發(fā)生的一切熱力過程都是可逆過程，則該熱機(jī)稱為理想熱機(jī)。熵產(chǎn)：由于過程存在不可逆因素而使損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能而導(dǎo)致產(chǎn)生的熵增量稱為熵產(chǎn)。熱熵流：由于系統(tǒng)與外界交換熱量而

10、產(chǎn)生的熵增量，它是系統(tǒng)與外界的換熱量與熱源溫度的比值。質(zhì)熵流：由于系統(tǒng)與外界交換物質(zhì)而產(chǎn)生的熵增量。孤立系統(tǒng)熵增原理：孤立系統(tǒng)的熵可以增大，或保持不變，但不可能減少。自由膨脹：氣體向沒有阻力空間的膨脹過程，稱為自由膨脹過程?；鹩茫涸诃h(huán)境條件下，能量中可以轉(zhuǎn)化為有用功的最高份額稱為該能量的火用?；馃o：在環(huán)境條件下，不可能轉(zhuǎn)化為有用功的那部分能量稱為該能量的火無。定熵滯止參數(shù)：將具有一定速度的流體在定熵條件下擴(kuò)壓使其流速降低為零，這時氣體的參數(shù)稱為定熵滯止參數(shù)。當(dāng)?shù)匾羲伲褐杆紤]的流道上某一截面的音速，用表示。馬赫數(shù)：指氣體的流速與當(dāng)?shù)匾羲俚谋戎担帽硎?。漸縮噴管：當(dāng)進(jìn)入噴管的氣體是Ma <

11、 1的亞音速氣流時，由于沿著氣流方向截面積逐漸縮小的噴管稱為漸縮噴管。漸擴(kuò)噴管：當(dāng)進(jìn)入噴管的氣體是Ma > 1的超音速氣流時，由于沿著氣流方向截面積逐漸擴(kuò)大的噴管稱為漸擴(kuò)噴管?？s放噴管：如需要將Ma<1的亞音速氣流增大到Ma>1的超音速氣流，則噴管截面積應(yīng)由dA<0逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閐A>0，即噴管截面積應(yīng)由逐漸縮小轉(zhuǎn)變?yōu)橹饾u擴(kuò)大，這種噴管稱為漸縮漸擴(kuò)噴管，簡稱縮放噴管，也稱拉伐爾（Laval）噴管。節(jié)流：節(jié)流過程是指流體（液體、氣體）在管道中流經(jīng)閥門、孔板或多孔堵塞物等設(shè)備時，由于局部阻力，使流體壓力降低的一種特殊流動過程。若節(jié)流過程中流體與外界沒有熱量交換，稱為絕熱節(jié)

12、流，簡稱為節(jié)流。單級活塞式壓氣機(jī)工作原理：吸氣過程、壓縮過程、排氣過程，活塞往返一次即完成以上三過程?；钊綁簹鈾C(jī)的余隙容積：為了安置進(jìn)、排氣閥以及避免活塞與汽缸端蓋間的碰撞，在汽缸端蓋與活塞行程終點間留有一定的余隙，稱為余隙容積，簡稱余隙。活塞式壓氣機(jī)的容積效率：活塞式壓氣機(jī)的有效容積和活塞排量之比，稱為容積效率。最佳增壓比：使多級壓縮中間冷卻壓氣機(jī)耗功最小時，各級的增壓比稱為最佳增壓比。壓氣機(jī)的效率：在相同的初態(tài)及增壓比條件下，可逆壓縮過程中壓氣機(jī)所消耗的功與實際不可逆壓縮過程中壓氣機(jī)所消耗的功之比，稱為壓氣機(jī)的效率。基 本 公 式壓力： 式中環(huán)境壓力； 表壓力； 真空值； 絕對壓力。可逆

13、體積功（過程功）：或技術(shù)功：或（可逆） 或熱力循環(huán)： 循環(huán)熱效率：式中 循環(huán)總吸熱； 循環(huán)總放熱； 循環(huán)凈功。制冷系數(shù)： 式中 循環(huán)總放熱； 循環(huán)總吸熱； 循環(huán)凈功。供熱系數(shù)： 式中 循環(huán)總放熱； 循環(huán)總吸熱； 循環(huán)凈功。外儲存能：宏觀動能： 重力位能： 式中重力加速度。系統(tǒng)總儲存能：或 工質(zhì)：熱力學(xué)能變化：是一個狀態(tài)量，（理想氣體）；定值比熱容；平均比熱容；焓的變化：或（理想氣體） 是一個狀態(tài)量 定值比熱容；熱量：或 適用于任何工質(zhì)、可逆過程，是一個過程量熱力學(xué)第一定律：或 適用于任何工質(zhì)，任何過程或 適用于任何工質(zhì)，可逆過程或 適用于理想氣體，任何過程或 適用于理想氣體，可逆過程熱力學(xué)第一

14、定律能量方程： 適用任何工質(zhì)，任何熱力過程 適用于任何工質(zhì)，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流熱力過程熵的變化： 工質(zhì)熵變是指工質(zhì)從某一平衡狀態(tài)變化到另一平衡狀態(tài)熵的差值。因為熵是狀態(tài)參數(shù)，兩狀態(tài)間的熵差對于任何過程，可逆還是不可逆都相等。理想氣體狀態(tài)方程： 適用于1千克理想氣體。式中絕對壓力 比容 熱力學(xué)溫度； 式中V質(zhì)量為kg氣體所占的容積；適用于m千克理想氣體通用氣體常數(shù)：J/K mol 與氣體性質(zhì)、狀態(tài)均無關(guān)氣體常數(shù)：J/kg·K 與狀態(tài)無關(guān)，僅決定于氣體性質(zhì)阿伏伽德羅定律： 邁耶公式： 比熱容比： 氣體質(zhì)量流量、體積流量、摩爾流量的關(guān)系： 克勞修斯不等式：任何循環(huán)的克勞修斯積分永遠(yuǎn)小于零，可逆過程時等于零。閉口系統(tǒng)熵方程： 開口系統(tǒng)熵方程：式中：工質(zhì)流出系統(tǒng)的熵； 工質(zhì)流入系統(tǒng)的熵。絕熱系統(tǒng)熵方程： 孤立系統(tǒng)熵方程：連續(xù)性方程：或式中各截面處的質(zhì)量流量（kg/s）；各截面處的截面積（）；各截面處的氣流速度（m/s）；各截面處氣體的比容的（）。對微元穩(wěn)定流動過程，連續(xù)性方程可表示為熱穩(wěn)定流動能量方程式：氣體主要熱力過程的基本公式過程定容過程定壓過程定溫過程定熵過程多變過程過程指數(shù)n01n過程方程v=常數(shù)p=常數(shù)pv=常數(shù)pv=常數(shù)pvn =常數(shù)P、v、T關(guān)系 膨脹功w=0熱量比熱容0備注 表中比熱容為定值比熱容定熵過程方程式： 對于微元定熵過程有只適用于理想氣體