第1章 工程熱力學(xué)回顧

第0章工程熱力學(xué)?

回

顧一、基本概念1、工程熱力學(xué)研究對象2、熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的共同途徑——由媒介物通過吸熱—膨脹作功—排熱

3、系統(tǒng)——人為分割出來，作為熱力學(xué)研究對象的有限物質(zhì)系統(tǒng)?！镩]口系（控制質(zhì)量CM）—沒有質(zhì)量越過邊界?！镩_口系（控制體積CV）

—通過邊界與外界有質(zhì)量交換★絕熱系—與外界無熱量交換;

孤立系—與外界無任何形式的質(zhì)能交換。★簡單可壓縮系—由可壓縮物質(zhì)組成，無化學(xué)反應(yīng)、與外界只有交換容積變化功的有限物質(zhì)系統(tǒng)。4、熱力學(xué)狀態(tài)—系統(tǒng)宏觀物理狀況的綜合

狀態(tài)參數(shù)—描述物系所處狀態(tài)的宏觀物理量

a)狀態(tài)參數(shù)是宏觀量，只有平衡態(tài)才有狀參。b)狀態(tài)參數(shù)的特性—狀態(tài)的單值函數(shù)物理上—與過程無關(guān)；數(shù)學(xué)上—其微量是全微分c)

狀態(tài)參數(shù)分類

—

廣延量；強度量d)系統(tǒng)兩個狀態(tài)相同的充要條件：所有狀參一一對應(yīng)相等簡單可壓縮系：兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)對應(yīng)相等5、平衡狀態(tài)：

若無外界影響系統(tǒng)保持狀態(tài)參數(shù)值不隨時間改變的狀態(tài)。熱力平衡的充要條件—系統(tǒng)同時達到熱平衡和力平衡。6、可逆過程

★準靜態(tài)過程：

偏離平衡態(tài)無窮小，隨時恢復(fù)平衡的狀態(tài)變化過程。進行條件：破壞平衡的勢無窮小★可逆過程：系統(tǒng)可經(jīng)原途徑返回原來狀態(tài)而在外界不留下任何變化的過程?！锟赡?準靜態(tài)+沒有耗散效應(yīng)★一切實際過程不可逆——內(nèi)部可逆過程7、功

★熱力學(xué)定義：通過邊界傳遞的量其全部效果可表現(xiàn)為舉起重物?！锟赡孢^程功計算：★有用功8、熱量

定義：僅僅由于溫差而通過邊界傳遞的能量。9、熱力循環(huán)定義：封閉的熱力過程特性：一切狀態(tài)參數(shù)恢復(fù)原值內(nèi)可逆循環(huán)：二、氣體的性質(zhì)1、理想氣體★狀態(tài)方程★比熱容★邁耶公式和比熱容比★利用比熱容計算熱量★理想氣體的熱力學(xué)能和焓僅是溫度的函數(shù)★理想氣體的熵理想氣體變比熱熵差計算2、水蒸氣★飽和狀態(tài)★使未飽和液達飽和狀態(tài)的途徑：★干度——濕蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分數(shù)，用x表示?！锼▔杭訜崞^程一點：臨界點兩線上界限線下界限線三區(qū)液汽液共存汽五態(tài)未飽和水飽和水濕蒸汽干飽和蒸汽過熱蒸汽★水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)▲規(guī)定：三相點液態(tài)水熱力學(xué)能及熵為零▲濕飽和蒸汽：

由ts（或ps）與x共同確定▲未飽和水和過熱水蒸氣▲飽和水合干飽和蒸汽三、熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律1、熱力學(xué)第一定律★第一定律的實質(zhì)：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用?！锟偅▋Υ妫┠芎蜔崃W(xué)能★焓▲推動功和流動功

推動功：系統(tǒng)引進或排除工質(zhì)傳遞的功量。流動功：系統(tǒng)維持流動所花費的代價▲焓——引進或排出工質(zhì)而輸入或排出系統(tǒng)的總能量?！锛夹g(shù)功★熱力學(xué)第一定律基本表達式加入系統(tǒng)的能量總和-熱力系統(tǒng)輸出的能量總和

=熱力系總儲存能的增量▲對于可逆過程▲對于循環(huán)★閉口系基本能量方程式★穩(wěn)定流動能量方程2、熱力學(xué)第二定律★自發(fā)過程的方向性自發(fā)過程的反方向過程并非不可進行，要有附加條件；并非所有不違反第一定律的過程均可進行。能量轉(zhuǎn)換方向性的實質(zhì)是能質(zhì)有差異無限可轉(zhuǎn)換能—機械能，電能部分可轉(zhuǎn)換能—熱能不可轉(zhuǎn)換能—環(huán)境介質(zhì)的熱力學(xué)能

能質(zhì)降低的過程可自發(fā)進行，反之需一定條件—補償過程，其總效果是總體能質(zhì)降低?！锏诙傻膬煞N典型表述▲克勞修斯敘述——熱量不可能自發(fā)地不花代價地從低溫物體傳向高溫物體?！_爾文—普朗克敘述——不可能制造循環(huán)熱機，只從一個熱源吸熱，將之全部轉(zhuǎn)化為功，而

不在外界留下任何影響。3、卡諾循環(huán)和卡諾定理★卡諾循環(huán)及其熱效率▲▲第二類永動機不可能制成；▲★卡諾定理定理1：在相同溫度的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與可逆循環(huán)的種類無關(guān)，與采用哪種工質(zhì)也無關(guān)。定理2：在同為溫度T1的熱源和同為溫度T2的冷源間工作的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)熱效率。理論意義：

1）提高熱機效率的途徑：可逆、提高T1，降低T22）提高熱機效率的極限?！锬嫦蚩ㄖZ循環(huán)概括性卡諾循環(huán)★多熱源可逆循環(huán)▲平均吸（放）熱溫度1）Tm僅在可逆過程中有意義▲多熱源可逆循環(huán)循環(huán)熱效率歸納：4、熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達式★克勞修斯積分可逆“=”不可逆“<”

1）Tr是熱源溫度

2）工質(zhì)循環(huán)，故q的符號以工質(zhì)考慮?！锏诙傻臄?shù)學(xué)表達式可逆“=”不可逆，不等號5、熵方程與孤立系統(tǒng)熵增原理★熵流和熵產(chǎn)吸熱“+”放熱“–”系統(tǒng)與外界換熱造成系統(tǒng)熵變化。sg—熵產(chǎn)，非負不可逆“+”可逆“0”系統(tǒng)進行不可逆過程造成系統(tǒng)熵的增加

★熵方程考慮系統(tǒng)與外界發(fā)生質(zhì)量交換，系統(tǒng)熵變除（熱）熵流，熵產(chǎn)外，還應(yīng)有質(zhì)量遷移引起的質(zhì)熵流，所以熵方程應(yīng)為：流入系統(tǒng)熵-流出系統(tǒng)熵+熵產(chǎn)=系統(tǒng)熵增熵方程核心：

熵可隨熱量和質(zhì)量遷移而轉(zhuǎn)移；可在不可逆過程中自發(fā)產(chǎn)生。由于一切實際過程不可逆，所以熵在能量轉(zhuǎn)移過程中自發(fā)產(chǎn)生（熵產(chǎn)），因此熵是不守恒的，熵產(chǎn)是熵方程的核心?！锕铝⑾到y(tǒng)熵增原理▲閉口系熵方程：閉口絕熱系▲穩(wěn)定流動開口系熵方程▲孤立系統(tǒng)熵增原理可逆，“=”不可逆“>”孤立系統(tǒng)熵增原理：

孤立系內(nèi)一切過程均使孤立系統(tǒng)熵增加，其極限—一切過程均可逆時系統(tǒng)熵保持不變?！褚磺袑嶋H過程都不可逆，所以可根據(jù)熵增原理判別過程進行的方向；●孤立系統(tǒng)中一切過程均不改變其總內(nèi)部儲能，即任意過程中能量守恒。但各種不可逆過程均可造成機械能損失，而任何不可逆過程均ΔSiso>0，所以熵可反映某種物質(zhì)的共同屬性?！窆铝⑾奠卦鲆馕稒C械能損失。6、系統(tǒng)的作功能力（）及熵產(chǎn)與作功能力損失★熱源熱量的可用能

1）qa是環(huán)境條件下熱源傳出熱量中可轉(zhuǎn)化為功的最高分額，稱為熱量，qa與熱源放熱過程特征有關(guān)；

2）qun是理想狀況下熱量中仍不能轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ牟糠?，是熱能的一種屬性，環(huán)境條件和熱源確定后不能消除減少稱為熱量；

3）與環(huán)境有溫差的熱源傳出的熱量具備作功能力，而環(huán)境介質(zhì)中的內(nèi)熱能全部是廢熱?！锒ㄙ|(zhì)量物系的作功能力

●相對于p0，T0，

wu,max是狀態(tài)參數(shù)，稱之為熱力學(xué)能，用Ex,U（ex,U）表示?！駨臓顟B(tài)1狀態(tài)2，閉口系的最大有用功。3）真空系統(tǒng)作功能力★穩(wěn)流工質(zhì)的作功能力

●

對于p0、T0，wu,max僅取決于狀態(tài)，稱之為焓

，Ex,H（ex,H）?！瘛袢艨紤]動能，則稱之為物流★熵產(chǎn)與系統(tǒng)作功能力（）損失四、氣體的熱力過程和循環(huán)1、理想氣體的基本熱力過程★過程方程★在p-v圖及T-s圖上表示多變過程★比熱容★★w，wt和q★多變指數(shù)★參數(shù)在狀態(tài)參數(shù)圖上的變化及△h在T-s圖上表示2、壓氣機的熱力過程★壓氣機耗功▲壓氣機生產(chǎn)量通常用單位時間里生產(chǎn)氣體的標準立方米表示，不同于進氣或排氣狀態(tài)?！镉嘞度莘e的影響▲容積效率▲余隙容積對理論耗功的影響余隙存在使1）生產(chǎn)量下降

2）實際耗功增大★多級壓縮和級間冷卻★定溫效率★絕熱內(nèi)效率3、水蒸氣的基本過程過程中狀態(tài)參數(shù)確定—圖表或?qū)Ｓ贸绦蛴嬎?。功、熱量的計算式：★定壓過程▲熱量▲汽化潛熱★定熵過程水蒸氣★定體積過程4、活塞式內(nèi)燃機的理想循環(huán)★空氣標準假設(shè)氣體動力循環(huán)中工作流體理想氣體空氣定比熱燃燒和排氣過程吸熱和放熱過程燃料燃燒造成各部分氣體成分及質(zhì)量改變忽略不計★混合加熱理想循環(huán)▲特性參數(shù)▲循環(huán)熱效率▲定壓加熱理想循環(huán)▲定容加熱理想循環(huán)★活塞式內(nèi)燃機各種理想循環(huán)的熱力學(xué)比較▲壓縮比相同，吸熱量相同時的比較▲循環(huán)pmax