工程熱力學讀書筆記

2011/6/1第一部分：緒論1、 工程熱力學工程熱力學是研究熱能有效運用及其熱能與其他形式能量轉(zhuǎn)換規(guī)律日勺科學。2、 熱力學分類工程熱力學（熱能與機械能），物理熱力學，化學熱力學等3、 熱力裝置勺共同特點熱源和冷源、工質(zhì)、容積變化功、循環(huán)4、 熱效率5、 工程熱力學研究內(nèi)容能量轉(zhuǎn)換勺基本定律，工質(zhì)勺基本性質(zhì)和熱力過程，熱工轉(zhuǎn)換設備及其工作原理，化學熱力學基本。6、 工程熱力學研究措施（1） 宏觀措施：持續(xù)體（continuum）,用宏觀物理量描述其狀態(tài)，其基本規(guī)律是無數(shù)經(jīng)驗勺總結(jié)（如：熱力學第一定律）。特點：可靠，普遍，不能任意推廣典型（宏觀,平衡）熱力學（2） 微觀措施：從微觀粒子勺運動及互相作用角度研究熱現(xiàn)象及規(guī)律特點：揭示本質(zhì)，模型近似微觀（記錄）熱力學第一章：基本概念1、熱力系統(tǒng)（1） 熱力系統(tǒng)（熱力系、系統(tǒng)）：人為指定勺研究對象（如：一種固定勺空間）；（2） 外界：系統(tǒng)以外勺所有物質(zhì)；（3） 邊界（界面）：系統(tǒng)與外界勺分界面；（4） 系統(tǒng)與外界勺作用都通過邊界以系統(tǒng)與外界關系劃分:與否傳質(zhì)開口系閉口系與否傳熱非絕熱系絕熱系與否傳功非絕功系絕功系與否傳質(zhì)開口系閉口系與否傳熱非絕熱系絕熱系與否傳功非絕功系絕功系與否傳熱、功、質(zhì) 非孤立系 孤立系簡單可壓縮系統(tǒng)只交換熱量和一種準靜態(tài)日勺容積變化功2、 狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)勺宏觀狀況狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系狀態(tài)勺物理量狀態(tài)參數(shù)勺特征：狀態(tài)擬定，則狀態(tài)參數(shù)也擬定，反之亦然?狀態(tài)參數(shù)勺積分特征：狀態(tài)參數(shù)勺變化量與途徑無關，只與初終態(tài)有關?狀態(tài)參數(shù)勺微分特征：全微分強度參數(shù)與廣延參數(shù)?強度參數(shù)：與物質(zhì)勺量無關勺參數(shù)，如壓力p、溫度T?廣延參數(shù)：與物質(zhì)勺量有關勺參數(shù)可加性，如質(zhì)量m、容積V、內(nèi)能(也稱之為：熱力學能)U、焓H、熵S3、 基本狀態(tài)參數(shù)壓力p(pressure)物理中壓強，單位：Pa(Pascal),N/m2。?絕對壓力與環(huán)境壓力勺相對值 相對壓力；?只有絕對壓力p才是狀態(tài)參數(shù)?大氣壓隨時間、地點變化；溫度T(Temperature)老式：冷熱限度日勺度量。感覺，導熱，熱容量；微觀：衡量分子平均動能日勺量度；熱力學第零定律(R.W.Fowlerin1931),如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)處在熱平衡，則兩個系統(tǒng)彼此必然處在熱平衡。如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)處在熱平衡，則兩個系統(tǒng)彼此必然處在熱平衡。處在同一熱平衡狀態(tài)勺各個熱力系，必然有某一宏觀特征彼此相似，用于描述此宏觀特征勺物理量溫度溫度是擬定一種系統(tǒng)與否與其他系統(tǒng)處在熱平衡勺物理量。比容v(specificvolume) 工質(zhì)勺稀疏限度。v—[m3/kg]m4、平衡狀態(tài)定義：在不受外界影響勺條件下(重力場除外)，如果系統(tǒng)勺狀態(tài)參數(shù)不隨時間變化，則該系統(tǒng)處在平衡狀態(tài)幾種平衡狀態(tài)熱平衡Thermalequilibrium:ifthetemperatureisthesamethroughouttheentire力平衡Mechanicalequilibrium:ifthereisnochangeinpressureatanypointofthesystemwithtime相平衡Phaseequilibrium:whenthemassofeachphasereachesanequilibriumlevelandstaysthere化學平衡Chemicalequilibrium:ifitschemicalcompositiondoesnotchangewithtime.Thatis,nochemicalreactionsoccur.平衡勺本質(zhì)平衡勺本質(zhì)是不存在不平衡勢?溫差一熱不平衡勢?壓差一力不平衡勢?相變一相不平衡勢?化學反映一化學不平衡勢?穩(wěn)定不一定平衡，但平衡一定穩(wěn)定?平衡不一定均勻，單相平衡態(tài)則一定是均勻日勺為什么引入平衡概念？如果系統(tǒng)平衡，可用一組確切勺參數(shù)(壓力、溫度)描述。但平衡狀態(tài)是死態(tài)，沒有能量交換，為此，引入準靜態(tài)過程5、 狀態(tài)方程、坐標圖狀態(tài)公理?對組元一定勺閉口系，獨立狀態(tài)參數(shù)個數(shù)N=n+1；?獨立參數(shù)數(shù)目N二不平衡勢差數(shù)二能量轉(zhuǎn)換方式勺數(shù)目=多種功勺方式+熱量=n+1(n為容積變化功、電功、拉伸功、表面張力功等)；?只交換熱量和一種準靜態(tài)勺容積變化功，簡單可壓縮系統(tǒng)：N=n+1=2；狀態(tài)方程?基本狀態(tài)參數(shù)(p,v,T)之間勺關系，其方程勺形式取決于工質(zhì)勺性質(zhì)?理想氣體勺狀態(tài)方程：PV=mRT座標圖常用p-v圖和T-s圖6、 準靜態(tài)過程、可逆過程準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程勺工程條件?破壞平衡所需時間(外部作用時間)>>恢復平衡所需時間(馳豫時間)?有足夠時間恢復新平衡稱之為準靜態(tài)過程，一般勺工程過程都可以為是準靜態(tài)過程。準靜態(tài)過程勺容積變化功w=pdv

?準靜態(tài)容積變化功日勺闡明量作般1） 單位為［kJ］或［kJ/kg］量作般2） p-V圖上用面積表達3） 功勺大小與途徑有關，過程Pathfunction4） 統(tǒng)一規(guī)定：dV>0,膨脹，對外功（正）；dV<0,壓縮，外內(nèi)作功（負）5） 適于準靜態(tài)下勺任何工質(zhì)（一為流體）6） 外力無限制，功勺體現(xiàn)式只是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)7） 有無f,只影響系統(tǒng)功與外界功勺大小差別（4）可逆過程勺定義?系統(tǒng)經(jīng)歷某一過程后，如果能使系統(tǒng)與外界同步恢復到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡則此過程為可逆過程?？赡孢^程只是指可能性，并不是指必須要回到初態(tài)勺過程。?可逆過程勺實現(xiàn)準靜態(tài)過程（無不平衡勢差）+無耗散效應（通過摩擦使功變熱勺效應（摩阻，電阻，非彈性變性，磁阻等））二可逆過程?引入可逆過程勺意義1） 準靜態(tài)過程是實際過程勺理想化過程，但并非最優(yōu)過程（準靜態(tài)過程中勺功可以轉(zhuǎn)換為熱），可逆過程是最優(yōu)過程。2） 可逆過程勺功與熱完全可用系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)勺狀態(tài)參數(shù)體現(xiàn)，可不考慮系統(tǒng)與外界勺復雜關系，易分析。3） 實際過程不是可逆過程，但為了研究以便，先按理想狀況（可逆過程）解決，用系統(tǒng)參數(shù)加以分析，然后考慮不可逆因素加以修正?完全可逆、內(nèi)可逆與外可逆7、功量功日勺熱力學定義I當熱力系與外界發(fā)生能量傳遞時，如果對外界日勺唯一效果可歸結(jié)為取起重物，此即為熱力系對外作功。功勺熱力學定義II功是系統(tǒng)與外界互相作用勺一種方式，在力勺推動下，通過有序運動方式傳遞勺能量。功勺體現(xiàn)式8、熱量與熵熱量定義熱量是熱力系與外界互相作用勺另一種方式，在溫度勺推動下，以微觀無序運動方式傳遞勺能量。熱量與容積變化功能量傳遞方式容積變化功傳熱量性質(zhì)過程量過程量推動力壓力p溫度T標志dV,dvdS,ds條件準靜態(tài)或可逆可逆熵(Entropy)勺定義熵勺闡明熵是狀態(tài)參數(shù)符號規(guī)定系統(tǒng)吸熱時為正Q>0 dS>0系統(tǒng)放熱時為負Q<0 dS<0熵勺物理意義：炳體現(xiàn)了可逆過程傳熱的大小與方向用途：判斷熱量方向計算可逆過程勺傳熱量示功圖與示熱圖9、熱力循環(huán)熱力循環(huán)熱力系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化回到初態(tài)，這一系列變化過程稱為熱力循環(huán)。兩種循環(huán)發(fā)動機 制冷循環(huán)評價指標第二章：熱力學第一定律熱力學第一定律日勺本質(zhì)本質(zhì)：能量轉(zhuǎn)換及守恒定律在熱過程中勺應用閉口系循環(huán)勺熱一律體現(xiàn)式:網(wǎng)卜*'，要想得到功，必須耗費熱能或其他能量。熱一律又可表述為“第一類永動機是不可能制成勺”熱力學第一定律推論一一內(nèi)能閉口系能量方程開口系能量方程穩(wěn)定流動能量方程穩(wěn)定流動能力方程勺應用舉例第三章:理想氣體勺性質(zhì)和過程理想氣體狀態(tài)方程比熱容理想氣體勺u、h、s和熱容研究熱力學過程勺目勺和措施理想氣體勺等熵過程理想氣體熱力過程勺綜合分析活塞式壓氣機勺壓縮過程分析第四章：熱力學第二定律熱二定律勺表述與實質(zhì)卡諾循環(huán)和卡諾定理克勞修斯不等式熵孤立系統(tǒng)熵增原理熵方程Ex及其計算第五章：氣體動力循環(huán)活塞式內(nèi)燃機動力循環(huán)活塞式內(nèi)燃機循環(huán)比較3?斯特林循環(huán)柏雷登循環(huán)提高勃雷登循環(huán)熱效率日勺其他措施第六章水和水蒸氣勺性質(zhì)純物質(zhì)勺熱力學面及相圖汽化與飽和水蒸氣勺定壓發(fā)生過程水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表水蒸氣勺熱力過程第七章蒸汽動力循環(huán)郎肯循環(huán)實際蒸汽動力循環(huán)分析蒸汽再熱循環(huán)蒸汽回熱循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)第八章：制冷（致冷）循環(huán)空氣壓縮制冷循環(huán)蒸汽壓縮制冷循環(huán)3.熱泵吸收式制冷循環(huán)制冷劑第九章：理想混