工程热力学复习纲要

1.质量守恒方程
qm1
A1cf 1 v1
qm 2
A2cf 2 v2
qm
Acf v
2.过程方程
k 1
p1v1
p2v2
pv
T2 T1
p2 p1
k
3.稳定流动能量方程
h1
1 2
cf21
h2
cf22
h
1 2
cf2
(***)
4.声速方程（每截面上声速变化）
c pv
RgT 对理想气体
滞止参数的概念和计算：
临界压力比
理想气体定比热双原子
cr 0.528
截面上Ma=1，cf=c，称临界截面(minimum cross-sectional area)[也称喉部(throat)截面]，临界截面上速度达当地音速 (velocity of sound)
cf c pcrvcr RgTcr
亚声速 声速 超声速
wnet q1 qc
q1 h2 h3 qc h1 h4 定比热
压缩蒸汽制冷循环 T-s图及其过程
qc h1 h4 T1 T4
wnet h2 h1 T2 T1
＊＊＊ 第十一章 蒸汽动力循环装置
朗肯循环（设备、T-s图及其过程）
朗肯循环的热效率（忽略水泵功）
t
h1 h2 h1 h3
系统吸热时为正 Q > 0 dS > 0 系统放热时为负 Q < 0 dS < 0 4、用途：判断热量方向
计算可逆过程的传热量
理想气体热力学能、焓、熵的计算：
定比热
理想气体混合物 基本概念：质量分数 摩尔分数 体积分数 分压力定律
计算 ：
第四章 理想气体热力过程
各过程的特点：
pvn const
(1) 当 n = 0 pv0 const p C 定压 (2) 当 n = 1 pv1 const T C 定温
(3) 当 n = k pvk const s C 绝热等熵
(4) 当n=∞
1
p nv const v C 定容
＊＊＊ 掌握等熵绝热过程参数关系：
p1v1k p2v2k
再热对循环热效率的影响 忽略泵功：
wnet h1 h5 h6 h7
q1 h1 h3 h6 h5
t
wnet q1
h1 h5 h6 h1 h3 h6
h7 h5
ηt
？ 其他影响：x末上升、d0降； 但复杂化，投资上升。
一级抽汽回热循环 （设备、 T-s图及 其过程） 抽汽量
循环热效率
k 1
T2 T1
p2 p1
k
p1v1n p2v2n
T1v1 1 T2v2 1
T1
p 1 1
T2
p 1 2
(***)
T1 v1n1 T2v2n1
T1
p n1 1n
T2
p2
n1 n
可逆绝热
2
w 1 pdv
RgT1 n 1
1
p2 p1
n1
n
Rg n
1
T1
T2
2
wt 1 vdp
i
wnet,act q1
wt ,Tact q1
h1 h2act h1 h2'
T h1 h2
h1 h2'
Tt
实际内部耗汽率di和耗汽量Di
di
1 h1 h2act
h1 h2 h1 h2act
1 h1 h2
d0
T
Di di Pi
Pi 实际内部功率
再热循环（设备、 T-s图及其过程）
q = u +w= u + pdv（简单可压缩 准静态）
开口稳流系统：
q
h
1 2
c 2
gz
wi
热一定律第二解析式：
q h wt
几种功的关系：
技术功
wt
1 c 2 2
gz wi
wt
vdp
容积变化功 w wt ( pv)
流动功
w推 ( pv)
第三章 理想气体性质
＊＊＊ 状态方程式
压气机的热力过程
活塞式压气机工作原理、p-v图、T-s图
活塞式压气机耗功
wC,n
n n 1
p1v1
n1 n
1
活塞式压气机定温效率
C,T
wC,T wC
活塞式压气机余隙容积的影响（生产量、理论 耗功）
两级压缩 p-v图、T-s图
最佳中间压力 pa
p1 p2
或
l
pa p1
p2 pa
h
m
i
p2 p1
h1 h2 h1 h2'
理想耗汽率d0
d0
h1
1 h2
kg/J,工程上用kg/ kW h
耗汽量 D0 d0P0 P0 功率,W
定性分析初参数对朗肯循环热效率的影响
有摩阻的实际朗肯循环
汽轮机（相对内）效率
T
w t,act wt
h1 - h 2act h1 - h2
装置内部热效率（忽略水泵功）
wnet h1 h01 1 h01 h2
q1 h1 h01'
q2 1 h2 h2'
t
1
q2 q1
1
1 h2 h2'
h1 h01'
抽汽回热，ηt上升
各焓值查h-s图
第十二章 气体动力循环
燃气轮机定压加热理想循环
1-2 等熵压缩（压气机内） 循环增压比 p2
p1
2-3 定压吸热（燃烧室内）
准静态过程的容积变化功
mkg工质：W =pdV
2
W pdV
1
1kg工质： w =pdv
2
w 1 pdv
示功图
p 1.
W
.
2
V
p
p外
1
2
热量与T-s图
2
Q 1 TdS
δQ TdS
(可逆过程）
第二章 热力学第一定律
重要的状态参数：
内能 U
焓 H h=u+pv 熵
热力学第一定律解析式：
闭口系：
空气： M＝28.97*10-3 kg/mol
Rg＝287J／(kg.K)
单位
＊＊ 理想气体比热关系式：
c p cv Rg 迈耶公式
k cp cv
比热比
单原子
双原子
多原子
k
1.67
1.4
1.29
熵S的来自百度文库明
1、熵是状态参数
ds qR
T
2、熵的物理意义：熵体现了可逆过程
传热的大小与方向
3、符号规定
一.卡诺循环及其热效率 1.卡诺循环定义
1 绝热压缩 2 2 等温吸热3 3 绝热膨胀 4
4 等温放热1
是两个热源的可逆循环
tC
1 TL Th
概括性卡诺循环热效率=卡诺循环热效率
会利用卡诺循环效率判断某热力过程是否可行，应该 做出的最大功
逆向卡诺循环概念及其经济性指标 制冷系数：
c
qc wnet
循环增温比 T3
T2
3-4 等熵膨胀（燃气轮机内）
4-1 定压放热（排气，假想换热器） 循环热效率ηt 的计算与分析
燃气轮机定压加热实际循环
1-2 不可逆绝热压缩；
2-3 定压吸热；
3-4 不可逆绝热膨胀；
4-1 定压放热。
压气机绝热效率
CS
wCS wC'
h2s h2a
h1 h1
燃气轮机相对内效率
2 δq 1 Tr
ds δq Tr
δq Tr
0
判断过程是否可逆
（1）
判断微元过程是否可逆 （2）
判断循环是否可逆判据 （3）
“<” 克劳修斯积分不等式
什么是孤立系熵增原理？
孤立系统的熵可以增加（不可逆）或保持不变（可 逆），但不可能减少。 这一结论为孤立系熵增原理。
熵增原理的实质（第二定律的实质）
上界限线
未饱和水
下界限线
饱和水
液 五态 湿蒸汽
汽液共存 干饱和蒸汽
33
汽
过热蒸汽
汽化潜热 液体热 过热热 干度
湿饱和蒸汽状态参数的计算
由ts（或ps）与x共同确定：
vx xv''1 xv' v'xv''v' xv'' hx xh''1 xh' h'x sx xs''1 xs'
x较大时
查焓熵图（必须会查，带） 饱和水焓
各级耗功相等，终温相同，散热相同
叶轮式压气机 p-v图、T-s图
叶轮式压气机理论耗功 wC,s h2s h1
叶轮式压气机绝热内效率
CS
wCs wC '
h2s h1 h2 ' h1
理想气体
CS
T2s T1 T2 ' T1
T2
'
T1
T2s T1
CS
第四章的应用
第五章 热力学第二定律 热力学第二定律的表述 热力学第二定律的实质
nRgT1 n 1
1
p2 p1
n1
n
nw
可逆绝热 q=0
绝热过程 n k
计算
在p-v图及T-s图上表示
掌握画p-v图、T-s 图
利用特殊过程的特性，如
利用过程的能量关系，如
会判断多变过程n 取值范围，吸热还是放热， 压缩还是膨胀，会在P-V，T-S图上画出
过程功正负 定容线分界 过程热量正负 定熵线分界 热力学能或焓正负 定温线分界
h/ 4.1868 ts
已知p2在h-s图上查ts
第八章 湿空气
湿空气 未饱和湿空气 饱和湿空气 露点 相对湿度 含湿量 干球温度 湿球温度 湿空气的焓
湿空气典型过程（冷却过程、冷 却去湿过程、加热过程、绝热加 湿过程）中焓h、温度t、含湿量d、 相对湿度φ等参数变化的定性分析
第九章 气体和蒸汽的流动
绝热节流（概念 定焓过程？P、S、T变化）
第十章 制冷循环
制冷系数（经济性指标）：
qc
q0 qc
c
Tc T0 Tc
制冷装置工作性能系数COP（工程）；
热泵供热系数
' wnet q2 1 q2 1
wnet
wnet
压缩气体制冷循环 T-s图及其过程 制冷系数（收益／代价）
qc qc
理想气体、定比热时的滞止参数计算：
T0
T1
cf21 2cp
p0
p1
T0 T1
1
v0
RgT0 p0
水蒸汽滞止参数求法
若初态速度为零或可以忽略不计，则初始参数即为滞止参数
流速计算
cf 2h0 h 2h1 h cf21
2cp T0 T2
理想气体，定比热
注意：式中h单位是J/kg，cf是m/s
喷管的选择
pb>=pcr pb<pcr
亚声速 渐缩喷管
亚声速 超声速 充分膨胀 缩放喷管
喷管参数计算（渐缩喷管） 注意：喷管中的工质是理想气体还是蒸汽
首先求滞止参数，求临界压力，然后 对于渐缩喷管, 确定p2： 当pb>pcr 时 p2=pb 当pb<=pcr 时 p2=pcr
参数计算利用h-s图、绝热等熵过程参数之间关系式、 流速计算公式、流量计算公式、理想气体状态方程
第一章 基本概念
基本概念： 热力系统分类： 闭口，开口，绝热，孤立 表压、真空度、绝对压力关系（压力单位）
（压力计测得的是表压力或真空度）
平衡状态，稳定 准静态过程、可逆过程 正循环与逆循环及其评价指标（收益／代价）
温标的换算
T[K] t[OC] 273.15
压力单位的换算
➢1 bar = 105 Pa ➢1 MPa = 106 Pa ➢1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa ➢1 mmHg =133.3 Pa ➢1mmH2O=9.81Pa
qc q0 qc
Tc s23 Tc
T0 Tc s23 T0 Tc
c可大于，小于，或等于1
供暖（热泵）系数：
' c
q1 wnet
q1 q1 q2
TRs41 TR
TR T0 s41 TR T0
c ' 1
与制冷循环的区别与联系
卡诺定理（判断题）
热力学第二定律数学表达式：
s2 s1
PV mR gT
pv RgT 1kg
pV nRT n mol p0V0 RT0 1mol标准状态
计算时注意事项：绝对压力 温度K 统一单位
R与Rg的区别 R——通用气体常数 (与气体种类无关)
R=8.3145kJ/(kmol.K )
Rg——气体常数 (随气体种类变化)
R Rg M
kJ / kg.k M-----摩尔质量
T
w' t ,T
wt ,T
h3 h4a h3 h4s
燃气轮机装置内部热效率
i
w' net q1'
结合T-s图： 回热
极限回热 回热度
实际回热利用的热量
理论上极限可利用的热量
h7 h2 h4 h8 h5 h2 h4 h6
注意：π达一定值，回热不能进行
第十三章 化学热力学基础
反应热 反应的热效应、反应焓 燃烧热（低热值 高热值） 标准燃烧焓 生成焓 标准生成焓 盖斯定律 理论空气量 过量空气系数 绝热理论燃烧温度 平衡移动原理（列-查德里原理）
熵流 熵产 闭口熵方程
作功能力损失
T0siso T0sg G-S公式
第六章 实际气体的性质
基本概念： 压缩因子 对应态原理（对比参数） 自由能 自由焓
第七章 水蒸气
水的定压加热汽化过程 临界点：
饱和水与饱和蒸汽无区 别那一点。
两线
pcr=22.064MPa
一点： tcr=373.99℃ 临界点 vcr=0.003106m3三/k区g