工程热力学习题课2

q du w
适用条件：任何工质及过程 可逆过程
w pdv q du pdv
q u pdv
2 1
思考题： 对与有活塞的封闭系统，下列说法是否正确? 1) 气体吸热后一定膨胀，内能一定增加。
根据热力学第一定律，气体吸热可能使内能增加，也可能对外做 功，或者两者同时进行；关键是吸热量能否完全转变为功，由于气体 的定温膨胀过程可使得吸收的热量完全转化为功，内能不增加，所以 说法错误。
基本内容
热力学第一定律：实质就是能量守恒与转换定律在 热现象中的应用，即进入系统的能量减去离开系 统的能量等于系统存储能量的增量。（见例1）
热力学第二定律：实质是自发过程是不可逆的，要 使非自发过程得以实现，必须伴随一个适当的自 发过程作为补偿条件。
Q U W 能量守恒定律：
dU cv dT dH c p dT
湿空气与湿蒸气
湿蒸气：饱和液体和干饱和蒸气的混合物。
X=0 X=1 湿蒸气的干度：X=mv/(mv+mL) 露点：通过定压降温，湿空气达到饱和状态的温度成为露点。
绝对湿度：每立方米湿空气中含有水蒸气的质量。 湿度 相对湿度：湿空气中水蒸气的实际分压与同温度下水 蒸气饱和压力之比。
干空气： 0；饱和湿空气： 1
dSiso dS f dSg dSg 0
等号适用于可逆过程，大于号适用于不可逆过程。表明 孤立系统的熵变化只取决于系统内各过程的不可逆程度。
计算方法：1) 分别计算系统内各物质的熵变，再计算代数和。 2) 分别计算各不可逆因素引起的熵产，再求和。 注意：如果涉及环境温度，由于环境是一个很大的热源，无论它吸 收或者放出多少热量，都认为环境温度是不变的。
3）当相对湿度固定不变时，湿空气温度越高，则含湿 量越大。
相对湿度不变意味着水蒸气分压与其饱和压力的比值不变，而 随着温度的升高，饱和压力升高，因为水蒸气分压增大，即含湿量增 大。
4）当含湿量固定不变时，湿空气温度越高，则相对湿度 越小。
含湿量不变意味着空气中水蒸气分压不变，而随着空气温度的升 高，水蒸气饱和压力增大，因而相对湿度降低。
2）气体膨胀时一定对外做功。
一般情况下，气体膨胀时候要对外做功，但当气体向真空中膨胀 时候，由于外力为零，所以功也为零。
3）气体对外做功，内能一定减少。
根据热力学第一定律，在定温条件下，气体可以吸收热量并全部 转化为功，从而保持内能不变。
敞开系统能量方程
2 . . c2 c2 1 Q qm 2 (h2 gz2 ) qm1 (h1 gz1 ) W E 2 2 .
思考题： 1）湿空气相对湿度越高，其含湿量也越大。
含湿量除了与相对湿度有关，还与水蒸气饱和压力有关，即空 气温度有关。空气温度相同时，湿空气相对湿度越高，含湿量越大。
2）当相对湿度为0，湿空气不含水蒸气，全为干空气， 而相对湿度为一时，湿空气就不含有干空气，全为水蒸气。
相对湿度为1时，说明空气中水蒸气处于饱和状态，即水蒸气 分压与该温度下的水蒸气饱和压力相等。
Q H Wt
思考题： 绝热容器内有一定气体，外界通过容器内的叶轮向气体 加入w kJ的功。若气体视为理想气体，试分析气体内能的 内能，焓，温度，熵如何变化？ 根据热力学第一定律，外界所做的功全部转化成为内能 的增量，因而内能，焓，温度均增加；该过程不可逆，熵 也增加。
封闭系统能量方程
Байду номын сангаас微元过程
dS f 熵产： dSg dS完全由不可逆因素引起
思考题：系统吸热，其熵一定增大；系统放热，其熵一定 减小。
熵产是过程不 可逆性大小的 度量，不可为 负值
孤立系统熵增原理：孤立系统内所进行的一切实际过程 （不可逆过程）都朝着使系统熵增加的方向进行；在极限 情况下（可逆过程），系统的熵维持不变；任何使系统熵 减小的过程是不肯能。即过程进行到某一阶段，再不能使 熵增大了，也就是系统的熵值达到了最大值，就是过程进 行的限度。
维持工质进出系统所需的流动净功 仅维持工质流动，不对外做功
ws
( pv)
w
wt
1 2 c 2 gz ws
轴功不显含在两 种形式的能量方 程中，但包含在 做功中，存在与 否取决于系统是 否存在转子
熵
克劳修斯不等式
( T
Q
T
Q
)0
等于0 可逆过程 小于0 不可逆过程
研究熵最有价 值的是熵变， 其情况直接反 应过程发生与 否
注意：湿蒸气和湿空气区别。 湿蒸气是饱和液体和干饱和蒸气的混合物。湿空气干空气 和水蒸气的混合物。
活塞式压缩机压缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好，压缩的是理想气体 技术功 理论压气过程（可逆过程）
n 1 n 1 p p n n 技术功： Wt p1Ve [1 ( 2 ) n ] p1 (Ve1 V4' )[1 ( 2 ) n ] n 1 p1 n 1 p1
适用条件：任何工质的任何流动过程 焓的定义式: 焓=内能+流动功 H=U+pV 焓的物理意义： 1. 对流动工质（开口系统）工质流动时与外界传递与其 热力状态有关的总能量。 2. 对不流动工质（闭口系统）仍然存在但仅是一个复合 的状态参数。
稳定流动能量方程
微元过程
1 2 q dh dc gdz ws 2
对可逆过程
Q 代表某一状态参数 T
定义：熵 dS (
) 可逆过程
物理意义：熵的变化反应可逆过程热交换的方向和大小。 系统可逆的从外界吸热，系统熵增加；系统可逆的向外界 放热，系统熵减少；可逆绝热过程，系统熵不变。
S 除了传热还有其他不可逆因素影响熵 T
Q
Q dS 熵流： 系统与外界交换热量引起的熵变 f T
适用条件： 任何工质 任何稳定流动过程 几种功的关系 用 q u w 表示流动过程的能量方程得
1 2 w ( pv ) c gz ws 2
1 2 wt w ( pv) c gz ws 2 q h wt u ( pv) wt w ( pv) wt