工程热力学总结

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1000 K
2000 kJ
A
1200 kJ
1500 kJ
800 kJ 500 kJ
300 K
熵增原理？
五、气体动力 循环
1 活塞式内燃机循环 2 三种循环的比较 3 勃雷登循环 4 柴油机与汽油机效率？
六、蒸汽动力循环与制冷
1 了解基本概念 2 如何提高效率
q u w w ( pv) wt
△ c2/2
ws
做功的根源w
10
wt g△z △(pv) ws
绝热节流
h1
h2
q h ws
没有作功部件
ws 0 绝热 q 0
h 0 h1 h2
绝热节流过程，前后h不变，但h不是处处相等 11
三、理想气体的性质与过程
1 理想气体状态方程、过程方程 2 理想气体的比热容、熵、焓、内能(热力学能） 3 绝热过程、多变过程以及功、热 4 图 5 压气机
cn cv
v
理想气s 体的p-v,T-s图
pT
sv
T
sv
n0
p
n0 T n 1
n 1 p
n
nk
v 19
n
nk s
三种压气过程功的计算
wtn
n
n
1
RT1[1
(
p2
)
n 1 n
]
p1
wtT
RT1 ln
p1 p2
wts
k
k
1
RT1[1
(
p
2
)
k 1 k
]
p1
p p2
2T
2n
2s
T
2T
p1
1
最小 重要启示
cV
u T
V
du dT
du cV dT
➢焓值h=u+pv，对于理想气体h=u+RT，可见焓与压力无关， 理想气体的焓也是温度的单值函数：
cp
h T
p
dh dT
dh c pdT
对于理想气体，cp、 cV 是温度的单值函数，因此它们
也是状态参数。
14
➢ 比热容比：
cp C p,m
闭口系统能量方程
一般式
Q
W
Q = dU + W
Q = U + W
q = du + w q = u + w
单位工质
适用条件： 1）任何工质 2) 任何过程
4
准静态和可逆闭口系能量方程
简单可压缩系准静态过程
w = pdv
q = du + pdv
q = u + pdv
简单可压缩系可逆过程
q = Tds
✓ 不同物量下理想气体的状态方程式
pv RgT pV mRgT pVm RT pV nRT
1 kg 理想气体 m kg 理想气体 1kmol 理想气体 nkmol 理想气体
13
➢对于理想气体，其分子间无作用力，不存在势能，内能 只包括取决于温度的分子动能，与比容无关，理想气体的 内能是温度的单值函数：
cV CV ,m c p cV R g
cV
1 1 Rg
cp
1 Rg
对于理想气体，比热容比等于绝热指数。 κ
15
✓按定比热容计算：
s12
cV
ln
T2 T1
Rg
ln
v2 v1
s12
cp
ln
T2 T1
Rg ln
p2 p1
s12
cV
ln
p2 p1
cp ln
v2 v1
16
理想气体 s 的过程方程
pvk const
单位质量工质的开口与闭口 闭口系(1kg)
q u w
ws
容积变化功
等价
技术功
q
q h wt 稳流开口系
8
稳流开口与闭口的能量方程
闭口
q u w
稳流开口 q h wt
等价
容积变化功w
技术功wt 轴功ws
推进功(pv)
几种功的关系？
9
几种功的关系
wt
1 2
c2
gz
ws
q h wt u ( pv) wt
Tds = du + pdv
热力学恒等式
Tds = u + pdv 5
稳定流动能量方程
q
h
1 2
c2
gz
ws
适用源自文库件： 任何流动工质 任何稳定流动过程
6
技术功 Wt
Q
H
1 2
mcf2
mg z
Ws
q
h
1 2
cf2
g z
ws
动能 位能 轴功
wt
机械能
工程技术上可以直接利用
Q mh Wt 7 q h wt
24
卡诺 循环 示意 图
卡诺循环热机效率
t
w q1
q1 q2 q1
1 q2 q1
卡诺循环热机效率
t,C
1
T2 s2 T1 s2
s1 s1
1
T2 T1
25
T1
q1
Rc
w
q2
T2
熵的导出
克劳修斯不等式
Ñ TQr 0
= 可逆循环 < 不可逆循环
可逆过程， Q ，q 代表某一状态函数。
cn
n n
-k 1
cv
(1) 当 n = 0 p v 0 co n st p C
v
1- k
cn
n 1 1
cv
n
cn kcv cp p
(2) 当 n = 1 p v1 co n st T C cn
T
(3) 当 n = k p v k co n st s C cn 0
s
1
(4) 当 n = p n v const18 v C
2s p2 p1
2n
1
v 20
s 2020/4/30
最佳增压比的推导
欲求w分级最小值，
p
w分级 0
p4
4 5 省功
p2
p2 p1 p4
p2
2
3
p1
1
w分级
n
n
1
R
T1[
2
(
p2
)
n-1 n
p21 1
(
p4
)
n-1 n
]
p2
v
2020/4/30
四、热力学 第二定律
1 两种表述 2 卡诺定理 3 克劳修斯不等式 4 孤立系统熵增原理
热二律的表述与实质
热功转换
传热
1851年 开尔文－普朗克表述
热功转换的角度
1850年 克劳修斯表述
热量传递的角度
23
卡诺循环— 理想可逆热机循环
1-2定温吸热过程， q1 = T1(s2-s1) 2-3绝热膨胀过程，对外作功 3-4定温放热过程， q2 = T2(s2-s1) 4-1绝热压缩过程，对内作功
TT
定义：熵
dS Qre
T
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比熵 ds qre
T
克劳修斯不等式例题
A 热机是否能实现
Ñ TQ
2000 1000
800 300
可能
0.667kJ/K 0
如果：W=1500 kJ
Ñ TQ
2000 1000
500 300
不可能
0.333kJ/K 0
注意： 热量的正和负是站在循环的立场上
工程热力学 总结
辛成运
一、基本概念
1 系统
闭口系、开口系、绝热系统
孤立系统、简单可压缩系统
2 状态参数
特征、重要的状态参数 3 平衡状态
p,v ,T ,u,h,s,cp ,cv
特征、状态公理、状态参数坐标图
4 准静与可逆
5 功、热、熵
二、热力学 第一定律
1 闭口系系统能量方程 2 开口系稳态能量方程 3 几种功的关系 4 开口系稳定流动能量方程的应用
p2 ( v1 )k
pvk
( p v )vpk11
v2
RTv
k
1
const
T v k1 const
T
k 1
const
pk
T2 ( v1 )k 1
T1 v2
pvk
pkvk p k 1
T2
(
RT ) p k 1
( p2
k
)
c
k 1 k
o
n
st
T1 p1
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多变过程与基本过程的关系
n
p
T
s
pvn const