工程热力学期末复习

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Siso ST1 Scycle ST2 100 15 0 0 2000 300
2000 K 100 kJ 85 kJ 15 kJ 300 K
第四章 小结
1. 分子之间没有作用力 理想气体:
2. 分子本身不占容积 实际气体为真实气体,离液态近,工程计 算靠图表
第四章 小结
(2)按能量转换目的分
逆循环(制冷)
正循环
正循环(Q→W):顺时针方向 T 2 p
1
1
S
净效应:从高温热源吸热,对外作功
2
V
逆循环
逆循环( W → Q ) :逆时针方向
p
1
T
2 1 S
2 V
净效应:消耗外功,将低温热源的热量传给高温热源
选择题
在p-v图上,任意一个正向循环 A 压缩功大于膨胀功 B 压缩功等于膨胀功 C 膨胀功大于压缩功 D 压缩功和膨胀功关系不定
稳定,但存在不平衡势差(温差)
若去掉外界影响(两恒温 热源),则状态变化
稳定不一定平衡,但平衡一定稳定
辨别平衡与均匀
平衡:时间上 均匀:空间上
平衡不一定均匀,但均匀一定平衡
对于单相,平衡态则一定是均匀的
状态参数
定义:描述系统所处状态的宏观物理量
基本状态参数:可直接测量的参数,如:P, v, T
离开系统的 能量

= 系统储存能量的
增加量
(dE1 p1dV1 Q) (dE2 p2 dV2 Wi ) dECV
Q dECV (dE2 p2 dV2 ) (dE1 p1dV1 ) Wi
稳定流动系
Q dECV
2 2 cf 2 cf1 h2 gz2 m2 h1 gz1 m1 Wi 2 2
状态参数 — 熵
1.熵的定义
dS
Qrev
ds
qrev
T
T
广延量 [kJ/K]
比参数 [kJ/kg· K]
ds: 可逆过程 qrev除以传热时的T所得的商
熵的说明 1、熵是状态参数
2、符号规定 系统吸热时为正 Q > 0 系统放热时为负 Q < 0 dS > 0 dS < 0
3、熵的物理意义:熵体现了可逆过程传热的大小与方向 4、用途:判断热量方向 & 计算可逆过程的传热量
系统吸 系统储存能量 热量 的增加量
进出口物质能量差
系统对外 做功量
此式为开口系能量方程的一般表达式 流过开口系1kg流体的稳定流动的能量方程: 1kg工质:
1 2 q h c f gz ws 2
适用条件:
稳定流动
任何工质
稳流能量方程中,后三项为工程上可直接利用的机械能 定义为技术功:技术上可资利用的功。符号:wt
• 工程热力学是研究热能与机械能相互
转换的一门学科。
能量转换规律 工程热力学 工质的性质
做功过程

能 量 转 换 规 律
第一定律
能量转换的守恒性
第一类永动机不可能实现
第二定律
能量转换的方向性
第二类永动机不可能实现
分子本身不占体积
理想气体
分子之间没有作用力
弹性碰撞
理想气体状态方程
理想气体热力过程
pv RgT
答案:C
第二章
热力学第一定律
复习课
1、本质:能量守恒与转换定律
进入系统的能量 - 离开系统的能量 = 系统内部储存能量的变化
闭口系
Q
dU
W
q u w
适用任何工质、任何过程
q u pdv 任何工质,准静态过程
闭口系方程解析式之一
1) 准静态过程的容积变化功 以汽缸中m kg工质为系统: 活塞向右移动微元距离dx, dx很小, 近似认为 p 不变,可视为准静态过程.
第三章小结
热力学第二定律数学表达式
dS
Q
Tr
0
S
1 2

Q
Tr
用于过程 用于循环 用于孤立系统
T
Q
r
Siso 0
Tr为热源温度,在可逆过程中为工质温度
• 任何过程,熵只增不减 ╳ • 工质经历不可逆过程,熵一定变大 ╳
不可逆绝热过程——内部存在不可逆耗散效
应是熵增大的唯一原因
选择题
1. 理想气体的比热容是 A 常数 B 随气体种类不同而异,但对于某种理想 气体 而言,比热容为常数 C 随气体种类不同而异,但对于某种过程而言, 比热容为常数 D随气体种类不同而异,但对于某种理想气体某 种过程而言,比热容是温度的函数
答案:D
选择题
2. 迈耶公式cp-cv=Rg A 仅适用于理想气体,定比热容 B 适用于任意气体,但要求定比热容 C 适用于理想气体,是否定比热容不限 D 适用于任何气体
系统对外界作的膨胀功为:
W = Fdl = p(A dl ) = pdV m kg: W =pdV
W pdV
1 2
A p
dl
1 kg: w =pdv
w pdv
1
2
p0
适用范围:准静态过程、可逆过程
开口系
图中的开口系在 dt 时间内 进行了一个微元过程: 有m1的微元工质流入进 口截面1,有m2的微元工 质流出出口截面2 系统从外界接受热量Q 系统对机器作内部功Wi Wi表示工质在机器内部对机 器所作的功,而轴功Ws为Wi 的有用功部分,两者的差为机 器各部分的摩擦损失。
可逆过程完全理想,以后均用可逆 过程的概念。准静态过程很少用。
判断是否准静态与可逆
带活塞的气缸中,水被缓慢加热
缓慢加热,每一时 刻水有确定的温度
准静态加热 外不可逆 内可逆
内可逆 内不可逆
火与水有温差
以水为系统 活塞与壁面无摩擦 活塞与壁面有摩擦
Fra Baidu bibliotek
以水+活塞为系统
选择题
可逆过程一定是 A 非平衡过程 B 存在损耗的准静态过程 C 工质能回复到初态的过程 D 准静态过程
理想气体状态方程
1mol: pVm RT
1kg : pv RgT
n mol: pV nRT
m kg : pV mRgT
第四章 小结
理想气体:
du cv dT
dh cp dT
c p cv Rg
cp cv
迈耶方程
Rg

比热容比
cv
1
Rg cp 1
u1
1 2 c1 2
dm1
1 p 1v 1 dE
Wi
Ws dm2 u2
1 2 c2 2
z1
Q
2 p 2v 2 z 2
进入系统的能量 离开系统的能量 控制容积系统储存能量 的增加量 热一 定律: 进入系统的 能量
dE1 p1dV1 Q dE2 p2 dV2 Wi dECV
热一律解析式之一 准静态 热一律解析式之二
后续很多式子基于此两式
四种功的关系
由:
ws
(技术功) Δc2/2
(动能) (位能) (轴功) (推动功 w
f
w ( pv) wt
w
几种功的关系: 做功的源泉
wt
Δ(pv)
gΔz
ws
(容积变化功)

本章基本要求
深刻理解热量、功的概念,深刻理解热 力学能、焓的物理意义 理解膨胀(压缩)功、内部功、技术功、 流动功的联系与区别
2
1
pdv
2
vdp
1
第三章小结
热力学第二定律的两种表述:克劳修斯
表述、开尔文表述
热力学第二定律各种表述是从各个方面描述共同的 物理本质——过程的方向性及自发过程的不可逆性。
卡诺循环是由两个可逆定温过程和两个
可逆绝热过程组成的可逆循环。
卡诺循环的热效率。
卡诺定理
Wnet Q2 T2 tc 1 1 Q1 Q1 T1
z dz
1
2
1, a
dz dz z2 z1
1,b
2
2
1
a
dz 0
b
2
从一个状态到另一个状态: 状态参数的变化量只与初终 态有关,而与路径无关;
系统经历一个循环后,状态参数的变化量为零。
热力过程
定义:在不平衡势差的作用下,系统从一个状态变化 到另一个状态所经历的历程。
1 q h c 2 gz wi 2
动能 位能
机械能
轴功
即:
技术功
1 2 wt c gz ws 2
∴ 稳流能量方程改写为:
q h wt
稳定流动 任何工质
第二章
闭口系方程
小结
任何工质
任何工质
q u w
q h wt
稳流能量方程
稳定流动
任何工质
D
2.工质经绝热不可逆过程后,其熵变ΔS1-2 A A 大于0 B 等于0 C 小于0 D 不定 3.孤立系统经不可逆过程后,其熵变ΔS1-2 A 大于0 B 等于0 C 小于0 D 不定
A
可逆与不可逆讨论(例1)
可逆热机
300 t 1 0.85 2000
W t Q1 0.85 100 85kJ
答案:C
是非题
气体吸热后熵一定增大

×
× ×
气体吸热后温度一定升高
气体吸热后热力学能一定升高 气体膨胀时一定对外作功
第四章知识域
• 热力过程分析概述 • 定容、定压、定温及绝热4个典型热
力过程分析
• 多变过程的分析
理想气体的热力过程
典型热力过程:定容、定压、定温、绝热过程。
3. 系统与外界交换的能量 Q、W、Wt 4. 过程的p-v图和T-s图 假设:理想气体、可逆过程
第四章 小结
du cv dT
dh cp dT
dv dp ds cp cv v p
h、u 、s的计算要用cv 和 cp
cv dT dv R T v
c p dT T dp R p
第四章 小结
理想气体混合物:
道尔顿分压定律
p1 p 2 p n p
亚美格分体积定律 V1 V2 Vn V
有 无
是否传质
是否传热 是否传功 是否传热、功、质
开口系
非绝热系 非绝功系 非孤立系
闭口系
绝热系 绝功系 孤立系
热力状态 状态:某一瞬间系统所呈现的宏观状况
平衡状态:
在不受外界影响的条件下(重力场除外), 如果系统的状态参数不随时间变化,则该 系统处于平衡状态。
辨别平衡与稳定
稳定:宏观性质/参数不随时间变化
答案:D
选择题
系统与外界发生能量传递时,功和热量是 A 过程量 B 强度量 C 广延量 D 状态参数
答案:A
热力循环
目的:实现连续的能量转换。 定义:热力系统经过一系列变化回到初态,这一系列 变化过程称为热力循环。 分类: (1)按是否可逆分
可逆循环(所有过程均可逆) 不可逆循环 正循环(动力)
准静态过程 定义:热力系经历过程中的每一点都非常接近于平衡状态 条件:实际过程进行得足够缓慢的极限情况 可逆过程:系统经历某一过程后,若能使系统按原来路径 逆行回到初始状态,且不留下任何痕迹。
可逆过程与准静态过程的区别和联系
可逆过程一定是准静态过程
准静态过程不一定是可逆过程
可逆过程=准静态过程+无耗散

例. 一绝热容器被隔板分为两半,一半是 真空,另一半理想气体,若把隔板抽出, 气体将进行自由膨胀,达到平衡后: (A)温度不变,熵增加;
(B)温度升高,熵增加; (C)温度降低,熵增加;
(D)温度不变,熵不变。
[A]
选择题
1.工质经不可逆过程后,其熵变ΔS1-2 A 大于0 B 等于0 C 小于0 D 不定
绝对压力P:气体的真实压力
相对压力(表压力Pg、真空度Pv):压力计显示的压力
注意:只有绝对压力才能代表工质的状态参数 ! 导出状态参数:不易测量,但可用公式计算得到 的参数,如u, h, s
状态参数的特性
P,T,v,u,h,s
(1)状态确定,则状态参数也确定;反之亦然 (2)积分特征:状态参数在数学上为点函数、态函数
定容、定压
定温、绝热
多变
实际气体
水蒸气
压气机的热力过程 气体动力循环 蒸汽动力循环
单级活塞式
活塞式内燃机动力循环
郎肯循环
第一章 复习课
热力系
种类:
闭口系、开口系、绝热系、 孤立系
热力系的选取取决于研究目的和方法, 具有随意性,选取不当将不便于分析。 一旦取定系统,沿边界寻找相互作用。
记忆、归纳:
第二章
思考题
讨论课
工质膨胀是否一定对外作功? 向真空膨胀 定容过程是否一定不作功? 开口系,技术功 wt vdp 定温过程是否一定不传热? 相变过程(冰融化,水汽化) 水轮机
选择题
• 1. 热力学第一定律用于 • A 开口系统,理想气体,稳定流动
• B 闭口系统,实际气体,任意流动
• C 任意系统,任意工质,任意过程 • D 任意系统,任意工质,可逆过程
答案:C
选择题
• 2. q=Δh+wt适用于 • A 理想气体,闭口系统,可逆过程
• B 实际气体,开口系统,可逆过程
• C 任意工质,闭口系统,任意过程 • D 任意工质,开口系统,稳流过程
答案:D
简答题
• 对任何系统,只要发生的是可逆过程,它与
外界交换的功都可以利用 ( ) 来计算
闭口系 开口系
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