工程热力学考试总复习总结知识点

0 绪论
熟练掌握： • 能量有效利用的基本途径和方法。 • 热功转换装置的工作原理及其共性。 • 各物理量的单位及国际单位制与公制间换算
正确理解：工程热力学的研究对象、目的、主要内容和方法。
要点：
• 能源概念以及自然界可被人们利用的能量 主要是。。。
• 能量有效利用的基本途径和方法：加热和 作功
• （1）对刚性容器内的水加热，使其恒温下蒸发。 • （2）对刚性容器内的水做功，使其在恒温下蒸发 • （3）对刚性容器中的空气缓慢加热，使其从50度升温到
100度。 解：（1）可以是可逆的，也可以是不可逆的，取决于热源温度
与水温是否相等。如果两者不等，则存在外部的传热不可逆 因数，便是不可逆过程。
– 五方面的应用包括了气体的流动压缩、水蒸汽及其 热力过程、湿空气及空调过程、动力循环和制冷循 环等。
基本内容
• 绪论 • 基本概念 • 热力学第一定律 • 理想气体的性质 • 理想气体的热力过程 • 热力学第二定律 • 实际气体的性质及热力学一般关系式 • 水蒸气 • 气体与蒸气的流动 • 蒸气动力循环装置 • 制冷循环 • 湿蒸气
正确理解
理想气体模型。理想气体内能和焓只是温度 的函数,熵不仅与温度有关，而且与其它参数有 关。分压力和分容积的概念。
第五章
第六章教学大纲要求
熟练掌握
• 范德瓦尔状态方程式。对比状态定律。通 用压缩因子图及其用法
正确理解
范氏状态方程的近似性。对比状态定律的局 限性。通用压缩因子图的依据。饱和温度和饱 和压力一对应规律只适用于单质。
正确理解
熵的几种计算方法和公式。
第四章 理想气体的热力过程
重点和难点
一、理想气体的热力性质
• 1)理想气体状态方程 （ 重点）
• a）状态方程只能用于平衡态；
• b）必须采用绝对温度和绝对压力；
• c）p,v,V,Vm,T及M等量的单位必须与
•
气体常数协调一致。
2) 比热容 （ 即是重点又是难点） a）容积热容C’是标准状态下的立方米（m3） b）平均比热容表必须一一对应，表的自变量 是摄氏温度t，而不是绝对温度T。
重点和难点
• 1、确定蒸气状态参数的独立变量 • (1)对于未饱和液体和过热蒸气（两个） • (2)对于饱和液体和干饱和蒸气（一个） • (3)对于湿蒸气（两个）（压力或者温度、
干度） • 2、查表确定物性状态与饱和状态下参数相
比较 • 3、常用蒸气热力过程 • （1）定压过程；（2）绝热过程
典型题精解
工程热力学的特点
• 公式多：就是同一个公式,在不同的应用背景和 使用工况下,又有诸多表达形式。
– 比如热力学第一定律,既有开口系统的热力学第一 定律表达式,又有应用于闭口系统的热力学第一定 律;既有第一解析式,又有第二解析式;既有稳定流动 热力学第一定律表达式,又有适用于非稳定流动热 力学第一定律的方程式等。
若举起工作台所需起重过程中 所作的功及气缸内气体的终了 温度。
思路：1、求储气罐容积； 2、储气罐中剩余气体的变化过程（等熵过程），求其温度、比容 3、得到剩余气体的质量V/v 4、流入气缸的质量 5、整个装置的能量方程
第五章教学大纲要求
熟练掌握
• 从基本定律、基本公式和基本概念出发， 结合具体过程分析和导出所需公式的方法。 各过程在压容图和温熵图表示。
工程热力学总复习
工程热力学的基本内容框架
工程热力学的特点
• 概念多：且其物理意义在不同使用场合中 又有不同的延伸
– 功的概念,既有准静功,又有容积功;容积功又 可分为膨胀功和压缩功;此外还有技术功、流 动功、推动功、轴功等。又如热容的概念,既 可按热力过程的异同分为定压比热容和定容比 热容;
– 循环的概念,按其完成循环的热力过程不同就 可分为卡诺循环、朗肯循环、布雷顿循环、奥 托循环、笛塞尔循环、劳伦斯循环、埃尔逊循 环、斯特林循环等九个之多
第六章
• 压缩因子 • 范德瓦尔方程 • 对应态原理
第七章教学大纲要求
熟练掌握
• 有关蒸汽的各种术语及其意义。介绍蒸汽 表和图（以h－s图为主）及其运用。
正确理解
工质为蒸汽时定温过程的多变指数不等于1， 定熵过程多变指数不等Cp/Cv，而是一个由实 验确定的数值。
第七章
• 饱和温度和饱和压力；定压加热、汽化过 程；水和水蒸汽状态参数；水蒸汽表和图； 水蒸汽热力过程
3) 理想气体的热力学能、焓和熵的计算 熟练掌握利用定值比热容计算理想气体的U，
H，S。
二、理想气体的热力过程
1) 热力过程计算公式的掌握 熟练掌握4种基本过程及多变过程的初、终态p,v,T
参数之间的关系，以及过程中系统与外界交换的热量、 功量的计算。具体计算公式见P101表4-1。 (1) p,v,T初、终态参数的关系式中，定容、定压、定温 过程直接从状态方程中推得。对于定熵过程和多变过程 仅仅是指数不同。 (2) 各种过程热量和功量的计算公式为以下两个公式的 具体应用（对于可逆过程而言）
• c)技术功的正负判断，以过起点的定压线为分 界。p-v图位于定压线的下方，T-s图上位于定 压线的右下方的各过程线，wt>0;反之wt<0
(B)热量的正负判断
• 以过起点的定熵线为分界。p-v图位于定熵线的 右上方，T-s图上位于定熵线的右方的各过程线， q>0;反之q<0
(C) Δu( Δh, ΔT)的正负判断
– 两个基本定律是热力学第一定律和第二定律,包括了 定律的定性和定量表达及有关应用等;
– 三个守恒方程是指质量守恒方程、能量守恒方程和 熵守恒方程等,这是热工分析计算的基础;
– 四个热力过程指的是定温、定压、定容和绝热等四 个基本热力过程。包括过程的特点、过程中状态参 数的变化、热量和功量(机械功)的转化情况等;
状态量与过程量
• 状态量指描述工质状态的状态参数。 • （1）只取决于给定的初、终态，与路径无
关
• （2）状态参数是点函数，它的微分是全微 分
• 过程量－－功量和热量
• 系统对外界做功为正，外界对系统做功为 负；系统吸热时热量取为正，反之为负。
典型题精解
• 判断下列过程中哪些是（1）可逆的；（2）不可逆 的；（3）可以是可逆的，也可以是不可逆的，并 简要说明不可逆原因
2
q u w u 1 pdv
2
q h wt h 1 vdp
(3) 除定容过程以外，各种过程的技术功是膨胀功的 几倍，即 wt=nw。
(4) 无论什么过程，理想气体的热力学能、焓熵均按
u cV T h cpT
s

cp
ln
T2 T1
Rg ln
第一章 基本概念
• 1、平衡状态 • 2、实现平衡的充要条件（只有系统内外一切不平
衡均消失，才是实现不平衡的本质） • 3、平衡和均匀也是两个不同的概率
平衡必稳定，而稳定未必平衡
平衡状态具有确定的状态参数，这是平衡状态的特点
4、准平衡状态－－由一系列连续的平衡态组成的过程
5、可逆过程－－如果系统完成某一热力过程后， 再沿原来路径逆向进行时，能使系统和外界都返 回原来状态而不留下如何变化。
• 理想气体的状态方程 • 比热容（容积比热容、摩尔比热容、定压
比热容、等温比热容） • 理想气体的热力学能、焓和熵
在压缩空气流出过程中， 罐内剩余空气经历了一个 不可逆的绝热膨胀过程
第四章教学大纲要求
熟练掌握
• 定容过程、定压过程、定温过程、绝热过 程、多变过程的基本概念、基本公式，结 合具体过程分析和导出所需公式的方法。 各过程在压容图和温熵图表示。
– 此外,比如关于熵计算的方程式、计算焓的方程式、 热量方程和内能方程等,针对于不同的应用条件,它 们又都有好几个不同的表达形式。
工程热力学的特点
• 内容多： “一种工质、两个基本定律、三个守 恒方程、四个热力过程、五方面应用”。
– 一种工质是指理想气体,包括理想气体的定义、性质、 状态参数、状态方程等;
（2）对刚性容器的水做功，只可能是搅拌功，伴有摩擦扰动 因而有不可逆因素，是不可逆过程
（3）可以是可逆的，也可以是不可逆的，取决于热源温度 与空气温度是否随时相等或者随时保持无限小的温差
第二章教学大纲要求
熟练掌握
• 热力学第一定律的实质及其在工程热力学 中应用。能量方程式的推导方法。
正确理解
热力学第一定律的普遍适用性。 容积变化功、推动功、技术功的区别。系统能量与 内能的区别。 焓定义式中pv这一项不是储藏在工质内部的能量
• 1、利用水蒸气表判断下列各点的状态， 并确定其h,s,x值
（1)p1=2MPa,t1=300℃； （2)p2=9MPa, v2=0.017m3/kg; （3)p3=0.5MPa,x3=0.9; （4)p4=1.0MPa, t4=175℃； （5)p1=1.0MPa, v5=0.2404m3/kg.
(A)功的正负判断
• a) 首先在p-v和T-s图上画出与预分析的多变过 程线从同一点出发的四条基本过程线，作为分 析的参考线。
• b) 膨胀功的正负判断，以过起点的定容线为分 界。p-v图位于定容线的右方，T-s图上位于定 容线的右下方的各过程线，比体积增大，工质 膨胀对外作功，w>0;反之w<0
和环境交换的热量。
第三章教学大纲要求
熟练掌握
• 从基本定律、基本公式和基本概念出发， 结合具体过程分析和导出所需公式的方法。 各过程在压容图和温熵图表示。
正确理解
理想气体模型。理想气体内能和焓只是温度 的函数,熵不仅与温度有关，而且与其它参数有 关。分压力和分容积的概念。
第三章 理想气体的性质
解题思路
• 1）取好热力系 • 2）计算初、终态 • 3）两种解题思路
从已知条件逐步推向目标 从目标反过来缺什么补什么
4）不可逆过程的功可尝试从外部参数着手
第二章
稳定流动的能量方程
q
u

1 2
c
ຫໍສະໝຸດ Baidu
2 f

gz

( pv)

wi
q

h
1 2
c
2 f

gz

wi
一真空容器，因密封不严外界空气逐渐渗漏入容器 内，最终使容器内的温度、压力和外界环境相同， 并分别为27 ℃及101 325 Pa。设容器的容积为0.1 m3，且容器中温度始终保持不变，试求过程中容器
第二章 热力学第一定律
• 一.第一定律的实质：能量守恒与转换定律 在热现象中的应用。
• 二.第一定律的表述： 热是能的一种，机械 能变热能，或热能变机械能的时候，他们 之间的比值是一定的。
或：热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失 时必定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与 之相应量的热。
p2 p1
cV
ln
T2 T1

Rg
ln
v2 v1
2. 应用p-v图与T-s图分析多变过程
多变过程线在p-v和T-s图上的对应位置，由多变指数n的数值确定
dp n p 显然，斜率的绝对值随n的增大而增大 dv v
dT T ds cn
其中
cn

n
n 1
cV
(2) 过程中q，Δu， Δh，w和wt 正负判断方法
• 对于理想气体来说，定温线就是定热力学能线 和定焓线，因此以过起点的定温线为分界。p-v 图位于定温线的右上方，T-s图上位于定温线的
上方的各过程线， Δu( Δh, ΔT) >0;反之 Δu( Δh, ΔT) <0
• 可见通过过程中q, Δu, Δh, w和wt正负的 判断，可以了解过程的性质和特点，并 能够明了过程中能量传递和转换与气体 状态变化的联系，对分析过程十分有用。
• 研究对象：能量转换 • 研究的主要内容：p3 • 热力学研究方法：宏观和微观，p3； • 单位制
第一章教学大纲要求
熟练掌握
• 工程热力学中常用的一些术语、概念和分 析方法。状态参数及其特性。热力参数坐 标图。
正确理解
热力参数只确定于状态而与途径无关。 讲清功与热量都是通过边界面所传递的能量， 它们都不是状态参数。
• 有一储气罐，其容积为0.2 m3，内储氧气 的压力为3 MPa、温度为20 ℃。现因焊接 用去了一些氧气，罐内压力降至2 MPa。假 设在用气过程中储气罐和外界的热交换可
以忽略不计，试求用去氧气的体积，并说 明求解所必需的假设条件。
储气罐内有温 度为27℃、压力 为1 MPa的空气1 kg。 现把压 缩空气送至起重器气缸推动 的压力为0.5 MPa，因而当罐 内压力 降至0.5 MPa时起重器 即停止工作。 设过程中空气 和外界的热交换可忽 略不计， 试求气体在 活塞举升工作台。