工程热力学总结

工程热力学部分

工质（substance ）：实现热能和机械能转化的媒介物质。

1. 基本概念

1.1 平衡状态及状态参数

1.平衡状态：

一个热力系统，如果在不受外界影响的条件下， 系统的状态能够始终保持不变，则系统的这种状态 为平衡状态。

2. 状态参数（state parameter ）

描述工质所处状态的宏观物理量 ( 状态参数的值只取决于给定的状态，与如何达到这一状态的途径无关 )

3 基本状态参数 压力（绝对） 温度 比体积

（1）温度 （temperature ）是标志物体冷热程度的参数。 （2）热力学第零定律（the zeroth law of Thermodynamics ）

如果两个物体同时与第三个物体处于热平衡，则它们彼此也处于热平衡。

✓ 水的三相点温度 t = 0.01 ℃

热力学温标基准点：取水的三相点（triple point ）（纯水固、液、气三相平衡共存的状态点）为基准点，定义其温度为273.16 K 。 （3）压力

大量分子与容器壁面碰撞作用力的统计平均值。 压力：单位面积上所受的垂直作用力 （4）. 比体积及密度

说明工质在某一状态下分子疏密程度的物理量。

1.2 状态方程与状态参数坐标图

状态公理： 对于简单可压缩系统（与外界只有热量和体积变化功（膨胀与压缩功）），只需两个独立的状态参数，便可确定它的平衡状态 压容图（p-v 图）温熵图（T-s 图） 压焓图（p-h 图）

1.3 准平衡过程和可逆过程

1. 准平衡过程（准静态过程） ：

假设过程中系统所经历的每一个状态都无限接近于平衡状态的过程。 （非平衡过程不能在状态参数坐标图上表示，虚线） 弛豫时间 （relaxation time ）

当工质在平衡被破坏后，自动恢复到平衡所需时间。 2. 可逆过程：

当系统完成某一路径（path ） 后，如果全过程沿相同的路径逆行而能使过程中所涉及的一切都恢复到原来的状态而不留下任何痕迹，则这一过程即为可逆过程。 耗散效应：通过摩擦，粘性扰动，温差传热等消耗功或潜在作功能力的损失． 实现条件：是无耗散的准静态过程。

1.4 功量与示功图，热量、熵与示热图。

1.示功图：

对一个可逆过程，体积变化功可在p-v 图上用过程线下面的面积表示。

⎰==2

1

pdv

w pdv

w δ 功是过程量： 与初、终态有关，与过程有关。

2.示热图：

可逆过程中，热量在T-s图上用过程线下面的面积表示

⎰==

2

1 Tds

q

Tds q

δ

热量是过程量：与初终状态，过程有关

系统绝热：δ q = 0

可逆绝热：d s = 0

不可逆过程，有耗散，不等于面积.

功转变成热量是无条件的；而热转变成功是有条件的。

1. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？

答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。

2. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？

答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部

分工质越多，它对读数的准确性影响越大。

• 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？

•答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定

• 2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？

•答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。

2. 热力学第一定律

2.1 闭口系统的热力学第一定律表达式

(1)储存能热力学能（t v）

(2).热力学第一定律:

热能与机械能是可以相互转换的，且转换前后的总量保持不变。

不消耗能量而能对外连续作功的第一类永动机是不可能实现的。

2.2 开口系统的稳定流动能量方程式，稳定流动与流动功，开口系统稳定流动能

量方程，技术功。

1稳定流动：工质的流动状况不随时间而改变，即任一流通截面上工质的状态不随时间而改

变，各流通截面工质的质量流量相等，且不随时间而改变。系统内各处及进出口截面，工质的流量和流速不变。系统与外界交换的热量和功量稳定不变。 2开口系统稳定流动能量方程:s 122f12f212)()(2

1)(w z z g c c h h q +-+-+

-= 3推动功:推动工质流入、流出系统所消耗的功量111222m v p m v p δδ- 4技术功w t :工程上可以直接利用的机械能()

()s 1221f 2

2f t 2

1w z z g c c w +-+-=

可逆过程：()⎰⎰

-=--=

2

1

11222

1

t d d p v v p v p v p w p v h q d d -=δ

工质稳定流经热力设备时所作的技术功等于膨胀功减去净流动功，而轴功只是技术功的一部分。()⎰-

=--=2

1

1122t d p v v p v p w w

. 下列说法是否正确？

⑴ 气体膨胀时一定对外作功。

错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。 ⑵ 气体被压缩时一定消耗外功。

对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。

⑶ 气体膨胀时必须对其加热。

错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。