热力学总复习提纲

γ——热容比
ds
cV 0
dT T
Rg
dv v
dT
dp
ds c p0 T Rg p
dv
dp
ds cp0 v cv0 p
在相同的温度变化区 间内，理想气体经历 一个定容过程时，其 热力学能变化量比经 历一个定压过程时 (大？小？）
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3-5 理想气体的热Hale Waihona Puke Baidu过程
①过程中能量转换关系（热量、功量）
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4-6 可用能的不可逆损失（EL） EL T 0 S孤立系
不可逆损失EL可以通过包括热源、热机和周围环境在内的整 个孤立系的熵增与环境温度的乘积来计算。
热力学第二定律的任务 研究过程进行的方向、条件、限度。
热力学第二定律的表 达式——熵方程
不可逆过程 假想 可逆过程
孤立系统熵增原理
预测过程进行的方 向、判断平衡
②
摩尔分数：
xi

ni nmix
③
体积分数：
i

Vi Vmix
2. 平均摩尔质量和气体常数
M mix x1M1 x2M 2 xn M n
混合气体的气体常数为：
3 道尔顿定律
Rg ,mix

R M mix
n
理想混合气体的压力pmix等于各组成气体分压力pi的总和 pmix pi i 1
②状态参数的变化关系（p 、v 、T 、s） ③过程曲线在p - v 图及T- s图上的表示
（1）理想气体状态方程 （2）热力学第一定律（能量方程式）
pv RgT
q u w q h wt
（3）功的计算
2
2
w 1 pdv
wt 1 vdp
（4）理想气体的热力学能/焓和熵
．状态方程式: 三个基本状态参数（p、v、T）之间的函数关系： F（P、T、v）＝0
pv RgT
6
1-5 过程和循环
热力过程： 热力学状态连续变化的历程。 内平衡过程（准静态过程）： 系统经历一系列无限接近平衡状态的过程。 平衡意味着宏观静止，过程意味着平衡被破坏。 内平衡过程进行的条件：推动过程的作用无限小。
5
1-3 平衡状态
定义: 在没有外界影响（重力场除外）的条件下，热力系的宏观状况不
随时间变化的状态。 平衡条件:
系统内部及系统与外界之间各种不平衡势差(温差、压力差、化学 反应)的消失。
热平衡 力平衡 化学平衡
1-4 状态参数之间的关系
• 对于一个和外界只有热能和机械能交换的简单热力系来说，只要给出 两个相互独立的状态参数就可以确定其状态。
S f ——熵流
表示热力系与外界交换热量而导致的熵的流动。
和热量具有相同的符号：吸热时为正，放热时为负。
S
Qg g
——熵产
由热力系内部的热产（摩擦产生的热）引起的熵产。
其值恒为正。
熵流与熵产的联系与区别 ？
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4-3 熵方程
S Sf Sg (s1m1 s2m2 )
4-4 孤立系熵增原理
液体热——将1kg、0℃的水定压加热到该压力p下的饱和温度ts 所需的热量q'，称为水的液体热。
汽化潜热 r ——水在定压汽化过程中，1kg饱和水汽化成为饱和水 蒸气所需的热量。
过热热量q″——定压过热过程中，每千克水蒸气吸收的的热量。
过热度D——表示过热水蒸气的温度超出该压力下饱和温度的度数。
说明过热水蒸气离开饱和状态的远近程度。
Pg、Pv、P及大气压力Pb之间的关系为：
P＝Pb＋Pg （当P＞Pb时） P＝Pb－Pv （当P＜Pb时）
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
（2）比体积 v
＝1/v
（3）热力学温度 T
T[K] t[OC] 273.15
4
（4）热力学能 U
组成热力系的大量微观粒子本身具有的能量，微观动能和微观势能 的总和。
如果是可逆的，其热效率均为1－T2/T1；如果是不可逆的，其热效
率恒小于1－T2/T1。
即：
t
1 T2 T1
① t,c f (T1, T2 )
② T1, T2 t,c
③ T1 T2 t,c 0
④ T1 , T2 0,t,c 1
2、卡诺循环——由两个无摩擦的定温过程和两个无摩擦的绝热 过程组成的热机循环。
熵变和熵流、熵产
dS dSf dSg S Sf Sg
任意不可逆过程 S 0
Sf
0

可逆过程 不可逆绝热过程
S

Sf

0
S 0 Sf 0
可逆绝热过程
S 0 Sf 0
Sg 0 Sg 0
Sg 0
Sg 0
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5-1 一元稳定流动的基本方程
孤立系的熵只会增加，不可能减小。 dS孤立系 Sg孤立系 0
＝可逆过程； > 不可逆过程。
S孤立系 Sg孤立系 0
热机完成一个循环后，由热源、冷源和热机组成的整个孤立系的熵变为：
S孤立系 S热源 S冷源 S热机
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4-5 卡诺定理和卡诺循环
1、卡诺定理
工作在两个恒温热源（T1和T2）之间的循环，不管采用什么工质，
卡诺定理 卡诺循环
指导热机
对工程实践的指 导意义
热能的可用性
可用能的不可逆损失
提倡节能 19
熵的小结
1、熵是状态参数，状态一定，熵一定；
2、熵的变化只与初、终态有关，与过程的路径无关；
3、不可逆过程的熵变可以在给定的初、终态之间任选一可逆过程进行 计算。
判断题
• 任何过程，熵只增不减。 () • 可逆循环S为零，不可逆循环S大于零。()
q (u2 u1) w
q (h2 h1) wt
q

(h2

h1)

1 2
(c22

c12
)

g(z2

z1)

wsh
注意：稳定流动的概念或特点！
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3-1 实际气体和理想气体
实际气体：
气体分子本身有体积，分子之间有作用力，气体性质复杂。
理想气体（一种理想的模型）： 气体分子本身没有体积，分子之间没有作用力，即由大量相 互之间没有作用力的质点组成的可压缩流体。
在任意气体中声速可表示为
cs pv
对理想气体
cs 0 RgT
5-2 喷管中气流参数的变化
喷管——利用气体压降使气流加速的管道 即 dc >0
在喷管中随着气体流速的增加，即dc>0，气体状态的变化为： 气体的焓和压力降低而比体积增大，即dh＜0、dp＜0、dv＞0
dA (Ma2 1) dc
2
1-2 状态参数
① 状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况。
② 状态参数：描述热力系状态的物理量。
在工程热力学中，常用的状态参数有6个： 压力(P)、温度(T)、比体积(v)、热力学能(U)、焓(H)和熵(S)。 基本状态参数—可以直接测量得到的状态参数（p、v、T）。 导出状态参数—由基本状态参数计算得到的状态参数（u、h、s）。
分压力——混合气体中的某种组成气体单独占有混合物的容积并具有
与混合物相同的温度时的压力。
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3-4 气体的热力性质
1. 气体的比热容
比热容和状态参数的关系：
比定容热容cV ：
du cV 0dT
比定压热容cp ：
cp0 cV 0 Rg
dh cp0dT
cp0
cV 0
2. 理想气体的熵
总以变化量出现，内能零点人为规定。
（5）焓 H
定义式： H＝U+pV （J）
物理意义：开口系中随工质流动而携带的、取决于热力状态的能量。
随工质流动跨越边界而转移的能量
焓———微观动能、微观势能和推动功的总和
（6）熵 S
定义式： dS Q
T
dS dU pdV T
物理意义：熵体现了可逆过程传热的大小与方向
• 不可逆过程S永远大于可逆过程S。()
1、不可逆过程必然导致熵的增加。 ()
2、不可逆过程必然出现熵产。 （√）
3、熵增加的过程必然是不可逆过程。 ()
4、有熵产的过程必然是不可逆过程。 （√）
5、封闭系统的熵增加一定是吸收了热量。 ()
6、封闭系统的熵减少一定是释放了热量。（√）
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A
c
当Ma＜1时， dc>0 →dA<0 。采用渐缩喷管； 当Ma > 1时， dc>0 →dA>0 。采用渐扩喷管； 当流速从Ma＜1→ Ma > 1，采用前段渐缩和后段渐扩的组合喷管，
称为缩放型喷管或拉伐尔喷管。
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6 气体动力循环
①循环的过程组成
②循环在p - v 图及T- s图上的表示
③循环的能效分析
T t 273.15
比体积(v)
热力学能(U)
焓(H) 熵(S)
h u pv
ds du pdv T
dS Q
T
无摩擦的内平衡过程
2
功
w 1 pdv
2
wt 1 vdp
2
热量 q Tds 1
9
2 热力学第一定律
Q △E ι (e2δ m2 - e1δ m1） Wtot
③ 状态参数的特征：
a) 状态确定，则状态参数也确定，反之亦然。 b) 状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关。 c) 状态参数的微分特征：全微分。
简答：工质完成一个不可逆循环后，其热力学能、焓和熵的变化。
3
（1）压力P
a. 绝对压力P：气体的真实压力。
b. 相对压力（表压力Pg 、真空度Pv ）：压力计显示的压力。
• 热力学中规定：系统对外作功时W为正，外界对系统作功时W为负。
• 热量 Q （传热量）：热力系通过边界和外界进行的热能的交换量， 单位：J。单位质量热力系热量用q 表示，单位J/kg。
• 热力学中规定：系统吸热时Q取为正，放热时取为负。
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状态量和过程量
压力(P) 温度(T)
p pb pg p pb pv
du cV 0dT dh cp0dT
ds du pdv T
ds dh vdp T
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3-6 几种特殊的热力过程
1. 不做功过程
a.不做膨胀功 w 0
气体向真空自由膨胀就是比体积增大而又不做膨胀功的过程。
b.不做技术功 wt 0
流体在各种换热设备及输送管道中的流动就是压力不断下降 而又不做技术功的过程。
热力循环： 工质由某一初态开始，经历一系列中间状态后，
又回到原来初态的封闭热力过程，简称循环。
系统实施热力循环的目的是为了实现预期连续 的能量转换。
7
1-6 功和热量
功和热量是在热力过程中系统与外界发生的机械能和热能的交 换量，均为过程量。 • 功 W （作功量）：热力系通过边界和外界进行的机械能的交换量， 单位：J 。单位质量热力系用w表示，单位J/kg。
状态参数的变化关系（p 、v 、T ）
a 混合加热循环 b 定容加热循环和定压加热循环
c 燃气轮机装置循环
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7-1 饱和状态
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡。
饱和温度Ts和饱和压力ps一一对应。
临界点C参数为： Tc＝647.14K（373.9℃）
7-2 水蒸气的定压产生过程
饱和水 饱和蒸气 饱和温度 饱和压力
m
y
W
mv mw
湿蒸汽的热力学能、焓、熵及比体积，可以根据湿蒸汽干度x，
复习提纲
工程热力学
1-1 热力系及其分类
热力系（热力学系统、热力系统、系统）： 人为划分出的，含有一定物质的特定区域。（具体指定的研究对象）
外界—系统之外与能量转换过程有关的一切其他物质。 以系统与外界关系划分：
是否传质
有 开口系
无 闭口系
是否传热
非绝热系
绝热系
是否传热、功、质
非孤立系
孤立系
判断题：1、绝热系是与外界没有能量交换的热力系。 2、闭口系是与外界没有能量交换的热力系。 3、孤立系是与外界没有能量交换的热力系。
当气体的压力比较低或温度比较高时，气体的比体积较大， 气体分子本身的体积和分子之间作用力影响较小，此时实际气体 可视为理想气体。
3-2 理想气体状态方程
pv RgT
R Rg M （J/（kg·K））M：摩尔质量(kg/mol)
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3-3 理想混合气体
1.混合气体的成分
①
质量分数：
wi

mi mmix
2、绝热过程 a.绝热自由膨胀 气体在与外界绝热的条件下向真空进行的不做膨胀功的过程。
q 0w0
b.绝热节流过程：不做技术功的绝热的稳定流动过程
q 0 wt 0
——焦耳-汤姆逊效应。
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4-1 可逆过程
可逆过程：运动无摩擦、传热无温差的内平衡过程。
不可逆因素：摩擦、温差传热。
4-2 熵流和熵产
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7-3 水蒸气图表及应用
1、水蒸气的相变图线，总结为一点(临界点)、二线(上界线、下界线) 和三区(液态区、湿蒸汽区、气态区)五状态。
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2、湿蒸汽的参数计算
湿蒸汽—饱和水和饱和水蒸气的混合物称为潮湿水蒸气。
干度x—湿蒸汽中饱和蒸汽的质量分数；
湿度y—湿蒸汽中饱和水的质量分数。
x mv mv mw