化工热力学复习总结

1、. 第一章 、绪论 一、化工热力学的目的和任务 通过一定的理论方法，从容易测量的性质推测难测量的性质、从有限的实 验数据获得更系统的物性的信息具有重要的理论和实际意义。 化工热力学就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，解决 工业过程 （特别是化工过程 ）中热力学性质的计算和预测、相平衡和化学平衡 计算、能量的有效利用等实际问题。 二、1-2 化工热力学与物理化学的关系 化工热力学与物理化学关系密切，物理化学的热力学部分已经介绍了经典热力 学的基本原理和理想系统（如理想气体和理想溶液等）的模型 ，化工热力学将 在此基础上 ，将重点转移到更接近实际的系统。 三、热力学性质计算的一般方法

2、 (1)基于相律分析系统的独立变量和从属变量； (2)由经典热力学原理得到普遍化关系式。特别是将热力学性质与能容易测量的 p、V、 T 及组成性质和理想气体等压热容联系起来 ； (3)引入表达系统特性的模型，如状态方程或活度系数 ； (4)数学求解 。 第 2 章流体的 P-V-T 关系 1.掌握状态方程式和用三参数对应态原理计算PVT 性质的方法 。 2.了解偏心因子的概念 ，掌握有关图表及计算方法。 1.状态方程 ：在题意要求时使用该法 。 .专业 .专注. . 范德华方程 ：常用于公式证明和推导中。 RK 方程： 维里方程 ： 2. 普遍化法 ：使用条件 ：在不清楚用何种状态方程的情况下

3、使用 。三参数法 ： 普遍化压缩因子法 普遍化第二维里系数法 3、Redlich-Kwong（RK）方程 3、Soave （SRK）方程 4、Peng-Robinson（PR）方程 R2Tc 2 RTc a 0.45724 Tr b 0.0778 Pc Pc 2-5 高次型状态方程 .专业 .专注. . 5、virial 方程 virial 方程分为密度型： 和压力型 ： 第 3 章 纯物质的热力学性质 1、热力学性质间的关系 dUTdSpdV H=U+PVd HT d SVd p A=U-TSd ASd Tpd V G=H-TSd GSd TVd p Maxwell 关系式 TPTVP VS

4、SVPSSPTV 转换公式 ： X Y Z 1 Y Z Z X X Y SVS VTTPPT 3.2 计算 H 和 S的方法 1.状态方程法 ： dH CP d T V V dP T T P d S CP d T V d P T T P 2. 剩余性质法 ： 普遍化压缩因子图 .专业 .专注. . H TR H R 0 H R 1 STR SR 0 SR 1 RTC RTC RTC R R R 普遍化的第二维里系数方法 H TR 0 dB0 1 dB1 Pr B Tr B Tr RTC dTr dTr STR Pr dB0 dB1 R dTr dTr B 0 0.083 0.422 1 0.1

5、39 0.172 1.6 B 4 . 2 导出： Tr Tr dB0 0.675 dB1 0. 772 dTr Tr 2.6 dTr Tr5. 2 第 6 章 化工过程能量分析 热力学第一定律 一、功Wp外 dV 不可逆过程 : W 2 P dV 12 1 外 体 W rev V2 可逆过程 ： p 体 dV 体 V 1 规定：体系吸热为正 ，放热为负 ；对外做功为负 ，接受功为正 。 二、封闭系统的能量平衡式 ： UQWdUqw 适用于可逆与不可逆过程。 三、稳定流动过程的能量平衡式： H u2 g Z Q WS （ J Kg 1 ） 2gC gC .专业 .专注. . （一）稳流过程能量平

6、衡式的简化形式及其应用： 气体通过如孔板 、阀门、多孔塞等节流装置时 ： m h 0 （即等焓过程 ） (a)压缩机和膨胀机 （透平）鼓风机、泵等 Q 0 ， Ws H m h 适用于可逆 ，不可逆过程 。 （ b）气体通过如孔板 、阀门、多孔塞等节流装置时 ： m h 0 （即等焓过程 ） (c)无轴功，但有热交换的设备 ：锅炉、热交换器 、塔等 。 ws 0HQ （二）轴功的计算方法 ： (1)可逆轴功 W ： w P2 vdP S(R) S(R) P1 实际轴功与可逆轴功之比称为机械效率 m 。 对于产功设备而言 ： WS WS( R) ， WS W m S(R) 对于耗功设备而言 ：

7、WS WS(R) WS(R) ， m WS 四、 气体的基本热力过程 封闭体系 ： U q w 微小过程 ： dU q w （一）等容过程 : w P外dV外 0 dUV q 即 UV qV （二）等压过程 ： 可逆过程 ： w pdv p v R .专业 .专注. . 不可逆过程 （恒外压）： W P外 V 来计算功 。 （三）等温过程 ： dUT q P外 dV体 （四）绝热过程 ： Q 0 dU W P dV 外 体 热力学第二定律 一、熵与熵增原理 熵的定义式 ： QR 适用于任何体系和环境 。 S T 封闭体系熵增原理公式为 ： dS dS 0 syssurr 上式中各种熵变的计算方

8、法： （一）为封闭体系的熵变 ： 可逆过程 ： 结论 ：无论是由已知条件得知，还是由热力学第一定律得出的Q 就为 QR ，可以直接代入计算 。 不可逆过程 ：设计一个初终态与不可逆过程的初终态相同的可逆过程 ， 通过对这个可逆过程进行 Ssys 的计算，就可得出结果 。 （二） dSsurr 为外界环境的熵变 ： 环境可分为热源和功源 即： dSsurr dS热源 dS功源 功源； dS 功源 0 热源： dS surr dS 热源 Qsurr Q sys （等温可逆过程 ） Tsurr Tsurr 6.2.2 熵产生与熵平衡 .专业 .专注. . 一、封闭系统的熵平衡 Sg0不可逆过程 Sg

9、=0可逆过程可判断过程进行的方向 Sg 0不可能过程 SgSsysSfSsys QQsys 0Tsurr dSsys 封闭体系的状态引起的熵变 。 dSg 因过程不同产生的 。 dSf 封闭体系与外界因有热交流引起的。 求 Sg 的一般步骤 ：确定体系所用的熵平衡式 。 确定初终态 ，然后按照可逆过程来计算 Ssys 。 Ssys 2 QR a） 1 T sys b ） dS CP dT V dP T T P c） S Cig ln T2 R ln P2 SR SR sys pms T1 P1 2 1 根据不同的条件确定 Q ，从而得出 S 即 Sf 。 sys surr 根据 SgSsys

10、Ssurr Ssys Sf Ssys Q Qsys 求 Sg 。 0 Tsurr 二、 稳定流动系统的熵平衡 Sg mj s j misi S f j out i in .专业 .专注. . 绝热过程 ： Qsys 0 S f 0 Sg m j s j mi si j out i in （2）可逆绝热过程 （ Sg 0 ）： j m j s j i mi si out in 三、理想功、损失功与热力学效率 1 理想功 对稳定流动过程 ： W T S H 1 u 2 g z id 0 2 若忽略动能和势能变化 ，则 Wid H T0 S 2 损失功 对稳定流动过程 ，损失功 WL 表示为 WLW

11、acWidWLT0 SQWLT0 Sg 3 热力学效率 做功过程 ： Wad ；耗功过程 ： Wid t t Wid Wad 四、.有效能 1、稳流过程有效能计算 ExphWidT 0 SH(HH 0)T 0(SS0) 2、有效能效率 ( Ex )out El Ex Ex )in 1 ( ( Ex )in .专业 .专注. . 第七章压缩、膨涨、动力循环与制冷循环 一、气体的压缩 1、等温过程方程式 p1V1p2V2pV p1V1kp2V2kpV k 绝热过程方程式 p1V1 mp2V2mpV m1mk 实际（多变）过程方程 2、若为可逆过程 ，按照 “得功为正 （或耗功为正 ） ”的规定 ，

12、其轴功可按式 (7-1) p 2 p 2 w s ,R 等 温 RT 1 ln p2 p2 Ws ,R Vt dp n V dp J s 1 p1V 1 ln p1 p1 计算 p1 p1 k 1 m p2 m 1 k k m w s,R 绝热 RT p2 1 ws,R RT1 1 多变 k 1 1 p1 m 1 p1 二、气体的膨胀 1、特点：过程等焓由热力学第一定律 ：H = 0 J T V V T T p p H C p 由于压力变化而引起的温度变化称为节流效应效应 J 理想气体： T 0 p H .专业 .专注. . 真实气体 : 0 节流后温度降低 ，制冷。 = 0 温度不变 。 节

13、流后温度升高 ，制 0 J J J 热 等熵膨胀时 ，压力的微小变化所引起的 温度变化 ，称为微分等熵膨胀效应系数 ，以 s 表示 S V T T T p p S C p 三、蒸汽动力循环 蒸汽动力装置主要由四种设备组成：(1)称为锅炉的蒸汽发生器；(2)蒸汽轮 机；(3)冷凝器； (4)水泵 。 TL WS,CQH QL QH 1 TH 1、Carnot 循环对外作 (最大 )功 W s,c WS,C TL C 1 效率 QH TH 2、Rankine 循环及其热效率 h q wS 对于单位质量 的流体 WS wS h1 h2 Q0 q0 h1 h4 热 效 率 热 效率越高 ，汽耗率越低

14、，表明循环越完善 1) 等熵效率 S：膨胀作功过程 ，不可逆绝热过程的做功量与可逆绝热过程的做 WS(不可逆 ) H1 H 2; h1 h2 S H1 H 2 h1 h2 WS,R 功量之比 .专业 .专注. . (H1 H2) ( H 3 H 4 ) h1 h2 H1 H 4 h1 h4 2) 实际 Rankine 循环的热效率 ： 四、制冷系统 1、Carnot 制冷循环 ： 逆向卡诺循环 ：工质吸热温度小于工质放热温度 ；此即 Carnot 制冷循环 。 由两个 低温下吸收的热 Q L qL 等温过程与两个等熵过 净功 WS wS 程组成。 制冷效能系数 QLT1 C WS T2 T1 逆向 Carnot 循环的制冷效能系数 2 、 蒸汽压缩制 q h h 冷循环的基本计算 L 1 4 1）单位制冷量 mQ