工程热力学复习

1、工程热力学工程热力学复习复习题型与分值v单选题：215=30v填空题：112=12v判断题：110=10v分析题：81=8v计算题：40 （4个）第一章第一章 基本概念基本概念v热力系分类热力系分类v状态参数的特性状态参数的特性v平衡状态平衡状态 v准静态过程与可逆过程的关系准静态过程与可逆过程的关系v热量与功热量与功v正向循环（动力循环），热效率正向循环（动力循环），热效率v逆向循环（制冷循环或热泵循环），制冷系数，制热系数逆向循环（制冷循环或热泵循环），制冷系数，制热系数第二章第二章 气体的热力性质气体的热力性质1、理想气体的基本假设、理想气体的基本假设气体分子是弹性的、不占有体积的质点气

2、体分子是弹性的、不占有体积的质点除碰撞外分子间无相互作用力除碰撞外分子间无相互作用力任何实际气体在任何实际气体在高温低压高温低压时，均具有理想气体时，均具有理想气体性质。性质。2、什么样的气体可以处理为理想气体？、什么样的气体可以处理为理想气体？3、理想气体状态方程、理想气体状态方程TnRpVTRpVmRTpVRTpvm00m kg 理想气体理想气体1 kg 理想气体理想气体n mol 理想气体理想气体1 mol 理想气体理想气体R为为气体常数气体常数（单位（单位J/kgK），与气体所处的），与气体所处的状态无状态无关关，随气体的，随气体的种类不同而异种类不同而异。R0为为通用气体常数通用气体

3、常数（单位（单位J/molK），），与气体种类无与气体种类无关、关、 与状态无关与状态无关 、 与过程无关。与过程无关。计算时注意事项计算时注意事项: 1、绝对压力绝对压力2、温度温度单位单位 K3、统一单位（最好均用统一单位（最好均用国际单位国际单位）K)J/(mol 8.3145K)J/(Kmol 5 .83140 MRR4、比热容、比热容dTqcu定压比热定压比热比比定容比热定容比热大大。u理想气体理想气体cp与与cV的关系：的关系：u理想气体的比热容比理想气体的比热容比：RccVPVPcc分压力定律分压力定律 niinppppp121分体积定律分体积定律 niinVVVVV1215、混

4、合气体的性质、混合气体的性质第三章第三章 热力学第一定律热力学第一定律1、系统的、系统的总储存能总储存能为为系统的系统的内部储存能内部储存能与与外部储存外部储存能能之和之和，用，用E表示：表示：212EUmcmgzpVmgzmcUE221总2、流动工质传递的总能量为：、流动工质传递的总能量为：pvuh焓焓=热力学能热力学能+流动功流动功 3、焓的物理意义、焓的物理意义4、闭口系统能量方程、闭口系统能量方程WUQWdUQwuqWQ适用条件：适用条件：闭口系：可逆、不可逆；理想和实际气闭口系：可逆、不可逆；理想和实际气体；体；初终态为平衡态初终态为平衡态。符号规定：符号规定：吸热吸热Q为正，放热为

5、负；为正，放热为负；系统对外作功为正，反之为负；系统对外作功为正，反之为负；系统内能增大系统内能增大为正，反之为负。为正，反之为负。5、理想气体热力学能变化、理想气体热力学能变化理想气体混合气体理想气体混合气体单位质量单位质量的热力学能：的热力学能： niiiugu1理想气体理想气体混合气体单位质量的热力学能混合气体单位质量的热力学能，不仅取决，不仅取决于温度，还与各组成气体的于温度，还与各组成气体的质量成分质量成分有关系。有关系。 6、开口系统稳态稳流能量方程、开口系统稳态稳流能量方程swzgchq221wttwhq 对于可逆过程：对于可逆过程：21vdpwt一般计算公式一般计算公式7、理想

6、气体焓变化、理想气体焓变化理想气体混合气体理想气体混合气体单位质量单位质量的焓：的焓： 理想气体理想气体混合气体单位质量的焓混合气体单位质量的焓，不仅取决于温度，不仅取决于温度，还与各组成气体的还与各组成气体的质量成分质量成分有关系。有关系。 niiihgh18、理想气体的熵方程、理想气体的熵方程121212121212lnlnlnlnlnlnvvcppcppRTTcvvRTTcpVpV21dss dRqsT必须可逆必须可逆第四章第四章 理想气体理想气体的热力过程及气体压缩的热力过程及气体压缩一、多变过程一、多变过程1. 过程方程：过程方程：、10n分别为定容、定压、定温、绝热过程分别为定容、

7、定压、定温、绝热过程constpvnn称为称为多变指数多变指数2. 初、终状态参数间的关系：初、终状态参数间的关系：nvvpp)(211212112)(nvvTTnnppTT11212)(2112/ln/lnvvppn 3. 功、热量：功、热量：)(121TTnRwnwTTnnRwt)(121多变指数为多变指数为n n的多变过程，技术功是体积功的的多变过程，技术功是体积功的n n倍倍)(1)(2112TTnRTTcwuqvnTtTwppRTvvRTw,2112lnln定温过程：定温过程：定容线：定容线：右侧，体积功为正；右侧，体积功为正； 左侧，体积功为负。左侧，体积功为负。定温线：定温线：上

8、方，温度增加；上方，温度增加； 下方，温度降低。下方，温度降低。绝热线：绝热线：右侧，吸热；右侧，吸热； 左侧，放热。左侧，放热。三条分界线：三条分界线：1）压气机耗功以）压气机耗功以技术功技术功计。计。2）理想压缩是）理想压缩是等等温压缩。温压缩。3）有余隙容积时，理论耗功量不变，但进气量减）有余隙容积时，理论耗功量不变，但进气量减少少，容积效率降低容积效率降低。所以应该尽量所以应该尽量减小余隙容积减小余隙容积。zzipp11压气机若已实现等温压缩，是否还有必要进行分级压气机若已实现等温压缩，是否还有必要进行分级压缩，中间冷却？压缩，中间冷却？ 第五章第五章 热力学第二定律热力学第二定律 不

9、可能从单一热源吸取热量并不可能从单一热源吸取热量并使它完全变为有用的功而不引起其它变化。使它完全变为有用的功而不引起其它变化。 不可能将热量从低温物体不可能将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。传到高温物体而不引起其它变化。由两个由两个可逆定温可逆定温过程和两个过程和两个可逆绝热可逆绝热过程组成过程组成 。（1） 效率效率 只取决于只取决于 、 ，提高，提高 和和降低降低 都可以提高热效率；都可以提高热效率；c2T1T1T2T121TTc热效率：热效率：（2） 卡诺循环的热效率与工质的性质无关，卡诺循环的热效率与工质的性质无关，适用于任何工质的卡诺循环。适用于任何工质的卡诺循环。112

10、12121TTTTT,c12211211TTTTT,cn逆卡诺循环的性能系数逆卡诺循环的性能系数只决定于热源温度只决定于热源温度T1和冷源温度和冷源温度T2，它随，它随T1的降低的降低及及T2的提高的提高而而增大增大。n逆卡诺循环的逆卡诺循环的制冷系数可能大于、等于或小制冷系数可能大于、等于或小于于1；其；其供热系数总是大于供热系数总是大于1；二者之间的关；二者之间的关系是：系是：,c,c121定理定理1：所有工作于：所有工作于同温热源与同温冷源同温热源与同温冷源之间之间的一切的一切可逆循环可逆循环，其，其热效率都相等热效率都相等，与采用哪种与采用哪种工质无关工质无关。定理定理2：在同温热源与

11、同温冷源之间的一切在同温热源与同温冷源之间的一切不不可逆可逆循环，其循环，其热效率热效率必必小于小于可逆循环可逆循环。1211TTQWtct1211TTQWtct1211TTQWtct0Tq六、闭口系统熵方程六、闭口系统熵方程闭口系统的熵变闭口系统的熵变由由熵流熵流和和熵产熵产两部分组成。两部分组成。不可逆过程，系统的熵变除了热流引起的熵流之不可逆过程，系统的熵变除了热流引起的熵流之外，还有由不可逆导致的熵产。外，还有由不可逆导致的熵产。熵是状态参数熵是状态参数，系统的熵变，系统的熵变仅取决于系统的初、仅取决于系统的初、终态终态，而，而与过程的性质及途经无关与过程的性质及途经无关。熵流和熵产熵

12、流和熵产均取决于均取决于过程过程的特性，在熵变一定的的特性，在熵变一定的情况下，熵流和熵产的变化可以有情况下，熵流和熵产的变化可以有不同的组合不同的组合。 fgsss七、开口系统熵方程七、开口系统熵方程2211SSmsmsSgfcv对于稳态稳流的开口系统：对于稳态稳流的开口系统：021ssssgf八、孤立系统熵增原理八、孤立系统熵增原理0giso dSdS结论：结论：孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小能减小，这一规律称为，这一规律称为孤立系统熵增原理孤立系统熵增原理。=：可逆过程：可逆过程：不可逆过程：不可逆过程0isoS0isoS0isoS作功能力

13、：作功能力：以环境为基准以环境为基准，系统可能作出的最，系统可能作出的最大功。大功。十、作功能力损失十、作功能力损失可逆可逆作功能力损失与熵产之间的关系：作功能力损失与熵产之间的关系：gSTL0对于孤立系统：对于孤立系统：isoisoSTL0第七章 水蒸气一一、汽化和液化汽化和液化汽化汽化：由液态到气态的过程：由液态到气态的过程蒸发蒸发：在：在液体表面液体表面进行的进行的汽化过程汽化过程液化液化：由气相到液相的过程：由气相到液相的过程沸腾沸腾：在：在液体表面及内部液体表面及内部进行的强烈汽化过程。进行的强烈汽化过程。( (气体和液体均处在饱和状态下气体和液体均处在饱和状态下) )二二、饱和状态

14、饱和状态饱和压力饱和压力和和饱和温度饱和温度是是一一对应一一对应的，的，两者两者间存在单值关系。间存在单值关系。从未饱和液状态达到饱和状态从未饱和液状态达到饱和状态既可以保持压力不变既可以保持压力不变而而提高温度提高温度，使，使p=ps(t) ；保持温度不变而使；保持温度不变而使压力下压力下降降，使，使t=ts(p)。 三相点温度和压力是三相点温度和压力是最低最低的的饱和温度和饱和压力饱和温度和饱和压力。 各种物质在三相点的各种物质在三相点的温度与温度与压力分别为定值压力分别为定值。三相点的三相点的比体积？比体积？ 临界温度和临界压力临界温度和临界压力是液相是液相与气相能够平衡共存时的与气相能

15、够平衡共存时的最最高值高值。三三、三相点与临界点三相点与临界点四四、水蒸汽的定压发生过程水蒸汽的定压发生过程 工业上所用的水蒸气都是在工业上所用的水蒸气都是在定压加热定压加热设备设备中产生的。一般经过三个阶段：中产生的。一般经过三个阶段： 预热阶段预热阶段 汽化阶段汽化阶段 过热阶段过热阶段干度干度xx = 0 饱和水饱和水x = 1 干饱和蒸汽干饱和蒸汽0 x 1在在过冷水过冷水和和过热蒸汽过热蒸汽区域，区域，x无意义无意义Tpvps五、湿饱和蒸汽区状态参数五、湿饱和蒸汽区状态参数的确定的确定如果有如果有1kg湿蒸气，干度为湿蒸气，干度为x, 即有即有xkg饱饱和蒸汽，和蒸汽，(1-x)kg

16、饱和水。饱和水。)1 ()1 ()1 (sxxssvxxvvhxxhh第八章第八章 湿空气湿空气一、湿空气一、湿空气n湿空气湿空气，就是，就是干空气和水蒸气干空气和水蒸气的混合物。的混合物。n饱和湿空气饱和湿空气就是由就是由干空气干空气和和饱和水蒸气饱和水蒸气组成的，组成的，该状态下若再向其加入水蒸气，将凝结为水滴该状态下若再向其加入水蒸气，将凝结为水滴从中析出。从中析出。n由由干空气干空气和和水蒸气水蒸气组成的就是组成的就是未饱和湿空未饱和湿空气气。二、绝对湿度与相对湿度二、绝对湿度与相对湿度 绝对湿度绝对湿度：每立方米：每立方米湿空气湿空气中所含的水蒸气质量中所含的水蒸气质量称为湿空气的绝

17、对湿度称为湿空气的绝对湿度。 )kg/m( 3TRpVmvvvv相对湿度相对湿度 ：湿空气的绝对湿度与同温度下饱和：湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度的比值。空气的饱和绝对湿度的比值。svsvpp = 1 饱和湿空气饱和湿空气 =0 干空气干空气 0 1 超音速超音速M=1 临界音速，简称音速临界音速，简称音速M 0dp0导致导致dc 0导致导致喷管中的喷管中的流动特性流动特性扩压管中扩压管中的流动特性的流动特性22110chhpccTT2211011010kkTTpp三、定熵滞止参数三、定熵滞止参数将具有一定速度的气流在将具有一定速度的气流在定熵条件定熵条件下下扩压，使其扩压，

18、使其流速降低为零时流速降低为零时的参数。的参数。定义：定义：参数表达式：参数表达式：110110kTTvv下角标为下角标为0的是的是定熵滞止参数定熵滞止参数下角标为下角标为1的的是是进口参数进口参数四、喷管的出口流速四、喷管的出口流速 m/s )(2 )(221212TTchhcpn喷管出口流速喷管出口流速c2的大小决定于进口状态参数（的大小决定于进口状态参数（p1、T1、v1）、定熵膨胀过程的压力比）、定熵膨胀过程的压力比p2/p1及气体的比及气体的比热容比。与喷管出口截面积热容比。与喷管出口截面积f2的大小的大小无关无关。出口截出口截面积的大小决定喷管的质量流量而非出口流速。面积的大小决定

19、喷管的质量流量而非出口流速。kkkkppvpkkppRTkkc1121111212112112五、五、临界压力比计算临界压力比计算1ppc528. 0对双原子气体：对双原子气体： 六、六、临界流速计算临界流速计算cccpcckRTaTTchhc1122七、渐缩喷管的校核计算七、渐缩喷管的校核计算12bpp 2cbpp cbpp cpp 2八、渐缩渐扩喷管的校核计算八、渐缩渐扩喷管的校核计算p2等于等于pb九、喷管的设计计算九、喷管的设计计算fpkTpb、00已知已知00ppppcbcbpp 1）当当 即即 采用渐缩喷管。采用渐缩喷管。00ppppcbcbpp 2）当当 即即 采用渐缩渐扩喷管。

20、采用渐缩渐扩喷管。 外形选择外形选择十、绝热节流的特点十、绝热节流的特点 节流过程不可逆节流过程不可逆12ss 节流前后流体的焓不变节流前后流体的焓不变12hh 节流后压力下降、比体节流后压力下降、比体积增大积增大1212vvpp12111chp222chpchpq 注意注意1：绝热节流过程：绝热节流过程前后前后的焓相等，但的焓相等，但过程绝不是等焓过程。过程绝不是等焓过程。在缩孔附近，流速在缩孔附近，流速 ，焓，焓q 注意注意2：定焓线不是绝热节流过程线，只是：定焓线不是绝热节流过程线，只是节流元件一定距离以外，处于平衡状态同一节流元件一定距离以外，处于平衡状态同一焓值流体的状态点的连线。焓

21、值流体的状态点的连线。第十章第十章 动力循环动力循环朗肯循环朗肯循环简化（理想化）：简化（理想化）：12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 冷凝器冷凝器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵冷凝器冷凝器一、郎肯循环一、郎肯循环二、提高朗肯循环热效率的基本途径二、提高朗肯循环热效率的基本途径121mtTT提高朗肯循环热效率的基本途径是提高朗肯循环热效率的基本途径是：提高等效：提高等效卡诺循环的平均吸热温度；降低冷凝放热温度卡诺循环的平均吸热温度；降低冷凝放热温度（排汽温度）。（排汽温度）。提高蒸汽压力和温度提高蒸汽压力

22、和温度 sT654321 1 6 5 4 2t1 , p2不变不变，p1缺点缺点： 金属强度要求耐高压、金属强度要求耐高压、强度要求比以前更高强度要求比以前更高 不利于汽轮机不利于汽轮机安全。一般要求出口干安全。一般要求出口干度大于度大于0.85 0.88。2x优点优点： ，汽轮机出口尺汽轮机出口尺寸小。寸小。t2v1mTp1 , p2不变不变，t1sT654321 1 2缺点缺点： 对耐热要求提高，目前对耐热要求提高，目前最高初温一般在最高初温一般在550左左右。右。 ，汽轮机出口尺，汽轮机出口尺寸增大。寸增大。2vt优点优点： ，有利于汽轮机安全。有利于汽轮机安全。2x1mTp1 , t1

23、不变不变，p2sT654321 2 4 3优点优点： t2T缺点缺点：受环境温度限制，现在受环境温度限制，现在大型机组大型机组p2为为34kPa，相应的饱和温度约为相应的饱和温度约为27 33 ，已接近事实上可，已接近事实上可能达到的最低限度。冬能达到的最低限度。冬天热效率高。天热效率高。Ts65431ba2 循环热效率：循环热效率：)()()()(31121babatt-hh-hh-hh-hhqw 2 再热循环本身再热循环本身不一定不一定提高循环热效率提高循环热效率 与与有关，要有关，要保证再热循环的平均吸保证再热循环的平均吸热温度大于原来朗肯循热温度大于原来朗肯循环的平均吸热温度。环的平均吸热温度。 再热循环可以使乏汽再热循环可以使乏汽干度得到提高干度得到提高第十一章第十一章 制冷循环制冷循环1234TsT3T11234p1 2 定熵压缩定熵压缩2 3 等压冷却等压冷却3 4 定熵膨