热力学前四章复习

前四章复习第十次课1第一章核心内容1、热能和机械能转换的特点？2、能识别热力系以及合理选择热力系分析实际问题；3、状态和状态参数，状态参数的特点？哪些参数为状态参数？4、过程量和状态量？强度量和广延量？举例。5、稳定、平衡、均匀定义和相互关系？举例。6、可逆过程和不可逆过程？可逆和准平衡的关系？7、准静态过程的定义？为什么引入准静态过程？8、功的定义和计算（可逆过程和不可逆过程）？9、熵的定义？10、功和热量的p-v图和T-s表示？可逆过程和不可逆过程的p-v图和T-s表示，过程线下投影的意义？方向？——看书和作业时需要注意的关键点2热力学能、总能的定义；热力学第一定律的实质；文字表述式；能量方程；热力学第一定律的两个解析式（对能量方程的简化）；注意两个解析式是等价的，只是第一解析式通常用于闭口系。第二解析式常用于开口系而已；注意区别推动功、流动功、容积变化功、技术功、轴功和内部功，相互联系；计算时注意通常设备对外输出的功为轴功；设备消耗的功为技术功，如压气机耗功为技术功；掌握常用热力设备的特点，如锅炉、汽轮机、压缩机、喷管、阀门等熟练利用能量方程对实际设备进行简化获得设备的能量方程；绝热节流的能量方程；第二章核心内容——看书和作业时需要注意的关键点3理想气体——理想气体的两点假设；理想气体状态方程；实际气体看作理想气体的条件；比热容的定义；定压比热和定容比热的推导和物理意义；迈耶公式及其适用条件；理想气体的热力学能、焓和熵的计算公式、使用条件；实际气体——水蒸气的p-v和T-s图，一点、两线、三区和五态；水蒸气的p-v和T-s图上的过程线；会在水蒸气的p-v和T-s图上表示热力过程，如锅炉中从过冷水到过热蒸汽的过程掌握水蒸气图表的使用方法；第三章核心内容——看书和作业时需要注意的关键点41、各种理想气体热力过程的过程方程；2、各种理想气体热力过程p-v图，T-s图上表示；3、理想气体各种可逆过程的特性，利用过程方程和状态方程以及热力学第一定律计算参数变化，功，热的计算。4、p-v图，T-s图上的表示热量、功、热力学能变化以及焓变化第四章核心内容——看书和作业时需要注意的关键点5第一章基本概念1热力系和工质2平衡状态和稳定状态3状态参数和过程参数4准平衡过程和可逆过程5热量和功6热力循环61热力系(1)定义：认为选取的一定范围内的物质作为研究对象。→边界和外界(2)分类：闭口系—和外界无物质交换；开口系—和外界有物质交换；绝热系—和外界无热量交换；孤立系—和外界无任何能量和物质的交换；简单可压缩系—热力系由可压缩流体构成，与外界只有可逆体积变化功的交换。7(3)工质定义：能够实现能量相互转换的媒介物。充当工质的最基本条件是：

要有好的流动性和受热后有显著的膨胀性，并有较大的热容量及安全可靠。工程中最适于充当工质的是气体或由液态过渡为气态的蒸汽；如蒸汽轮机中的蒸汽，内燃机中的燃气，制冷装置中的氨蒸气等。82平衡状态和稳定状态平衡状态定义：没有外界作用的情况下工质宏观性质可长久保持不变的状态。实现平衡的充要条件：系统内部及系统与外界之间各种不平衡势差消失。注意：在平衡状态下，参数不随时间变化只是现象，不能作为判断系统是否平衡的条件，只有系统内部以及系统和外界之间没有任何不平衡势差时才能实现平衡的本质。例：稳态导热。9稳定状态定义：系统参数不随时间变化而改变。它无须考虑参数保持不变是如何实现的。思考题1-3(p30)：平衡状态和稳定状态的的区别和联系？

平衡状态＝稳定状态＋系统内部系统内部与外界之间所有不平衡势差消失103状态参数和过程参数状态参数：描述系统工质状态的客观物理量。只和初、终状态有关。常用状态参数：p,v,T,u,h,s过程参数：和过程有关的物理量，取决于工质经历的过程。常用状态参数：w,q思考题：

?11思考题1-13(p32)：1)在示功图中，只有可逆过程才能用其下面对应的面积表示膨胀功。2)对于不可逆过程，不能用其下面对应的面积表示膨胀功。3)功是过程量。思考题：对于不可逆过程，其热量可以在示热图(T-s图)上表示吗？热力学能和焓呢？124准平衡过程和可逆过程引入背景：热能和机械能的转换由工质状态变化完成。实际过程都是不平衡过程，而热力学仅对平衡状态进行描述，因此为了将“过程”和“平衡”这两个矛盾的概念统一起来，引入“准平衡过程”的概念。定义：在无限小势差的推动下，由一系列连续的平衡态组成的过程。13可逆过程：如果系统完成某一过程后，再沿原来的路径逆向进行时，能够使系统和外界都返回到原来的状态而不留下任何变化，即为可逆过程。两者区别：

可逆过程＝准平衡过程＋无任何耗散效应145热量和功热力过程中，能量交换的方式有两种：做功和传热。功和热量都是系统和外界通过边界传递的能量，只有在传递过程中才有意义，是过程量。可逆过程的功和热量在p-V示功图和T-s示热图上的表示。156热力循环定义：由一个初态出发，经过一系列热力过程后，又回到原来的的初态，称为热力循环。目的：实现预期连续的能量转换。按性质分两类：

正向循环(动力循环)

逆向循环(制冷循环或热泵循环)循环的经济指标：工作系数＝受益/代价16第二章热力学第一定律1热力学第一定律的实质2储存能3迁移能－功和热量4焓5闭口系的能量方程6稳定流动系的能量过程7一般开口系的能量方程171热力学第一定律的实质实质：能量转换和守恒定律。热力学第一定律的表述：

(1)当热能和其他形式的能量互相转换时，能的总量保持不变。

(2)第一类永动机是不可能造成的。表达式：系统储存能的变化＝进入系统的能量－离开系统的能量182储存能(1)系统内部储存能－热力学能定义：储存于系统内部的能量，通常包括：

1)分子热运动形成的内动能。它是温度的函数；

2)分子间相互作用形成的内位能，它是比体积和温度的函数；

3)维持一定分子结构的化学能、原子核内部的院子能以及电磁场作用下的电磁能等。19热力学能是状态参数。若工质由初态1变化到终态2，热力学能变化为：若工质经历循环变化，热力学能变化为零，即20(2)外部储存能包括系统的宏观动能和重力位能，即(3)系统的总储存能213迁移能－功和热量膨胀功(体积变化功)W推动功pv和流动功Wf轴功Ws技术功Wt—工程技术可资利用功思考题：1)推动功能否出现在闭口系中？2)气体流入真空容器，是否需要推动功？224焓工质流动过程中，除热力学能外，总伴有推动功，把二者结合起来，定义为焓。即焓是状态参数，与工质是否流动无关。思考题：1)闭口系中工质有没有焓值？235闭口系的能量方程闭口系能量方程的几种形式：1kg工质经过有限过程：1kg工质经过微元过程：mkg工质经过有限过程：mkg工质经过微元过程：注意：以上各式对任意工质，任意过程都适用。24对于可逆过程，因1kg工质经过有限过程：1kg工质经过微元过程：mkg工质经过有限过程：mkg工质经过微元过程：256稳定流动系的能量方程(1)稳定流动的判断:1)进出口截面的参数不随时间而变；

2)系统与外界交换的功量和热量不随时间而变；

3)工质的质量流量不随时间而变，且进出口处的质量流量相等。26(2)能量方程1kg工质经过有限过程：1kg工质经过微元过程：mkg工质经过有限过程：mkg工质经过微元过程：277一般开口系的能量方程一般开口系：控制体积可胀缩的、空间各点参数随时间变化非稳定流动系统。如充气、抽气过程。若干股流进，若干股流出；单位时间的情况；根据能量转换和守恒定律，可得热力学第一定律的另一种表达式：28第三章气体和蒸汽的性质1理想气体的概念和状态方程式2理想气体的比热容3理想气体的热力学能、焓和熵4水蒸气的基本概念5水蒸气的汽化过程和临界点6水和水蒸气的状态参数7水蒸气表和图291理想气体的概念和状态方程式(1)理想气体的两点假设：

1)气体的分子是一些弹性的、本身不占体积的质点；

2)分子相互之间不存在作用力。理想气体状态方程式：302理想气体的比热容比热容定义摩尔热容Cm体积热容C’比定压热容cp比定容热容cv比热容、摩尔热容和体积热容的关系：迈耶公式：31比热容与温度的关系：(1)真实比热容(2)平均比热容(3)定值比热容计算误差逐渐增大，计算选用那种方式视计算精度要求而定。323理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能和焓是温度的单值函数，即比热容按照前面的方法计算，具体选则视计算精度确定。33状态参数熵定义式：对于理想气体可逆过程，熵变为思考题：1)绝热过程得熵变为零吗？2)可逆绝热过程得熵变为零吗？344水蒸气的基本概念蒸发和沸腾

物质由液相变成气相（蒸气）的过程称为汽化。由蒸气变成液体的过程叫做凝结。液体的汽化有两种不同的方式：蒸发和沸腾。在液体表面进行的比较缓慢的汽化叫做蒸发。对液体加热，当液体达到一定温度时，液体内部便产生大量气泡，气泡上升到液面破裂而放出大量蒸汽，这种在液体表面和内部进行的剧烈汽化现象称为沸腾。液体沸腾时的温度叫做沸点。35饱和状态和饱和温度、饱和压力

当单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态，这时虽然蒸发和凝结仍在进行，但空间中蒸气分子的密度不再增大，此时的状态称为饱和状态。饱和状态下的液体和蒸气的温度称为饱和温度，与饱和温度相对应的饱和蒸气的压力称为饱和压力。36水的临界参数和三相点参数

水的临界参数值为：临界温度tcr=373.99℃（tc=647.14K）；

临界压力pcr=22.064MPa；

临界比体积vcr=0.003106m3/kg。

水的三相点温度和三相点压力为：

ttp=0.01℃（Ttp=273.16K）；

ptp=611.659Pa。

37汽化潜热

在一定温度下1kg饱和液体全部转变为同温度的蒸气所吸收的热量称为汽化潜热，或简称为汽化热，用符号r表示，单位是kJ/kg。

例如：水在100℃时的汽化潜热为2257.2kJ/kg。38一点临界点两线上界限线下界限线三区液汽液共存汽五态未饱和水饱和水湿蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽5水蒸气的汽化过程和临界点39

●水和水蒸气的状态参数可按不同区域，由给出的独立状态参数通过实际气体状态方程及其他一般关系式计算（通常由计算机计算）或查图表确定。●在动力工程中水蒸气不宜利用理想气体性质计算5水和水蒸气状态参数40一、零点规定规定：三相点液态水热力学能及熵为零可近似为零41二、未饱和水（t，p）●查图表或由专用程序计算三、

饱和水和饱和水蒸气(ps和ts)

查图表或由专用程序计算●压力不太高时，可近似四、

过热蒸汽（p，t）注意：过热蒸汽不可用类似未饱和水的近似式，因cp变化复杂。查图表或由专用程序计算。42五、

湿饱和蒸汽由ts（或ps）与x共同确定：x较大时未饱和水过热蒸汽湿饱和蒸汽43第4章气体和蒸汽的基本热力过程1气体的基本热力过程2蒸汽的基本热力过程441气体的基本热力过程基本热力过程