第1章 工程热力学回顾

第0章工程热力学І

回

顾一、基本概念1、工程热力学研究对象2、热能转变为机械能的共同途径——由媒介物通过吸热—膨胀作功—排热

3、系统——人为分割出来，作为热力学研究对象的有限物质系统。★闭口系（控制质量CM）—没有质量越过边界。★开口系（控制体积CV）

—通过边界与外界有质量交换★绝热系—与外界无热量交换;

孤立系—与外界无任何形式的质能交换。★简单可压缩系—由可压缩物质组成，无化学反应、与外界只有交换容积变化功的有限物质系统。4、热力学状态—系统宏观物理状况的综合

状态参数—描述物系所处状态的宏观物理量

a)状态参数是宏观量，只有平衡态才有状参。b)状态参数的特性—状态的单值函数物理上—与过程无关；数学上—其微量是全微分c)

状态参数分类

—

广延量；强度量d)系统两个状态相同的充要条件：所有状参一一对应相等简单可压缩系：两个独立的状态参数对应相等5、平衡状态：

若无外界影响系统保持状态参数值不随时间改变的状态。热力平衡的充要条件—系统同时达到热平衡和力平衡。6、可逆过程

★准静态过程：

偏离平衡态无穷小，随时恢复平衡的状态变化过程。进行条件：破坏平衡的势无穷小★可逆过程：系统可经原途径返回原来状态而在外界不留下任何变化的过程。★可逆=准静态+没有耗散效应★一切实际过程不可逆——内部可逆过程7、功

★热力学定义：通过边界传递的量其全部效果可表现为举起重物。★可逆过程功计算：★有用功8、热量

定义：仅仅由于温差而通过边界传递的能量。9、热力循环定义：封闭的热力过程特性：一切状态参数恢复原值内可逆循环：二、气体的性质1、理想气体★状态方程★比热容★迈耶公式和比热容比★利用比热容计算热量★理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数★理想气体的熵理想气体变比热熵差计算2、水蒸气★饱和状态★使未饱和液达饱和状态的途径：★干度——湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用x表示。★水定压加热汽化过程一点：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★水和水蒸气状态参数▲规定：三相点液态水热力学能及熵为零▲湿饱和蒸汽：

由ts（或ps）与x共同确定▲未饱和水和过热水蒸气▲饱和水合干饱和蒸汽三、热力学第一定律和热力学第二定律1、热力学第一定律★第一定律的实质：能量守恒与转换定律在热现象中的应用。★总（储存）能和热力学能★焓▲推动功和流动功

推动功：系统引进或排除工质传递的功量。流动功：系统维持流动所花费的代价▲焓——引进或排出工质而输入或排出系统的总能量。★技术功★热力学第一定律基本表达式加入系统的能量总和-热力系统输出的能量总和

=热力系总储存能的增量▲对于可逆过程▲对于循环★闭口系基本能量方程式★稳定流动能量方程2、热力学第二定律★自发过程的方向性自发过程的反方向过程并非不可进行，要有附加条件；并非所有不违反第一定律的过程均可进行。能量转换方向性的实质是能质有差异无限可转换能—机械能，电能部分可转换能—热能不可转换能—环境介质的热力学能

能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件—补偿过程，其总效果是总体能质降低。★第二定律的两种典型表述▲克劳修斯叙述——热量不可能自发地不花代价地从低温物体传向高温物体。▲开尔文—普朗克叙述——不可能制造循环热机，只从一个热源吸热，将之全部转化为功，而

不在外界留下任何影响。3、卡诺循环和卡诺定理★卡诺循环及其热效率▲▲第二类永动机不可能制成；▲★卡诺定理定理1：在相同温度的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪种工质也无关。定理2：在同为温度T1的热源和同为温度T2的冷源间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环热效率。理论意义：

1）提高热机效率的途径：可逆、提高T1，降低T22）提高热机效率的极限。★逆向卡诺循环概括性卡诺循环★多热源可逆循环▲平均吸（放）热温度1）Tm仅在可逆过程中有意义▲多热源可逆循环循环热效率归纳：4、热力学第二定律的数学表达式★克劳修斯积分可逆“=”不可逆“<”

1）Tr是热源温度

2）工质循环，故q的符号以工质考虑。★第二定律的数学表达式可逆“=”不可逆，不等号5、熵方程与孤立系统熵增原理★熵流和熵产吸热“+”放热“–”系统与外界换热造成系统熵变化。sg—熵产，非负不可逆“+”可逆“0”系统进行不可逆过程造成系统熵的增加

★熵方程考虑系统与外界发生质量交换，系统熵变除（热）熵流，熵产外，还应有质量迁移引起的质熵流，所以熵方程应为：流入系统熵-流出系统熵+熵产=系统熵增熵方程核心：

熵可随热量和质量迁移而转移；可在不可逆过程中自发产生。由于一切实际过程不可逆，所以熵在能量转移过程中自发产生（熵产），因此熵是不守恒的，熵产是熵方程的核心。★孤立系统熵增原理▲闭口系熵方程：闭口绝热系▲稳定流动开口系熵方程▲孤立系统熵增原理可逆，“=”不可逆“>”孤立系统熵增原理：

孤立系内一切过程均使孤立系统熵增加，其极限—一切过程均可逆时系统熵保持不变。●一切实际过程都不可逆，所以可根据熵增原理判别过程进行的方向；●孤立系统中一切过程均不改变其总内部储能，即任意过程中能量守恒。但各种不可逆过程均可造成机械能损失，而任何不可逆过程均ΔSiso>0，所以熵可反映某种物质的共同属性。●孤立系熵增意味机械能损失。6、系统的作功能力（）及熵产与作功能力损失★热源热量的可用能

1）qa是环境条件下热源传出热量中可转化为功的最高分额，称为热量，qa与热源放热过程特征有关；

2）qun是理想状况下热量中仍不能转变为功的部分，是热能的一种属性，环境条件和热源确定后不能消除减少称为热量；

3）与环境有温差的热源传出的热量具备作功能力，而环境介质中的内热能全部是废热。★定质量物系的作功能力

●相对于p0，T0，

wu,max是状态参数，称之为热力学能，用Ex,U（ex,U）表示。●从状态1状态2，闭口系的最大有用功。3）真空系统作功能力★稳流工质的作功能力

●

对于p0、T0，wu,max仅取决于状态，称之为焓

，Ex,H（ex,H）。●●若考虑动能，则称之为物流★熵产与系统作功能力（）损失四、气体的热力过程和循环1、理想气体的基本热力过程★过程方程★在p-v图及T-s图上表示多变过程★比热容★★w，wt和q★多变指数★参数在状态参数图上的变化及△h在T-s图上表示2、压气机的热力过程★压气机耗功▲压气机生产量通常用单位时间里生产气体的标准立方米表示，不同于进气或排气状态。★余隙容积的影响▲容积效率▲余隙容积对理论耗功的影响余隙存在使1）生产量下降

2）实际耗功增大★多级压缩和级间冷却★定温效率★绝热内效率3、水蒸气的基本过程过程中状态参数确定—图表或专用程序计算。功、热量的计算式：★定压过程▲热量▲汽化潜热★定熵过程水蒸气★定体积过程4、活塞式内燃机的理想循环★空气标准假设气体动力循环中工作流体理想气体空气定比热燃烧和排气过程吸热和放热过程燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计★混合加热理想循环▲特性参数▲循环热效率▲定压加热理想循环▲定容加热理想循环★活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较▲压缩比相同，吸热量相同时的比较▲循环pmax