工程热力学-总复习

工程热力学总复习第一章基本概念热力系统：人为地分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。外界：系统周围物质的统称。边界(界面)：热力系与外界的分界面。 界面可以是真实，也可以是虚拟的；可以是固定，也可以是变化（运动）的。闭口系统:与外界无物质交换，又称控制质量。开口系统:与外界有物质交换，又称控制体积。绝热系统:与外界无热量交换。孤立系统:与外界无能量交换又无物质交换。可以理解成闭口+绝热，但是实际上孤立系统是不存在的。状态：把系统中某一瞬间表现的工质热力性质的宏观状况，称为工质的热力状态，简称状态。状态参数：描述工质状态特性的一些宏观物理量称为工质的状态参数。具有以下特征：状态确定，则状态参数也确定，反之亦然—单值函数。状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关—点函数。其微元差是全微分。 常用的状态参数：P、T、V、U、H和S;

基本状态参数，需要掌握①温标转换②压力测量（转换）③比体积与密度的转换。系统在不受外界的影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称平衡状态。系统内部及系统与外界之间的一切不平衡势差（力差、温差、化学势差）消失是系统实现热力平衡状态的充要条件。平衡与稳定：如果系统是在外界作用下保持状态不变，则不属于平衡状态，如稳态导热。稳定不一定平衡，但平衡一定稳定。平衡与均匀：侧重点不一样，平衡强调时间上稳定不变，均匀强调空间各点的参数值相同。平衡不一定均匀，单相平衡态则一定均匀。准平衡过程和可逆过程。可逆＝准平衡过程＋无摩擦和其它任何损耗只有准平衡过程才能在坐标图中用连续的曲线表示。功和热是过程量 ，其在状态参数坐标图上的表示。sT1s1T12s2T2vp1v1p12v2p2动力循环:热效率制冷循环：制冷系数制热循环：制热系数第二章热力学第一定律热力学第一定律的能量方程式在工程上应用很广，但首先要对其不同的形式进行有较为全面的认识：从闭口系推导，与开口系方程形式不同，实质相同在闭口、开口系均成立，应用于闭口系时，不存在推动功p1v1、p2v2，轴功wi要变为膨胀功w，开口、闭口系统；稳定、不稳定流动；可逆、不可逆过程。第二章热力学第一定律一、动力机：wi=-△h=h1-h2=wt工质在其中膨胀，其对外输出的净功等于工质进出口焓降二、压气机：wC=-wi=△h=h2－h1=－wt工质在其中被压缩，外界对其做功全部转变为工质焓增。三、换热器：q=△h=h2-h1工质与外界交换的热量主要用于改变其的焓值。四、管道：1/2（cf22－△cf12）=h1-h2工质的焓降用于增加其自身动能。五、节流：h1=h2节流前后工质的焓值保持不变。第二章热力学第一定律第三章气体和蒸汽性质

比热定义迈耶公式比热容比(绝热指数)，按分子运动理论非定值第三章气体和蒸汽性质第四章气体和蒸汽的热力过程定容过程：过程方程式p,v,T关系u,h,s计算能量交换V=ConstantV第四章理想气体的热力过程定压过程：过程方程式p,v,T关系u,h,s计算能量交换p=ConstantP第四章理想气体的热力过程定温过程：过程方程式p,v,T关系u,h,s计算能量交换T=ConstantT第四章理想气体的热力过程定熵过程：过程方程式p,v,T关系u,h,s计算能量交换S第四章理想气体的热力过程多变过程：过程方程式p,v,T关系u,h,s计算能量交换要会求多变过程比热容sTvp四个基本热力过程在p-v,T-s图上的表示各种特征多变过程在p-v和T-s图上表示在T-s图上用图形面积表示Δu和Δh和w,wt

加热汽化过程在p－v图和T－s图上可归纳为：一点：临界点

二线：饱和水线和饱和蒸汽线；

三区：过冷水区、湿蒸汽区及过热蒸汽区；

五态：过冷水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽及过热蒸汽。pTa’’b’’c’’d’’e’’a’’b’’c’’d’’e’’abcdeabcdea’b’c’d’e’a’b‘c’d’e’饱和水线饱和水线饱和蒸汽线饱和蒸汽线临界点临界点pcr=22.064MPaTcr=647.14K第五章热力学第二定律开尔文表述克劳修斯表述卡诺定理开尔文－普朗克说法 不可能制造出从单一热源吸热、使之全部转化为功而不留下其他任何变化的循环工作的热力发动机。克劳修斯说法 热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。卡诺定理定理一：在相同温度的高温热源和相同温度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。定理二：在温度同为T1的热源和同为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。<1>

在两个热源间工作的一切可逆循环，它们的热效率相同，与工质的性质无关，只决定于热源和冷源的温度，且都等于卡诺循环的热效率

t；<2>

温度界限相同，但具有多于两个热源的可逆循环，其热效率低于卡诺循环；<3>

不可逆循环的热效率小于同样条件下的可逆循环。克劳修斯积分＝0，可逆循环

<0,不可逆循环

>0,不可能＝，可逆>,不可逆<,不可能熵的影响因素有：换热、不可逆损耗、物流£òrTQd0循环过程闭口系统绝热闭口系第五章热力学第二定律第五章热力学第二定律熵变熵流熵产不可逆可逆不可能第七章气体和蒸汽的流动气体在绝热流动过程中，因某种物体的阻碍而使流速降低为零的过程称为绝热滞止过程。滞止焓滞止温度：第七章气体和蒸汽的流动压力波的传播过程作定熵过程处理：因此，音速不是一个固定不变的常数，它与气体的性质及其状态有关，也是状态参数。在喷管中，各个截面上气体的状态是在不断变化着的，所以各个截面上的音速也在不断变化--当地音速马赫数第七章气体和蒸汽的流动图8-3喷管(dp<0,dv>0,dcf>0)Ma<1Ma>1Ma<1Ma>1Ma＝1dA<0

渐缩dA>0

渐扩dA<0dA=0dA>0

缩放

Ma<1Ma=1Ma>1Ma<1→Ma>1喷管dA<0dA=0dA>0dA<0→dA>0dcf>0渐缩临界截面渐扩缩放（拉伐尔）扩压管是使工质流过后，速度降低而压力升高的设备。气体在扩压管中的能量转换过程，正好和喷管中的过程相反喷管的计算（状态判断、出口面积、出口速度）和选型νcr=0.528双原子理想气体，若比热容取定值k=1.4νcr=0.546过热蒸汽k=1.3νcr=0.577干饱和蒸汽k=1.135关键：状态判断(习题8-2)流量按最小截面（即收缩喷管的出口截面，缩放喷管的喉部截面）来计算0aqmcb图8-7喷管流量qm临界临界流量喷管两种计算设计计算校核计算已知进口参数(p1、t1)、出口背压(pb)、流量qm

喷管形状、尺寸(A2、Acr)、进口参数(p1、t1)、出口背压(pb)求喷管形状、尺寸(A2)、出口参数(t2、cf2)出口参数(t2、cf2)、流量qm

关键

p2=pb

p2≥pcr

渐缩喷管

p2＜pcr

缩放喷管缩放喷管p2=pb

渐缩喷管p2=pcr

(p2＜pcr)；p2=pb

(p2＜pcr）

第七章气体和蒸汽的流动了解背压变化时喷管内流动过程：渐缩喷管1.pb>pcr，气体能够完全膨胀，p2=pb

。AB2.pb＝pcr，刚好完全膨胀，p2=pb=pcr

。达到当地声速cf,cr，和最大流量qm,max。AC3.pb<pcr，膨胀不足。p2=pcr和cf,cr、qm,max

。ACDDpABCp0p2pbpcrDp0p2pbpABCGEFp0缩放喷管1.pb＝设计出口压力p2:ABC。

2.pb<p2，膨胀不足:CD。3.pb>p2:过度膨胀:EG。三种理想压缩过程两个极限的压气过程：即绝热压缩和等温压缩。+多变压缩过程（1<n<k），压缩过程有热量传出，气体温度也有所升高。特点：vpP11P22T2s2nsTP11P22s2n2T图

压缩过程的p-v图和T-s图第八章压气机的热力过程多级压缩和级间冷却的优点：耗功↓、终温↓、高压气缸比体积↓，直径↓。

最佳压缩比：<1>每级压气机所需的功相等。<2>每个气缸中气体压缩后所达到的最高温度相同（T2=T3）。<3>每级向外排热量相等，而且每一级的中间冷却器向外排热量也相等。VpP11P223egf2’3’Pm3T图

两级压缩、中间冷却压气机示意图（b）第八章压气机的热力过程Vc就是余隙容积容积效率增压比π↑,ηV↓;Vc/Vh↑,ηV↓。显然，当π或Vc/Vh增大到某一值时，可能使ηV＝0。即余隙容积的存在限制了增压比的提高。Vp4132gf06V=V1-V4·Vh=V1-V3VcV4-V6第八章压气机的热力过程活塞式压缩机的评价指标：叶轮式压气机的评价指标：定温效率绝热效率可逆定温压缩过程耗功实际压缩过程耗功可逆绝热压缩过程耗功实际压缩过程耗功压缩比(compressionratio)定容增压比(pressureratio)定压预胀比

(cutoffratio)第九章气体动力循环第九章气体动力循环绝热膨胀绝热压缩定压吸热定容吸热定容放热绝热膨胀绝热压缩定压吸热定容吸热定容放热混合加热循环第九章气体动力循环定容加热循环绝热膨胀绝热压缩定容放热绝热膨胀绝热压缩定容吸热定容放热定容吸热第九章气体动力循环定压加热循环绝热膨胀绝热压缩定压吸热定容放热绝热膨胀绝热压缩定压吸热定容放热

活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较一、压缩比相同，吸热量相同时的比较或二、循环pmax、Tmax相同时的比较或燃气轮机布雷顿(Brayton)循环

热效率：绝热膨胀3214pfe0v绝热压缩定压吸热定压放热3n214msT0p2p1绝热压缩定压吸热定压放热绝热膨胀朗肯循环在卡诺循环的基础上构建的朗肯循环；po48p1p26172v3(2’)5To43(2’)856127s1—2：汽轮机中绝热膨胀2—3：冷凝器中定压冷凝3—4：给水泵中绝热压缩4—5—6：锅炉中定压加热6—1：过热器中定压加热第十章蒸汽动力循环装置1、初温T1对热效率的影响。T43(2`)O5611a22as图11-3初温t1对ηt的影响优点：循环吸热温度，，有利于汽机安全。缺点：

对耐热及强度要求高，目前最高初温一般在550℃左右，很少超过600℃;

汽机出口尺寸大1T2ax2avth2、初压p1对热效率的影响T5a6a1a15643(2`)2a2s98O图11-4初压p1对ηt的影响7缺点：

对强度要求高

不利于汽轮机安全。一般要求出口干度大于88％。提高初压将使绝热膨胀终点的干度下降。因为提高初温能提高乏汽的干度,所以提高初压和提高初温应同步进行。th2av2ax1T优点：循环吸热温度，，汽轮机出口尺寸小再热循环再热后膨胀到相同的背压时的干度x2增高，给提高初压创造了条件。 再热循环本身不一定提高循环热效率，循环热效率与再热压力有关。效率随着再热压力的升高而升高（平均吸热温度↑），但再热压力↑对x2的改善作用较少。并且再热压力↑减少再热循环占基本循环的比例。Ts0543(2`)6b1ac2图11-9再热循环的T-s图即分子、分母均加上（ha-hb）。第十一章制冷循环制冷系数：热泵系数：逆向卡诺循环工程上把制冷系数称为制冷装置的工作性能系数，用COP表示。第十一章制冷循环工程上气体的定温加热和定温排热不易实现，故用定压加热和定压排热代替，可视为布雷顿循环的逆循环，3vo142p9`44`s1`o3T20T71cT9658定压放热定压加热绝热膨胀绝热压缩回热式空气制冷循环同温限，使增压比可以降低！①可以使用大流量、压比不能很高的叶轮式压气机和膨胀机，循环既有较高的制冷系数，又有较大的制冷量。

②此外，由于不应用回热时，在压气机中至少要把工质从TC压缩到T0以上才有可能制冷（因工质要放热给大气环境）。而在气体液化等低温工程中，TC和T0之间的温差很大，这就要求压气机有很高的π，叶轮式压气机很难满足这种要求。应用回热则解决这一困难。③由于π减少，压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响也可减小。gkm065`53`4312nsTT0TcTmax压缩蒸汽制冷循环利用压缩蒸汽制冷循环的2个特点：湿蒸汽区的定压即等温；蒸汽定压比热容比空气大。一般不使用理论上最经济的逆向卡诺制冷循环7-3-4-6-7：避免7的湿蒸汽状态→1使用简单、可靠节流阀4-5的不可逆过程代替膨胀机的4