工程热力学考试总复习总结知识点

工程热力学总复习工程热力学的基本内容框架工程热力学的特点概念多：且其物理意义在不同使用场合中又有不同的延伸功的概念,既有准静功,又有容积功;容积功又可分为膨胀功和压缩功;此外还有技术功、流动功、推动功、轴功等。又如热容的概念,既可按热力过程的异同分为定压比热容和定容比热容;循环的概念,按其完成循环的热力过程不同就可分为卡诺循环、朗肯循环、布雷顿循环、奥托循环、笛塞尔循环、劳伦斯循环、埃尔逊循环、斯特林循环等九个之多工程热力学的特点公式多：就是同一个公式,在不同的应用背景和使用工况下,又有诸多表达形式。比如热力学第一定律,既有开口系统的热力学第一定律表达式,又有应用于闭口系统的热力学第一定律;既有第一解析式,又有第二解析式;既有稳定流动热力学第一定律表达式,又有适用于非稳定流动热力学第一定律的方程式等。此外,比如关于熵计算的方程式、计算焓的方程式、热量方程和内能方程等,针对于不同的应用条件,它们又都有好几个不同的表达形式。工程热力学的特点内容多：“一种工质、两个基本定律、三个守恒方程、四个热力过程、五方面应用”。一种工质是指理想气体,包括理想气体的定义、性质、状态参数、状态方程等;两个基本定律是热力学第一定律和第二定律,包括了定律的定性和定量表达及有关应用等;三个守恒方程是指质量守恒方程、能量守恒方程和熵守恒方程等,这是热工分析计算的基础;四个热力过程指的是定温、定压、定容和绝热等四个基本热力过程。包括过程的特点、过程中状态参数的变化、热量和功量(机械功)的转化情况等;五方面的应用包括了气体的流动压缩、水蒸汽及其热力过程、湿空气及空调过程、动力循环和制冷循环等。基本内容绪论基本概念热力学第一定律理想气体的性质理想气体的热力过程热力学第二定律实际气体的性质及热力学一般关系式水蒸气气体与蒸气的流动蒸气动力循环装置制冷循环湿蒸气0绪论熟练掌握：能量有效利用的基本途径和方法。热功转换装置的工作原理及其共性。各物理量的单位及国际单位制与公制间换算正确理解：工程热力学的研究对象、目的、主要内容和方法。要点：能源概念以及自然界可被人们利用的能量主要是。。。能量有效利用的基本途径和方法：加热和作功研究对象：能量转换研究的主要内容：p3热力学研究方法：宏观和微观，p3；单位制第一章教学大纲要求工程热力学中常用的一些术语、概念和分析方法。状态参数及其特性。热力参数坐标图。熟练掌握

正确理解

热力参数只确定于状态而与途径无关。讲清功与热量都是通过边界面所传递的能量，它们都不是状态参数。第一章基本概念1、平衡状态2、实现平衡的充要条件（只有系统内外一切不平衡均消失，才是实现不平衡的本质）3、平衡和均匀也是两个不同的概率平衡必稳定，而稳定未必平衡4、准平衡状态－－由一系列连续的平衡态组成的过程平衡状态具有确定的状态参数，这是平衡状态的特点5、可逆过程－－如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使系统和外界都返回原来状态而不留下如何变化。状态量与过程量状态量指描述工质状态的状态参数。（1）只取决于给定的初、终态，与路径无关（2）状态参数是点函数，它的微分是全微分过程量－－功量和热量系统对外界做功为正，外界对系统做功为负；系统吸热时热量取为正，反之为负。典型题精解判断下列过程中哪些是（1）可逆的；（2）不可逆的；（3）可以是可逆的，也可以是不可逆的，并简要说明不可逆原因（1）对刚性容器内的水加热，使其恒温下蒸发。（2）对刚性容器内的水做功，使其在恒温下蒸发（3）对刚性容器中的空气缓慢加热，使其从50度升温到100度。解：（1）可以是可逆的，也可以是不可逆的，取决于热源温度与水温是否相等。如果两者不等，则存在外部的传热不可逆因数，便是不可逆过程。（2）对刚性容器的水做功，只可能是搅拌功，伴有摩擦扰动因而有不可逆因素，是不可逆过程（3）可以是可逆的，也可以是不可逆的，取决于热源温度与空气温度是否随时相等或者随时保持无限小的温差第二章教学大纲要求热力学第一定律的实质及其在工程热力学中应用。能量方程式的推导方法。熟练掌握

正确理解

热力学第一定律的普遍适用性。容积变化功、推动功、技术功的区别。系统能量与内能的区别。焓定义式中pv这一项不是储藏在工质内部的能量

第二章热力学第一定律一.第一定律的实质：能量守恒与转换定律在热现象中的应用。

二.第一定律的表述：

热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。

或：热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应量的热。解题思路1）取好热力系

2）计算初、终态

3）两种解题思路从已知条件逐步推向目标从目标反过来缺什么补什么4）不可逆过程的功可尝试从外部参数着手第二章稳定流动的能量方程

一真空容器，因密封不严外界空气逐渐渗漏入容器内，最终使容器内的温度、压力和外界环境相同，并分别为27℃及101325Pa。设容器的容积为0.1m3，且容器中温度始终保持不变，试求过程中容器和环境交换的热量。

第三章教学大纲要求从基本定律、基本公式和基本概念出发，结合具体过程分析和导出所需公式的方法。各过程在压容图和温熵图表示。熟练掌握

正确理解

理想气体模型。理想气体内能和焓只是温度的函数,熵不仅与温度有关，而且与其它参数有关。分压力和分容积的概念。

第三章理想气体的性质理想气体的状态方程比热容（容积比热容、摩尔比热容、定压比热容、等温比热容）理想气体的热力学能、焓和熵在压缩空气流出过程中，罐内剩余空气经历了一个不可逆的绝热膨胀过程第四章教学大纲要求定容过程、定压过程、定温过程、绝热过程、多变过程的基本概念、基本公式，结合具体过程分析和导出所需公式的方法。各过程在压容图和温熵图表示。

熟练掌握

正确理解

熵的几种计算方法和公式。

第四章理想气体的热力过程重点和难点一、理想气体的热力性质1)理想气体状态方程（重点）

a）状态方程只能用于平衡态；

b）必须采用绝对温度和绝对压力；

c）p,v,V,Vm,T及M等量的单位必须与气体常数协调一致。2)比热容（即是重点又是难点）

a）容积热容C’是标准状态下的立方米（m3）

b）平均比热容表必须一一对应，表的自变量是摄氏温度t，而不是绝对温度T。3)理想气体的热力学能、焓和熵的计算熟练掌握利用定值比热容计算理想气体的U，

H，S。二、理想气体的热力过程热力过程计算公式的掌握熟练掌握4种基本过程及多变过程的初、终态p,v,T参数之间的关系，以及过程中系统与外界交换的热量、功量的计算。具体计算公式见P101表4-1。(1)p,v,T初、终态参数的关系式中，定容、定压、定温过程直接从状态方程中推得。对于定熵过程和多变过程仅仅是指数不同。

(2)

各种过程热量和功量的计算公式为以下两个公式的具体应用（对于可逆过程而言）(3)除定容过程以外，各种过程的技术功是膨胀功的几倍，即wt=nw。(4)无论什么过程，理想气体的热力学能、焓熵均按2.应用p-v图与T-s图分析多变过程多变过程线在p-v和T-s图上的对应位置，由多变指数n的数值确定显然，斜率的绝对值随n的增大而增大其中(2)过程中q，Δu，Δh，w和wt

正负判断方法a)首先在p-v和T-s图上画出与预分析的多变过程线从同一点出发的四条基本过程线，作为分析的参考线。b)膨胀功的正负判断，以过起点的定容线为分界。p-v图位于定容线的右方，T-s图上位于定容线的右下方的各过程线，比体积增大，工质膨胀对外作功，w>0;反之w<0c)技术功的正负判断，以过起点的定压线为分界。p-v图位于定压线的下方，T-s图上位于定压线的右下方的各过程线，wt>0;反之wt<0(A)功的正负判断(B)热量的正负判断以过起点的定熵线为分界。p-v图位于定熵线的右上方，T-s图上位于定熵线的右方的各过程线，q>0;反之q<0(C)Δu(Δh,ΔT)的正负判断对于理想气体来说，定温线就是定热力学能线和定焓线，因此以过起点的定温线为分界。p-v图位于定温线的右上方，T-s图上位于定温线的上方的各过程线，Δu(Δh,ΔT)>0;反之Δu(Δh,ΔT)<0可见通过过程中q,Δu,Δh,w和wt正负的判断，可以了解过程的性质和特点，并能够明了过程中能量传递和转换与气体状态变化的联系，对分析过程十分有用。有一储气罐，其容积为0.2m3，内储氧气的压力为3MPa、温度为20℃。现因焊接用去了一些氧气，罐内压力降至2MPa。假设在用气过程中储气罐和外界的热交换可以忽略不计，试求用去氧气的体积，并说明求解所必需的假设条件。

储气罐内有温度为27℃、压力为1MPa的空气1kg。现把压缩空气送至起重器气缸推动的压力为0.5MPa，因而当罐内压力降至0.5MPa时起重器即停止工作。设过程中空气和外界的热交换可忽略不计，试求气体在活塞举升工作台。若举起工作台所需起重过程中所作的功及气缸内气体的终了温度。思路：1、求储气罐容积；

2、储气罐中剩余气体的变化过程（等熵过程），求其温度、比容

3、得到剩余气体的质量V/v4、流入气缸的质量

5、整个装置的能量方程第五章教学大纲要求从基本定律、基本公式和基本概念出发，结合具体过程分析和导出所需公式的方法。各过程在压容图和温熵图表示。熟练掌握

正确理解

理想气体模型。理想气体内能和焓只是温度的函数,熵不仅与温度有关，而且与其它参数有关。分压力和分容积的概念。

第五章第六章教学大纲要求范德瓦尔状态方程式。对比状态定律。通用压缩因子图及其用法

熟练掌握

正确理解

范氏状态方程的近似性。对比状态定律的局限性。通用压缩因子图的依据。饱和温度和饱和压力一对应规律只适用于单质。

第六章压缩因子范德瓦尔方程对应态原理第七章教学大纲要求有关蒸汽的各种术语及其意义。介绍蒸汽表和图（以h－s图为主）及其运用。熟练掌握

正确理解

工质为蒸汽时定温过程的多变指数不等于1，定熵过程多变指数不等Cp/Cv，而是一个由实验确定的数值。

第七章饱和温度和饱和压力；定压加热、汽化过程；水和水蒸汽状态参数；水蒸汽表和图；水蒸汽热力过程

重点和难点1、确定蒸气状态参数的独立变量(1)对于未饱和液体和过热蒸气（两个）(2)对于饱和液体和干饱和蒸气（一个）(3)对于湿蒸气（两个）（压力或者温度、干度）2、查表确定物性状态与饱和状态下参数相比较3、常用蒸气热力过程（1）定压过程；（2）绝热过程典型题精解1、利用水蒸气表判断下列各点的状态，并确定其h,s,x值（1)p1=2MPa,t1=300℃；（2)p2=9MPa,v2=0.017m3/kg;（3)p3=0.5MPa,x3=0.9;（4)p4=1.0MPa,t4=175℃；（5)p1=1.0MPa,v5=0.2404m3/kg.2、两个容积均为0.001m3的刚性容器，一个充满1.0MPa的饱和水，一个储有1.0MPa的饱和蒸气。如果发生爆炸，哪个更危险？3、一台10m3的汽包，盛有2MPa的汽水混合物。开始时，水占总容积的一半。如果从底部阀门排走300Kg水，为了使汽包内汽水混合物的温度保持不变，需要加入多少热量？如果从顶部阀门放气300kg，条件如前，那又要加入多少热量？第八章教学大纲要求喷管的设计计算和校核计算。用焓熵图分析计算水蒸汽流动的方法。绝热滞止和绝热节流的特性及它们在工程上的应用。

熟练掌握

正确理解

沿流动方向工质的截面变化与工质的状态参数变化的关系。临界流动状态的概念。为什么要根据背压比来设计和校核喷管。绝热节流是不可逆过程。第八章重点和难点1)渐缩喷管的出口压力p2是否总能降到背压pb？2)缩放喷管的背压pb在小于pcr的范围内变动时，为何不影响其流量？一、难点设计喷管的原则所设计的喷管的外形和尺寸，应符合气流膨胀所需要的截面积变化，既要保证气流充分膨胀，使出口压力能降到pb（p2＝pb），又要无过分膨胀和磨损，以达到尽可能多地提高气流速度的目的。故：选择渐缩喷管选择缩放喷管喷管原则归纳一、渐缩喷管出口压力不可能降到pcr以下出口流速不可能超过当地音速二、缩放喷管二、重点（1)喷管的设计计算已知：气流的初参数（p1,t1,cf1),流量qm，背压pb任务：选择喷管的形状，并计算喷管的尺寸。设计原则：设计出的喷管的外形和尺寸应符合气流定熵膨胀所需要的截面积变化，保证气流充分膨胀，使出口压力p2能够降到背压pb，以达到使气流的技术功充分转换为动能的目的1.喷管的设计计算和校核计算喷管设计计算的设计步（1）求滞止参数（2）选型（3）求临界截面和出口截面上气体的状态参数（4）求临界流速和出口截面流速（5)求临界截面和出口截面面积（2）喷管的校核计算已知：喷管的形状和尺寸，及不同工作条件（即初参数和背压）任务：确定出口流速和通过喷管的流量解题步骤：（1）求滞止参数（2）确定喷管出口截面上的压力（与设计不同）（3）求临界截面和出口截面上气体的状态参数（4）求临界流速和出口截面流速（5)求通过喷管的流量2.节流的工程应用（1）利用节流的温度效应，让工质节流后产生各种低温，液化各种气体；（2）利用节流来测量流体的流量；（3）利用节流来调节发动机的功率；（4）利用节流来测量湿蒸气的干度；（5）蒸气动力厂中也用节流来提高蒸气的过热度，以免膨胀后有过多的水分。

但因节流是一个不可逆过程，伴随着有效能的损失，所以非必须的场所应尽量避免使用。典型题精解1.有不变气源来的压力p1＝1.5MPa，温度为t1＝27度的空气，流经一喷管进入压力保持在pb＝0.6MPa的某装置中，如果流过喷管的流量为3kg/s，来流速度可忽略不计，试设计该喷管？如果来流速度cf1＝100m/s，其他条件不变，则喷管出口流速及截面积为多少？解：这是一个典型的喷管设计问题，按设计步骤进行2.喷管校核问题一渐缩喷管经一可调阀门与空气罐连接，气罐中参数恒定为pa＝500kPa，ta＝43度，喷管外大气压力pb＝100kPa，温度t0＝27度，喷管出口截面面积为68cm2。空气的Rg＝287J/kg.K,k=1.4.试求：（1）阀门A全开时，求流经喷管的空气流量qm1＝？（2)关小阀门A，使空气经阀门后压力降为150kPa，求流经喷管的空气流量qm2，以及因节流引起的做功能力损失为多少？并将此流动过程及损失表示在T－S图上。paApb第九章掌握不同压缩过程（绝热、定温、多变）状态参数的变化规律、耗功的计算，以及压气机耗功的计算相同初始状态，达到同样终了压力，绝热压缩、等温压缩、多变过程耗功的大小分布？余隙对理论耗功和实际耗功有无影响？空气压缩式制冷效率不高的根本原因？第十章分析动力循环的目的：在热力学基本定律的基础上分析循环能量转化的

经济性，寻求提高经济性的方向及途径分析动力循环的一般步骤：1）实际循环（复杂不可逆）抽象、简化可逆理论循环分析可逆循环影响经济性的主要因素和可能改进途径指导改善实际循环第十一章教学大纲要求分析循环的热效率法。提高热效率的途径。将实际工作循环合理地简化为理想循环的方法。

熟练掌握

正确理解

理想循环与实际工作循环间的区别。第十一章重点和难点掌握各种循环的p－v图和T－s图，并能够对循环进行正确的能量分析和计算。一、重点蒸气再热循环和回热循环的能量分析与计算在计算在热循环吸热量q1时，不要忘记了工质在在热器中的吸热。第十二章教学大纲要求空气压缩致冷循环。蒸汽压缩制冷循环熟练掌握

正确理解

热泵供热循环在节能上的经济意义。第十二章简单空气压缩制冷循环回热式空气压缩制冷循环蒸气压缩制冷循环第十三章教学大纲要求干－湿球温度计的原理。焓－含湿量图（h-d图）的运用。

熟练掌握

正确理解

湿空气各参数间的关系。湿空气热力过程的计算方法。

第十三章湿空气概念；绝对湿度、相对湿度和含湿量；状态参数；湿度测定；i－d图

填空、判断、选择题1)∆h=cp∆t对于理想气体适用于

热力过程；对于实际气体适用于

热力过程2)可逆过程膨胀功的计算式w=

,可逆过程技术功的计算式wt=

,并将前者表示在p－v图上。3)冬季取暖，如不采取任何措施，室内温度

，室内相对湿度

。（填增大，减少或不变）。4)系统工质经历一个可逆定温过程，由于温度没有变化，故该系统工质不能与外界交换热量。（）（对或错）5)循环净功越大，则循环的热效率也愈大。（）6)工质完成不可逆过程，其初、终态熵的变化无法计算。（）7)对于湿空气，保持干球温度不变的过程，如含湿量增加则为

过程。（A纯加热B纯冷却C绝热加湿D加热加湿）任何等压增大减少XXXD8)稳定流动能量方程可写成

，它应用于绝热节流的简化形式是

，应用于换热器时可以简化为

。9)提高定容加热内燃机循环热效率主要在于

，但受限制。10)已经湿空气的含湿量d，则干空气的质量分数wa＝

，水蒸气的质量分数wv＝。11)系统熵增加的过程均为不可逆过程。（）12)绝热过程必为等熵过程。（）13)对气体加热其温度一定升高。（）14)湿空气的含湿量表示1kg湿空气中水蒸气的含量。（）15)工质的绝对压力p与大气压力pb及表压力pe或真空度pv的关系，（1）当绝对压力大于大气压力时

，（2）当绝对压力小于大气压力时

。P=Pb-PvP=Pb+Pe升高压缩比孤立16)能量从一个物体传递到另外一个物体可有两种方式：一个

，另一个是

。17）推动功只有在工质

时才起作用。18)热力学第一定律的原则表达式是

。19)气体常数R与气体性质有关。（）20）热量是状态量。（）21)理想气体的热力学能和焓只是温度的单值函数。（）22)热可以自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。（）23)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热力发动机。（）24)卡诺循环是效率最高的循环。（）25)在两个热源间工作的一切可逆循环，它们的热效率都相同，与工质的性质有关，只取决于热源和冷源的温度。26)孤立系统的熵可以增大、不变或减少。（）27)简要说明实际气体和理想气体之间的差别。28）压缩因子Z即为温度、压力相同时的实际气体比体积与理想气体比体积之比，可以大于1，小于1。（）29)相同的对比压力pr、对比温度Tr的不同气体，它们的对比态比体积vr必定相同。（）30)生产增压比相同、质量相同的同种压缩气体，理论上所消耗的功与余隙容积相关。（）31)理想气体任意两个状态参数确定后，气体的状态就一定确定了。（）32)孤立系统的热力状态不能发生变化。（）33)湿空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的含量就越大。（）34)工质进行了一个吸热、升温、压力下降的多变过程，则多变指数n：（）a.0<n<1;b.1<n<k;c.n>k35)确定湿空气状态的条件是：（）a.压力和温度；b.压力或温度；c.压力与比容；d.温度或比容。36)用遵循范德瓦尔方程的气体在两个恒热源T1和T2间进行以卡诺循环，则其热效率nt＝

。37)在恒温热源T1和T2（T1>T2）间工作的水蒸汽卡诺循环与理想气体卡诺循环具有相同的热效率。为什么？38)简答题1.典型的不可逆过程有哪些？2.热力学第二定律的两种表达方式？3.水蒸汽再热循环的热效率是否一定大于原朗肯循环的热效率？4.为什么水蒸汽不采用卡诺循环？（以水蒸汽为工质的卡诺循环其压缩过程难于实现，主要原因是水与汽的混合物压缩有困难，压缩机工作不稳定而且需用比水泵大得多的压缩机，此外，循环避限于饱和区，理论效率并不高，且膨胀末期，湿蒸汽所含水份多，不利于动机。改进办法：采用朗肯循环。）5.某人申称发明了一绝热膨胀装置，能使压力为10bar，温度为527℃的空气变成压力为1bar、温度为0℃的空气，你认为该装置能否实现？6.“循环的有用功愈大，则循环的热效率愈高”，这种说法有没有错误？7.工质可否一边膨胀一边升压？(工质可以一边膨胀一边升压。以理想气体多变过程为例，当多变指数在如下范围时：＜n＜0即为一边膨胀一边升压的过程。)多变过程是不是概括了所有的热力过程？(多变过程只满足pvn=常数的热力过程。)湿空气的含湿量大是否一定天气潮湿？(天气的潮湿程度取决于相对湿度。相对湿度愈大，天气愈潮湿。而含湿量大。相对湿度不一定大。所以湿空气的含湿量大天气不一定潮湿。)开口系统——如果热力系统和外界不仅有能量交换而且有物质交换，则该系统叫做开口系统。压缩因子Z即为温度、压力相同时的实际气体压力与理想气体压力之比在工程热力学中引入平衡状态和可逆过程两个概念的意义何在？（工程热力学中引入平衡状态的概念主要是为了简化对问题的分析和研究，因为非平衡状态难于用数值描述，更难于在参数坐标图上表示。引入可逆过程的概念是为了突出主要矛盾，突出本质，简化分析，以便更深入、更正确、更完全地掌握热能和机械能相互转化的规律。）提高朗肯循环热效率的主要措施有哪些？（提高朗肯循环热效率的主要措施有两大类：1）不改变循环的性质，仅仅改变循环的参数，具体方法有提高新蒸汽的压力和温度、降低排汽的压力；2）改变循环的性质，即采用再热循环和回热循环，但采用再热循环时，需