工程热力学基本知识点

工程热力学基本知识点一、引言工程热力学是研究热能与机械能相互转换规律及其应用的一门学科。它在能源动力、制冷空调、化工、航空航天等众多工程领域有着广泛的应用，是工科专业学生的重要专业基础课程。掌握工程热力学的基本知识点，对于理解和解决实际工程中的热工问题具有重要意义。

二、基本概念（一）热力系统1.定义：将研究的对象与周围环境分隔开来的边界所包围的空间。2.分类闭口系统：系统与外界无物质交换，只有能量交换。开口系统：系统与外界有物质和能量交换。绝热系统：系统与外界无热量交换。孤立系统：系统与外界既无物质交换也无能量交换。

（二）状态参数1.定义：描述热力系统状态的物理量。2.常见状态参数压力（p）：单位面积上的垂直作用力。温度（T）：表示物体冷热程度的物理量。比体积（v）：单位质量工质所占的体积。内能（U）：工质内部所具有的各种能量总和。焓（H）：H=U+pV。熵（S）：与系统内微观粒子热运动的无序程度有关。

（三）平衡状态1.定义：在没有外界影响的条件下，系统的状态不随时间变化。2.平衡条件：热平衡、力平衡、相平衡和化学平衡。

（四）准静态过程1.定义：过程进行得非常缓慢，系统在每一时刻都接近于平衡状态。2.特点：准静态过程中系统所经历的每一个状态都可看作平衡状态，可用状态参数描述。

三、热力过程及定律（一）热力过程1.定义：热力系统从一个状态变化到另一个状态的历程。2.常见热力过程定容过程：比体积保持不变，v=const。定压过程：压力保持不变，p=const。定温过程：温度保持不变，T=const。绝热过程：与外界无热量交换，q=0。

（二）热力学第零定律1.内容：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。2.意义：为温度的测量提供了理论依据。

（三）热力学第一定律1.内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。2.表达式：闭口系统：Q=ΔU+W；开口系统：q=Δh+w。

（四）热力学第二定律1.克劳修斯表述：热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。2.开尔文表述：不可能从单一热源取热，并使之完全转变为有用功而不产生其它影响。3.熵增原理：孤立系统的熵永不减少。

（五）理想气体状态方程1.表达式：pV=mRT，其中p为压力，V为体积，m为质量，R为气体常数，T为温度。2.适用条件：理想气体，即分子本身不占有体积，分子间无相互作用力的气体。

四、理想气体的热力性质（一）比热容1.定义：单位质量的物体温度升高（或降低）单位温度所吸收（或放出）的热量。2.分类定容比热容（cv）：在定容过程中，单位质量工质温度升高1K所需的热量。定压比热容（cp）：在定压过程中，单位质量工质温度升高1K所需的热量。关系：cpcv=Rg。

（二）内能、焓和熵的计算1.内能：du=cvdT。2.焓：dh=cpdT。3.熵：ds=cvdT/T+Rgdp/p（定容过程）；ds=cpdT/TRgdv/v（定压过程）。

五、气体的热力过程（一）定容过程1.过程特点：v=const，W=0。2.能量转换关系：Qv=ΔU=mcv(T2T1)。

（二）定压过程1.过程特点：p=const，W=p(V2V1)=mR(T2T1)。2.能量转换关系：Qp=ΔH=mcp(T2T1)。

（三）定温过程1.过程特点：T=const，pv=const。2.能量转换关系：Q=W=mRTln(V2/V1)=mRTln(p1/p2)。

（四）绝热过程1.过程特点：q=0，pv^k=const，Tv^(k1)=const，Tp^[(1k)/k]=const，其中k=cp/cv为绝热指数。2.能量转换关系：W=ΔU=mcv(T1T2)。

六、蒸汽的性质（一）汽化与凝结1.汽化：物质从液态变为气态的过程。2.凝结：物质从气态变为液态的过程。

（二）饱和状态与饱和蒸汽压1.饱和状态：汽化与凝结达到动态平衡的状态。2.饱和蒸汽压：饱和状态下的蒸汽压力。

（三）水蒸汽的定压发生过程1.未饱和水预热阶段：水从初温加热到饱和温度。2.饱和水汽化阶段：饱和水定压汽化为干饱和蒸汽。3.干饱和蒸汽过热阶段：干饱和蒸汽继续加热成为过热蒸汽。

（四）水蒸汽的热力性质图表1.压容图（pv图）：表示水蒸汽状态变化过程。2.温熵图（Ts图）：便于分析能量转换关系。

七、动力循环（一）循环的概念1.定义：工质从某一状态出发，经过一系列状态变化后又回到初始状态的封闭热力过程。2.分类正向循环：将热能转换为机械能，如热机循环。逆向循环：消耗机械能将热量从低温物体传向高温物体，如制冷循环和热泵循环。

（二）热机循环1.卡诺循环组成：由两个定温过程和两个绝热过程组成。热效率：ηt,c=1T2/T1，其中T1为高温热源温度，T2为低温热源温度。2.朗肯循环组成：由定压加热、绝热膨胀、定压放热和绝热压缩四个过程组成。设备：锅炉、汽轮机、冷凝器、给水泵。热效率：ηt=1(h2h1)/(h3h2)，其中h1、h2、h3分别为给水泵入口、汽轮机出口、锅炉出口处工质的焓值。

（三）制冷循环1.理论制冷循环组成：由压缩、冷凝、节流和蒸发四个过程组成。制冷系数：ε=q2/w，其中q2为从低温物体吸收的热量，w为消耗的功。2.实际制冷循环：考虑了各种损失，制冷系数低于理论值。

（四）热泵循环1.定义：将低温热源的热量转移到高温热源的循环装置。2.供热系数：ε'=q1/w，其中q1为向高温热源放出的热量。

八、结论工程热力学涵盖了丰富的基本知识点，从热力系统、状态参数到热力过程、热力定律，再到理想气体和蒸汽的性质以及动力循环等内容。这些知识点相互关联，构成了一个完整