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工程热力学知识总结工程热力学知识总结第一章 基 本 概 念 1.1.基本概念基本概念 热力系统热力系统:用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来,这种人为分隔的研 究对象,称为热力系统,简称系统。 边界边界:分隔系统与外界的分界面,称为边界。 外界外界:边界以外与系统相互作用的物体,称为外界或环境。 闭口系统闭口系统:没有物质穿过边界的系统称为闭口系统,也称控制质量。 开口系统开口系统:有物质流穿过边界的系统称为开口系统,又称控制体积,简称控制 体,其界面称为控制界面。 绝热系统绝热系统:系统与外界之间没有热量传递,称为绝热系统。 孤立系统孤立系统:系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换,称为孤立系统。 单相系单相系:系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。 复相系复相系:由两个相以上组成的系统称为复相系,如固、液、气组成的三相系统。单元系单元系:由一种化学成分组成的系统称为单元系。 多元系多元系:由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。 均匀系均匀系:成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。 非均匀系非均匀系:成分和相在整个系统空间呈非均匀分布,称非均匀系。 热力状态热力状态:系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况,称为工质的热力状态, 简称为状态。 平衡状态平衡状态:系统在不受外界影响的条件下,如果宏观热力性质不随时间而变化, 系统内外同时建立了热的和力的平衡,这时系统的状态称为热力平衡状态,简 称为平衡状态。 状态参数状态参数:描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度(T) 、 压力(P) 、比容()或密度() 、内能(u) 、焓(h) 、熵(s) 、自由能(f) 、 自由焓(g)等。 基本状态参数基本状态参数:在工质的状态参数中,其中温度、压力、比容或密度可以直接 或间接地用仪表测量出来,称为基本状态参数。 温度温度:是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量,其物理实质是物质内部 大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。 热力学第零定律热力学第零定律:如两个物体分别和第三个物体处于热平衡,则它们彼此之间 也必然处于热平衡。 压力压力:垂直作用于器壁单位面积上的力,称为压力,也称压强。 相对压力相对压力:相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中 工质的压力即为相对压力。 比容比容:单位质量工质所具有的容积,称为工质的比容。 密度密度:单位容积的工质所具有的质量,称为工质的密度。 强度性参数强度性参数:系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同,与质量多少无 关,没有可加性,如温度、压力等。在热力过程中,强度性参数起着推动力作 用,称为广义力或势。 广延性参数广延性参数:整个系统的某广延性参数值等于系统中各单元体该广延性参数值 之和,如系统的容积、内能、焓、熵等。在热力过程中,广延性参数的变化起着类似力学中位移的作用,称为广义位移。 准静态过程准静态过程:过程进行得非常缓慢,使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够 的时间恢复到新的平衡态,从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近 平衡状态,整个过程可看作是由一系列非常接近平衡态的状态所组成,并称之 为准静态过程。 可逆过程可逆过程:当系统进行正、反两个过程后,系统与外界均能完全回复到初始状 态,这样的过程称为可逆过程。 膨胀功膨胀功:由于系统容积发生变化(增大或缩小)而通过界面向外界传递的机械 功称为膨胀功,也称容积功。 热量热量:通过热力系边界所传递的除功之外的能量。 热力循环热力循环:工质从某一初态开始,经历一系列状态变化,最后又回复到初始状 态的全部过程称为热力循环,简称循环。 第二章 气体的热力性质 1.1.基本概念基本概念 理想气体理想气体:气体分子是由一些弹性的、忽略分子之间相互作用力(引力和斥力) 、不占有体积的质点所构成。 比热比热:单位物量的物体,温度升高或降低 1K(1)所吸收或放出的热量,称 为该物体的比热。 定容比热定容比热:在定容情况下,单位物量的物体,温度变化 1K(1)所吸收或放 出的热量,称为该物体的定容比热。 定压比热定压比热:在定压情况下,单位物量的物体,温度变化 1K(1)所吸收或放 出的热量,称为该物体的定压比热。 定压质量比热定压质量比热:在定压过程中,单位质量的物体,当其温度变化 1K(1)时, 物体和外界交换的热量,称为该物体的定压质量比热。 定压容积比热定压容积比热:在定压过程中,单位容积的物体,当其温度变化 1K(1)时, 物体和外界交换的热量,称为该物体的定压容积比热。 定压摩尔比热定压摩尔比热:在定压过程中,单位摩尔的物体,当其温度变化 1K(1)时, 物体和外界交换的热量,称为该物体的定压摩尔比热。 定容质量比热定容质量比热:在定容过程中,单位质量的物体,当其温度变化 1K(1)时, 物体和外界交换的热量,称为该物体的定容质量比热。 定容容积比热定容容积比热:在定容过程中,单位容积的物体,当其温度变化 1K(1)时, 物体和外界交换的热量,称为该物体的定容容积比热。 定容摩尔比热定容摩尔比热:在定容过程中,单位摩尔的物体,当其温度变化 1K(1)时, 物体和外界交换的热量,称为该物体的定容摩尔比热。 混合气体的分压力混合气体的分压力:维持混合气体的温度和容积不变时,各组成气体所具有的 压力。 道尔顿分压定律道尔顿分压定律:混合气体的总压力P等于各组成气体分压力Pi之和。 混合气体的分容积混合气体的分容积:维持混合气体的温度和压力不变时,各组成气体所具有的 容积。 阿密盖特分容积定律阿密盖特分容积定律:混合气体的总容积 V 等于各组成气体分容积 Vi之和。 混合气体的质量成分混合气体的质量成分:混合气体中某组元气体的质量与混合气体总质量的比值 称为混合气体的质量成分。 混合气体的容积成分混合气体的容积成分:混合气体中某组元气体的容积与混合气体总容积的比值 称为混合气体的容积成分。混合气体的摩尔成分混合气体的摩尔成分:混合气体中某组元气体的摩尔数与混合气体总摩尔数的 比值称为混合气体的摩尔成分。 对比参数对比参数:各状态参数与临界状态的同名参数的比值。对比态定律对比态定律:对于满足同一对比态方程式的各种气体,对比参数、和rprT中若有两个相等,则第三个对比参数就一定相等,物质也就处于对应状态中。rv比热:比热:1比热定义式:dTqc表明单位物量的物体升高或降低 1K 所吸收或放出的热量。其值不仅取决于物 质性质,还与气体热力的过程和所处状态有关。, r cvvv第三章 热力学第一定律 1.1.基本概念基本概念 热力学第一定律热力学第一定律: :能量既不能被创造,也不能被消灭,它只能从一种形式转换 成另一种形式,或从一个系统转移到另一个系统,而其总量保持恒定,这一自 然界普遍规律称为能量守恒与转换定律。把这一定律应用于伴有热现象的能量 和转移过程,即为热力学第一定律。 第一类永动机第一类永动机:不消耗任何能量而能连续不断作功的循环发动机,称为第一类 永动机。 热力学能热力学能:热力系处于宏观静止状态时系统内所有微观粒子所具有的能量之和。外储存能外储存能:也是系统储存能的一部分,取决于系统工质与外力场的相互作用 (如重力位能)及以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量(宏观动能) 。 这两种能量统称为外储存能。 轴功轴功:系统通过机械轴与外界传递的机械功称为轴功。 流动功(或推动功)流动功(或推动功):当工质在流进和流出控制体界面时,后面的流体推开前 面的流体而前进,这样后面的流体对前面的流体必须作推动功。因此,流动功 是为维持流体通过控制体界面而传递的机械功,它是维持流体正常流动所必须 传递的能量。 焓焓:流动工质向流动前方传递的总能量中取决于热力状态的那部分能量。对于 流动工质,焓=内能+流动功,即焓具有能量意义;对于不流动工质,焓只是一 个复合状态参数。 稳态稳流工况稳态稳流工况:工质以恒定的流量连续不断地进出系统,系统内部及界面上各 点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定,不随时间变化,称稳态稳流工 况。 技术功技术功:在热力过程中可被直接利用来作功的能量,称为技术功。 动力机动力机:动力机是利用工质在机器中膨胀获得机械功的设备。 压气机压气机:消耗轴功使气体压缩以升高其压力的设备称为压气机。 节流节流:流体在管道内流动,遇到突然变窄的断面,由于存在阻力使流体压力降低的现象。 第四章 理想气体的热力过程及气体压缩 1.1.基本概念基本概念 分析热力过程的一般步骤:分析热力过程的一般步骤:1.依据热力过程特性建立过程方程式,p=f(v); 2.确定初、终状态的基本状态参数; 3.将过程线表示在 p-v 图及 Ts 图上,使过程直观,便于分析讨论。 4.计算过程中传递的热量和功量。 绝热过程绝热过程:系统与外界没有热量交换情况下所进行的状态变化过程,即 或称为绝热过程。0q0q 定熵过程定熵过程:系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程,称为定熵 过程。多变过程多变过程:凡过程方程为常数的过程,称为多变过程。npv定容过程定容过程:定量工质容积保持不变时的热力过程称为定容过程。 定压过程定压过程:定量工质压力保持不变时的热力过程称为定压过程。 定温过程定温过程:定量工质温度保持不变时的热力过程称为定温过程。 单级活塞式压气机工作原理:单级活塞式压气机工作原理:吸气过程、压缩过程、排气过程,活塞每往返一 次,完成以上三个过程。 活塞式压气机的容积效率活塞式压气机的容积效率:活塞式压气机的有效容积和活塞排量之比,称为容 积效率。 活塞式压气机的余隙活塞式压气机的余隙:为了安置进、排气阀以及避免活塞与汽缸端盖间的碰撞, 在汽缸端盖与活塞行程终点间留有一定的余隙,称为余隙容积,简称余隙。 最佳增压比最佳增压比:使多级压缩中间冷却压气机耗功最小时,各级的增压比称为最佳 增压比。 压气机的效率压气机的效率:在相同的初态及增压比条件下,可逆压缩过程中压气机所消耗 的功与实际不可逆压缩过程中压气机所消耗的功之比,称为压气机的效率。 热机循环热机循环:若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为 机械能,则此循环称为热机循环。 多变指数多变指数 n n:z 级压气机,最佳级间升压比:i1z1p p第五章 热力学第二定律 1.1.基本概念基本概念 热力学第二定律热力学第二定律: 开尔文说法:只冷却一个热源而连续不断作功的循环发动机是造不成功的。 克劳修斯说法:热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。 第二类永动机第二类永动机:从单一热源取得热量,并使之完全转变为机械能而不引起其他 变化的循环发动机,称为第二类永动机。 孤立系统孤立系统:系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换,称为孤立系统。 孤立系统熵增原理孤立系统熵增原理:任何实际过程都是不可逆过程,只能沿着使孤立系统熵增加的方向进行。 定熵过程定熵过程:系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程,称为定熵 过程。 热机循环热机循环:若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为 机械能,则此循环称为热机循环。 制冷制冷:对物体进行冷却,使其温度低于周围环境温度,并维持这个低温称为制 冷。 制冷机制冷机:从低温冷藏室吸取热量排向大气所用的机械称为制冷机。 热泵热泵:将从低温热源吸取的热量传送至高温暖室所用的机械装置称为热泵。 理想热机理想热机:热机内发生的一切热力过程都是可逆过程,则该热机称为理想热机。卡诺循环卡诺循环:在两个恒温热源间,由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成 的循环,称为卡诺循环。 卡诺定理卡诺定理: 1所有工作于同温热源与同温冷源之间的一切可逆循环,其热效率都相等, 与采用哪种工质无关。2在同温热源与同温冷源之间的一切不可逆循环,其热效率必小于可逆 循环。 自由膨胀自由膨胀:气体向没有阻力空间的膨胀过程,称为自由膨胀过程。 第七章第七章 水蒸气水蒸气 1 1基本概念基本
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