《工程热力学》知识点复习总结.docx

第一局部 (第一章第五章)一、概念一根本概念、根本术语1、工程热力学：工程热力学是从工程的观点动身，争论物质的热力性质、能量转换以及热能的直接利用 等问题。2、热力系统：通常依据所争论问题的需要，人为地划定一个或多个任意几何面所围成的空间作为热力学 争论对象。这种空间内的物质的总和称为热力系统，简称系统。3、闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统。系统内包含的物质质量为一不变的常量，所以有 时又称为把握质量系统。4、开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统。开口系统总是一种相对固定的空间，故又称开口 系统为把握体积系统，简称把握体。5、绝热系统：系统与外界之间没有热量传递的系统，称为绝热系统。6、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的系统，称为孤立系统。7、热力状态：我们把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。8、状态参数：我们把描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。9、强度性状态参数：在给定的状态下，凡系统中单元体的参数值与整个系统的参数值一样，与质量多少 无关，没有可加性的状态参数称为强度性参数。10、广延性状态参数：在给定的状态下，凡与系统内所含物质的数量有关的状态参数称为广延性参数。11、平衡状态：在不受外界影响重力场除外的条件下，假设系统的状态参数不随时间变化，则该系统 所处的状态称为平衡状态。12、热力过程：把工质从某一状态过渡到另一状态所经受的全部状态变化称为热力过程。13、准静态过程：理论争论可以设想一种过程，这种过程进展得格外缓慢，使过程中系统内部被破坏了的 平衡有足够的时间恢复到的平衡态，从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都格外接近平衡状 态，于是整个过程就可看作是由一系列格外接近平衡态的状态所组成，并称之为准静态过程。14、可逆过程：当系统进展正、反两个过程后，系统与外界均能完全回复到初始状态，而不留下任何痕迹， 这样的过程称为可逆过程。15、热力循环：把工质从某一初态开头，经受一系列状态变化，最终又回复到初始状态的全部过程称为热 力循环，简称循环。16、循环热效率：正循环中热转换功的经济性指标用循环热效率表示，循环热效率等于循环中转换为功的热量除以工质从热源吸取的总热量。17、卡诺循环：由两个可逆定温过程与两个可逆绝热过程组成的，我们称之为卡诺循环。18、卡诺定理：卡诺定理可表达为：全部工作于同温热源与同温冷源之间的一切热机，以可逆热机的热 效率为最高。在同温热源与同温冷源之间的一切可逆热机，其热效率均相等。19、孤立系统熵增原理：孤立系统的熵只能增大不行逆过程或不变可逆过程，决不行能减小，此为孤立系统熵增原理，简称熵增原理。二与工质性质有关的概念1、温度：把这种可以确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量定义为温度。2、压力：流体单位面积上所受作用力的法向重量称为压力又称压强。3、比容：单位质量工质所占有的容积称为工质的比容。4、抱负气体：抱负气体是一种经过科学抽象的假想气体模型，它被假设为：气体分子是一些弹性的、不 占有体积的质点，分子相互之间没有作用力引力和斥力。5、比热：单位物量的物体，温度上升或降低1 K 所吸取或放出的热量，称为该物体的比热，即c = d q 。dT6、定容比热：在定容状况下，单位物量的气体，温度变化1K 所吸取或放出的热量，称为该气体的定容比d q热，即c=v 。vdT7、定压比热：气体加热在压力不变的状况下进展，参与的热量局部用于增加气体的内能，使其温度上升，d q局部用于推动活塞上升而对外作膨胀功。即：c=p 。pdT三与能量有关的概念1、功：在热力学里，我们这样来定义功：“功是物系间相互作用而传递的能量。当系统完成功时，其对外界的作用可用在外界举起重物的单一效果来代替。”2、膨胀功：由于系统容积发生变化增大或缩小而通过界面对外界传递的机械功称为膨胀功，也称容 积功。3、轴功：系统通过机械轴与外界传递的机械功称为轴功。4、流淌功：开口系统因工质流淌而传递的功。5、技术功：技术上可资利用的功，它是稳定流淌系统动能、位能的增量与轴功三项之和。6、热量：热量学的热量定义是，在温差作用下系统与外界传递的能量称为热量。7、系统储存能：系统储存的能量称为储存能，它有内部储存能和外部储存能之分。8、内部储存能：储存于系统内部的能量，它与系统内工质的分子构造及微观运动形式有关，称为内能或内储存能。9、外部储存能：与系统整体运动以及外界重力场有关的能量,称为外储存能。10、焓：焓的定义式为h = u + pv 。对于流淌工质，焓具有能量意义，它表示流淌工质向流淌前方传递的总能量共四项中取决于热力状态的那局部能量。对于不流淌工质，因pv 不是流淌功，焓只是一个复合状态参数，没有明确的物理意义。11、熵：熵是一种广延性的状态参数。熵的定义式ds =换的热量与热力学温度的比值。二、公式一根本定律、根本方程1、抱负气体状态方程 pv = RT1kg 物量表示的状态方程式d Qre ，即熵的变化等于可逆过程中系统与外界交T PV = mRT mkg 物量表示的状态方程式 pV= R T1kmol 物量表示的状态方程式M0 pV = nR T nkmol 物量表示的状态方程式02、热力学第确定律（1） 闭口系统能量方程 q = Du + w任何工质，任何过程dq = du + dw任何工质，任何过程d q = du + pdv可逆过程2 q = Du + ò pdv可逆过程1（2） 开口系统能量方程ç÷d Q = æ h + 1 c2 + gzöd m- æ h + 1 c2 + gzöd m-dW+ dEè 2222 ø2è 1211 ø1netcvç÷（3） 开口系统稳态稳流能量方程 q = Dh + wt任何工质，任何过程dq = dh + dwt任何工质，任何过程d q = dh - vdp可逆过程2 q = Dh - òvdp可逆过程13、热力学其次定律 ò d Q £ 0循环过程T DS ³ ò d QTr DS = S+ Sfg闭口系统闭口系统 DSiso³ 0孤立系统或闭口绝热系统二根本公式1、温度t = T - 273.152、循环效率0h= w q1=1 - q2qq1= 1 -2qq1e= q21w01e= q=2qq - q12q=12wq - q0123、抱负气体比热 c = c” = c =d q dTMc22.4Mc M= cr0 c- cpv= R梅耶公式k = cpcv= c”= Mc c”Mcppvv c=v c=pRk - 1kRk - 1 Mcv= i R20 Mc= i + 2 Rp204、系统总储存能e = u + e+ e= u +kp5、抱负气体内能变化12 c 2 + gz du = cdT抱负气体，任何过程v Du =2ò c dT抱负气体，任何过程v16、抱负气体焓变计算 dh = cdT抱负气体，任何过程p Dh =2ò c dT抱负气体，任何过程p17、抱负气体熵变计算 Ds = cvTln2T1+ R ln2vv1 Ds = cpTln2T1- R ln2pp1 Ds = cln v2 + c ln p2pvvp118、膨胀功d w = pdv2 w = ò pdv仅适用于可逆过程19、流淌功 w= pvf w= p vf2 2- p v1 1移动1kg 工质进、出把握体净流淌功10、技术功1 w =Dc2t21+ gDz + ws任何工质，任何过程dwt=dc22+ gdz + dws任何工质，任何过程d w= -vdp可逆过程t wt11、热量= -ò21vdp可逆过程d q = Tds q =2ò Tds112、多变指数n = ln( p2/ p )1ln(v1/ v )213、多变比热n - kc=cnn - 1v14、活塞式压气机余隙百分比-´Vc =3100%VV1315、多级压气机每级升压比pzz +1p1b =16、卡诺循环热效率ht ,c= 1 - T2T1e1,ce=T2T - T12qqT=1 =1=12,cw0q - q12T - T1217、作功力气损失 L = T S0g Liso= T DS0iso18、熵方程 DS= S+ Ssysfg闭口系统 s= sg2- s - s1f稳态稳流的开口系统三导出公式1、多变过程的过程方程式p × vn = Const2、多变过程初、终状态参数间的关系pæ v ön 2 = ç1 ÷ pvn= 定值èpv12Tæ vø÷ön-1vèçø 2 =1T12 Tvn-1 = 定值Tæ pö n-1T 2 = ç2 ÷ n= 定值èøTp113、膨胀功n-1p nw = ò 21pdv=1( p v- p v )n - 1=11 12 2R(T - T )n - 1112êúéæ pö n -1 ùn=RTn - 1ê1 - ç2 ÷ú4、技术功1èpøëê1úûw = n × wt5、热量Rk -1q= c (T- T ) +(T - T ) = c (T - T ) -c (T- T )nv21n -112v21n -1v21= n -k c (T - T ) = c (T - T )n -1v21三、图n21一多变过程在 p - v 图和T - s 图上的分布规律1 p - v 图多变过程线在 p - v 图上的斜率： dp= -n p2 T - s 图dvv多变过程线在T - s 图上的斜率： dT = T=n - 1Tdscnc (n - k )v二在 p - v 图和T - s 图上各线群的大小变化趋向三过程中q 、 w 和Du 正负值的推断膨胀功 w 的正负应以过起点的定容线为分界。 p - v 图上，由同一起点动身的多变过程线，假设位于定容线的右方，各过程的 w 为正，反之为负。T - s 图上， w > 0 的过程线位于定容线的右下方； w < 0 的过程线位于定容线的左上方。技术功 wt的正负应以过起点的定压线为分界。p - v 图上，由同一起点动身的多变过程线，假设位于定压线的下方，各过程的wt为正，反之则负。T - s 图上， wt> 0 的过程线位于定压线的右下方；wt< 0 的位于定压线的左上方。热量 q 的正负以过起点的定熵线为分界。明显， T - s 图上，任何同一起点的多变过程线，假设位于定熵线的右方，则q > 0 ；反之q < 0 。 p - v 图上，假设位于定熵线右上方， q > 0 ；反之q < 0 。Du(Dh, DT ) 的正负以过起点的定温线为分界。T - s 图上，任何同一起点的多变过程线，假设位于定温线之上， Du(Dh, DT ) > 0 ，反之则Du(Dh, DT ) < 0 。 p - v 图上， Du(Dh, DT ) > 0 的过程位于定温线的右上方；反之则位于定温线的左下方。四依据过程的要求，在 p - v 图和T - s 图上表示该过程例如，要求将工质又膨胀、又吸热、又降温的过程表示在 p - v 图和T - s 图上。步骤如下：先在 p - v 图和T - s 图上画出四条根本过程线，如图 3-4 所示。找出工质膨胀的区域。 p - v 图上在定容线右侧，T - s 图上在定容线右下侧，如图 3-4 所示的 1 区域。找出工质吸热的区域。 p - v 图上在定熵线右上侧，T - s 图上在定熵线右侧，如图 3-4 所示的 2区域。找出工质降温的区域。 p - v 图上在定温线左下侧，T - s 图上在定温线下侧，如图 3-4 所示的 3区域。在 p - v 图、T - s 图上，所标的以上 3 个区域重叠区域，就是工质又膨胀、又吸热、又降温的区域。从a 点向该区域画一条线a - b ，该过程线即为所要求的过程线，见图3-4 所示。四、过程多变过程p × vn = Const1、n = 0 时， p = Const ，表示定压过程； 2、n = 1 时， pv = Const ，表示定温过程； 3、n = k 时， pvk = Const ，表示定熵过程；4、n = ±¥ 时， v = Const ，表示定容过程。其次局部 水蒸气一、概念1、汽化：物质由液相转变为气相的过程，称为汽化。气化有蒸发和沸腾两种形式。蒸发是指液体外表的 汽化过程，通常在任何温度下都可以发生，沸腾是指液体内部的汽化过程，它只能在到达沸点温度时才会发生。2、分散：物质由气相转变为液相的过程，称为分散。3、水蒸气的饱和状态：液体汽化和气体分散的动态平衡状况称为水蒸气的饱和状态。4、汽化潜热：将1kg 饱和液体转变成同温度的干饱和蒸汽所需要的热量。5、干度：单位质量湿蒸汽中所含干饱和蒸汽的质量叫作湿饱和蒸汽的干度。6、临界点：当温度超过确定值tc时，液相不行能存在，而只可能是气相。tc称为临界温度，与临界温度相对应的饱和压力 pc称为临界压力。所以，临界温度和压力是液相与气相能够共存时的最高值。当压力高于临界压力时，液-汽两相的转变不经受两相平衡共存的饱和状态，在定压下液-汽两个相区不存在明显的、确定的界限。临界参数是物质的固有常数。二、公式1、干度vx =mm+ mfv2、湿饱和蒸汽的参数值 y = xy ”+ (1- x) y ” = y ”+ x( y “- y ”) x =y - y ” y “- y ”3、汽化潜热r = Ts三、图(s“ - s” ) = h“ - h ”1、水蒸气的 p - v 图和T - s 图2、水蒸气的焓熵图四、过程q = Dh = h- h21Du = h- h - p(v- v )2121w = q - Du或w = p(v- v )21w = -ò vdp = 0t1、定压过程w = ò pdv = 0q = DuDu = h- h - v( p- p )2121w= -ò vdp = v( p - p )t122、定容过程q = T (s- s )21w = q - Duw= q - DhtDu = h- h - ( p v- p v )212 21 13、定温过程4、绝热过程q = 0w = -Duw= -DhtDu = h2- h - ( p v12 2- p v )1 1第三局部 湿空气一、概念1、未饱和空气：由干空气与过热水蒸气状态点a 所组成的湿空气称为未饱和空气。2、饱和空气：由干空气与饱和水蒸气组成的湿空气称为饱和空气。3、干球温度：指用一般温度计又称干球温度计测得的温度就是干球温度。4、露点温度：露点温度td是对应于水蒸气分压力 pv下的饱和温度，简称露点。5、绝热饱和温度：在绝热的条件下对湿空气参与水分，并尽其蒸发而使湿空气到达饱和状态时所对应的 温度。6、湿球温度：指用湿纱布包裹的湿球温度计测得的湿纱布中水的温度。7、确定湿度：每立方米湿空气中所含有的水蒸气质量，称为湿空气确实定湿度。8、相对湿度：湿空气确实定湿度rv与同温度下饱和空气的饱和确定湿度rs的比值，称为相对湿度。9、含湿量：在含有1kg 干空气的湿空气中，所混有的水蒸气质量称为湿空气的含湿量或称比湿度。10、饱和度：湿空气的含湿量d 与同温下饱和空气的含湿量d ，的比值称为饱和度。11、湿空气的容积：湿空气的容积是1kg 干空气为基准定义的，它表示在确定温度T 和总压力 p 下，1kg 干空气和0.001dkg 水蒸气所占有的容积，即1kg 干空气的湿空气容积。12、湿空气的焓值：湿空气的焓是以1kg 干空气为基准来表示的，它是1kg 干空气的焓和0.001dkg 水蒸气的焓的总和。13、热湿比：为了说明过程中焓和含湿量的变化，可以用状态变化前后的焓差和含湿量差的比值来描绘过程 。 它 反 映 了 过 程 的 方 向 与 特 征 。 这 个 比 值 称 为 热 湿 比 。 其 定 义 式 是eh1= 10002 - hd - d21也称角系数。二、公式= 1000 DhDd(kJ / kg) 。热湿比e 在h - d 图上反映了过程线的倾斜度，因此，1、湿空气的总压力p = p+ pav2、湿空气的分子量及气体常数ppB - ppM = r Maa3、确定湿度+ r Mvv=a M Ba+ v M=Bvv M+v M BaBvp r= mv =v(kg / m3 )vVR Tv r=pssR Tv(kg / m3 )4、相对湿度pj = rv =vrpss5、含湿量比湿度pj pd = 622vB - pv= 622 B - jsps( g / kg(a)6、饱和度D = d = jdsB - p B - psv7、湿空气的容积Rv =a ×T (1+ 0.001606d )( m3 / kg(a)p8、湿空气的密度r = 1+ 0.001dv9、湿空气的焓值h = 1.01t + 0.001d (2501 + 1.85t)(kJ / kg(a)10、湿空气中干空气的质量p V(B - p )V(B - p )Vm=a=v=vaR TR T287Ta11、热湿比21e =h - hah - hDh= 100021 = 1000(kJ / kg)0.001(d2- d )d - dDd121三、 湿空气的焓湿图1. 定含湿量线定 d 线是一组垂直线，自左向右d 值渐渐增加，纵坐标为d = 0 的定d 线。常常在图的上方或下方画一个水平轴来标出含湿量d 的值。2. 定焓线定h 线作成一组与纵坐标轴夹角为135° 的平行直线。沿纵坐标轴的零点以上焓为正值；零点以下焓为负值，自下向上焓值渐渐增加。纵坐标轴上的读数也是干空气在不同温度下的焓值。3. 定温干球温度线依据h = 1.01t + 0.001d (2501 + 1.85t) 的关系式，可以看出，当t 为定值时， h 与d 成线性关系，其斜率0.001(2501 + 1.85t) 为正值并随t 的上升而增大。由于各定温线的温度不同，每条定温线的斜率不等， 所以各定温线不是平行的。但斜率中的2501远远大于1.85t 的值，所以各定温线又几乎是平行的。4. 定相对湿度线依据d = 622jps的关系式。在确定的大气压力B 下，当j 值确定时，含湿量d 与水蒸气饱和分B - jp压力 pss之间有一系列的对应值，而ps又是温度t 的单值函数。因此，当j 为某确定值时，把不同温度t 的饱和分压力 p值代入式d = 622jps，就可得到相应温度t 下的一系列d 值。在h - d 图上可得到相sB - jps应的状态点，连接这些状态点，就可得出某一条向上凸出的定相对湿度线。明显，j = 0 的定相对湿度线就是干空气，亦即纵坐标轴； j = 100% 的相对湿度线是饱和湿空气线，也称临界限。它将 h - d 图分成两局部，上部为未饱和湿空气区域， j < 1 ；线上各点是饱和湿空气；下部没有实际意义，由于到达j = 100% 时已经饱和，再冷却则水蒸气分散为水析出，湿空气仍保持j = 100%应当指出，如大气压力 B = 105Pa ，则相应 B 压力的水蒸气饱和温度 t = 99.63°C 。当湿空气温度t = 99.63°C 时，定j 线是向上凸出的曲线，它表征，在确定j 值下，随着温度或焓值的增加，湿空气中的含湿量相应增加。当湿空气温度t > 99.63时，水蒸气饱和分压力 ps能到达的极限值是 B ，这时j pd = 622s= 622jB= 622j，说明相对湿度j 与t 无关，仅与 d 或 p有关。因此，B -j psB -jB1-jv在h - d 图上，定j 线超过与 B 相应的饱和温度线之后变成一条与等d 线平行垂直向上的直线。由于在空调工程中，高温空气不常承受，附录中给出的h - d 图未示出这种状况。但在枯燥工程中所应用h - d 图， 湿空气的温度往往超过100°C ，所给出的h - d 图中定j 线就包括上述的垂直线段。5. 水蒸气分压力线由 d = 622p B - pvv,可得 pv=Bd。当大气压力 B 为确定值时，水蒸气分压力 p622 + dv仅与含湿量d 有关，即 pv= f (d ) 。这说明在 B = 常数的h - d 图上，d 与 pv不是相互独立的两个状态参数。当d622时， pv与d 近似成直线关系。因此，可以在 h - d 图上给出 d 与 pv之间的变换线。可利用j = 100% 曲线下面的空档，将与 d 相对应的 pv所给出的h - d 图。6. 定湿球温度线值表示在图右下方的纵轴上，也可以表示在横坐标轴上，如附录图 2在工程计算中完全可用定焓线来代替定湿球温度线，定焓线与j = 100% 线的交点所通过的定温线的温度值，就是这条定湿球温度线的湿球温度值，此时tw7. 露点温度» t ” 。w露点是指在水蒸气分压力不变的状况下冷却到饱和状态时的温度，也就是在含湿量不变的状况下冷却到饱和状态时的温度。在h - d 图上如图 8-6 所示：从初态点 1 向下作垂直线与j = 100% 的饱和曲线相交得点 2，通过点 2 的定温线的读数就是状态点 1 的湿空气的露点温度t 。d8. 热湿比从e = 1000 Dh 可知，在定焓过程中Dh = 0 ，热湿比e = 0 。在定含湿量过程中，Dd = 0 如过程吸Dd热，则e = +¥ ，如过程放热，则e = -¥ 。因此，定焓线与定含湿量线将h - d 图分成四个区域如图 8-5 所示。从两线交点 1 动身，终态点可落在四个不同的区域内，此时四个区域具有如下的特点。第区域：从初态点1 动身，落在这一区域内的过程，Dh > 0 ，Dd > 0 ，即增焓增湿过程，e > 0 为正值。第区域：从初态点1 动身，落在这一区域内的过程，Dh > 0 ，Dd < 0 ，即增焓减湿过程，e < 0 为负值。第区域：从初态点1 动身，落在这一区域内的过程，Dh < 0 ，Dd < 0 ，即减焓减湿过程，e > 0 为正值。第区域：从初态点 1 动身，落在这一区域内的过程， Dh < 0 ， Dd > 0 ，即减焓增湿过程，e < 0 为负值。四、过程8-4-1 加热过程加热过程中， Dh > 0 ， Dd = 0 ，热湿比e = ¥ 。对每kg 干空气而言，所吸取的热量为q = h- h21(kJ / kg(a)8-4-2 冷却过程在等d 冷却过程中， Dh < 0 ， Dd = 0 ，热湿比e = -¥ ，湿空气在冷却过程中所放出的热量为8-4-3 冷却去湿过程q = h2- h 负值 (kJ / kg(a)1在去湿冷却过程中，h2”< h ，d12”< d ，t12”< t ，在一般状况下，j12”> j 。由于Dh < 0 ， Dd < 0，1故热湿比e > 0 。湿空气在去湿冷却过程中放出的热量为所析出的水分为q = h2”- h 负值 (kJ / kg(a)1Dd = d2”- d 负值 (g / kg(a)18-4-4 绝热加湿过程在绝热加湿过程 1-2 中， h2= h ， d12> d ，j12> j ， t12< t 。由于Dh = 0 ， Dd > 0 ，过程 1-21的热湿比e = ¥ ，在绝热加湿过程中对每kg 干空气而言吸取的水蒸气为8-4-5 定温加湿过程Dd = d- d21(g / kg(a)喷蒸汽加湿的结果，使 h2高，但可近似地认为不变。> h ， d12> d ， j12> j ，温度虽略有升1如 喷 入 压 力 为 105Pa 的 饱 和 水 蒸 气 ， 则 水 蒸 气 的 焓 值h = 2676kJ / kg ，对每kg 干空气而言所吸取的热量为v2676Ddq = h - h21= 0.001Ddh =v1000(kJ / kg (a)而含湿量的增加Dd 。因此，喷饱和水蒸气加湿过程的热湿比为h - h2676Dd21e = 1000´= 1000´= 2676Dd1000Dd