工程热力学总复习上课讲义.ppt

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1、工程热力学总复习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比如功的概念,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、推挤功、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;又可从定义出发分为质量比热容、容积比热容、摩尔比热容等;还可以从计算数值来源的不同分为真实比热容、平均比热容和定值比热容等。再如循环的概念,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

2、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

3、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。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

4、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

5、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计算题1、会计算过程的功和热量2、如图所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室1压力高于室2压力。大气压力为1.013X105Pa。试求：（1）真空室以及1室2室的绝对压力；（2）表C的读数；（3）圆筒顶面所受的作用力。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第一定律的实质：能量守恒与

6、转换定律在热现象中的应用在热现象中的应用。二.第一定律的表述：第一定律的表述：热是能的一种，机械热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他们能变热能，或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。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。之相应量的热。解题思路1）取好热力系取好热力系2）计算初、终态计算初、终态3）两种解题思路两种解题思路从从已知条件逐步推向目标已知条件逐步推向目标从目标反过来缺什么补什么从

7、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不可逆过程的功可尝试从外部参数着手第二章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理想气体的热力过程重点和难点重点和难点一、理想气体的热力性质一、理想气体的热力性质1)理想气体状态方程理想气体状态方程（重点）重点）a）状态方程只能用于平衡态；）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；）必须采用绝对温度和绝对压力；c）p,v,V,Vm,T及及M等量的单位必须与等量的单位必须与

8、气体常数协调一致。气体常数协调一致。2)比热容比热容（即是重点又是难点）即是重点又是难点）a）容积热容）容积热容C是标准状态下的立方米（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）平均比热容表必须一一对应，表的自变量 是摄氏温度是摄氏温度t，而不是绝对温度，而不是绝对温度T。3)理想气体的热力学能、焓和熵的计算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二、理想气体的热力过程1)热力过程计算公式的掌握热力过程计算公式的掌握2)熟练掌握熟练掌握4种基本过程及多变过程的初、终态

9、种基本过程及多变过程的初、终态p,v,T3)参数之间的关系，以及过程中系统与外界交换的热量、参数之间的关系，以及过程中系统与外界交换的热量、4)功量的计算。具体计算公式见功量的计算。具体计算公式见P101表表4-1。(1)p,v,T初、终态参数的关系式中，定容、定压、定温初、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。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）具体应用（对于可逆过程而言）(3)除定

10、容过程以外，各种过程的技术功是膨胀功的除定容过程以外，各种过程的技术功是膨胀功的 几倍，即几倍，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，斜率的绝对值随显然，斜率的绝对值随n的增大而增大的增大而增大其中(2)过程中q，u，h，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

11、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，w0;反之w0;反之wt0;反之q0;反之u(h,T)0可见通过过程中可见通过过程中q,u,h,w和和wt正负的判正负的判断，可以了解过程的性质和特点，并能断，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。态变化的联系，对分析过程十分有用。第五章第六章压缩因子范德瓦尔方程对应态原理第七章重点和难点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、

12、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

13、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（p2pb），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

14、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

15、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p11.5MPa，温度为t127度的空气，流经一喷管进入压力保持在pb0.6MPa的某装置中，如果流过喷管的流量为3kg

16、/s，来流速度可忽略不计，试设计该喷管？如果来流速度cf1100m/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pa500kPa，ta43度，喷管外大气压力pb100kPa，温度t027度，喷管出口截面面积为68cm2。空气的Rg287J/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TS图上。paApb功

17、率调节在蒸气动力装置中，为调节输出功率，让从锅炉出来的压力p12.5MPa，温度为t1490度的蒸气，先经节流阀，使之压力降为p21.5MPa，然后在进入汽轮机定熵膨胀至40kPa。设环境温度为20度，求：（1）绝热节流后蒸气的温度；（2）节流过程熵的变化；（3）节流的有效能损失，并将其表示在TS上；（4）由于节流使技术功减少了多少？节流测湿蒸气的干度节流式蒸气量热计如图所示，它是用来测定流过蒸气管路的湿蒸气干度的一种仪器，是利用湿蒸气充分节流后形成过热蒸气这一原理而制成的。如果湿蒸气从1.4MPa在量热计中节流到0.1MPa、150度，试确定湿蒸气的干度多少？第十一章重点和难点掌握各种循环的

18、pv图和Ts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。典型题精解2、内燃机混合加热循环的pv及ts图如图所示。已知p197kPa，t128，V10.084m2，压缩比e15，循环最高压力为p36.2MPa，循环最高温度t41320，工质视为空气。试计算:(1)循环各状态点的压力、温度和容积；(2)循环的热效率；(3)循环吸热量；(4)循环净功量。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；id图填空、

19、判断、选择题1)h=cpt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pv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

20、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，湿空气的平均（或折合）摩尔质量M。11)系统熵增加的过程比为不可逆过程。（）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

21、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、

22、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.0n1;b.1nk35)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

23、)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)计算题假设压缩空气的储气筒放置在露天，其温度随大气温度而变化，冬天时温度平均为7，夏天时平均为32。储气筒内压力始终保持为p。若由此气源连接喷管产生高速气流，试问：夏天与冬天喷管出口流速的比值及喷管流量的比值为多少？并分析背压不同而采用不同喷管形式时比值有何不同。T1=305 K；冬天时气源的温度为T1=280 K，喷口出口流速分别为流量分别为流速分别为：因此有：因此有：由此可见，不论渐缩喷管还是缩放喷管，当它们按喷管工作时，夏天的喷管出口流速总是大于冬天时的出口流速；夏天时的喷管质量流率总是小于冬天时的喷

24、管质量流率。（2）再来分析背压对缩放喷管的影响。对于缩放喷管，其出口流速公式为：利用内燃机排气管排出的废气通过喷管而获得高速气流，废气的压力为0.2MPa，进入喷管时气体流速为100m/s，温度为500。假设废气的性质可按空气计算，试求当背压为0.1MPa时渐缩形喷管的出口流速，并分析当近似地取p00.2MPa、t0500计算流速及流量时引起的误差。解：已知：p1=0.2MPa；T1=773K；k=1.4；pB=0.1 MPa；Rg=287.1J/kgK；cf1=100 m/s（1）先计算实际工况下的出口流速及流量：根据初态参数求出滞止参数：根据水蒸气表，说明下述已知条件下的各状态的其它状态参数t、v、h及s。已知：(1)p0.3MPa、t300；(2)p0.5MPa、t155；(3)p0.3MPa、x0.92。已知朗肯循环的蒸汽初压p15MPa、初温t1450，乏汽压力p20.005MPa。试求该循环加热过程的平均加热温度及循环热效率。又若把蒸汽初温提高到550，试求循环热效率。计算题二计算三计算三此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢