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1、完整版工程热力学大总结 第五版第一章 基 本 概 念1.基本概念热力系统 ：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 ：分隔系统与外界的分界面，称为边界。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 ：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 ：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 ：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。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 ：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称

2、为单相系。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 ：由一种化学成分组成的系统称为单元系。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 ：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 ：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 ：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 ：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：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

3、（ T）、压力（P）、比容（u ）或密度（p ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。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 ：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 ：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 ：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 ：单位质量工

4、质所具有的容积，称为工质的比容。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 ：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：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：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

5、近平衡态的状态所组成，并称之为准静态过程。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：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：通过热力系边界所传递的除功之外的能量。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。2.常用公式状态参数：2dx x2 x1 dx 0i状态参数是状态的函数，对应一定的状态，状态参数都有唯一确定的数值，工质在热力过程中发生 状态变化时，由初状态经过不同路径，最后到达终点，其参数的变化值，仅与初、终

6、状态有关，而与状 态变化的途径无关。温度：2BTmw22 _式中 叱一分子平移运动的动能， 其中m是一个分子的质量， W是分子平移运动的均2方根速度；B比例常数；T气体的热力学温度。2.T 273 t压力 ：221. Pmw n32式中P单位面积上的绝对压力;Nn分子浓度，即单位容积内含有气体的分子数 n ，其中N为容积V包含的气体分子总数。F2- P f式中 F整个容器壁受到的力，单位为牛( N);f容器壁的总面积(m2)。3. p B Pg (PB)p B H (PB)式中B当地大气压力Pg高于当地大气压力时的相对压力，称表压力；H 低于当地大气压力时的相对压力，称为真空值。比容：1. v

7、 V m3/kgm式中 V工质的容积m工质的质量2.v 1式中 一工质的密度 kg/ m3v 工质的比容 m 3/kg热力循环：* q * ww0 q1 q2 1t Iq1 q式中 q1工质从热源吸热；q2工质向冷源放热；W0循环所作的净功。式中 q1工质向热源放出热量;q2工质从冷源吸取热量；W0循环所作的净功。Wo q1 q23.重要图表式中q1工质向热源放出热量q2工质从冷源吸取热量wo循环所作的净功供热系数:2qiqi边界真空气缸活塞水平图1-1热力系统控制界血1 /. ：7* * * ；m JM 二二/假想边界图1-2边界可变形系统孤立系统边界图1-4孤立系统出口設正圧P大气圧力H电

8、工1 1 J-A J r;1电*I 贝LL0 绝对真空图1-6各压力间的关系(a)正循环；(b)逆循环第二章气体的热力性质1.基本概念理想气体：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：单位物量的物体，温度升高或降低 1K (1C)所吸收或放出的热量，称为该物体的比热。定容比热：在定容情况下，单位物量的物体，温度变化 1K ( 1C)所吸收或放出的热量，称为该物体的定容比热。定压比热：在定压情况下，单位物量的物体，温度变化 1K ( 1C)所吸收或放出的热量，称为该物体的定压比热。1K (1C)时，物体和外界交换的定压质量比热：在定压过程中，

9、单位质量的物体，当其温度变化热量，称为该物体的定压质量比热。1K (1C)时，物体和外界交换的1K (1C)时，物体和外界交换的1K (1C)时，物体和外界交换的1K (1C)时，物体和外界交换的1K (1C)时，物体和外界交换的定压容积比热 ：在定压过程中，单位容积的物体，当其温度变化 热量，称为该物体的定压容积比热。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 热量，称为该物体的定压摩尔比热。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 热量，称为该物体的定容质量比热。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 热量，称为该物体的定容容积比热。定

10、容摩尔比热 ：在定容过程中，单位摩尔的物体，当其温度变化热量，称为该物体的定容摩尔比热。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：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 ：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：混合气体的总容积 V等于各组成气体分容积 V之和。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 ：混合气体中某

11、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 ：各状态参数与临界状态的同名参数的比值。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 Pr、Tr和Vr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。2.常用公式理想气体状态方程 ：1 PV RT式中 p绝对压力 PaV 比容 m3/kgT热力学温度 K适用于 1 千克理想气体。2 pV mRT式中 V 质量为mkg气体所占的容积适用于 m 千克理想气体。3 pVM R0T式中 Vm=Mv气体的摩尔容积， m3/kmol ;Ro=MR 通用气体常数， J/kmol K适用于1千摩尔理想气

12、体。4. pV nRgT式中V nKmol气体所占有的容积， m3;n气体的摩尔数， n , kmolM适用于n千摩尔理想气体。5.通用气体常数：RoRo 8314 J/Kmol KRo与气体性质、状态均无关。6 .气体常数：RJ/kg KRo 8314R -M MR与状态无关，仅决定于气体性质。PlVi P2V2Ti T2比热：q1 .比热定义式：c dT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。2.质量比热、容积比热和摩尔比热的换算关系： C 座 C 22.4式中c质量比热，kJ/Kg kc容积比热，kJ/m3 kMe摩

13、尔比热，kJ/Kmol k3.定容比热:CVqv duv dT dT表明单位物量的气体在定容情况下升高或降低1K所吸收或放出的热量。4.定压比热:CPqp dhdT dT表明单位物量的气体在定压情况下升高或降低1K所吸收或放出的热量。5.梅耶公式:Cp CvRMCp Mcv MR R06.比热比:Cv CvMCpMC；RC 1nRCP道尔顿分压定律:PiP2P3PnnPi1 T,V阿密盖特分容积定律V2V3VnnVi1T,P质量成分:gimi容积成分:摩尔成分:Xi容积成分与摩尔成分关系:质量成分与容积成分:折合分子量:g1nig2rigiX1X2niMignriniM inMgigiXnxi

14、nxiM ii 1riXi1niriXiMiMMi* MnriMii 1gl g2 M1 M2gngi折合气体常数：RRon尺ni 0n Rm 一i1 MingiRi 1MmmmRRoR011Mr1M 1r2M2 L LrnM n r1R1r2 L LR2rnRnn主i 1 RiMni 1 M i分压力的确定Pi Vl P ripVPi gi Lgpin混合气体的比热容：c gCi+g2C2+L L gncn gicii 1n混合气体的容积比热容： c r1c+r 2C2+L L rncn rc ii 1n n混合气体的摩尔比热容：MeMigQ1xiMi 1i G混合气体的热力学能、焓和熵Un

15、Uii 1或UnmiUi 1HnHii 1或Hnmihii 1SnSi 1或SnmiSii 1范德瓦尔(Van der Waals)方程对于Ikmol实际气体aVM2Vm bRoT压缩因子:对比参数:v zVidPVRTTpVTrPrVrTcPcVc3.重要图表常用气体在理想状态下的定压摩尔比热与温度的关系MCp ao a,T a2T2 a3T3(kJ/(kmol*)气体分子式a。a1 103a2 106as 109温度范围(K)最大误差%空气28.1061.96654.8023-1.966127318000.72氢H28.10-1.9159-4.0038-0.870427318001.01氧

16、0225.17715.2022-5.06181.311727318001.19氮n228.907-1.57138.0805-28.725627318000.59一氧化碳CO28.2601.67515.3717-2.221927318000.89二氧化碳CO222.25759.8084-35.01007.469327318000.647水蒸气H2O32.2381.923410.5549-3.595227318000.53乙烯C2H24.1261155.0213-81.545516.975529815000.30丙烯C3H43.7457234.0107-115.127821.73532981500

17、0.44甲烷CH419.88750.241612.6860-11.011327315001.33乙烷C2H65.413178.0872-69.37498.714729815000.70丙烷C3H8-4.233306.264-158.631632.145529815000.28几种气体在理想气体状态下的平均定压质量比热容tc)02N2H2CO空气CO2H2O00.9151.03914.1951.0401.0040.8151.8591000.9231.04014.3531.0421.0060.8661.8732000.9351.04314.4211.0461.0120.9101.8943000.9

18、501.04914.4461.0541.0190.9491.9194000.9651.05714.4771.0631.0280.9831.9485000.9791.06614.5091.0751.0391.0131.9786000.9931.07614.5421.0861.0501.0402.0097001.0051.08714.5871.0981.0611.0642.0428001.0161.09714.6411.1091.0711.0852.0759001.0261.10814.7061.1201.0811.1042.11010001.0351.11814.7761.1301.0911.1

19、222.14411001.0431.12714.8531.1401.1001.1382.17712001.0511.13614.9341.1491.1081.1532.21113001.0581.14515.0231.1581.1171.1662.24314001.0651.15315.1131.1661.1241.1782.27415001.0711.16015.2021.1731.1311.1892.30516001.0771.16715.2941.1801.1381.2002.33517001.0831.17415.3831.1871.1441.2092.36318001.0891.18

20、015.4721.1921.1501.2182.39119001.0941.18615.5611.1981.1561.2262.41720001.0991.19115.6491.2031.1611.2332.44221001.1041.19715.7361.2081.1661.2412.46622001.1091.20115.8191.2131.1711.2472.48923001.1141.20615.9021.2181.1761.2532.51224001.1181.21015.9831.2221.1801.2592.53325001.1231.21416.0641.2261.1821.2

21、642.554密度 p( kg/m3)1.42861.25050.089991.25051.29321.96480.8042几种气体的临界参数和范德瓦尔常数物质名称Tc（K）Pc(MPa)a 103(MPa. m6/kmol2)b 103(m3/kmol)He5.30.229013.576724.05H233.31.2970224.930426.68N2126.23.39456136.811538.63O2154.85.07663137.642931.68CO2304.27.38696365.292042.78NH3405.511.29830424.381237.30H2O647.322.12

22、970552.106930.39CH4190.74.64091228.500142.69CO133.03.49589147.547939.53几种气体的临界压缩因子物质HeH2n2O2CO2NH3H2OCOCH4Zc0.3000.3040.2970.2920.2740.2380.2300.2940.290图2-5通用压缩因子图第三章热力学第一定律1.基本概念热力学第一定律：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。

23、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：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：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）：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：流动工质向流动前

24、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：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：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：动力机是利用工质在机器中膨胀获得机械功的设备。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：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。2.常用公式外储存能：宏观动能:Ek1 2 me2重力位能:系统总储存能热力

25、学能变化25dT1适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程2.u Cv 仃2 T1）适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用定值比热计算）t2 t2 t1 t t3. u Cvdt Cvdt Cvdt Cvm f t? 0 Xt, 0 0适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用平均比热计算）24 .把 Cv f T的经验公式代入 u CvdT积分。适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程(用真实比热公式计算)nn5U U1 U2 U n Ui miuii 1 i 1由理想气体组成的混合气体的热力学能等于各组成气体热力学能之和， 各组成气体热力学 能又可表示为单位质量热力学能与其质量的乘积。26 u q pdv1 适用于任何工质，可逆过程。7 u q 适用于任何工质，可逆定容过程28 u pdv1 适用于任何工质，可逆绝热过程。9 U 0 适用于闭口系统任何工质绝热、对外不作功的热力过程等热力学能或理想气体定温过 程。10 U Q W适用于 mkg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程。11. u q w适用于 1kg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程12. du q pdv 适用于微元，任何工质可逆过程 13 u h