工程热力学基本知识点.docx

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工程热力学基本知识点

第一章根本观点

1.根本观点

热力系统：

用界面将所要研究的对象与四周环境分

分开来，这类人为分开的研究对象，称为热力系统，

简称系统。

界限：

分开系统与外界的分界面，称为界限。

外界：

界限以外与系统互相作用的物体，称为外界

或环境。

闭嘴系统：

没有物质穿过界限的系统称为闭嘴系统，

也称控制质量。

张口系统：

有物质流穿过界限的系统称为张口系统，

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达，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达和

物质互换，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

的系统称为单相系。

复相系：

由两个相以上构成的系统称为复相系，如

固、液、气构成的三相系统。

单元系：

由一种化学成分构成的系统称为单元系。

多元系：

由两种以上不一样化学成分构成的系统称为

多元系。

均匀系：

成分和相在整个系统空间呈均匀散布的为

均匀系。

非均匀系：

成分和相在整个系统空间呈非均匀散布，

称非均匀系。

热力状态：

系统中某瞬时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。

均衡状态：

系统在不受外界影响的条件下，假如宏

观热力性质不随时间而变化，系统内外同时成立了热

的和力的均衡，这时系统的状态称为热力均衡状态，

简称为均衡状态。

可编写可改正

状态参数：

描绘工质状态特征的各样物理量称为

工质的状态参数。

如温度〔T〕、压力〔P〕、比容

（υ〕或密度〔ρ〕、内能〔u〕、焓〔h〕、熵〔s〕、自由能〔f〕、自由焓〔g〕等。

根本状态参数：

在工质的状态参数中，此中温度、压力、比容或密度能够直接或间接地用仪表丈量出来，称为根本状态参数。

温度：

是描绘系统热力均衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大批微观分子热运动的强弱程度的宏观反应。

热力学第零定律：

如两个物体分别和第三个物体处于热均衡，那么它们相互之间也必定处于热均衡。

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：

相关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：

单位质量工质所拥有的容积，称为工质的比容。

密度：

单位容积的工质所拥有的质量，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同样，与质量多少没关，没有可加性，如温度、压力等。

在热力过程中，强度性参数起着推进力作用，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近似力学中位移的作用，称为广义位移。

准静态过程：

过程进行得特别迟缓，使过程中系统内部被损坏了的均衡有足够的时间恢复到新的均衡态，进而使过程的每一瞬时系统内部的状态都特别靠近均衡状态，整个过程可看作是由一系列非

11

常靠近均衡态的状态所构成，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

外界均能完整答复到初始状态，这样的过程称为可逆

过程。

膨胀功：

因为系统容积发生变化〔增大或减小〕而

经过界面向外界传达的机械功称为膨胀功，也称容积

功。

热量：

经过热力系界限所传达的除功以外的能量。

热力循环：

工质从某一初态开始，经历一系列状态

变化，最后又答复到初始状态的所有过程称为热力循

环，简称循环。

2.常用公式

2

状态参数:

dxx

2

x

dx0

1

1

状态参数是状态的函数，

对应必定的状态，状态

参数都有独一确立的数值，工质在热力过程中发生状

态变化时，由初状态经过不一样路径，最后抵达终点，

其参数的变化值，仅与初、终状态相关，而与状态变

化的门路没关。

温度：

1．mw2BT

2

2

式中mw—分子平移运动的动能，此中m是

2

一个分子的质量，w是分子平移运动的均方根速度；

B—比率常数；

T—气体的热力学温度。

2．T273t

压力：

2

mw2

2

1．p

n

nBT

3

2

3

式中P—单位面积上的绝对压力；

可编写可改正

n—分子浓度，即单位容积内含有气体的分子数

N

n，此中N为容积V包括的气体分子总数。

V

2．p

F

F—整个容器壁遇到的力，单

f

位为牛〔N〕；

f—容器壁的总面积〔m2〕。

3．

Bpg

PB

p

〔

>〕

pB

H

〔P

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:

V

3

1．v

m/kg

m

式中

—工质的容积

V

m—工质的质量

2．v1

式中

—工质的密度

kg/m3

v—工质的比容

3

m/kg

热力循环:

q

w

或

u0，du

0

循环热效率:

w0q1

q2

q2

t

q1

1

q1

q1

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。

制冷系数：

q2

q2

1

q1q2

w0

式中

1—工质向热源放出热量；

q

22

q2—工质从冷源汲取热量；

w0—循环所作的净功。

供热系数：

2

q1

q1

w0

q1q2

式中q1—工质向热源放出热量

q2—工质从冷源汲取热量

w0—循环所作的净功

第二章气体的热力性质

1.根本观点

理想气体：

气体分子是由一些弹性的、忽视分子之

间互相作使劲〔引力和斥力〕、不据有体积的质点所

构成。

比热：

单位物量的物体，温度高升或降低

1K〔1℃〕

所汲取或放出的热量，称为该物体的比热。

定容比热：

在定容状况下，单位物量的物体，温度

变化1K〔1℃〕所汲取或放出的热量，称为该物体的

定容比热。

定压比热：

在定压状况下，单位物量的物体，温度

变化1K〔1℃〕所汲取或放出的热量，称为该物体的

定压比热。

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，物体和外界互换的热量，

称为该物体的定压质量比热。

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，物体和外界互换的热量，

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1K〔1℃〕时，物体和外界互换的热量，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1K〔1℃〕时，物体和外界互换的热量，

称为该物体的定容质量比热。

可编写可改正

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，物体和外界互换的热量，称为该物体的定容容积比热。

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，物体和外界互换的热量，称为该物体的定容摩尔比热。

混淆气体的分压力：

保持混淆气体的温度和容积

不变时，各构成气体所拥有的压力。

道尔顿分压定律：

混淆气体的总压力P等于各组

成气体分压力Pi之和。

混淆气体的分容积：

保持混淆气体的温度和压力

不变时，各构成气体所拥有的容积。

阿密盖特分容积定律：

混淆气体的总容积V等于

各构成气体分容积Vi之和。

混淆气体的质量成分：

混淆气体中某组元气体的

质量与混淆气体总质量的比值称为混淆气体的质

量成分。

混淆气体的容积成分：

混淆气体中某组元气体的

容积与混淆气体总容积的比值称为混淆气体的容

积成分。

混淆气体的摩尔成分：

混淆气体中某组元气体的

摩尔数与混淆气体总摩尔数的比值称为混淆气体

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：

关于知足同一对比态方程式的各样

气体，对比参数pr、Tr和vr中假定有两个相等，那么

第三个对比参数就必定相等，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．pvRT

式中p—绝对压力Pa

v—比容

3

m/kg

33

T—热力学温度K

合用于1千克理想气体。

2．pVmRT

式中V—质量为mkg气体所占的容积

合用于m千克理想气体。

3．pVMR0T

3

式中VM=Mv—气体的摩尔容积，m/kmol；

R0=MR—通用气体常数，J/kmol·K

合用于1千摩尔理想气体。

4．pVnR0T

式中

—nKmol气体所据有的容积，

3

m；

V

n—气体的摩尔数，

m

n，kmol

M

合用于n千摩尔理想气体。

5．通用气体常数：

R0

R08314J/Kmol·K

R0与气体性质、状态均没关。

6．气体常数：

R

R0

8314

R

J/kg·K

M

M

R与状态没关，仅决定于气体性质。

可编写可改正

c'—容积比热，kJ/m3·k

Mc—摩尔比热，kJ/Kmol·k

qv

duv

u

3．定容比热：

cv

dT

T

dT

v

说明单位物量的气体在定容状况下高升或降低1K

所汲取或放出的热量。

qp

dh

4．定压比热：

cp

dT

dT

说明单位物量的气体在定压状况下高升或降低1K

所汲取或放出的热量。

5．梅耶公式：

cpcvR

c'pc'v0R

McpMcvMRR0

6．比热比：

cpc'pMcp

cvc'vMcv

R

cv

1

nR

cp

1

道尔顿分压定律：

7．p1v1p2v2

T1T2

比热：

1．比热定义式：

c

q

pp1p2p3

n

pi

pn

i1

T,V

阿密盖特分容积定律

：

n

dT

说明单位物量的物体高升或降低1K所汲取或放出的

热量。

其值不单取决于物质性质，还与气体热力的过

程和所处状态相关。

2．质量比热、容积比热和摩尔比热的换算关系：

Mc

c0

c'

式中

c—质量比热，kJ/Kg·k

VV1V2V3

Vn

Vi

i1

T,P

质量成分：

mi

gi

m

n

g1g2

gn

gi1

i

1

44

容积成分：

ri

Vi

V

n

rr1r2rn

ri1

i

1

ni

摩尔成分：

xi

n

n

xx1x2xnxi1

i1

容积成分与摩尔成分关系：

ni

rixi

n

质量成分与容积成分：

gi

mi

niMi

xi

Mi

ri

Mi

m

nM

M

M

gi

ri

Mi

ri

R

ri

i

M

Ri

折合分子量：

n

m

niMi

n

n

M

i1

xiMi

ri

Mi

n

n

i1

i

1

M

1

gn

1

g2

n

gi

g1

M1

M2

Mn

i1

Mi

折合气体常数：

n

n

R0

nR

mi

n

RR0

i0

nR0i0

i1

Mi

giRi

M

m

m

m

i1

R0

R0

R

r2M2

rnMn

Mr1M1

1

r1

r2

rn

R1

R2

Rn

可编写可改正

1

nri

i1Ri

分压力的确定

pi

Vi

p

ri

p

V

pi

gi

pgi

Mpgi

Rip

i

Mi

R

混淆气体的比热容：

cg1c1+g2c2+

n

gncn

gici

i

1

混淆气体的容积比热容：

r1c'+r1

2c'2+

n

c'

rnc'n

rci'i

i1

混淆气体的摩尔比热容

：

n

n

McMgici

xiMici

i1

i

1

n

混淆气体的热力学能、焓和熵

U

Ui

i1

n

或

U

miui

i

1

n

n

H

Hi

或

H

mihi

i

1

i1

n

n

S

Si

或

S

misi

i

1

i

1

范德瓦尔（VanderWaals）方程

a

pv2vbRT

关于1kmol实质气体

a

pVM2VMbR0T

55

可编写可改正

压缩因子：

功，即焓拥有能量意义；关于不流动工质，焓不过

v

pv

一个复合状态参数。

z

RT

vid

稳态稳流工况：

工质以恒定的流量连续不停地进

出系统，系统内部及界面上各点工质的状态参数和

T

p

宏观运动参数都保持必定，不随时间变化，称稳态

对比参数：

Tr

，pr

，

Tc

pc

稳流工况。

v

技术功：

在热力过程中可被直接利用来作功的能

vr

量，称为技术功。

vc

动力机：

动力机是利用工质在机器中膨胀获取机

第三章热力学第必定律

械功的设施。

1.根本观点

压气机：

耗费轴功负气体压缩以高升其压力的设

热力学第必定律:

能量既不可以被创建，也不可以被消

备称为压气机。

灭，它只好从一种形式变换成另一种形式，或从一个

节流：

流体在管道内流动，碰到忽然变窄的断面，

系统转移到另一个系统，而其总量保持恒定，这一自

因为存在阻力使流体压力降低的现象。

然界广泛规律称为能量守恒与变换定律。

把这必定律

2.常用公式

应用于伴有热现象的能量和转移过程，即为热力学第

外储藏能：

必定律。

宏观动能：

第一类永动机：

不用耗任何能量而能连续不停作功

Ek

1mc2

的循环发动机，称为第一类永动机。

2

热力学能：

热力系处于宏观静止状态时系统内所有

重力位能：

微观粒子所拥有的能量之和。

Ep

mgz

外储藏能：

也是系统储藏能的一局部，取决于系统

式中

g—重力加快度。

工质与外力场的互相作用〔如重力位能〕及以外界为

系统总储藏能：

参照坐标的系统宏观运动所拥有的能量

〔宏观动能〕。

1．E

U

Ek

Ep

这两种能量统称为外储藏能。

轴功：

系统经过机械轴与外界传达的机械功称为轴

或E

U

1mc2

mgz

2

功。

2．e

u

1c2

gz

流动功〔或推进功〕：

当工质在流进和流出控制体

2

界面时，后边的流体推开前面的流体而行进，这样后

3．E

U

或e

u〔没有宏观运动，而且高

面的流体对前面的流体一定作推进功。

所以，流动功

是为保持流体经过控制体界面而传达的机械功，它是

度为零〕

保持流体正常流动所一定传达的能量。

热力学能变化：

2

焓：

流动工质向流动前面传达的总能量中取决于热

1．ducvdT，u

cvdT

1

力状态的那局部能量。

关于流动工质，焓

=内能+流动

合用于理想气体全部过程或许实质气体定容过程

66

可编写可改正

2．

u

cv（T2

T1）

合用于1kg质量工质，张口、闭嘴，任何工质，

可逆、不行逆过程

合用于理想气体全部过程或许实质气体定容过程

〔用

q

pdv

12.du

定值比热计算〕

合用于微元，任何工质可逆过程

3．

13．u

h

pv

t2

t2

t1

t

t

u

cvdt

cvdtcvdtcvm02t2

cvm01t1

热力学能的变化等于焓的变化与流动功

t1

0

0

的差值。

合用于理想气体全部过程或许实质气体定容过程〔用

均匀比热计算〕

4．把cvfT的经验公式代入u

2

cvdT积

1

分。

合用于理想气体全部过程或许实质气体定容过程〔用

真切比热公式计算〕

n

n

5．UU1U2

Un

Ui

miui

i1

i1

由理想气体构成的混淆气体的热力学能等于各构成

气体热力学能之和，各构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。

2

6．uqpdv

1

合用于任何工质，可逆过程。

7．uq

合用于任何工质，可逆定容过程

2

8．updv

1

合用于任何工质，可逆绝热过程。

9．U0

合用于闭嘴系统任何工质绝热、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．UQW

合用于mkg质量工质，张口、闭嘴，任何工质，可逆、

不行逆过程。

11.uqw

焓的变化：

1．HUpV

合用于m千克工质

2．hupv

合用于1千克工质

3．huRTfT

合用于理想气体

2

4．dhcpdT，hcpdT

1

合用于理想气体的全部热力过程或许实质气体的

定压过程

5．hcp（T2T1）

合用于理想气体的全部热力过程或许实质气体

的定压过程，用定值比热计算

6

t2

t2

t1

h

cpdt

cpdt

cpdt

t2

t2

t1

t1

cpm0

cpm0

t1

0

0

合用于理想气体的全部热力过程或许实质气体的

定压过程用均匀比热计算

7．把cpfT的经验公式代入

2

hcpdT积分。

1

合用于理想气体的全部热力过程或许实质气体

的定压过程，用真切比热