工程热力学复习重点2012.3
绪 论
[1] 理解和掌握工程热力学的研究对象、主要研究内容和研究方法 [2] 理解热能利用的两种主要方式及其特点 [3] 了解常用的热能动力转换装臵的工作过程 1．什么是工程热力学
从工程技术观点出发，研究物质的热力学性质，热能转换为机械能的规律和方法，以及有效、合理地利用热能的途径。
2．能源的地位与作用及我国能源面临的主要问题 3. 热能及其利用
[1] 热能：能量的一种形式
[2] 来源：一次能源：以自然形式存在，可利用的能源。 如风能,水力能,太阳能、地热能、化学能和核能等。
二次能源：由一次能源转换而来的能源，如机械能、机械能等。 [3] 利用形式：
直接利用：将热能利用来直接加热物体。如烘干、采暖、熔炼(能源消耗比例大) 间接利用：各种热能动力装臵，将热能转换成机械能或者再转换成电能， 4．.热能动力转换装臵的工作过程 5．热能利用的方向性及能量的两种属性
[1] 过程的方向性：如：由高温传向低温
[2] 能量属性：数量属性、,质量属性 (即做功能力) [3] 数量守衡、质量不守衡
[4] 提高热能利用率：能源消耗量与国民生产总值成正比。
第1章 基本概念及定义 1. 1 热力系统 一、热力系统
系统：用界面从周围的环境中分割出来的研究对象，或空间内物体的总和。 外界：与系统相互作用的环境。
界面：假想的、实际的、固定的、运动的、变形的。
依据：系统与外界的关系
系统与外界的作用：热交换、功交换、质交换。 二、闭口系统和开口系统
闭口系统：系统内外无物质交换,称控制质量。 开口系统：系统内外有物质交换,称控制体积。 三、绝热系统与孤立系统
绝热系统：系统内外无热量交换 (系统传递的热量可忽略不计时，可认为绝热) 孤立系统：系统与外界既无能量传递也无物质交换
=系统+相关外界=各相互作用的子系统之和= 一切热力系统连同相互作用的外界
四、根据系统内部状况划分
可压缩系统：由可压缩流体组成的系统。
简单可压缩系统：与外界只有热量及准静态容积变化
均匀系统：内部各部分化学成分和物理'性质都均匀一致的系统，是由单相组成的。 非均匀系统：由两个或两个以上的相所组成的系统。 单元系统：一种均匀的和化学成分不变的物质组成的系统。 多元系统：由两种或两种以上物质组成的系统。
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：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。 思考题：
孤立系统一定是闭口系统吗?反之怎样? 孤立系统一定不是开口的吗、 孤立系统是否一定绝热？
1．2 工质的热力状态与状态参数 一、状态与状态参数
状态：热力系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况。 状态参数：描述工质状态特性的各种状态的宏观物理量。
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。
状态参数的数学特性:
21． ?dx?x2?x1
1
表明：状态的路径积分仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。 2．
?dx=0
表明：状态参数的循环积分为零
基本状态参数：可直接或间接地用仪表测量出来的状态参数：温度、压力、比容或密度 温度：宏观上，是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量。 微观上,是大量分子热运动强烈程度的量度 2．压力：
垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。
p?Ff 式中：F—整个容器壁受到的力，单位为牛顿（N）；
f—容器壁的总面积（m2）。
微观上：分子热运动产生的垂直作用于容器壁上单位面积的力。 压力测量依据：力平衡原理 压力单位：MPa
相对压力：相对于大气环境所测得的压力。工程上常用测压仪表测定的压力。 以大气压力为计算起点，也称表压力。
p?B?pg
（P>B） （P p?B?H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。 注意：只有绝对压力才能代表工质的状态参数 3．比容: 比容：单位质量工质所具有的容积。 密度：单位容积的工质所具有的质量。 v?Vm m3/kg 关系：?v?1 式中： ?—工质的密度 kg/m3 ，v—工质的比容 m3/kg 例:表压力或真空度为什么不能当作工质的压力？工质的压力不变化，测量它的压力表或真空表的读数是否会变化？ 解：作为工质状态参数的压力是绝对压力，测得的表压力或真空度都是工质的绝对压力与大气压力的相对值，因此不能作为工质的压力；因为测得的是工质绝对压力与大气压力的相对值，即使工质的压力不变，当大气压力改变时也会引起压力表或真空表读数的变化。 1．3准静态过程与可逆过程 热力过程：系统状态的连续变化称系统经历了一个热力过程。 一、准静过程：如果造成系统状态改变的不平衡势差无限小，以致该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态，这样的过程称为准静态过程。 注意:准静态过程是一种理想化的过程，实际过程只能接近准静态过程。 二、可逆过程：系统经历一个过程后，如令过程逆行而使系统与外界同时恢复到初始状态，而不留下任何痕迹，则此过程称为可逆过程。 实现可逆过程的条件： 过程无势差 (传热无温差，作功无力差) 过程无耗散效应。 三、可逆过程的膨胀功 (容积功) 系统容积发生变化而通过界面向外传递的机械功。 2 w??1pdv J/kg 规定: 系统对外做功为正，外界对系统作功为负。 问题： 比较不可逆过程的膨胀功与可逆过程膨胀功 四、可逆过程的热量: 系统与外界之间依靠温差传递的能量称为热量。 2可逆过程传热量：q??Tds1q J/kg 规定:系统吸热为正，放热为负。 1．4 热力循环: 定义：工质从某一初态开始，经历一系列状态变化，最后由回复到初态的过程。, 一、正循环 正循环中的热转换功的经济性指标用循环热效率： ?t?w0q1?q1?q2q1?1?q2q1 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。 二、逆循环 以获取制冷量为目的。 制冷系数： ?1?q2w0?q2q1?q2 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。 供热系数： ?2?q1w0?q1q1?q2 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 思考题： 1．温度为100℃的热源，非常缓慢地把热量加给处于平衡状态下的0℃的冰水混合物，试问：1、冰水混合物经历的是准静态过程吗？2、加热过程是否可逆？ 2．平衡态与稳态（稳态即系统内各点的状态参数均不随时间而变）有何异同？热力学中讨论平衡态有什么意义？ 3．外界条件变化时系统有无达到平衡的可能？在外界条件不变时，系统是否一定处于平衡态？ 4．判断下列过程是否为可逆过程： 1)对刚性容器内的水加热使其在恒温下蒸发。 2)对刚性容器内的水作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℃升温到100℃ 4)定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸和活塞中被慢慢压缩 5)100℃的蒸汽流与25℃的水流绝热混合。 6)锅炉中的水蒸汽定压发生过程（温度、压力保持不变）。 7)高压气体突然膨胀至低压。 8)摩托车发动机气缸中的热燃气随活塞迅速移动而膨胀。 9)气缸中充有水，水上面有无摩擦的活塞，缓慢地对水加热使之蒸发。