热力学复习-10秋.ppt
工程热力学总结,掌握：基本概念，基本定律；基本应用，基本方法研究内容：1.热-功转换的基本规律主要Law I、II 2.工质的热力性质 3.提高热力设备效率的途径,研究方法：宏观方法研究对象：热力系（系统）开/闭，平衡/非平衡，单相/复相，单元/多元，热(冷)源/功源，绝热，孤立 外界（环境）系统以外的世界（关心：与系统有W、Q、m交换的部份）边界（界面）系统与外界的分界（实际存在的，或假想的）分析：1.系统的状态/状态变化 2.系统与外界的相互作用（能/质交换）3.以上二方面的联系,状态热力系在某瞬间所呈现的宏观物理状况状态参数描述热力系状态的宏观参数 尺度量（定义于系统整体，可加）强度量（定义于系统内某“点”，不可加）比参数：尺度量与物质量的微商（具强度量性质）状态参数的数学特征,基本状态参数：5个压力 绝对压力，表压力，真空度，大气压力温度 Law 0：若A-B、A-C分别处于热平衡，则B-C必处于热平衡平衡状态系统内及系统与外界之间的一切不平衡势都不存在，系统的一切宏观变化均停止准平衡过程过程足够“慢”，系统恢复平衡足够“快”，偏离平衡态不远状态公理 N=n+1状态方程：反映系统状态参数间的依变关系 z=z(x,y)，f(p,v,T)=0状态参数坐标图（表示状态及过程）：p-v，T-v，p-T，T-s，h-s，p-h，h-d,过程量 vs 状态量W、Q：过程量准平衡过程：可用系统内部参数变化来计算W、Q,Law I：收入=支出+储增 Law I：转换前后能量的总量恒定不变（W与Q 数量相当）Law II：能量的品质可以变（W与Q 质不等价）状态参数U dU=dQ dW能量方程（Law I 表达式）及应用 闭系 Q=DU+W q=Du+w 开系稳流 q=Dh+wt wt=Dc2/2+gDz+wnet焓 h=u+pv（流动工质携带的能量）,Law II：表述，理解，应用热过程有方向性共性（不可逆性）：过程一旦进行，必留下“不可磨灭的痕迹”各种不可逆性彼此等效实际过程不可逆可逆过程（实际不可逆过程之极限）：1.理想的/概念/实际不存在，但可无限接近（不可逆因素0）2.过程进行后，不留痕迹（系统与其外界均可复原）3.内部准平衡（DT0，Dp0，）+外部无耗散卡诺循环，卡诺定理克劳修斯不等式,状态参数S dS=dQ/T(1)定义(2)计算：气体；固/液体孤立系熵增原理 dSis0（Law II 熵不守恒）比较：dUis=0（Law I 能量守恒）熵方程 dS=dSf+dSg，且 dSg=dSis0（dSf=dQ/Tr）,有效能：能量中可能转换为功的部分过程量中的有效能 W：Ex,W=W Q：Ex,Q=Q(1 T0/T)系统具有（储存）的有效能（状态量）闭系（U的有效能）=(U+p0V T0S)(U0+p0V0 T0S0)稳流开系（H的有效能）Ex=(H T0S)(H0 T0S0)定T-V系统 F=U TS 定T-p系统 G=H TS环境一定，有效能确定于系统状态。、Ex、F、G是状态函数系统在过程中可完成的最大有用功=系统有效能的减量 闭系 Wu,max,1-2=1 2=(DU+p0DV T0DS)稳流开系 Wu,max,1-2=Ex1 Ex2=(DH T0DS)过程的有效能损失（=孤立系的有效能耗散）Wl=T0Sg 0 实际过程有效能必有损失：指孤立系的有效能必有耗散 某一系统（储存）的有效能是可增可减的,热力学一般关系 依据：Law I、Law II+状态函数的数学性质 与热力学定律本身一样可靠研究工质性质的意义 能量转换必须通过工质完成 发现新工质研究工质性质的方法 理论分析 实验研究（单纯实验/理论指导下的实验）基本热力学关系 du=Tds pdv dh=Tds+vdp df=sdT pdv dg=sdT+vdp特性函数热系数 cV，cp，mJ，aV，b，kT,理想气体性质 状态方程 pv=RgT 热系数 aV=1/T，b=1/T，kT=1/p，mJ=0 cV=cV(T)，cp=cp(T)，cp cV=Rg u,h,s u=u(T),h=h(T)du=cV(T)dT,dh=cp(T)dT s=s(T,v)，s=s(T,p)，s=s(p,v)ds=cV dT/T+Rg dv/v=cp dT/T Rg dp/p=cV dp/p+cpdv/v固/液体一般不可压，cpcV ds=c dT/T 比热容函数，平均比热容，定值比热容 湿蒸汽的比热容 实际气体的参数计算 视气体为理想气体（简单）；用实际气体状态方程计算（复杂）；用气体热力性质图表（要插值）；用通用参数修正图（缺乏资料时用）实际气体与理想气体的最大差别：相变,蒸气的热力性质饱和状态饱和线，临界点，三相点干度x，汽化潜热rClausius-Clapeyron方程：dps与 dTs的关系气-液饱和线（汽化线）dps/dTs 0湿蒸汽参数计算 最常用的是h和s 求Dh勿用cp DT 注意x在湿蒸汽计算中的作用蒸气热力性质图表应用 饱和性质表，过热气与未饱和水性质表 T-s图，h-s图，p-h图等化学势m单元复相系平衡条件 各相p、T、m分别相等Gibbs相律 I=C P+2,理想气体混合物摩尔分数xi，质量分数wicV，cp，u，h，s 计算.u(T)=wi ui(T)，h(T)=wi hi(T)，s(T,p)=wi ui(T,pi)分压定律，分体积定律湿空气及其状态参数 rV，j，ps，td，tw，d，h饱和空气及其特性湿空气过程 过程计算，h-d图应用理想气体热力过程理想气体几种典型过程的：描述（过程方程，坐标图表示）参数分析与计算（p,v,T,u,h,s）Law I 和 Law II 分析（q,w,wl）,气体与蒸汽的流动分析：热力学参数(p,T,h,c,.)-流动参数(cf)-几何参数（A）之间的关系,等熵流动特性曲线（稳定流动基本方程组的图示）,喷管形状（目的：增速dcf 0，dp 0，dcf 0）,马赫数 Ma=cf/c 1 超声速流动,喷管计算 滞止参数 临界压力比 ncr=pcr/p*注意：h和cf的单位！勿用cp计算水蒸气（特别是湿蒸汽）的h！有摩擦的绝热流动 速度系数 j=cf2/cf2 喷管效率 hN=(h*h2)/(h*h2)=j2,h,s,*,1,2,p2,p1,p*,cr,pcr,h*,h1,h2,2,蒸汽动力循环分析计算 循环的热力学分析（Law I，Law II）等效卡诺循环，平均吸热温度，平均放热温度 朗肯循环，再热，回热（装置图，坐标图；循环热效率计算，熵产计算）提高蒸汽动力循环热效率的措施燃气轮机动力循环（图示，计算）提高燃气轮机动力循环热效率的措施 了解热电循环、多工质联合循环蒸汽动力循环理想工质的性质制冷循环 逆循环，正循环 空气制冷循环计算分析 蒸气压缩制冷循环计算分析（图示，计算）吸收式制冷装置循环的工作原理理想制冷剂的性质,Albert Einstein 关于经典热力学的一段论述：一种理论，它的前提越简单，所涉及的事物越多，那么它的适应范围就越广泛，它给人的印象就越深刻。因此，经典热力学给我以深刻的印象。它是仅有的具有普遍意义的物理理论，我确信在其基本概念所适用的范围内，它是绝不会被推翻的。,爱因斯坦总是以绝对信赖的心情寄希望于热力学，在他遇到难以克服的障碍时，常求助于热力学。热力学是热物理学的宏观理论，它从对物理的热现象的大量的直接观察和实验测量中所总结出来的普适的基本定律出发，应用数学方法，通过逻辑推理及演绎，得出有关物质各种宏观性质之间的关系，宏观物理过程进行的方向和限度等结论。,热力学基本定律是自然界中的普适规律，只要在数学推理过程中不加上其他假设，这些结论也具有同样的可靠性与普遍性。这是热力学方法的最大优点。我们可用这种方法于任何宏观的物质系统，不管它是天文的、化学的、生物的系统，也不管它涉及的是力学现象、电学现象只要与热运动有关，总应遵循热力学规律。热力学是具有最大普遍性的一门科学，它非常不同于力学、电磁学，它往往不提出任何一个特殊模型，但它又可应用于任何的宏观的物质系统。,
