1、習習 題題 課課 (一一)工工 程程 熱熱 力力 學學 部部 分分A、工程熱力學復習要點、工程熱力學復習要點 第一章第一章 根本概念和定義根本概念和定義 1. 熱力系統的根本類型，熱力系統的選擇。熱力系統的根本類型，熱力系統的選擇。 熱力系統的選擇不是獨一的，只需根據標題熱力系統的選擇不是獨一的，只需根據標題 內容正確選擇系統，才干獲得正確的結果。內容正確選擇系統，才干獲得正確的結果。 2. 形狀參數的性質。形狀參數的性質。 1留意形狀參數是形狀的單值函數這一重要性質；留意形狀參數是形狀的單值函數這一重要性質； 2在根本形狀參數中，要特別留意壓力在根本形狀參數中，要特別留意壓力P與與Pb、 P

2、g、 P的關系。的關系。 3準靜態過程和可逆過程的定義、實現的條件準靜態過程和可逆過程的定義、實現的條件 及兩者之間的關系。及兩者之間的關系。 留意今后在分析計算過程中，絕大多數是針留意今后在分析計算過程中，絕大多數是針 對可逆過程而言的。對可逆過程而言的。 5. 功和熱量的性質、計算和圖示。功和熱量的性質、計算和圖示。 1功和熱量都是過程量；功和熱量都是過程量； 2留意一些典型的可逆過程和不可逆過程中功的計留意一些典型的可逆過程和不可逆過程中功的計算；算； 4. 熱力學熱力學(內內)能、總能的概念和性質。能、總能的概念和性質。 3Pv、Ts圖。圖。 只需可逆過程的功和熱量才干在只需可逆過程的

3、功和熱量才干在 P、T s 圖上表示。圖上表示。第二章、熱力學第一定律第二章、熱力學第一定律1. 熱力學第一定律的本質。熱力學第一定律的本質。 2. 閉口系和穩流系能量方程式的運用。閉口系和穩流系能量方程式的運用。 1了解公式中各項的物理意義；了解公式中各項的物理意義； 2留意兩者在數學上是完全等價的，但物理意義不同，留意兩者在數學上是完全等價的，但物理意義不同， 因此首先應正確選擇系統閉口系或穩流系，因此首先應正確選擇系統閉口系或穩流系， 再利用對應的能量方程式求解；再利用對應的能量方程式求解； 3兩個能量方程都有多種表達方式，要留意哪些是普兩個能量方程都有多種表達方式，要留意哪些是普 遍適

4、用的，哪些只能用于理想氣體和可逆過程中；遍適用的，哪些只能用于理想氣體和可逆過程中； 4掌握膨脹功、軸功、技術功、流動功等概念以掌握膨脹功、軸功、技術功、流動功等概念以 及各種機械功在及各種機械功在P圖上的圖示；圖上的圖示； 5焓的定義及其物理意義。焓的定義及其物理意義。第三章第三章 理想氣體的熱力性質及過程理想氣體的熱力性質及過程 1. 熟練掌握理想氣體形狀方程式的運用。熟練掌握理想氣體形狀方程式的運用。 2. 氣體的比熱容。氣體的比熱容。 1) 比熱的定義、單位；比熱的定義、單位； 2) 定壓和定容比熱的關系定壓和定容比熱的關系(包括邁耶公式、比熱包括邁耶公式、比熱比；比； 3) 真實比熱

5、、平均比熱、定值比熱的概念。真實比熱、平均比熱、定值比熱的概念。 考題中將給出除空氣之外其他工質的一切物性參數考題中將給出除空氣之外其他工質的一切物性參數 3. 理想氣體理想氣體 u、h、s 的計算。的計算。 熵變公式雖是經過兩形狀間的可逆過程導出熵變公式雖是經過兩形狀間的可逆過程導出 的，但由于熵是形狀參數，故對不可逆過程，熵的，但由于熵是形狀參數，故對不可逆過程，熵 變公式同樣適用。變公式同樣適用。4. 了解水蒸汽的根本概念和了解水蒸汽的根本概念和p-v、T-s圖及水蒸汽表的圖及水蒸汽表的 運用。運用。 5. 理想氣體的熱力過程理想氣體的熱力過程1). 理想氣體理想氣體4種根本熱力過程及多

6、變過程的特點，過種根本熱力過程及多變過程的特點，過 程中形狀參數及功與熱量的計算，留意過程都是程中形狀參數及功與熱量的計算，留意過程都是 可逆的；表可逆的；表3.2應熟記。應熟記。2). 能按知條件在能按知條件在P及及Ts圖上正確畫出過程線圖上正確畫出過程線 留意過程線的起點應在留意過程線的起點應在4條根本過程線的交點上。條根本過程線的交點上。3). 活塞式壓氣機三種緊縮過程的分析和比較，功和活塞式壓氣機三種緊縮過程的分析和比較，功和 熱量的計算。多級緊縮的目的和參數特征熱量的計算。多級緊縮的目的和參數特征. 6.理想氣體混合物理想氣體混合物1. 混合氣體的定義和根本假設，分壓力、分容積。混合

7、氣體的定義和根本假設，分壓力、分容積。2. 混合氣體的成分表示法。混合氣體的成分表示法。第四章第四章 熱力學第二定律熱力學第二定律 1. 熱力學第二定律的本質：一切自發過程都是不可熱力學第二定律的本質：一切自發過程都是不可 逆的。逆的。2. 熱力學第二定律的兩種經典表述開爾文普朗熱力學第二定律的兩種經典表述開爾文普朗 克說法和克勞修斯說法，留意熱力學第二定律克說法和克勞修斯說法，留意熱力學第二定律 在表述上的完好性短少任何一部分內容都不正在表述上的完好性短少任何一部分內容都不正 確。確。3. 卡諾循環的組成、熱效率，卡諾定理的指點意義。卡諾循環的組成、熱效率，卡諾定理的指點意義。 4. 熵的定

8、義式，過程中引起熵變的緣由，熱熵流和熵的定義式，過程中引起熵變的緣由，熱熵流和 熵產，孤立系熵增原理及其運用。熵產，孤立系熵增原理及其運用。留意：留意： 熵的定義式熵的定義式 ds q T 只適用于可逆過程，只適用于可逆過程， 而熵流而熵流 dsf qT 適用于任何過程。適用于任何過程。 孤立系熵增原理同樣適用于絕熱系，可用來做孤立系熵增原理同樣適用于絕熱系，可用來做為為 判別實踐過程能否可逆和能否實現的條件。判別實踐過程能否可逆和能否實現的條件。5 5、作功才干的物理意義及其與熵產的關系、作功才干的物理意義及其與熵產的關系, , 作功才干損失與因不可逆少作功的關系作功才干損失與因不可逆少作功

9、的關系. .6 6、能量的檔次及能量貶值原理、能量的檔次及能量貶值原理, , 有用能及無用能有用能及無用能. . 7 7、熵方程、熵增原理及作功才干損失、熵方程、熵增原理及作功才干損失熵方程熵方程: : 閉口系閉口系- - S = Sf+Sg S = Sf+Sg 對絕熱系對絕熱系 S = Sg 0 S = Sg 0 穩流系穩流系-S2-S2S1= SfS1= SfSg Sg 對絕熱系對絕熱系 S2 S2S1= Sg 0 S1= Sg 0 熵增原理熵增原理: : Siso= Siso= S S工質工質+S S外界外界 = Sg 0 = Sg 0 0 0 不可逆；不可逆； = 0 = 0 可逆；可

10、逆； 0 0 不能夠不能夠功損失因不可逆少作的功功損失因不可逆少作的功: WL = W: WL = W可逆可逆- W- W不可逆不可逆作功才干損失作功才干損失: I = T0 : I = T0 Siso = T0 Sg Siso = T0 Sg 通常通常:WL:WLI, I, 這是這是 WL WL加熱工質使其溫度高于環境加熱工質使其溫度高于環境 溫度溫度 T0 T0 ，還有一定的作功才干，并未完全損失掉，還有一定的作功才干，并未完全損失掉第五章第五章 水蒸氣水蒸氣 1. 根本概念。根本概念。 2. 水蒸氣的定壓發生過程。水蒸氣的定壓發生過程。 3. 水蒸氣的熱力性質圖表。水蒸氣的熱力性質圖表。

11、 4. 水蒸氣的熱力過程。水蒸氣的熱力過程。第六章第六章 濕空氣濕空氣1.空氣根本概念。空氣根本概念。 1) 飽和濕空氣和未飽和濕空氣；飽和濕空氣和未飽和濕空氣； 2) 濕空氣絕對濕度、相對濕度、含濕量、焓、濕空氣絕對濕度、相對濕度、含濕量、焓、 露點露點 溫度、濕球溫度；溫度、濕球溫度；2.濕空氣的濕度圖濕空氣的濕度圖3.濕空氣的熱力過程分析濕空氣的熱力過程分析第七章第七章 氣體與蒸汽的流動氣體與蒸汽的流動 1. 當地音速，截面方程，馬赫數與噴管外形選擇的當地音速，截面方程，馬赫數與噴管外形選擇的 關系。關系。 2. 定熵滯止，滯止焓、滯止溫度、滯止壓力。定熵滯止，滯止焓、滯止溫度、滯止壓力

12、。 3. 噴管中氣體流速和流量的計算。噴管中氣體流速和流量的計算。 4. 臨界壓比的意義，出口壓力臨界壓比的意義，出口壓力P2與背壓與背壓Pb的關系，的關系， 背壓背壓Pb變化對出口流速和變化對出口流速和 P2的影響。的影響。第八章第八章 熱力循環熱力循環 1. 重點掌握內燃機循環中特性參數的定義、重點掌握內燃機循環中特性參數的定義、 各形狀點參數及循環的功、熱、熱效率各形狀點參數及循環的功、熱、熱效率 的計算。的計算。 2. 蒸汽緊縮致冷循環的根本組成、致冷系數、供熱蒸汽緊縮致冷循環的根本組成、致冷系數、供熱 系數系數, 及會用及會用 T-s 圖圖 和和 lgP-h 圖分析制冷循環圖分析制冷

13、循環.B、要熟記的內容、要熟記的內容 1 、兩套熱、兩套熱方程方程 q = du +w = CvdT + pdv - 閉口系閉口系 (初終態初終態) q = dh +wt = CpdT vdp - 穩流系穩流系 (進出口進出口) 留意留意: 式中各項的物理意義及各式的適用條件式中各項的物理意義及各式的適用條件 只需出現只需出現 CvdT、CpdT 就只適用于理想氣體就只適用于理想氣體 只需出現只需出現 pdv、 vdp 就只適用于可逆過程就只適用于可逆過程 wt = d(Cf2 / 2)+ gdz + ws = vdp 幾個重要的特殊關系幾個重要的特殊關系: qP = h, qv = u (w

14、t )s = - h, (w)s = - u , (wt )v = - vp = - RT, (w)P= pv = RT,2、三個、三個S 計算公式計算公式- 適用于任何過程適用于任何過程3、可逆絕熱、可逆絕熱(等熵等熵)過程參數關系式過程參數關系式 熟記熟記 P51, 表表3.25、四個根本過程的、四個根本過程的 p-v, T-S 圖圖 四種機械功的表達式及圖示四種機械功的表達式及圖示 P Pv v1 12 2W=PdV=W=PdV=Wt=-VdP=Wt=-VdP=PV=P2V2- P2V2PV=P2V2- P2V2 = - = -WS= WtWS= WtWt= nWWt= nW 與與dvd

15、v同號同號 與與dpdp反號反號 PV PV永為正永為正 PVPV可正可負可正可負 忽略動位能忽略動位能 N- N-多變指數多變指數 6 6、熵方程、熵增原理及作功才干損失、熵方程、熵增原理及作功才干損失熵方程熵方程: : 閉口系閉口系- - S = Sf+Sg S = Sf+Sg 對絕熱系對絕熱系 S = Sg 0 S = Sg 0 穩流系穩流系-S2-S2S1= SfS1= SfSg Sg 對絕熱系對絕熱系 S2 S2S1= Sg 0 S1= Sg 0 熵增原理熵增原理: : Siso= Siso= S S工質工質+S S外界外界 = Sg 0 = Sg 0 0 0 不可逆；不可逆； =

16、0 = 0 可逆；可逆； 0 0 不能夠不能夠功損失因不可逆少作的功功損失因不可逆少作的功: WL = W: WL = W可逆可逆- W- W不可逆不可逆作功才干損失作功才干損失: I = T0 : I = T0 Siso = T0 Sg Siso = T0 Sg 通常通常:WL:WLI, I, 這是這是 WL WL加熱工質使其溫度高于環境加熱工質使其溫度高于環境 溫度溫度 T0 T0 ，還有一定的作功才干，并未完全損失掉，還有一定的作功才干，并未完全損失掉 7 7、噴管選型原那么及判據、噴管選型原那么及判據( M ( M 和和 ) ) 一、計算題一、計算題 1 、解題方法和步驟、解題方法和步

17、驟 (1) 系統分析系統分析: 系統、外界、過程特點系統、外界、過程特點 (2) 列能量方程列能量方程 (3) 列補充方法列補充方法(使使 未知數未知數=方程數方程數) (4) 計算計算 (5) 討論討論( 結果能否合理、還有無其他方法結果能否合理、還有無其他方法 C、考試例題、考試例題 2、例題、例題 例例1 知知: 構造如下圖構造如下圖, VA1= VB1 內裝空氣內裝空氣 P1= 0.1 Mpa , tA1= tB1=17 0C= t b 向向A室加熱室加熱, 當當P2=0.4Mpa 時時 求求: tA2, tB2 和和 qA 解解: 1) 系統分析系統分析: 分別取分別取A、B為為系統

18、系統, A 的外界有的外界有B、qA , B 的外界有的外界有A、tb良導體良導體絕絕熱熱剛剛體體無無摩摩擦擦電加熱器電加熱器uA1 kgB1 kgPA1PB1tA1tB1qAqBto=17oC 2) 過程條件過程條件: A 多變過程多變過程, B 等溫過程等溫過程, PA = PB , tB2= tB1= 17 0C = t b VA1+ VB1 = VA2 + VB2 , WB= - WA 3) 列能量方程列能量方程 B: qB = wB = RgT1ln(P1/P2) A: qA = u+ wA= Cv( TA2-TA1) - wB u4) 補充方程補充方程 2(RgT1/P1) = (

19、RgTA2/P2) + (RgT1/P2) = Rg (TA2+ T! ) /P2 5) 計算計算 由由 : qB = wB = 0.281290ln(1/4) = -115.4 kJ/kg 由由 : TA2= (2P2/P1- 1)T1 = 7T1 = 2030 K 由由 : qA = 0.716(2030- 290) + 115.4 = 1.24 kJ/kg 6) 討論討論 (1) 取兩個系統的關鍵是找到二者的相互關系取兩個系統的關鍵是找到二者的相互關系 (2) 上端假設改為定壓、絕熱等條件上端假設改為定壓、絕熱等條件 (3) 有時取一個系統更方便有時取一個系統更方便 例例 2： 知：如下

20、圖，知：如下圖， A、B室內各盛有一樣的某理想氣體室內各盛有一樣的某理想氣體 10kg， t1 27 oC，P1= 0.15 MPa, Cp =1.2 kJ/kg.k，Rg = 0.4 kJ/kg.k， 加熱盤管中液體的參數為：加熱盤管中液體的參數為： T= 500k, T= 350 k， G液液= 10 kg/min. Cp液液=1.0 kJ/kg.k, 試求：試求： 加熱加熱1分鐘后室內氣體溫度分鐘后室內氣體溫度 A室氣體對外作功量。室氣體對外作功量。 BATT 解：解：1 1分鐘傳人室內的熱量：分鐘傳人室內的熱量： Q= G Cp Q= G CpT=10T=101 1 (500-350)

21、 (500-350)1500kJ1500kJ 隔板是良導體隔板是良導體 兩室溫度一直相等兩室溫度一直相等 絕熱、剛體絕熱、剛體 無摩擦無摩擦良導體良導體液體加熱盤管液體加熱盤管B室傳人室傳人A室的熱量等壓過程：室的熱量等壓過程： QA=H t = m Cp(T2-T1) - B室實踐得到的熱量等容過程：室實踐得到的熱量等容過程： QB = Q QA= U m Cv (T2-T1) - 將式將式 、 相加：相加： Q = mCp+Cv) (T2-T1) 1500 - 得得: T21500/10(1.2+0.8)+300 = 375K= 102 oCA室對外作功：室對外作功： W = mP(VA2

22、-VA1)= m Rg T1-T2) = 100.475 = 300 kJ討論：假設取討論：假設取AB為系統，那么可直接得到式，使問題簡化。為系統，那么可直接得到式，使問題簡化。例例3 3 定容加熱內燃機循環，緊縮比為定容加熱內燃機循環，緊縮比為8 8，2-32-3過過程程 中空氣的吸熱量為中空氣的吸熱量為280.5kJ/kg280.5kJ/kg，緊縮過程，緊縮過程 開場開場時時 的壓力和溫度分別為的壓力和溫度分別為 P1=0.981 bar P1=0.981 bar 和和t1t127 27 oC oC 。 知：知： CpCp1.01 kJ/kg.k1.01 kJ/kg.k，CvCv0.712

23、kJ/kg0.712kJ/kg，P Pv v1 12 23 34 4SSvv 解：解：1 1分析分析 求求 P3 P3 、w w 先先 P2 P2 、 T2 T2 、T3T3 求求t t 先先 q2 T4 ( q2 T4 ( 或用或用 ) ) 求求: :該循環的最高壓力該循環的最高壓力P3P3、最高、最高溫度溫度T3 T3 、循環功、循環功w w和熱效率和熱效率t t T3 T3 q2 / Cv+ T2 q2 / Cv+ T2 1083.2 K1083.2 K P3 P3 T3 P2 / T2 T3 P2 / T2 28.14 bar28.14 bar t = 1 - 1/t = 1 - 1/

24、K-1 K-1 56.5 %56.5 %或或1-1-q2/q1q2/q1 W = q1 W = q1 t = 158.4 kJ/kgt = 158.4 kJ/kg留意留意: : 假設是混合加熱循環假設是混合加熱循環, ,就必需記住就必需記住 、 的定義式的定義式, ,同時要記住同時要記住 過程的參數關系過程的參數關系式式, ,否那么就無法計算否那么就無法計算. .SPV2 2求求 解解 P2 P2 P2 P2 K = 18.43 barK = 18.43 bar T2 T2 T1 T1 K-1 K-1 689 K689 K二、簡答題二、簡答題 例圖示分析例圖示分析 右圖中右圖中u12 與與u1

25、3 S12 與與 S13 q12 與與 q13 面積面積 A 與與 B 注注1: 注注2: 假設過程假設過程2-3是是 或或 n=0.8 又如何又如何?誰大誰大?=S123ABPV123VP 是是 過程過程 Wt = kW 面積面積 A 面積面積 B STTS T-S圖中有一過程圖中有一過程 1-2, 試在圖中用面積表示出試在圖中用面積表示出u12 , h12 w , wt , q . 1Pv22V2PTSu12 = qv= h12 = qP = q = w = q - u = wt = q - h = 222111112V2V2P2P-+解解 : 思索題思索題vP1234證證: q12=q34T2T1 三、填空或名詞解釋三、填空或名詞解釋 此類題全部圍繞根本概念來出此類題全部圍繞根本概念來出, 例如例如: 1 、三個形狀參數、三個形狀參數u、h、s的表達式及物理意義；的表達式及物理意義； 2 、平衡態、準平衡過程、平衡態、準平衡過程、 可逆過程及它們之間的關系可逆過程及它們之間的關系 3 、熱力系統及開、閉口