1、工程熱力學復習主要內容基本要求舉例主要內容基本概念熱力學第一定律氣體和蒸氣的性質氣體和蒸氣的基本熱力過程熱力學第二定律其它第一章 基本概念1、注意基本概念和公式的使用條件和適用范圍 2、掌握下列基本概念：熱力系統、閉口系統；開口系統，絕熱系統；孤立系統、平衡態、準靜態過程（準平衡過程）、可逆過程，基本狀態參數、熱力循環 。3、掌握表壓、真空度和絕對壓力之間的關系，掌握測量環境對表壓的影響并會進行計算；4、了解攝氏溫度、華氏溫度、開氏溫度的區別和聯系5、會用系統的狀態參數對可逆過程的熱量和功量進行計算 基本要求第二章 熱力學第一定律1、理解熱力學第一定律的實質，熟練掌握熱力學第一定律及其表達式。

2、能夠正確、靈活地應用熱力學第一定律來分析、簡化工程實際問題（如穩定流動，換熱器、熱力回轉機械，風機和泵等）；2、掌握膨脹功、推動功、技術功和軸功的概念及計算式以及在pv圖上如何表示；3、掌握焓、熱力學能、能量等概念基本要求第三章 氣體和蒸氣的性質1、掌握氣體常數Rg、通用氣體常數R所代表的物理意義。2、熟練掌握并正確應用理想氣體狀態方程式；3、正確理解理想氣體比熱容的概念；熟練掌握和正確應用定值比熱容、平均比熱容來計算過程熱量，以及計算理想氣體熱力學能、焓和熵的變化。 基本要求4、掌握基本概念：汽化、凝結、飽和狀態、飽和蒸汽、飽和液體、飽和溫度、飽和壓力、三相點、臨界點、汽化潛熱等5、掌握蒸汽

3、定壓發生過程及其在pv圖和Ts圖上的表示，何謂一點、二線、三區、五狀態。了解水的飽和、過熱、過冷狀態之間壓力、溫度的關系；6、了解蒸汽圖表的結構，并掌握其應用基本要求第四章 氣體和蒸氣的 基本熱力過程1、熟練掌握4種基本過程以及多變過程的初終狀態基本狀態參數p，v，T之間的關系。2、熟練掌握4種基本過程以及多變過程系統與外界交換的熱量、功量的計算。3、能將各過程表示在pv圖和Ts圖上，并能正確地應用pv圖和Ts圖判斷過程的特點，即u、h、q、w及wt等的正負值。 4、了解蒸汽熱力過程的熱量和功量的計算。基本要求第五章 熱力學第二定律1、深刻領會熱力學第二定律實質的基礎上，認識能量不僅有“量”的

4、多少，而且還有“質”的高低。2、掌握下列概念：自發過程，非自發過程；實現非自發過程的條件；卡諾循環；逆卡諾循環；熵流、熵產、物質熵；最大作功能力；孤立系統的熵增與作功能力損失的關系。基本要求第五章 熱力學第二定律3、掌握卡諾定理。掌握熵的意義、計算和應用。會判斷過程進行的方向。4、掌握孤立系統和絕熱系統熵增的計算，會計算熱力系統的可用能損失。基本要求 其它理解壓氣機的熱力過程理解典型熱力循環：蒸汽動力裝置循環朗肯循環蒸汽壓縮式制冷循環、熱泵循環了解處理理想氣體混合物的基本原則和計算特點基本要求多變過程過程在圖、圖上的表示與綜合分析 多變過程線在 pv 圖及 Ts 圖上的對應位置，由多變指數 n

5、 的數值確定。在圖上，過程線的斜率可根據得出（1）在圖、圖上多變的過程線的分布規律 舉例得出所以斜率同樣隨n而變。 4種基本過程的斜率變化情況 在圖上，過程線的斜率可根據四種基本過程在Ts圖上相對位置TOsn = 1從Ts 圖中可看到，從定容線出發，n由 沿順時針方向遞增。 結論（2）pv圖和Ts圖上各線群的變化趨向 在pv圖上，定壓線群和定容線群各參數的大小很容易判斷，而定溫線群、定熵線群的變化趨向如下圖 pOv定溫線群pOv定熵線群 在Ts圖上，定溫群和定熵線群各對應參數的大小很容易判斷，而定壓線群、定容線群變化趨向如下圖 TOs定容線群 v1v2v3v 0TOs定壓線群 p 0u0h0h

6、0w0w0wt0wt0q0u,h(T) w(v) wt(p) q(s)q0 膨脹功 w 的正負判斷，以過起點的定容線為分界。在Pv圖上位于定容線的右方，Ts圖上位于定容線的右下方的各過程線，比體積增大，工質膨脹對外做功。 在pv圖和Ts圖上畫出與預分析的多變過程線從同一點出發的四條基本過程線，作為分析的參考線 ； 技術功 wt 的正負判斷，以過起點的定壓線為分界。在Pv圖上位于定壓線的下方，Ts圖上位于定壓線的右下方的各過程線，壓力降低，工質對外輸出技術功。 （3）過程中值正負的判斷方法（3）過程中值正負的判斷方法 的正負判斷，以過起點的定溫線為分界。在Pv圖上位于定溫線的右上方，Ts圖上位于

7、定溫線的上方的各過程線，溫度升高，工質的熱力學能和焓增加。 熱量 q 的正負判斷，以過起點的定熵線為分界。在Pv圖上位于定熵線的右上方，Ts圖上位于定熵線的右方的各過程線，比熵增大，吸熱， q 為正。（4）根據過程的要求，在 pv、Ts圖上表示該過程 例如將工質又膨脹、又吸熱、又降溫的過程表示在 pv、Ts 圖上上述過程可以寫為：工質又膨脹（w 0）、又吸熱（q 0）、又降溫（u0,h0或T 0w 0工質又膨脹（w 0）、又吸熱（q 0）、又降溫（u0,h0或T0）的過程T0T0理想氣體熱力過程例題例題4-2 在溫熵圖中，如何將理想氣體在任意兩狀態間內能的變化和焓的變化表示出來?分析 可逆過程

8、中系統與外界交換的熱量可以用溫熵圖過程線下面的面積來表示。只要內能的變化和焓的變化剛好表示為熱量，則內能的變化和焓的變化可以在溫熵圖上表示。對于可逆定壓過程：對于可逆定容過程：TOsTOsu等容線理想氣體在任意兩狀態間內能的變化任意過程 1234123 4理想氣體在任意兩狀態間焓的變化等壓線任意過程h卡諾定理卡諾定理熱力學第二定律的推論之一定理：在兩個不同溫度的恒溫熱源間工作的所有熱機，以可逆熱機的熱效率為最高。卡諾定理小結1、在兩個不同 T 的恒溫熱源間工作的 一切可逆熱機tR = tC 2、多熱源間工作的一切可逆熱機 tR多 同溫限間工作卡諾機 tC 3、不可逆熱機tIR 同熱源間工作可逆

9、熱機tR tIR 不可逆過程不可逆絕熱過程，有 從同一初始狀態出發，經不可逆過程達到的終態與可逆時不一致 特例1、從同一初始狀態出發，經不可逆過程和可逆過程，終態壓力相等，分析兩過程的熱力學能、膨脹功（比體積）及熵的變化。（理想氣體）對于理想氣體，由上述分析可知：t2t2s ，v2v2s ；不可逆絕熱過程中的熵增，是由于過程中存在不可逆因素引起的耗散效應，使損失的機械功在工質內部重新轉化為熱能(耗散熱)被工質吸收。這部分由耗散熱產生的熵增量，叫做熵產 絕熱閉口系 熵產是過程不可逆程度的量度。熵產只增不減，極限情況（可逆過程）為零。 作功能力損失RQ1Q2WR卡諾定理 tRtIR可逆T1T0IR

10、WIRQ1Q2作功能力:以環境為基準,系統可能作出的最大功假定 Q1=Q1 ， WR WIR 作功能力損失作功能力損失T1T0RQ1Q2WIRWQ1Q2假定 Q1=Q1 ， W R WIR 作功能力損失2、熵增原理的實質 熵增原理闡明了過程進行的方向 熵增原理給出系統達到平衡狀態的判據。 熵增原理只適用于孤立系統 熱力學第二定律數學表達式小結 循環過程 閉口系統 絕熱閉口系 孤立系統 熵的小結：定義：熵克勞修斯不等式可逆過程， ， 代表某一狀態函數。比熵熵的導出= 可逆循環 不可逆S與傳熱量的關系熱力學第二定律表達式之一對于循環克勞修斯不等式除了傳熱,還有其它因素影響熵不可逆絕熱過程不可逆因素

11、會引起熵變化=0總是熵增針對過程= 可逆不可逆：不可逆過程定義熵產：純粹由不可逆因素引起結論：熵產是過程不可逆性大小的度量。熵流：永遠熱力學第二定律表達式之一熵流、熵產和熵變任意不可逆過程可逆過程不可逆絕熱過程可逆絕熱過程不易求熵變的計算方法理想氣體Ts1234任何過程熵變的計算方法非理想氣體：查圖表固體和液體：通常常數例：水熵變與過程無關，假定可逆：將3kg溫度為0的冰，投入盛有20kg溫度為50的水的閉口絕熱容器中，已知水的比熱容為4.187 kJ/(kgK)，冰的融解熱為335kJ/kg（不考慮體積變化，環境溫度20）。 求：1）達到熱平衡時的溫度 2）絕熱混合過程系統的熵變 3）絕熱混

12、合過程可用能的損失本題要點：熱力學第一定律的應用，熵變的計算，可用能損失的計算解：（1）平衡時的溫度 由題意知，冰、水混合是在閉口絕熱設備中進行，且此熱力過程和外界沒有能量交換，故此系統為孤立系統。即：熱水放出的熱量被冰吸收。設混合平衡時的溫度為T2，則 34.187 (T2273.15 K) +3353=204.187 (323.15 KT2)解得：T2 306.2 K （2）系統的熵增 （3）可用能的損失 可逆與不可逆 (例1)可逆熱機2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJ 可逆與不可逆 (例1)可逆熱機2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJ Scycle=

13、0, Siso=0ST2000 K300 K 可逆與不可逆 (例2)2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJ不可逆熱機83 kJ17 kJ由于膨脹時摩擦摩擦耗功 2kJ當T0=300K作功能力損失I=T0Siso= 2kJ 可逆與不可逆 (例2)2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJ不可逆熱機83 kJ17 kJ由于膨脹時摩擦I= 2kJ I Scycle=0T0ST2000 K300 K Siso=0.0067可逆與不可逆 (例3)有溫差傳熱的可逆熱機2000 K300 K100 kJ16 kJ84 kJ100 kJ1875 K可逆與不可逆的深層含義不可逆, 必

14、然有熵產, 對應于作功能力損失 試判斷下列各情況的熵變是： a）正；b）負；c）可正可負；d）零1）閉口系經歷一可逆變化過程，系統與外界交換 10kJ，熱量 -10kJ，系統熵變 。“-”2）閉口系經歷一不可逆變化過程，系統與外界交換功量10 kJ，熱量-10kJ，系統熵變 。“-”or”+”3）在一穩態穩流裝置內工作的流體經歷一不可逆過程,裝置作 功20kJ，與外界交換熱量-15kJ，流體進出口熵變。“+”or”-”4）在一穩態穩流裝置內工作的流體流，經歷一可逆過程，裝 置作功20kJ，與外界交換熱量-15kJ，流體進出口熵變。“-”5）流體在穩態穩流的情況下按不可逆絕熱變化，系統對外作 功

15、10kJ，此開口系統的熵變。0A140155簡答題1、系統經歷了一不可逆過程，已知終態熵小于初態熵，能否判斷該過程一定放出熱量，為什么？ 解：如果你認為系統是閉口系，由則有必定放熱簡答題1、系統經歷了一不可逆過程，已知終態熵小于初態熵，能否判斷該過程一定放出熱量，為什么？ 解：如果認為系統是開口系，據題意有2、由于絕熱壓縮過程不向外散熱，能否說絕熱壓縮過程所消耗的壓縮軸功最少？解：可以看出絕熱壓縮耗功最大。也可以具體求等溫、多變、絕熱壓縮過程的技術功表達式，比較一下大小。3、已知p-v圖，請畫出T-s圖Tpv 某理想氣體經歷4個過程，如T-s圖。1）將各過程畫在p-v圖上；2）指出過程加熱或放

16、熱，膨脹或壓縮。解：1-31-21-41-5A510144邊壓縮、邊放熱邊膨脹、邊放熱邊膨脹、邊吸熱邊膨脹、邊吸熱、邊降溫4、水在0.2MPa壓力不變的情況下，由20升溫到150的熱力過程畫在 p-v，T-s 圖上。 本題要點：水變為水蒸氣的過程是有相變的過程，先應求出飽和溫度，確定其狀態壓力0.2MPa，飽和溫度為120.24 ，此過程包括水升溫，相變和蒸汽過熱三個階段。p-v，T-s 圖如下：342pv10.2MPa2Ts134293.15K393.39K423.15K 已知大氣壓 pb=101 325 Pa，U型管內 汞柱高度差H = 300 mm，氣體表B讀數為0.254 3 MPa，

17、求：A室壓力pA及氣壓表A的讀數peA解：計算題A4001441強調： pb是測壓儀表所在環境壓力A4001441 煤氣表上讀得煤氣消耗量是68.37 m3，使用期間煤氣表的平均表壓力是44 mmH2O，平均溫度為17 ，大氣平均壓力為751.4 mmHg，求： 1）消耗多少標準m3的煤氣； 2）其他條件不變，煤氣壓力降低到30 mmH2O，同 樣讀數相當于多少標準m3 煤氣； 3）其它同1）但平均溫度為30 ，又如何？ 1）由于壓力較低，故煤氣可作理想氣體解：A4111332）3）強調：氣體p,T 改變,容積改變,故以V 作物量單位, 必與條件相連。 任何氣體，只要壓力很低，都可以作為理想氣

18、體。有時盡管并不知道氣體常數，但氣體常數只與氣體種類有關而與氣體的狀態無關，所以常常可以利用在標準狀態和使用狀態的狀態方程式消去未知的氣體常數。A4111331 kg 空氣從0.1 MPa，100 變化到0.5 MPa，1000 ；2）空氣且壓力不太高，作理想氣體處理a)取定值比熱容A411197求：1）解：b)取平均比熱直線附表6A411197c) 取平均比熱表附表5A411197d)氣體熱力性質表附表7A411197定比熱: u = 646.2 kJkg; h = 904.5 kJ/kg平均比熱直線 : u = 729.9 kJkg; h = 988.1 kJ/kg平均比熱表: u = 7

19、32.1 kJ/kg; h = 990.4kJkg氣體熱力性質表 : u = 731.6 kJ/kg;h =989.9 kJ/kg2）上述計算與壓力變化無關？討論：1）定比熱誤差較大。匯總： 本例中雖然給出了初態和終態的壓力，但在解題過程沒有涉及壓力，因為理想氣體的焓和熱力學能只與溫度有關，不論什么過程，只要初、終態溫度相等，它們的焓變及熱力學能變分別相等。但是對于實際氣體而言，只有定容過程的 才等于定容過程的熱量，只有定壓過程的 才等于定壓過程的熱量，其它過程的 不等于 ，其它過程的 也不等 。 A411197 某種理想氣體作自由膨脹，求：s12。方法一容器剛性絕熱，氣體作自由膨脹即T1=T

20、20A9101331理想氣體解：又因為是閉口系，m 不變，而V2 = 2V10上述兩種結論哪一個對？為什么？為什么熵會增加？既然?方法二A9101331 1）必須可逆2）熵是狀態參數，故用可逆方法推出的公式也 可用于不可逆過程。3）不可逆絕熱過程的熵變大于零。結論： 本例中取全部氣體為系統，過程中邊界是移動的，沒有能量越過邊界，所以沒有功和熱量的傳輸；雖然過程不可逆，但初、終態均為平衡狀態，所以其熵變可由理想氣體熵變計算式計算；雖然自由膨脹過程中無熱量交換，但按熵的定義中規定可逆微元過程的熱量與換熱時系統的溫度之比才是系統在該過程中的熵變。本例是不可逆過程，不可逆過程的熱量與換熱時系統的溫度之

21、比僅僅是熱溫比，并不是熵變。不可逆絕熱過程的熵變必定大于零，在第五章有較為詳細的討論。 A9101331 1 kg 空氣從初態 p1 = 0.1 MPa，t1 = 100 ，經歷某種變化后到終態 p2 = 0.5 MPa，t2 = 1 000 ， 取 1）定比熱容 ；2）變比熱容, 求：熵變解：1）A41115512）查表A4111551 0.5 kmol某種單原子理想氣體 ，由25 ，2m3 可逆絕熱膨脹到1 atm，然后在此狀態的溫度下定溫可逆壓縮回到2 m3。1）畫出各過程的p-v圖及T-s圖；2）計算整個過程的Q，W，U， H 及S。2）先求各狀態參數解：A4011551）A40115

22、5理想氣體等溫過程 ：熱量=膨脹功=技術功放熱A401155A401155 封閉氣缸中氣體初態p1 = 8MPa，t1 =1 300，經可逆多變膨脹過程變化到終態p2= 0.4 MPa，t2= 400。已知該氣體的氣體常數Rg=0.287 kJ/(kgK)，試判斷氣體在該過程中各是放熱還是吸熱的？氣體比熱容為常數，cV= 0.716 kJ/(kgK)。解：A412155對初，終態用理想氣體狀態方程式1到2是可逆多變過程，多變指數多變過程膨脹功和熱量吸熱過程A412155 0.1 MPa，20 的空氣在壓氣機中絕熱壓縮升壓升溫后導入換熱器排走部分熱量，再進入噴管膨脹到0.1 MPa、20。噴管出

23、口截面積A = 0.032 4 m2，氣體流速cf2 = 300 m/s。已知壓氣機耗功率710 kW，問換熱器中空氣散失的熱量。A4312661解：對 CV 列能量方程流入：流出：內增： 0A4312661或據穩定流動能量方程強調：黑箱技術據題義，忽略位能差A4312661 某項專利申請書上提出一種熱機，從167 的熱源接受熱量，向7 冷源排熱，熱機每接受1 000 kJ熱量，能發出0.12 kWh 的電力。請判定專利局是否應受理其申請，為什么？解：故不違反第一定律 根據卡諾定理，在同溫限的兩個恒溫熱源之間工作的熱機，以可逆機效率最高A440155從申請是否違反自然界普遍規律著手違反卡諾定理，所以不可能或違反卡諾定理，所以不可能A440155 6、 某循環在700 K的熱源及400 K的冷源之間工作，如圖所示，試判別循環是熱機循環還是制冷循環，可逆還是不可逆?解：據第一定律A443233違反克勞修斯積分不等式，不可能(b)改設為逆向的制冷循環符合克氏不等式，所以是不可逆的制冷循環方法1: (a)設為熱機循環A443233方法2 ： (a)設為熱