第一章1、 平衡狀態定義：在不受外界影響的條件下，工質（或系統）的狀態參數不隨時間變化而變化的狀態。平衡與均勻：均勻一定平衡、平衡不一定均勻平衡與穩定：穩定不一定平衡，平衡一定穩定特點：平衡狀態具有確定的狀態參數。工程熱力學只研究系統平衡狀態的原因：平衡狀態概念的提出，使整個系統可用一組統一的、并具有確定數值的狀態參數來描述其狀態，使熱力分析大為簡化。2、 狀態參數狀態參數是定量描述工質狀態的狀態量。其性質是狀態參數的變化量只取決于給定的初、終狀態，與變化過程的路徑無關。如果系統經歷一系列狀態變化又返回初態，其所有狀態參數的變化量為零。六個基本狀態參數：PVT內能焓熵3、 準平衡過程定義：由一系列連續的準平衡態組成的過程稱為準平衡過程，又稱準靜態過程。實現條件：（1）推動過程進行的勢差（壓差、溫差）無限小；（2）馳豫時間短，即系統從不平衡到平衡的馳豫時間遠小于過程進行所用的時間。特點：系統內外勢差足夠小，過程進行得足夠慢，而熱力系恢復平衡的速度很快，所以工程上的大多數過程都可以作為準平衡過程進行分析。建立準平衡過程概念的好處：（1）可以用確定的狀態參數描述過程；（2）可以在參數坐標圖上用一條連續曲線表示過程。4、可逆過程準平衡過程概念的提出只是為了描述系統的熱力過程，但為了計算系統與外界交換的功量和熱量，就必須引出可逆過程的概念。定義：過程能沿原路徑逆向進行，并且系統與外界同時返回原態而不留下任何變化。實現條件：在滿足準平衡過程條件下，還要求過程中無任何耗散效應（通過摩擦、電阻、磁阻等使功變為熱的效應）建立可逆過程概念的好處：（1）由于可逆過程系統內外的勢差無限小，可以認為系統內部的壓力、溫度與外界近似相等，因此可以用系統內的參數代替復雜、未知的外界參數，從而簡化問題，使實際過程的計算成為可能，即先把實際過程當作可逆過程進行分析計算，然后再用由實驗得出的經驗系數加以修正；（2）由于可逆過程是沒有任何能量損失的理想過程，因此，它給出了熱力設備和裝置能量轉換的理想極限，為實際過程的改善指明了方向。5、 熱力系統（1） 閉口系統：與外界無物質交換。（能發生能量交換）（2） 開口系統：與外界有物質交換。（3） 絕熱系統：與外界無熱量交換。（4） 孤立系統：與外界既無能量（功量，熱量）交換，又無物質交換。壓力的計算絕對壓力P,環境壓力Pb（大氣壓力），表壓力Pe（壓力表的數值），真空度Pv（絕對壓力＜環境壓力時測壓表的數值）（真空度也是表壓力的一種）關系： P=Pb+Pe(P>Pb)P=Pb-Pv(P<Pb)單位換算： latm=760mmHg=1.01x105Pa=1barlmmHg=133.3pa1mmHg=0.0013332bar7.溫度的計算F=（9/5）C+32K=C+273.15第二章1、 熱力學第一定律實質：能量守恒。表明當熱能與其他形式的能量相互轉換時，能的總量保持不變。2、 儲存能系統儲存的能量稱為儲存能，包括內部儲存能和外部儲存能。1） 內部儲存能 熱力學能它與系統內工質粒子的微觀運動和粒子的空間結構有關。熱力學能是狀態參數。在簡單可壓縮系中，不涉及化學反應、核反應和電磁場作用，可認為工質的熱力學能僅包括分子的內動能和內位能。分子的內動能與工質的溫度有關，溫度越高，分子的內動能越大；分子的內位能與工質的比容有關，比容越大，分子的內位能越小。理想氣體遠離液態點，分子間距（比容）較大，分子的內位能忽略不計，其熱力學能僅包括分子的內動能，因此，理想氣體的熱力學能是溫度的單值函數。2） 外部儲存能外部儲存能是系統整體相對于外界參考坐標系的宏觀能量,包括系統整體作宏觀運動時的宏觀動能和相對于外界參考基準點的重力位能。（3）系統的總儲存能（簡稱總能）系統的總儲存能為熱力學能、宏觀動能和重力位能的總和。（內部儲存能+外部儲存能）3、 轉移能——功量和熱量功量和熱量是系統與外界交換的能量，其大小與系統的狀態無關，而是與傳遞能量時所經歷的具體過程有關。所以功量和熱量不是狀態參數，而是與過程特征有關的過程量，稱為轉移能或遷移能。4、 開口系能量方程Q=CmAT5、 閉口系能量方程熱力學第一定律應用于（靜止的）閉口系時的能量關系式即為閉口系能量方程。閉口系：系統的動能變化和重力勢能變化可以忽略，此時系統的總能變化等于系統熱力學能的變化（AE=AU）其表達式有以下幾種形式，它們的使用條件不同：1)23q=Au+w1)23q=Au+wQ=AU+Wq=Au+fpdvq=cAT+V或Q=AU+J2pdViQ=mcAT+J2pdVV 1適用條件：任意工質、任意過程）（適用條件：任意工質、可逆過程）（適用條件：理想氣體、可逆過程6、穩流系能量方程熱力學第一定律應用于穩流系時的能量關系式即為穩流系能量方程。其表達式也有以下q=Ah+wt或q=Ah-Jvdpq=cAT-Jvpdp1)23或或1)23或或Q=AH+WtQ=AH_J2VdpQ=mcAT-J2Vdpp i適用條件：任意工質、任意過程）適用條件：任意工質、可逆過程）（適用條件：理想氣體、可逆過程7、穩定流動過程中幾種功量的關系在穩流系中，隱含的膨脹功等于流動功和技術功之和，即（1）w=A（pv）+—Ac2+gAz+w=w+w12 s丿ft其中，技術功為出口與進口處的動能差、位能差和軸功之和，即w=丄Ac2+gAz+wt2 s除了噴管、擴壓管外，進出口的動、位能一般都可以忽略：Wt=Ws=-/vdp特殊：（1）熱交換器：Ws=0（2） 動力機械：q=0（3） 絕熱節流：q=O;Ws=O（不是定焓過程）8、焓的定義及其物理意義由于在流動過程中，工質必定攜帶的能量除熱力學能U外，還有推動功（推進功）pV,所以為工程應用方便起見，把二者組合為焓H，所以說焓是流動工質攜帶的基本能量，或者說是流動工質所攜帶的總能量中與熱力狀態有關的那部分能量。焓的定義式為H=U+pV 或 h=u+pv焓的物理意義可簡單總結如下：（1） 對非流動工質，焓僅是狀態參數。（2） 對流動工質，焓既是狀態參數，也是工質流動時攜帶的取決于熱力狀態的那部分能量（或基本能量）。理想氣體的焓和熱力學能一樣，也僅是溫度的單值函數。第三章1、理想氣體的熱力性質（1）狀態方程?狀態方程pv=RgT反映的是同一平衡狀態下基本狀態參數之間的關系，只能用于同一平衡狀態，不能用于過程計算。注意不要把狀態方程和過程方程混淆。公式中的壓力為絕對壓力P，單位為pa；溫度為絕對溫度，單位為K;Rg為氣體常數。單位為J//Kg?K)常用空氣：Rg=287不同物量單位的表達形式：(1)質量為m：pV=mRgT1mol物質：pVm=MRgTM:摩爾質量：lmol物質的質量Vm:摩爾體積：lmol物質的體積=M?vR=MRg:pV=nRTR：摩爾氣體常數，標況下=8.314J/(mol-K)n：物質的量=m/M使用時注意各物理量的單位與氣體常數R或通用氣體常數R協調一致。g比熱容理想氣體的定值摩爾熱容單原子氣體雙原子氣體(空氣)多原子氣體Cv,m3/2R5/2R7/2RCp,m5/2R7/2R9/2Ry1.671.401.29Cv=Cv,m/M

Cp=Cp,m/M

Y=Cp/Cv

Cp=Cv+R學習比熱容時應注意以下幾點：?容積比熱容c的單位為：J/(Nm3?K)，其物量單位必須是標準立方米(Nm3),即氣體在標準狀態時的體(容)積?平均比熱容表的自變量是攝氏溫標，千萬不要將t化為T。⑶理想氣體熱力學能、焓和熵的計算△u=JCvdT△h=JCpdT△s=Cv?ln(p2/p1)+Cp?ln(v2/v1)=Cv?ln(T2/T1)+mRg?ln(v2/v1)=Cp??ln(T2/T1)-mRg?ln(p2/p1)理想氣體的熱力學能和焓僅是溫度的函數，而熵則與2個獨立的基本狀態參數有關。應當注意：盡管計算公式是利用可逆過程的公式推導得到，但由于熱力學能、焓和熵都是狀態參數，其計算公式適用于理想氣體的任意過程。2、理想氣體的熱力過程公式：P60頁表3.21?定容過程v=常數△u=JCvdT=q

吸收的熱量=內能的增量△h=JCpdT2?定壓過程P=常數Q=h2-h13吸收的熱量=內能的增量△h=JCpdT2?定壓過程P=常數Q=h2-h13?定溫過程T=常數△u=^h=04?定熵過程(可逆絕熱過程)比熱容比y=kQ=0W=-Au吸收的熱量=焓的增量吸收的熱量=膨脹功=技術功技術功=焓的減少量Wt=-Ah=-kAuW=-Au(1)4種基本熱力過程及多變過程的特點和過程方程基本方程pvn=const，可認為理想氣體在可逆過程中都遵循該關系式。多變指數n的取值范圍為從710T+8之間的任一實數而4種基本熱力過程則是所有可逆多變過程中的幾個特例，根據過程特點分別為定容過程：n=±8定壓過程：n=0定溫過程：n=1定熵過程：n=K2)過程中任意兩狀態間p、%T參數之間的關系由克拉貝龍方程可以很容易地推得定容、定壓和定溫過程中任意兩狀態間p、v、T參數之間的關系式3)過程中系統與外界交換的功量和熱量?對于定容和定壓過程，選用以下可逆過程的基本積分式計算功量很方便，即容積功：w=J2pdv■技術功:w=-j2vdpt顯然，定容過程：w=°,w=v(p—p)=-vApTOC\o"1-5"\h\zt 1 2定壓過程：w=p(v—v)=pAv， w=02 1 t定容過程容積功為零，定壓過程技術功為零

?對于定溫過程，仍可以用可逆過程的基本積分式計算功量，只需利用理想氣體狀態方程將p化為V的函數形式計算w,或將v化為p的函數形式計算氣。如下所示:w=f2pdv=f2~^dv=RTin=RTin耳i iv gvgp

w=—f2vdp=—f2~^dp=RTInZ=RTInZt1 1p gpgv比較以上兩式，有w=wt即定溫過程的容積功等于技術功。定溫過程計算功量的另一種方法是利用能量方程式，結合閉口系和穩流系的能量方程式,可進步得出w=w可進步得出w=w=q。因此，對可逆等溫過程，利用下式計算功量更方便。w=q=f2Tds=TAs=TRln~2=TR厶

t ] gvgp12定溫過程的容積功、技術功、以及換熱量均相等，只需求出一個即可。?對于絕熱過程，利用能量方程式計算功量較方便，即Rw=—Au=c(T—T)=k(T—T)V1 2K—1 1 2KRw=—Ah=c(T—T)= g(T—T)=Kwt p1 2K—1 1 2注意：以上兩式對可逆絕熱(定熵)和不可逆絕熱過程都適用，這是由于在q=0的條件下,容積功等于狀態參數熱力學能的變化量，技術功等于狀態參數焓的變化量，而狀態參數與過程是否可逆無關。當然，如果可逆絕熱和不可逆絕熱過程的初始狀態相同，那么它們的終了狀態一定不同，實際計算出的w和wt也不同。所以只是w和wt的計算表達式相同。?除定容過程外，各種過程的技術功都是容積功的n倍，即wt=nw，因此，只要計算出其中一個，另一個也就很容易得到。電熱量?對于定容和定壓過程，選用以下公式計算熱量很方便，即定容過程： q=c(T一T)=cATV2 1 V定壓過程： q=c(T—T)=cATp2 1 p對于定溫過程，則選用以下公式計算熱量很方便，即q=f2Tds=TAs=TRln?=TR11 gvgp對于絕熱過程，直接有：對于多變過程，可利用能量方程計算熱量，即(T(T—T)21q=Au+w=c(T一T)+ l(T一T)=TOC\o"1-5"\h\zV2 1 1—n2 1利用邁耶公式c=c+R及c/c=K，可得pVg pVq=年c(T—T)n—1V2 1⑷4種基本熱力過程及多變過程在p-v圖、T-s圖上的表示及特點第四章1、熱力學第二定律的實質

熱力過程只能朝著能量品質不變（可逆過程）或能量品質降低的方向進行。一切自發過程的能量品質總是降低的，因此可以自發進行，而自發過程的逆過程是能量品質升高的過程，不能自發進行，必須有一個能量品質降低的過程作為補償條件才能進行，總效果是能量品質不變或降低。表述：克勞修斯：不可能將熱從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他的變化；開爾文：不可能從單一熱源取熱，并使之全部轉化為功而不產生其他的影響；熱力學第二定律的數學表達式可歸納為以下幾種：（1）卡諾定理 nt＜ntc,g￡c，￡‘仝叮（＜：不可逆機（＜：不可逆機2） 克勞修斯積分不等式3） 由克勞修斯積分不等式推出=：可逆機 ＞：不可能機）4） 熵方程5） 孤立系熵增原理4） 熵方程5） 孤立系熵增原理rAS =AS20iso g孤立系統的熵只能增大或者不變，不可能減小上述5式是等效的，只是表達形式不同，因此適用的對象也不同。（1）、（2）式適用于任何循環；（3）、（4）式適用于任何過程；（5）式適用于孤立系或閉口絕熱系和穩流絕熱系的任何循環和過程。2、熱力學第二定律的應用1） 判斷過程或循環能否進行，如能進行，是否可逆2） 證明某過程不可逆3、不同循環的經濟性指標經濟性指標是反映能量有效利用程度的一個指標經濟性指標=獲得的好處/付出的代價4、卡諾循環、卡諾定理及其意義卡諾循環是為方便熱力循環分析而提出的一種循環，實際上無法實現,但是利用卡諾循環分析得到的提高循環經濟性的方法卻具有普遍實用意義。卡諾定理提供了兩個熱源間循環經濟性的最高界限，給一切循環確定了一個判斷其熱、功轉換完善程度的基礎，因而具有普遍的指導意義。而且利用卡諾定理可判斷循環是否可以進行以及是否可逆。5、熵流、熵產和熵方程熵流dSf:由于工質與熱源之間的熱交換引起的熵變。非狀態參數熵產dSg:熵變的另一部分，由于不可逆因素造成的（可逆過程=0，不可逆過程＞0）。非狀態參數熵方程：dS=dSf+dSg只有可逆絕熱過程才是定熵過程，而不可逆絕熱過程熵必增加的道理。6、熵變計算公式的分析和應用熵是非常重要的狀態參數，由可逆過程熵的定義式，得可逆過程熵變的基本計算公式為上式可用于任意物質熵變的計算。但針對不同的工質，在結合該種工質熱力性質的條件下，所推出的熵變計算公式不同，為便于大家掌握和靈活應用熵變的計算方法，現將幾種常見情況的熵變計算公式總結如下：理想氣體熵變的計算△s=Cv?ln(p2/p])+Cp?ln(v2/V])=Cv?ln(T2/T])+Rg?ln(v2/V])=Cp…lnf^/TJ-Rg?ln(p2/p1)2）固體或液體熵變的計算對固體或液體，一般情況下，C=cV=cpV—f8Qf2mcdT、T

ASnJ」2=J2=mcInrT iT T1如果是等溫過程，T為常數，不能再用上式計算，其熵變為（3）熱源的熵變計算熱源是給工質提供熱量，或接受工質排出熱量的物體，越過其邊界的所有能量都是熱量。通常在對循環進行分析計算時，將高溫熱源、低溫熱源及工質一起選作孤立系，因此需對孤立系中各子系統進行熵變計算。如果是變溫熱源，即熱源在吸熱或放熱時，溫度隨之變化，熱源熵變的計算公式為r式中Tr為熱源溫度，實際計算時根據具體熱源的情況積分如果是恒溫熱源，Tr=常數，熱源的熵變為注意：上述熵變的計算公式都是利用可逆過程推出的，但由于熵是狀態參數，所以同樣可用于任意過程熵變的計算。第五章1、 五態：未飽和水、飽和水、濕蒸汽、干蒸汽、過熱蒸汽2、 確定蒸氣狀態參數的獨立變量（1） 未飽和液體和過熱蒸氣由于未飽和液體和過熱蒸氣分別處于單相區，所以狀態參數P、t、v、s、h中，只要任意給定兩個獨立參數，其他參數就確定了。通常獨立變量取p和to（2） 飽和液體和干飽和蒸氣飽和液體和干飽和蒸氣同樣為單相物質，而且處于飽和狀態，其壓力和溫度不再是獨立變量，而是對應的一對參數。只要知道其中一個，另一個就唯一確定，而且其他狀態參數v、s、h也唯一確定，因此，飽和液體和干飽和蒸氣只有一個獨立的狀態參數，通常獨立變量取P或to（3） 濕（飽和）蒸氣濕（飽和）蒸氣處于兩相區，其壓力和溫度為飽和壓力和飽和溫度，二者對應，只有一個為獨立狀態參數，但其他狀態參數V、s、h與濕蒸氣的干度x（或濕度，多用干度）有關，所以，濕蒸氣的獨立狀態參數也是兩個，即壓力和干度（或溫度和干度）3、 水蒸氣熱力性質圖表的應用（1） 確定蒸氣的狀態參數如果工質的狀態是未知的，在確定蒸氣的狀態參數之前，首先應先查飽和水和干飽和蒸氣表（附表4或附表5）確定其所處的狀態，然后再根據所處狀態查相應的表確定蒸氣的狀態參數。（2） 蒸氣熱力過程的分析計算蒸氣熱力過程分析計算的一般步驟：首先在h-s圖上根據已知參數找出初態點1,并利用圖表確定該狀態的所有其他狀態參數；然后過1點沿過程特征（等參數線）找到與已知終態參數線的交點，該交點即為終態點2,確定終態所有的狀態參數之后，便可利用能量方程進行過程功量與熱量的計算。第六章1、濕空氣的概念及其狀態參數（1）濕空氣的概念及其獨立狀態參數的個數濕空氣是由干空氣和水蒸氣組成的理想氣體混合物。濕空氣可分為飽和（濕）空氣和未飽和（濕）空氣。飽和（濕）空氣中水蒸氣的含量為t對應的最大飽和量，只需要2個獨立的狀態參數就可確定其狀態。由于濕空氣的壓力P和溫度t可直接測得，故常用p和t作為狀態參數。未飽和（濕）空氣中水蒸氣的含量是變化的。所以除p和t外，還需p、tD、p、甲、少、tvDv w以及h中的任意一個參數確定濕空氣中水蒸氣含量的多少，即需要3個獨立的狀態參數。除p、t外，tD和tw可直接測量，其余為不可測參數，只能間接獲得。（2）濕空氣狀態參數的定義及計算理解p、t、ps、pv、tD、pv、?e、tw、h等各參數的定義及相互之間的關系；會利用水蒸氣圖表和濕空氣的濕度圖（e-t圖）查取或利用公式計算各參數。第七章學習本章的最終目的是能根據具體情況正確進行噴管的設計和校核計算，重點內容包括：噴管選型；出口流速、流量的計算。1、 漸縮噴管的出口壓力p（1） 如果是按照噴管選型原則（最節能原則）確定的漸縮噴管，該漸縮噴管就在設計工況下工作，若pb/p0>y，其出口壓力p2=pb>p；若pb/p0=y，其出口壓力p2=pb=p；（2） 如果漸縮噴管不滿足選型原則，即使用不恰當，或者說在應該選用縮放噴管的情況下（pb/p1<）使用漸縮噴管，由于漸縮賁管最多只能膨脹到臨界狀態，所以出口壓力p2=pcr>pb。這種情況下大于背壓pb的那部分壓力降因未能得到利用就損失掉了。總結：漸縮噴管的出口壓力總是等于pb和pcr中的較大者，即p2={pb，pcr}max。或者說出口壓力不可能降到臨界壓力以下，即p2>p。2cr2、 漸縮噴管的出口流速c2漸縮噴管最多只能膨脹到臨界狀態，此時p2=pcr，c2=ccr；否則，p2>pcr，c2<ccr。所以漸縮噴管的出口流速c2<ccro " “ “3、 漸縮噴管的流量縊漸縮噴管的流量qm隨pb/p0的降低而增大，在進口狀態一定的條件下，qm隨pb的降低而增大，當pb=pcr時，qm=qm,max。所以漸縮噴管的流量4、 縮放噴管縮放噴管可以將氣流從亞音速一直加速到超音速，p2=pb<p；c2>c；q^qo第八章1?熱量傳遞的基本方式：熱傳導（導熱）、熱對流、熱輻射熱流量e：單位時間傳遞的熱量單位w熱流密度q：單位時間通過單位面積的熱流量單位W/m2q=e/A導熱系數入：熱導率，越大導熱能力越強單位w/(m?K)導熱熱阻R入：越大熱導率越小單位K/W卜入=厚度/A入(平壁)R入=ln(d2/d］)?(1/2n入L)(圓筒d2>d1)表面傳熱系數h:對流換熱系數單位W/(m2?K)e=Ah?溫差對流換熱熱阻Rh:單位K/WRh=1/Ah總電阻Rk:傳熱熱阻單位K/WRk=R入+Rh1+Rh2總傳熱系數k:單位W/(m2?K)k=1/Rk⑴單層平壁一維穩態導熱：0=溫差/ra=aa-溫差/厚度單層對流換熱(用于流體與壁面之間)：e=溫差/Rh=Ah?溫差(牛頓冷卻公式)單層圓筒壁的穩態導熱：e二溫差/R入二溫差/In(d2/d/(1/2n入L)多層平壁的穩態導熱(玻璃與空氣層)：?=大溫差/(R入］+R入2+R入3)(5)多層圓筒壁的穩態導熱：?=大溫差/(R入］+R入2+r入3)第九章1、傅里葉定律傅里葉定律是導熱的基本定律：在數值上，各向同性均質的導熱物體中，通過某導熱面的熱流密度正比于該導熱面上的溫度梯度，即彳=-xgradt一加￡式中“-”號表示熱流方向與溫度梯度的方向相反熱流密度q：單位時間通過單位面積的熱流量單位W/m2q=e/A矢量n：等溫線法向方向的單位矢量，指向溫度增加的地方導熱系數入：熱導率，越大導熱能力越強單位W/(m?K)特點：(1)s>l>g金屬〉非金屬導電性能好的>導電性能差的純金屬>合金(5)晶體>非晶體純金屬、一般液體、氣體的熱導率隨溫度升高而減小合金、非金屬、水、甘油等強締合液體的熱導率隨溫度升高而升高2、導熱微分方程及定解條件概念導熱微分方程是基于能量守恒定律和導熱基本定律得出的。直角坐標系下，各向同性的連續均勻介質且物性參數為已知常數時，三維、有內熱源、非穩態導熱微分方程的一般表達式為dt九］d2td2td2t） &Stpc（8x2dy2dz2丿pc具體情況可在上式基礎上簡化，如穩態導熱，%=0；無內熱源，①=0；最簡單的導熱微分方程是無內熱源的一維穩態導熱微分方程，即旦=0。dx2第十章1、對流換熱的基本概念、邊界層由于對流換熱過程中導熱和對流共同起作用，因此，對流換熱不是基本的傳熱方式，而屬于復合換熱。對流換熱的計算公式為牛頓冷卻公式①=hAAt式中，A為對流換熱面積，At為對流換熱溫差，h為對流換熱系數。第十一章（1）熱輻射的本質和特點本質：熱輻射是輻射的一部分.是由于物體自身溫度或熱運動的原因而激發產生的電磁波，具有顯著的熱效應。特點（與導熱和對流相比的不同）：不依靠物質的接觸（無論有無介質、相隔多遠）；從發射表面到接收表面輻射傳熱伴隨著能量形式的兩次轉化；只要物體的溫度T>0K,就能不斷向外輻射熱量。因此低溫物體也能向高溫物體輻射熱量。（2）吸收比（率）0、反射比（率）p和透射比（率）t物體對外界輻射來的熱