工程熱力學大總結-第五版?摘要：本總結圍繞工程熱力學第五版教材展開，涵蓋了基本概念、熱力系統、熱力過程、熱力學定律以及實際氣體等重要內容。通過梳理知識點、總結關鍵公式與結論，旨在幫助讀者系統地復習工程熱力學，加深對該學科的理解，為解決相關工程實際問題提供理論支持。一、基本概念（一）熱力系統1.定義：人為選取的、用于研究的有限物質系統。2.分類閉口系統：與外界無物質交換的系統。開口系統：與外界有物質交換的系統。絕熱系統：與外界無熱量交換的系統。孤立系統：與外界既無物質交換又無能量交換的系統。（二）狀態參數1.定義：描述熱力系統狀態的宏觀物理量，如壓力（$p$）、溫度（$T$）、比體積（$v$）、內能（$U$）、焓（$H$）、熵（$S$）等。2.特性狀態一定，參數一定：系統處于某一確定狀態時，其狀態參數具有確定值。狀態變化，參數變化：系統狀態發生改變時，至少有一個狀態參數發生變化。狀態參數是點函數：其變化量只與初末狀態有關，與變化途徑無關。（三）熱力過程1.定義：熱力系統從一個狀態變化到另一個狀態的歷程。2.常見過程定容過程：比體積不變，$v=const$，$q_v=\Deltau$。定壓過程：壓力不變，$p=const$，$q_p=\Deltah$。定溫過程：溫度不變，$T=const$，$pv=const$，$\Deltau=0$，$q=w$。絕熱過程：$q=0$，$pv^k=const$，$T_1/T_2=(v_2/v_1)^{k1}=(p_2/p_1)^{\frac{k1}{k}}$，其中$k=c_p/c_v$為絕熱指數。二、熱力學第零定律（一）內容如果兩個熱力學系統中的每一個都與第三個熱力學系統處于熱平衡(溫度相同)，則它們彼此也必定處于熱平衡。（二）意義為溫度的測量提供了理論依據，引出了溫度這個狀態參數，使得不同物體之間的熱平衡關系得以量化描述。三、熱力學第一定律（一）內容熱可以轉變為功，功也可以轉變為熱；消耗一定的功必產生一定的熱，一定的熱消失時，也必產生一定的功。對于一個熱力系統，在經歷一個熱力過程時，系統儲存能量的變化等于外界對系統傳遞的熱量與系統對外界做功之差。數學表達式為：$\DeltaU=QW$（閉口系統）；$\DeltaU+\Delta(mE_k)+\Delta(mE_p)=QW$（開口系統）。（二）能量方程1.閉口系統能量方程定容過程：$q_v=\Deltau$定壓過程：$q_p=\Deltah$定溫過程：$q=w=p_1v_1\ln\frac{v_2}{v_1}=p_2v_2\ln\frac{p_1}{p_2}$絕熱過程：$w=\Deltau=c_v(T_1T_2)$2.開口系統能量方程（穩定流動能量方程）：$q=\Deltah+\frac{1}{2}(c_{f2}^2c_{f1}^2)+g(z_2z_1)+w_{shaft}$，其中$c_f$為流速，$z$為高度，$w_{shaft}$為軸功。（三）內能、焓1.內能：是系統內部能量的總和，包括分子動能、分子勢能等，是狀態函數，與溫度有關。2.焓：定義為$H=U+pV$，也是狀態函數，在定壓過程中，焓的變化等于熱量，$q_p=\DeltaH$。四、熱力學第二定律（一）內容1.克勞修斯說法：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化。2.開爾文說法：不可能從單一熱源取熱，使之完全變為有用功而不產生其他影響。（二）熵1.定義：熵是系統的狀態函數，它表示系統的無序程度。數學表達式為$dS=\frac{\deltaQ}{T}$（可逆過程）。對于不可逆過程，有$dS>\frac{\deltaQ}{T}$。2.熵增原理：孤立系統的熵永不減少，即$\DeltaS_{iso}\geq0$。當系統達到平衡態時，熵達到最大值。（三）熵變計算1.單純狀態變化理想氣體：$\DeltaS=m(c_p\ln\frac{T_2}{T_1}R\ln\frac{p_2}{p_1})=m(c_v\ln\frac{T_2}{T_1}+R\ln\frac{v_2}{v_1})$定溫過程：$\DeltaS=\frac{Q}{T}$2.熱力過程可逆過程：通過$dS=\frac{\deltaQ}{T}$積分計算。不可逆過程：通過設計相同初末態的可逆過程來計算熵變，因為熵是狀態函數，與過程無關。五、理想氣體（一）狀態方程$pv=RT$，其中$R$為氣體常數，$R=\frac{R_m}{M}$，$R_m$為通用氣體常數，$R_m=8.314\J/(mol\cdotK)$，$M$為氣體摩爾質量。（二）比熱容1.定容比熱容：$c_v=\frac{du}{dT}$2.定壓比熱容：$c_p=\frac{dh}{dT}$3.關系：$c_pc_v=R$，$k=\frac{c_p}{c_v}$（三）熱力過程計算根據理想氣體狀態方程以及上述比熱容關系，結合不同熱力過程的特點（如定容、定壓、定溫、絕熱等），利用能量方程和狀態參數變化公式進行過程中功、熱量、內能變化、焓變化以及熵變化的計算。例如，絕熱過程中，根據$pv^k=const$和理想氣體狀態方程可推導出各參數變化關系；定溫過程中，$q=w=p_1v_1\ln\frac{v_2}{v_1}=p_2v_2\ln\frac{p_1}{p_2}$等。六、實際氣體（一）范德瓦爾方程$(p+\frac{a}{v^2})(vb)=RT$，其中$a$、$b$為范德瓦爾常數，用于修正理想氣體狀態方程中分子間引力和分子本身體積的影響。（二）壓縮因子$Z=\frac{pv}{RT}$，反映實際氣體與理想氣體的偏差程度。$Z=1$時為理想氣體；$Z>1$表示氣體比理想氣體難壓縮；$Z<1$表示氣體比理想氣體易壓縮。（三）對比態原理引入對比參數：對比壓力$p_r=\frac{p}{p_c}$，對比溫度$T_r=\frac{T}{T_c}$，對比體積$v_r=\frac{v}{v_c}$，其中$p_c$、$T_c$、$v_c$為臨界壓力、臨界溫度和臨界比體積。處于相同對比態的不同氣體，具有大致相同的壓縮因子和其他熱力性質。七、熱力循環（一）正向循環1.定義：工質從高溫熱源吸熱，對外做功，向低溫熱源放熱，按順時針方向進行的循環。2.熱效率：$\eta_t=\frac{w_{net}}{q_1}=1\frac{q_2}{q_1}$，其中$w_{net}$為循環凈功，$q_1$為從高溫熱源吸收的熱量，$q_2$為向低溫熱源放出的熱量。（二）逆向循環1.制冷循環：消耗功，從低溫熱源吸熱，向高溫熱源放熱，使低溫熱源溫度降低，實現制冷目的。制冷系數$\varepsilon=\frac{q_2}{w}=\frac{T_2}{T_1T_2}$。2.熱泵循環：消耗功，從低溫熱源吸熱，向高溫熱源放熱，用于供熱。供熱系數$\varepsilon'=\frac{q_1}{w}=\frac{T_1}{T_1T_2}$。（三）卡諾循環1.組成：由兩個定溫過程和兩個絕熱過程組成。2.熱效率：$\eta_{t,c}=1\frac{T_2}{T_1}$，是一切熱機效率的最高極限。（四）回熱循環利用汽輪機中做了部分功的蒸汽來加熱進入鍋爐的給水，提高循環熱效率。例如朗肯循環采用回熱后，可使熱效率得到顯著提高。八、蒸汽動力循環（一）朗肯循環1.組成：由鍋爐、汽輪機、冷凝器和給水泵組成。工質在鍋爐中定壓吸熱汽化，在汽輪機中絕熱膨脹做功，在冷凝器中定壓放熱凝結，在給水泵中絕熱壓縮升壓回到鍋爐。2.熱效率：$\eta_{t,R}=1\frac{h_2h_1}{h_3h_2}$，其中$h_1$、$h_2$、$h_3$分別為給水泵出口、汽輪機出口和鍋爐出口蒸汽的焓值。（二）提高朗肯循環熱效率的方法1.提高蒸汽初參數：提高蒸汽壓力$p_1$和溫度$T_1$，可使循環平均吸熱溫度提高，從而提高熱效率。2.降低蒸汽終參數：降低冷凝器壓力$p_2$，可使循環平均放熱溫度降低，提高熱效率。3.采用回熱循環：如上述所述，利用抽汽加熱給水，減少冷源損失，提高熱效率。九、內燃機循環（一）奧托循環1.組成：由進氣、壓縮、燃燒加熱、膨脹和排氣過程組成，是汽油機的理想循環。2.熱效率：$\eta_{t,O}=1\frac{1}{(v_1/v_2)^{k1}}$，其中$v_1/v_2$為壓縮比。壓縮比越大，熱效率越高，但受爆震等因素限制。（二）狄塞爾循環1.組成：由進氣、壓縮、燃燒加熱、膨脹和排氣過程組成，是柴油機的理想循環。2.熱效率：$\eta_{t,D}=1\frac{1}{k}\frac{(v_1/v_2)^k1}{(v_3/v_2)1}$，其中$v_1/v_2$為壓縮比，$v_3/v_2$為預脹比。十、總結工程熱力學第五版涵蓋了豐富