工程热力学总复习

v
c
d
v
逆循环1-b-2-a-1 → 制冷（热泵）循环
正循环净功=面积1a2dc1—面积1b2dc1>0
==> 净效应：吸热，对外作功 ==> 净效应：放热，对内作功
逆循环净功=面积2a1cd2—面积1b2dc1<0
（五）热力过程及热力循环
5.3 评价热力循环的经济性能指标
得到的收益 循环的经济性能指标 = 评价正循环的经济性能指标 循环热效率 = 循环净功 循环吸热量 付出的代价
W 0 W 0 W 0
此时体积功为正“┼”,称为膨胀功。 此时体积功为负“-”,称为压缩功。
（一）功
例 某气缸活塞装置,气缸内空气的初始压力为200kPa,体积为2m3，
如果活塞运动过程中维持pV恒定，当气缸内压力达到100kPa
时，活塞停止运动，问该热力系统与外界交换的功量为多少？ 解 取气缸－活塞装置内的空气为热力系统,由
p . 1
.2
V
11、工质经历一不可逆过程后不能回到原状态。
能量与热力学第一定律
（一）功
（二）热
（三）热力学第一定律 （四）能量方程式
（一）功
1.1 体积变化功
热力学最常见的功 体积变化功
一般来说，热力系可用的不同方式与外界发生功的相互作用。在工程热 力学中，热与功的相互转换常常是气体的体积变化（膨胀或压缩）来实 现的，因此体积变化功（膨胀功或压缩功）具有特别重要的意义。
工程热力学总复习
基本概念及定义
（一）热力系
（二）热力系的描述
（三）基本状态参数 （四）状态方程，状态参数坐标图 （五）热力过程及热力循环
（一）热力系
热力系统的分类 1)按系统与外界之间的相互联系划分
(1) 闭口热力系统—与外界无物质交换的热力系统。
(2) 开口热力系统—与外界有物质交换的热力系统。
可逆状态下，
注意： p
1 2
W12 pdV
V1
V2
p外
上式适用于 可逆过程
（一）功
1.2 示功图
可逆过程的体积功可以用p-V图上过程线与V轴包围的面积表示
p 1
2
W pdV
1
2
强调!
V
① p V 图上曲线下面的面积代表体积功； ② dV 0有
dV 0 有 dV 0 有
稳态稳流能量方程
1 2 q h c gz ws 2
6) 能量方程
流过1kg工质时，稳 定流动能量方程：
相应微分形式：
1 2 q h c f g z ws 2 1 2 δq dh dc f gdz δws 2
1 Q H mc 2 f mg z Ws 2
评价逆循环的经济性能指标 制冷系数 = 制冷量 消耗的净功 供热量 消耗的净功
供暖系数 =
（五）热力过程及热力循环
正循环：净效应（对外作功，吸热） ——动力循环：热效率
T高 Q1
W
收益 净功 W t ＝ ＝ 代价 吸热 Q1
数值范围： 0 t 1
Q2 T低
（五）热力过程及热力循环
(3) 绝热热力系统—与外界无热量交换的热力系统。 (4) 孤立热力系统—与外界无任何联系的热力系统。 (5) 简单可压缩系—由可压缩物质组成，与外界只进 行热量与一种容积变化功交换的有限物质系统。
（三）基本状态参数
压力
热力系统的单位面积上所受到的垂直作用力。 F p N/m 2 或 Pa 表达式和单位 A 常用压力单位间的关系
热机的热效率不可能达到100%； 热机工作时除了有高温热源提供热量外，同时还必须有低
温热源，把一部分来自高温热源的热量排给低温热源，作
为实现把高温热源提供的热量转换为机械功的必要补偿 。
（一）热力学第二定律
1.2.2 克劳修斯表述
不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。 热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。
若为维持容器内空气的热力学能不变，由搅拌器应输入多少轴功？
解 根据闭口系能量方程
Q U Wtot
由图可知 Wtot Ws 则
U2 Q U1 Ws
500 800 100 400kJ
若为维持容器内空气的热力学能不变 搅拌器需要输入轴功
Ws Q 500kJ
闭口系统
q u w
q u pdv
1
2
h u pv h u p2v2 p1v1
开口系统
wt ws w p2v2 p1v1
q h vdp
1 2
q h wt
q du pdv dh vdp
适合于闭口系统和稳流开口系统
轴功 热力系统通过叶轮式机械的轴与外界 交换的功量称为轴功。工程上许多动力机械， 如汽轮机、压气机、内燃机、风机等都是靠 机械轴传递机械功。
（四）能量方程式
例 一个装有20kg工质的闭口系经历了如下过程：过程中系
统 散 热 25kJ ， 外 界 对 系 统 做 功 100kJ ， 比 热 力 学 能 减 小 1.5kJ/kg ，并且整个系统被举高 10m 。试确定过程中系统动 能的变化。 根据:
V2 V1
V 400 103 dV 400 103 ln 2 V V1
4 277 103 J 277kJ 2
（二）热
2.1 热量
定义：系统与外界之间依靠温差通过边界传递的能量，称为热量。 热量的符号 Q 比热量 q
Q m
单位 J 或 kJ 单位 J/kg 或 kJ/kg
热力学中约定，热力系吸热时取正值“+” ，放热时取负值“” 。 T2 Q12 Cx dT Q Cx dT 用热容量 Cx计算热量 T
（二）热
思考题
1、温度高的物体比温度低的物体具有更多的热量， 这种说法对吗？
2、热量是指储存于物体内部的热能量。
3、温度、压力、体积、膨胀功、热量中，哪些是状 态量，哪些是过程量？
（四）能量方程式
开口稳流与闭口的能量方程
闭口 开口稳流
q u w
q h wt
等价
几种功的关系？
体积变化功w 技术功wt 轴功ws 流动功(pv)
1 2 δQ dH mdc f mgdz δWs 2
流过m kg流体时， 稳定流动能量方程：
相应微分形式：
（四）能量方程式
例 某封闭的刚性容器装有一定量的空气,如图所示。初态时热力学能
为800kJ，容器上装有一搅拌器，通过搅拌器轴的旋转输入能量100kJ， 同时容器壁向外散热500kJ。试问此时容器内空气的热力学能是多少？
p pb pv ( p pb )
pe p pb pv p
强调
各压力中只有绝对压力p是状态参数！
（三）基本状态参数
例 某刚性容器被分隔为两部分，在容器壁上分别装有三个压力表，表B的 读数为80kPa，表C的读数为100kPa，试问压力表A的读数是多少？ 设当地大气压为770mmHg。 已知： peB 80kPa, peC 100kPa, pb 770mmHg。 求 ： pgA ? 解 由图示依据真实压力、参考压力和 相对压力之间的关系,可写出如下3 个关系式,从中整理出所求量。
6) 能量方程
热力学第一定律在闭口系统的一般表达式
Q dU W
热力学第一定律在开口系统的一般表达式
2 c2 c f f Q dECV h gz mout h gz min Ws 2 2 j i out in
1
用比热容cx计算比热量 可逆过程中的热量
q cx dT
ds
q
T
Q12 mcx dT
T1
T2
称 s为比熵，单位 J/(kg· K)；
q Tds 或 Q TdS
（二）热
2.2 示热图
T 1
2
q Tds
1
2
s
强调!
ds 0 有 q 0 表示工质吸热 ds 0 有 q 0 表示工质放热 ds 0 有 q 0
2 2
p-v图上的表示
3) 热量 用比热容计算 Q Q mcx dT
1 1
可逆过程
Q TdS
1
2
4) 功的关系
w ( pv) wt
1 2 wt c g z ws 2
可逆过程
w pdv wt vdp
5) 功的关系
一般过程
可逆过程
逆循环：净效应（对内作功，放热） ——制冷循环：制冷系数
T高 Q1
W
Q2
数值： 0
T低
（五）热力过程及热力循环
逆循环：净效应（对内作功，放热） ——制热循环：供暖系数或热泵系数
T高 Q1
W
Q2
数值： ' 1
T低
判断题 1、系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系； 2、孤立系一定是绝热闭口系； 3、绝热闭口系一定是孤立系； 4、如果容器中气体的压力保持不变，那么压力表 的读数一定也保持不变；
5、作为工质状态参数的应是绝对压力，不是表压 力（或真空度）；
6 、炉膛处于“负压”或“正压”，说明炉膛中的 绝对 压力大于或小于零。
判断题
7、某过程可在p-v图中用实线表示，必为准平衡过程
8、某过程可在p-v图中用实线表示，则必为可逆过程 9、某过程如图所示，则曲线 下面积表示膨胀功； 10、可逆过程肯定是准平衡过程；
利用制冷机实现由低温物体向高温物体传递热量时，还必 须消耗一定的机械功，并把这些机械功转变为热量放出，