武汉大学工程热力学考点
《工程热力学》知识点复习总结
第一部分 (第一章～第五章)一、概念（一）基本概念、基本术语1、工程热力学：工程热力学是从工程的观点出发，研究物质的热力性质、能量转换以及热能的直接利用等问题。
2、热力系统：通常根据所研究问题的需要，人为地划定一个或多个任意几何面所围成的空间作为热力学研究对象。
这种空间内的物质的总和称为热力系统，简称系统。
3、闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统。
系统内包含的物质质量为一不变的常量，所以有时又称为控制质量系统。
4、开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统。
开口系统总是一种相对固定的空间，故又称开口系统为控制体积系统，简称控制体。
5、绝热系统：系统与外界之间没有热量传递的系统，称为绝热系统。
6、孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换的系统，称为孤立系统。
7、热力状态：我们把系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。
8、状态参数：我们把描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。
9、强度性状态参数：在给定的状态下，凡系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同，与质量多少无关，没有可加性的状态参数称为强度性参数。
10、广延性状态参数：在给定的状态下，凡与系统内所含物质的数量有关的状态参数称为广延性参数。
11、平衡状态：在不受外界影响（重力场除外）的条件下，如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统所处的状态称为平衡状态。
12、热力过程：把工质从某一状态过渡到另一状态所经历的全部状态变化称为热力过程。
13、准静态过程：理论研究可以设想一种过程，这种过程进行得非常缓慢，使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够的时间恢复到新的平衡态，从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近平衡状态，于是整个过程就可看作是由一系列非常接近平衡态的状态所组成，并称之为准静态过程。
14、可逆过程：当系统进行正、反两个过程后，系统与外界均能完全回复到初始状态，而不留下任何痕迹，这样的过程称为可逆过程。
工程热力学知识点(精心整理)
（×）湿饱和蒸汽的焓等于饱和水的焓加上干度乘以汽化过程中饱和水变成干饱蒸汽所吸收的热量。
（×）理想气体经历一可逆定温过程，由于温度不变，则工质不可能与外界交换热量。
13、在绝热良好的房间内，有一台设备完好的冰箱在工作，在炎热的夏天打开冰箱，人会感到凉爽，问室内温度是否会越来越低？请用热力学原理加以解释。
CQ>0, ΔU>0 , W=0DQ=（ D ）。
A适用于任意循环；
（×）熵增可用来度量过程的不可逆性，所以熵增加的过程必是不可逆过程，
（√）某理想气体经历了一个内能不变的热力过程，则该过程中工质的焓变也为零。
（×）容器中气体的压力没有变化，则安装在容器上的压力表读数也不变。
（×）水蒸气的定温过程中，能满足 q = w的关系式。
（√）在临界点上，饱和液体的焓一定等于干饱和蒸汽的焓。
6、 对与有活塞的封闭系统，下列说法是否正确?
1) 气体吸热后一定膨胀，内能一定增加。
答：根据热力学第一定律，气体吸热可能使内能增加，也可能对外做功，或者两者同时进行；关键是吸热量能否完全转变为功，由于气体的定温膨胀过程可使得吸收的热量完全转化为功，内能不增加，所以说法错误。
2）气体膨胀时一定对外做功。
C. ηA<ηB D.不能确定.
（4）、在闭口绝热系中进行的一切过程,必定使系统的熵( D )
A 增大. B 减少.
C. 不变 D. 不能确定
（5）、在房间内温度与环境温度一定的条件下,冬天用热泵取暖和用电炉取暖相比,从热力学观点看( A )
A.热泵取暖合理. B.电炉取暖合理.
C.二者效果一样. D.不能确定.
（6）、闭口系能量方程为( D )
工程热力学知识点总结
工程热力学知识点总结一、热力学基本概念1.1 系统和环境1.2 状态量和过程量1.3 定态和非定态过程1.4 热平衡和热力学温度二、热力学第一定律2.1 能量守恒原理2.2 内能和焓2.3 热机效率和制冷系数三、热力学第二定律3.1 熵的概念与意义3.2 熵增原理与熵减原理3.3 卡诺循环及其效率四、物质的状态方程及其应用4.1 物态方程的概念与分类4.2 伯努利方程及其应用4.3 范德华方程及其应用五、相变热力学基础知识5.1 相变的基本概念5.2 相变过程中的物态方程5.3 相变焓和相变熵六、理想气体状态方程及其应用6.1 理想气体状态方程6.2 绝热过程中理想气体的温度压强关系6.3 恒容过程中理想气体内能变化七、混合气体热力学基础知识7.1 混合气体的概念7.2 混合气体的状态方程7.3 理想混合气体的热力学性质八、化学反应热力学基础知识8.1 化学反应的基本概念8.2 化学反应焓变和熵变8.3 反应平衡条件及其判定九、传热基础知识9.1 传热方式及其特点9.2 热传导方程及其解法9.3 对流传热及其换热系数十、工程热力学分析方法10.1 理想循环分析方法10.2 实际循环分析方法10.3 燃料空气循环分析方法十一、工程热力学实际应用11.1 能量转换装置的工作原理与性能分析11.2 能量转换装置的优化设计与运行控制11.3 工业过程中能量利用与节能技术总结：本文介绍了工程热力学知识点，包括了基本概念、第一定律和第二定律、物质状态方程及其应用、相变热力学基础知识、理想气体状态方程及其应用、混合气体热力学基础知识、化学反应热力学基础知识、传热基础知识、工程热力学分析方法和工程热力学实际应用。
这些知识点是工程热力学的核心内容，对于掌握能源转换与利用技术以及节能减排具有重要意义。
工程热力学复习大纲资料重点
• 不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。 （）
判断正确性
• 经历一个不可逆过程后，系统能恢复原来状态。 （）
• 热力学第一定律解析式 适用于可逆过程，任何 工质。 ( )
• 孤立系统的熵与能量都是守恒的。 （）
• 不管过程可逆与否，绝热系统的技术功总是等 于初、终态的焓差。 （ ）
式
第一知识点 闭口系基本能量方程式
闭口系，
Q U W q u w
δQ dU δW δq du δw
第一定律第一解析式— 热 功的基本表达式
讨论：
Q U W q u w
δQ dU δW δq du δw
1）对于可逆过程 δQ dU pdV
2）对于循环
δQ dU δW Qnet Wnet
）两个解析式的关系
δq dh vdp d u pv vdp
du pdv du δw膨
总之： 1)通过膨胀，由热能
功，w = q –Δu
2)第一定律两解析式可相互导出，但只有在开系中 能量方程才用焓。
技术功(technical work)—
技术上可资利用的功 wt
wt
ws
1 2
cf2
膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方。
热力循环的评价指标
正循环：净效应（对外作功，吸热）
动力循环：目的在于净功 用热效率η评价
T1 Q1
h 收益
代价 净功 ＝ W
吸热 Q1
W
Q2 T2
循环经济性指标：
收益 代价
动力循环： 热效率(thermal efficiency)
ht
wnet q1
工程热力学第8章
第八章 压气机
一个完整的压缩气体生产过程包括气体流入、压缩、 一个完整的压缩气体生产过程包括气体流入、压缩、排 出三个阶段。消耗外界机械能的总和称为压气机耗功。 出三个阶段。消耗外界机械能的总和称为压气机耗功。
二、压气机理论耗功
wc = (a + c) − (c + d) + (b + d) = −wt
ηv =V /Vh
V3 (V4 V3 −1) V1 − V3 − V4 + V3 V V1 − V4 ηV = = = = 1− Vh V1 − V3 V1 − V3 V1 − V3 1 V3 V4 Vc 1 n n =1 − −1 = 1 − π −1 = 1 − σ π −1 V1 − V3 V3 Vh
第8章
压 气 机
武汉大学动力与机械学院 杨 俊 2007.08
第八章 压气机
压缩气体的用途： 压缩气体的用途：
动力机、风动工具、制冷工程、 动力机、风动工具、制冷工程、化学工业 潜水作业、 医疗等。 、潜水作业、 医疗等。
通风机—表压 通风机 表压0.01MPa以下 表压 以下 按压头高低可分为 鼓风机—表压 鼓风机 表压0.1~0.3MPa 表压 压气机—表压 压气机 表压0.3MPa以上 表压 以上
计算结果表明： 计算结果表明：采用活塞式压气机采用分级压缩中间冷 却可以提高容积效率降低功耗。 却可以提高容积效率降低功耗。
第八章 压气机
第八章习题
1.思考题5 1.思考题5 思考题 2.习题 习题9 11、 2.习题9-2、9-7、9-11、9-12
1.4−1 1.4
Ps = qm c p ( t1 − t2 ) = 126.6 ×1.038 × ( 293 − 408.5 ) = −252.97 kW
工程热力学知识点电子版
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1.热力学基本概念：包括热力学系统、态函数、过程、平衡等基本概念。
2.热力学定律：包括热平衡第一定律（能量守恒），热平衡第二定律（熵增原理）以及热平衡第三定律（绝对零度定律）。
3.理想气体的热力学性质：包括状态方程、卡诺循环、理想气体的内能、焓、熵等性质，以及理想气体的不可逆过程等。
4.热功学：包括热力学势、热力学基本方程、热力学关系、开放系统
的热力学分析等。
5.蒸汽循环与汽轮机：包括蒸汽循环的基本原理、热力学效率、汽轮
机的工作原理和热力学分析等。
6.冷热交换过程：包括传热方式、传热定律、传热设备的热力学设计等。
7.蒸发和冷凝：包括蒸发和冷凝的热力学原理、热传导、传质机制等。
8.混合物与溶液的热力学性质：包括理想混合物的热力学分析、溶解度、等温吸收和等温蒸馏等。
9.平衡态的热力学：包括平衡态判定、化学反应的平衡和平衡常数等。
10.非平衡态的热力学：包括非平衡态的基本概念、非平衡态热力学
平衡准则等。
11.热力学循环与工作系统：包括往复式热机循环（如柴油循环、克
氏循环等）、蒸汽循环的分析、制冷循环等。
以上仅列举了一些工程热力学的基本知识点，具体内容还包括一些相关的热力学计算方法和应用，如热力学分析软件的应用、能源转化系统的分析等。
工程热力学知识点总结归纳
工程热力学知识点总结归纳第一章、基本概念1、边界边界有一个特点（可变性）：可以是固定的、假想的、移动的、变形的。
2、六种系统（重要！）六种系统分别是：开（闭）口系统、绝热（非绝热）系统、孤立（非孤立）系统。
a.系统与外界通过边界：功交换、热交换和物质交换.b.闭口系统不一定绝热，但开口系统可以绝热。
c.系统的取法不同只影响解决问题的难易，不影响结果。
3、三参数方程a.P=B+Pgb.P=B-H这两个方程的使用，首先要判断表盘的压力读数是正压还是负压，即你所测物体内部的绝对压力与大气压的差是正是负。
正用1，负用2。
ps.《工程热力学（第六版）》书8页的系统，边界，外界有详细定义。
第二章、气体热力性质1、各种热力学物理量P：压强[单位Pa]v：比容（单位m^3/kg）R：气体常数（单位J/(kg*K)）书25页T：温度（单位K）m：质量（单位kg）V：体积（单位m^3）M：物质的摩尔质量（单位mol）R：8.314kJ/(kmol*K)，气体普实常数2、理想气体方程：Pv=RTPV=m*R。
*T/MQv=Cv*dTQp=Cp*dTCp-Cv=R另外求比热可以用直线差值法！第三章、热力学第一定律1、闭口系统：Q=W+△U微元：δq=δw+du （注：这个δ是过程量的微元符号）2、闭口绝热δw+du=03、闭口可逆δq=Pdv+du4、闭口等温δq=δw5、闭口可逆定容δq=du6、理想气体的热力学能公式dU=Cv*dT一切过程都适用。
为什么呢？因为U是个状态量，只与始末状态有关、与过程无关。
U是与T相关的单值函数，实际气体只有定容才可以用6、开口系统ps.公式在书46页（3-12）7、推动功Wf=P2V2-P1V1（算是一个分子流动所需要的微观的能量）a、推动功不是一个过程量，而是一个仅取决于进出口状态的状态量。
b、推动功不能够被我们所利用，其存在的唯一价值是使气体流动成为开系。
8、焓（重要！）微观h=u+PV U分子静止具有的内能PV分子流动具有的能量a、焓是一个状态量，对理想气体仍然为温度T的单值函数。
工程热力学公式知识点总结
工程热力学公式知识点总结热力学是研究热现象和能量转化的一门物理学科。
它不仅适用于工程领域，也适用于物理、化学、地质等领域。
热力学公式是热力学知识的重要组成部分，掌握好热力学公式可以帮助工程师更好地理解和应用热力学知识。
本文将对工程热力学公式知识点进行总结，并进行详细解释。
1. 热力学基本公式1.1 第一定律：热力学第一定律也称为能量守恒定律，它表明了能量在物质之间的转化和传递过程中的基本规律。
数学表达式为：\[dU = \delta Q - \delta W\]其中，dU表示系统内能的变化量，\(\delta Q\) 表示系统吸收的热量，\(\delta W\) 表示系统对外做功的量。
1.2 第二定律：热力学第二定律指出了自然界不可逆过程的特性，也就是热量永远不能自发地由低温物体传递到高温物体。
热力学第二定律的数学表达式有多种形式，其中最常见的是开尔文表述和克劳修斯表述。
开尔文表述表示为：\[\oint \frac{dQ}{T} \leq 0\]即，对于任何经过完整循环的过程而言，系统吸收的热量与温度的比值总是小于等于零。
而克劳修斯表述表示为：\[\text{不可能使得热量从低温物体自发地转移到高温物体，而不引入外界作用。
}\]1.3 熵增原理：熵是描述系统混乱程度或者无序性的物理量，熵增原理指出了自然界中系统总是朝着熵增长的方向发展。
数学表达式为：\[\Delta S \geq \frac{\delta Q}{T}\]其中，\(\Delta S\)代表系统的熵增量，\(\frac{\delta Q}{T}\)表示系统的对外吸收的热量与温度的比值。
2. 热力学循环公式2.1 卡诺循环公式：卡诺循环是一个理想的热力学循环，它包括两个绝热过程和两个等温过程。
卡诺循环可以用来评价热能机械的性能，其热效率被称为卡诺热效率。
卡诺热效率的数学表达式为：\[\eta_{\text{Carnot}} = 1 - \frac{T_c}{T_h}\]其中，\(\eta_{\text{Carnot}}\)表示卡诺热效率，\(T_c\)表示循环的低温端温度，\(T_h\)表示循环的高温端温度。
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闭口系表达式：W Q U -=∆开口系表达式：CV S dE W m gz C h m gz C h Q ++⎪⎭⎫⎝⎛++-⎪⎭⎫ ⎝⎛++=δδδδ11211222222121 稳流方程：s w gdz dc dh q δδ+++=221 循环热效率: 12121101q q q q q q w t -=-==η式中 q 1—工质从热源吸热； q 2—工质向冷源放热；w 0—循环所作的净功。
制冷系数：212021q q q w q -==ε 供热系数： 211012q q q w q -==ε 熵的定义式：⎰=∆21T qs δ J/kg K 工质熵变计算：12s s s -=∆，⎰=0ds 工质熵变是指工质从某一平衡状态变化到另一平衡状态熵的差值。
因为熵是状态参数，两状态间的熵差对于任何过程，可逆还是不可逆都相等。
热源熵变：TQs =∆ 克劳修斯不等式：0≤⎰r T Q δ 任何循环的克劳修斯积分永远小于零，可逆过程时等于零。
闭口系统熵方程：∑=∆=∆∆+∆=∆ni i iso sur sys iso s s s s s 1或式中：ΔS sys ——系统熵变； ΔS sur ——环境熵变；ΔS I ——某子系统熵变。
g f s s s ∆+∆=∆ f s ∆为熵流，其值可正、可负或为零；g s ∆为熵产，其值恒大于或等于零。
开口系统熵方程：1122s m s m s s s sur sys iso-+∆+∆=∆ 式中：m 2s 2——工质流出系统的熵； m 1s 1——工质流入系统的熵。
不可逆作功能力损失： ISO S T W ∆=∆0 式中：T 0——环境温度； ΔS ISO ——孤立系统熵增。
理想气体状态方程：RT pv = mRT pV = T R pV M 0=式中V M =M v —气体的摩尔容积，m 3/kmol ；T nR pV 0= 摩尔（通用）气体常数：R 0 =8.3145J/（mol ·K ） R 0与气体性质、状态均无关。
R 0=MR气体常数：R 仅决定于气体种类。
112212p v p v T T =梅耶公式：R c c v p =- R c c v p 0''ρ=-0R MR Mc Mc v p ==- 比热比：vp vp vp Mc Mc c c c c ===''κ1-=κκRc v 1-=κnR c p气体和蒸汽的流动连续性方程：⎪⎭⎪⎬⎫========常数常数v fc v c f v c f m m m............22211121 f 1，f 2，f ——各截面处的截面积（m 2）； 微元稳定流动过程，连续性方程⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫=-+==0d d d 0)(d d v v f f c c v fc m稳流能量方程s w gdz dc q dh δδ---=221 绝热稳定流动能量方程式：2221122c c h h -=-微元绝热稳定流动2d d 2c h =-当c 为0时，为滞止状态定熵过程方程式：pv κ=常数 微元定熵过程d 0p vp vκ+=d11010-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=k kT T p p只适用于理想气体的比热容比κ为常数（定比热容）的可逆绝热过程。
对于变比热容的定熵过程，κ应取过程范围内的平均值。
可压缩性流体音速的计算式：a ==理想气体的音速计算a ==马赫数cMa=气体流速变化与状态参数间的关系：d d c cv p =-在管道内作定熵流动时，d c 与d p 的符号相反；即气流速度增加(d 0)c >，必导致气体的压力下降(d 0)p <，这就是喷管中的气体流动特性；而气体速度下降(d 0)c <，将导致气体的压力升高(d 0)p >，这是扩压管中的气体流动特性。
管道截面变化的规律：2d d (1)f cM f c=-理想气体的当地音速：c a =喷管的出口流速：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=-kk p p RT k k c 10202112 临界压力比及临界流速10)12(-+==k kc k p p β双原子气体：528.0=β 流量与临界流量222v c f m = kg/s喷管的计算 设计 出发点：b p p =2（P b 喷管出口截面压力）已知b p k T p 00、f当00p p p p c b =≥β 即c b p p >采用渐缩喷管。
当00p pp p c b =≤β即 c b p p <采用缩放喷管。
渐缩喷管的校和计算 背压等于临界压力时，流量达最大值 当0p pp p c b =≥β 即c b p p > b p p =2 ；当0p pp p c b =≤β 即c b p p < c p p =2喷管的最大流量 ccc v c f m =maxkg/s扩 压 管 已知：进口参数、进口速度、出口速度，求出口压力Tc c c T T p 21222112-+= 得：1222111212)21()(---+==k k p k k Tc c c T T p p 具有摩阻的流动（考虑熵产）定义速度系数： 2'2c c =φ 喷管效率：221'21222'222φη=--==h h h h c c得到：)(211'2T T T T --=η2.常用公式气体主要热力过程的基本公式多变指数n：z 级压气机，最佳级间升压比：β图4－3多变过程p-v 图图4－3多变过程T-s 图水蒸气干度：湿蒸汽的总质量量湿蒸汽中含干蒸汽的质干度=x湿蒸汽的参数：)()1(x v v x v v x v x v '-''+'='-+''=； v x v ''≈x （当P 不太大，x 不太小时）；xr h h h x h h x h x h +'='-''+'='-+''=)()1(x ；sx )()1(T rx s s s x s s x s x s +'='-''+'='-+''=； x x x pv h u -=过热蒸汽的焓：)(s pm t t c h h -+''=其中)(s pm t t c -是过热热量，t 为过热蒸汽的温度，c pm 为过热蒸汽由t 到t s 的平均比定压热容。
过热蒸汽的热力学能：pv h u-=过热蒸汽的比熵：spm s p s ln d s T T c T r s T T c T r s s TT ++'=++'=⎰ 水蒸气定压过程：12h h h q-=∆=；)(1212v v p h h u ---=∆；u q w ∆-=或)(12v v p w -=；0d t =-=⎰pp p v w ；spm s ps ln d s T Tc T r s T T c T r s s TT ++'=++'=⎰ 水蒸气定容过程：⎰==vvv p w 0d ；u q ∆=；)(1212p p v h h u ---=∆ ；)(d 21t 21p p v p v w p p -=-=⎰水蒸气定温过程：)(12s s T q -=；u q w ∆-=；h q w ∆-=t ；)(112212v p v p h h u ---=∆水蒸气绝热过程：0=q ；u w ∆-=；h w ∆-=t ；)(112212v p v p h h u ---=∆压气机压气中可分为两种极限情况和一种实际情况：一、 绝热过程：当压缩过程快，且气缸散热较差时，可视为绝热过程。
二、 等温过程：当压缩过程十分缓慢，且气缸散热条件良好时，可视为等温过程。
三、 界于两者之间的实际过程。
在p-v 及2、压气机的理论耗功 ：用c w 表示压气机的耗功：由t w Δh q +=得：h q -w w t c ∆+==)(-（1）定熵过程：（s t-j-n-s-w c222面积=）1])[(1)(1)(1)(112111221212-p p RgT k-kv -p v p k-k -RgT RgT k-k -T T c h -w w kk-p t,s c,s====∆==（2）定温过程：（t t-j-n-i-w c22面积=）121121121111ln ln ln v v -RgT p p RgT p p v p dp p v p vdp -q -w w t,T c,T =======⎰⎰（3）可逆多变过程：（n -T-j-n-n-w c 2122面积=）1])[(1)(1)(11121112212-p p RgT n-nv -p v p n-n -RgT RgT n-n h -w w nn-t,nc,n===∆==p-v 图中看出：c,T c,n c,s w w w >> c,T c,n c,s T T T >> c,T c,n c,s v v v >>这就是说，把一定量的气体从相同初态压到相同终态时，定温过程所消耗的功最少，绝热过程最多，多变过程介于两者之间，且随n 减小而减少；且绝热过程中气体的温升及比体积也较大，这对机器的运行也是不利的，所以在压气过程中，应昼减小n ，使之接近定温过程，对于单级活塞式压气机，通常多变指数n = 1.2～1.3。
余隙容积的影响用V η表示有效吸气容积V 与气缸排量h V 之间的比，称容积效率，1)-(-11)-(-1 )(-1)(-)(343431331343134313141V V V V V V-V V V -V V -V V -V V -V V -V V -V V -VV V V ηh c h V ====== 其中：σ=hcV V-V V V =313称为余隙容积百分比，简称余隙容积比或余隙比。
n n n p p p p V V 111214334)()(π===∴1)-(-11]-)p p [(1n 1n 112πh c h c V V V V V -η==12p p =π，称为增压比。
① 当气缸一定时，则c V 、h V 一定，要使V η增大，则需减小π值；且当π达到一定数值时，V η为零。
②当增压比π一定时，余隙比越大，则V η越低。
（2）对理论耗功的影响]1)[(11]-)[(1 43fg4-12fg1W 1434411211c -p p V p n-n-p p V p n-nnn-nn-==面积面积又∵41p p = 32p p = ∴上式简化为：1)-(11)-V(1)-1](-)[(1W 1111411121c nn-nn-nn-mRgT n-n p n-nV V p p p n-nππ===m 是压气机生产的压缩气体的质量。