《工程热力学》第五版复习提纲

第一章基本概念

1.基本概念

热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。

边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。

外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。

闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统。

开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统。

绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。

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，称为孤立系统。

热力状态：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。

平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。

状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。

基本状态参数

接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。

温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。

注：热力学温标和摄氏温标，T=273+t。

热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。

压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。

相对压力：相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力即为相对压力。

注：课本中如无特殊说明，则所说压力即为绝对压力。 比容：单位质量工质所具有的容积，称为工质的比容。 密度：单位容积的工质所具有的质量，称为工质的密度。

强度性参数：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，如温度、压力等。在热力过程中，强度性参数起着推动力作用，称为广义力或势。

广延性参数：整个系统的某广延性参数值等于系统中各单元体该广延性参数值之和，如系统的容积、内能、焓、熵等。在热力过程中，广延性参数的变化起着类似力学中位移的作用，称为广义位移。

准静态过程：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

并称之为准静态过程。

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，这样的过程称为可逆过程。

膨胀功：由于系统容积发生变化（增大或缩小）而通过界面向外界传递的机械功称为膨胀功，也称容积功。

热量：通过热力系边界所传递的除功之外的能量。

热力循环：工质从某一初态开始，经历一系列状态变化，最后又回复到初始状态的全部过程称为热力循环，简称循环。 2.常用公式

温度：t T +=273

压 力 ：

1．f

F p =

式中 F —整个容器壁受到的力，单位为牛（N ）；

f —容器壁的总面积（m 2）。

2．g p B p +=

（P >B ）

H B p -= （P

式中 B —当地大气压力 P g —高于当地大气压力时的相对压力，称表压力；

H —低于当地大气压力时的相对压力，称为真空值。

比容:

1．m

V v =

m 3/kg 式中 V —工质的容积

m —工质的质量

2．1=v ρ 式中 ρ—工质的密度

k g/m 3

v —工质的比容 m 3/kg

热力循环:

或∑=?0u ，?=0du

循环热效率:

1

2121101q 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： 2

12

021q q q w q -=

=

ε 式中

q 1—工质向热源放出热量；

q 2—工质从冷源吸取热量；

w 0—循环所作的净功。

供热系数： 2

11

012q q q w q -==

ε 式中

q 1—工质向热源放出热量

q 2—工质从冷源吸取热量

w 0—循环所作的净功

3.重要图表

图1-1 热力系统图1-2边界可变形系统

例题：

1、把热量转化为功的媒介称为（）

A、功源

B、热源

C、质源

D、工质

2、（）与外界肯定没有热量交换但可能有质量交换

A、绝热系统

B、孤立系统

C、闭口系统

D、开口系统

3、从大气压力算起的压力为（）

A、表压力

B、绝对压力

C、真空度

D、标准压力

4、强度性参数与系统的质量（），（）可加性

A、有关/不具有

B、无关/不具有

C、有关/具有

D、无关/具有

5、在工质热力状态参数中，属于基本状态参数是（）

A、压力

B、内能

C、焓

D、熵

6、工质经过一个循环，又回到初态，其焓值（）

A、增加

B、减少

C、不变

D、变化不定

7、系统进行一个过程后，如能使（）沿着与原过程相反的方向恢复初态则这样的过程为可逆过程

A、系统

B、外界

C、系统和外界

D、系统或外界

第二章气体的热力性质

1.基本概念

理想气体：气体分子是由一些弹性的、忽略分子之间相互作用力（引力和斥力）、不占有体积的质点所构成。

比热：单位物量的物体，温度升高或降低1K（1℃）所吸收或放出的热量，称为该物体的比热。

定容比热：在定容情况下，单位物量的物体，温度变化1K（1℃）所吸收或放出的热量，称为该物体的定容比热。

定压比热：在定压情况下，单位物量的物体，温度变化1K（1℃）所吸收或放出的热量，称为该物体的定压比热。

混合气体的分压力：维持混合气体的温度和容积不变时，各组成气体所具有的压力。

道尔顿分压定律：混合气体的总压力P等于各组成气体分压力P i之和。

混合气体的分容积：维持混合气体的温度和压力不变时，各组成气体所具有的容积。

阿密盖特分容积定律：混合气体的总容积V等于各组成气体分容积V i之和。

混合气体的质量成分：混合气体中某组元气体的质量与混合气体总质量的比值称为混合气体的质量成分。

混合气体的容积成分：混合气体中某组元气体的容积与混合气体总容积的比值称为混合气体的容积成分。

混合气体的摩尔成分：混合气体中某组元气体的摩尔数与混合气体总摩尔数的比值称为混合气体的摩尔成分。

2.常用公式

理想气体状态方程：

1．RT

pv

式中p—绝对压力Pa

v—比容m3/kg

T—热力学温度K

适用于1千克理想气体。 2．mRT pV = 式中

V —质量为m kg 气体所占的容积

适用于m 千克理想气体。 3．T R pV M 0= 式中

V M =M v —气体的摩尔容积，m 3/kmol ；

R 0=MR —通用气体常数， J/kmol ·K

适用于1千摩尔理想气体。 4．T nR pV 0=

式中

V —nKmol 气体所占有的容积，m 3；

n —气体的摩尔数，M

m

n =

，kmol

适用于n 千摩尔理想气体。

5．通用气体常数：R 0

83140=R

J/Kmol ·K

R 0与气体性质、状态均无关。 6．气体常数：R

M

M R R 8314

0=

=

J/kg ·K

R 与状态无关，仅决定于气体性质。 7．112212

p v p v T T = 比热：

1．比热定义式：dT

q

c δ=

表明单位物量的物体升高或降低1K 所吸收或放出的热量。其值不仅取决于物质性质，还与气体热力的过程和所处状态有关。 2．质量比热、容积比热和摩尔比热的换算关系：04

.22'ρc Mc

c == 式中 c —质量比热，kJ/Kg ·k

'c —容积比热，kJ/m 3·k

M c —摩尔比热，kJ/Kmol ·k

3．定容比热：v

v v

v T u dT du dT

q c ???

????==

=

δ 表明单位物量的气体在定容情况下升高或降低1K 所吸收或放出的热

量。

4．定压比热：dT

dh dT

q c p

p ==

δ 表明单位物量的气体在定压情况下升高或降低1K 所吸收或放出的热

量。

5．梅耶公式： 6．比热比：

道尔顿分压定律： V

T n i i n p p p p p p ,1321??????=++++=∑=ΛΛ 阿密盖特分容积定律： P

T n

i i n V V V V V V ,1321??????=++++=∑=ΛΛ 质量成分：

i

i m g m

=

容积成分： i

i V r V

= 摩尔成分： i

i n x n

=

容积成分与摩尔成分关系： i i i n

r x n

==

质量成分与容积成分：

分压力的确定 i

i i V p p r p V

== 例题：

1、气体的定容比热较定压比热（ ）

A 、大一些

B 、大很多

C 、小

D 、相等 2、理想气体的比热( )

A 、与压力和温度有关

B 、与压力无关而与温度有关

C 、与压力和温度都无关

D 、与压力有关而与温度无关

第三章热力学第一定律

1.基本概念

热力学第一定律：能量既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一种形式转换成另一种形式，或从一个系统转移到另一个系统，而其总量保持恒定，这一自然界普遍规律称为能量守恒与转换定律。把这一定律应用于伴有热现象的能量和转移过程，即为热力学第一定律。

第一类永动机：不消耗任何能量而能连续不断作功的循环发动机，称为第一类永动机。

热力学能：热力系处于宏观静止状态时系统内所有微观粒子所具有的能量之和。（状态量）

外储存能：也是系统储存能的一部分，取决于系统工质与外力场的相互作用（如重力位能）及以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量（宏观动能）。这两种能量统称为外储存能。

轴功Ws：系统通过机械轴与外界传递的机械功称为轴功。（过程量）

流动功（或推动功）Wf：当工质在流进和流出控制体界面时，后面的流体推开前面的流体而前进，这样后面的流体对前面的流体必须作推动功。因此，流动功是为维持流体通过控制体界面而传递的机械功，它是维持流体正常流动所必须传递的能量。（状态量）

焓：流动工质向流动前方传递的总能量中取决于热力状态的那部分能量。对于流动工质，焓=内能+流动功，即焓具有能量意义；对于不流动工质，焓只是一个复合状态参数。H=u+pv

稳态稳流工况：工质以恒定的流量连续不断地进出系统，系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定，不随时间变化，称稳态稳流工况。

技术功Wt：在热力过程中可被直接利用来作功的能量，称为技术功。

（过程量）

动力机：动力机是利用工质在机器中膨胀获得机械功的设备。

压气机：消耗轴功使气体压缩以升高其压力的设备称为压气机。

节流：流体在管道内流动，遇到突然变窄的断面，由于存在阻力使流体压力

降低的现象。 2.常用公式

外储存能：

1． 宏观动能： 2． 重力位能： 式中

g —重力加速度。

系统总储存能：

1．p k E E U E ++=

或mgz mc U E ++=221

2．gz c u e ++=22

1

3．U E = 或u e =（没有宏观运动，并且高度为零）

热力学能变化：

1．dT c du v =，?=?2

1dT c u v

适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 2．)(12T T c u v -=?

适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用定值比热计算） 3．1020

12

1

2

2

1

t c t c dt c dt c dt c u t vm

t vm

t v t v t t v ?-?=-==????

适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用平均比热计算） 4．把()T f c v =的经验公式代入?=?2

1dT c u v 积分。

适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用真实比热公式计算）

5．∑∑====+++=n

i i i n

i i n u m U U U U U 1

1

21Λ

由理想气体组成的混合气体的热力学能等于各组成气体热力学能之和，各组成气体热力学能又可表示为单位质量热力学能与其质量的乘积。

6．?-=?2

1pdv q u

适用于任何工质，可逆过程。

7．q u =?

适用于任何工质，可逆定容过程

8．?=?21

pdv u

适用于任何工质，可逆绝热过程。

9．0=?U

适用于闭口系统任何工质绝热、对外不作功的热力过程等热力学能或理想气体定温过程。

10．W Q U -=?

适用于mkg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程。 11.w q u -=?

适用于1kg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程 12.pdv q du -=δ

适用于微元，任何工质可逆过程 13．pv h u ?-?=?

热力学能的变化等于焓的变化与流动功的差值。 焓的变化：

1．pV U H += 适用于m 千克工质

2．pv u h +=

适用于1千克工质

3．()T f RT u h =+= 适用于理想气体

4．dT c dh p =，dT c h p ?=?2

1

适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程

5．)(12T T c h p -=?

适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程，用定值比热计算

6．1020

121

2

2

1

t c t c dt c dt c dt c h t pm

t pm

t p t p t t p ?-?=-==????

适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程用平均比热计算

7．把()T f c p =的经验公式代入?=?2

1dT c h p 积分。

适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程，用真实比热公式计算

8．∑∑====+++=n

i i i n

i i n h m H H H H H 1

1

21Λ

由理想气体组成的混合气体的焓等于各组成气体焓之和，各组成气体焓又可表示为单位质量焓与其质量的乘积。

9．热力学第一定律能量方程

适用于任何工质，任何热力过程。

10．s w gdz dc q dh δδ---=22

1 适用于任何工质，稳态稳流热力过程

11．s w q dh δδ-=

适用于任何工质稳态稳流过程，忽略工质动能和位能的变化。 12．?-=?2

1vdp q h

适用于任何工质可逆、稳态稳流过程，忽略工质动能和位能的变化。 13．?-=?2

1vdp h

适用于任何工质可逆、稳态稳流绝热过程，忽略工质动能和位能的变化。

14．q h =?

适用于任何工质可逆、稳态稳流定压过程，忽略工质动能和位能的变化。

15．0=?h

适用于任何工质等焓或理想气体等温过程。

熵的变化：

1．?

=?2

1

T

q

s δ

适用于任何气体，可逆过程。 2．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。

3．1

2

ln

T T c s v =?（理想气体、可逆定容过程）

4．1

2

ln

T T c s p =?（理想气体、可逆定压过程） 5．2

112ln ln

p p

R v v R s ==?（理想气体、可逆定温过程）

6．0=?s （定熵过程） 适用于理想气体、任何过程。

功量：

膨胀功（容积功）： 1．pdv w =δ 或?=2

1pdv w

适用于任何工质、可逆过程 2．0=w

适用于任何工质、可逆定容过程 3．()21w p v v =-

适用于任何工质、可逆定压过程 4．1

2

ln

v v RT w = 适用于理想气体、可逆定温过程 5．u q w ?-=

适用于任何系统，任何工质，任何过程。 6．q w =

适用于理想气体定温过程。 7．u w ?-=

适用于任何气体绝热过程。 8．dT C w v ?-=2

1

适用于理想气体、绝热过程 9．

适用于理想气体、可逆绝热过程

10．()()()1111

1

11

1

121212211≠???

?

?????????? ??--=--=--=

-n p p n RT T T R n v p v p n w n n 适用于理想气体、可逆多变过程 流动功:

推动1kg 工质进、出控制体所必须的功。 技术功:

1．s t w z g c w +?+?=22

1

热力过程中可被直接利用来作功的能量，统称为技术功。 2．s t w gdz dc w δδ++=22

1 适用于稳态稳流、微元热力过程 3．2211v p v p w w t -+=

技术功等于膨胀功与流动功的代数和。 4．vdp w t -=δ

适用于稳态稳流、微元可逆热力过程 5．?-=2

1vdp w t

适用于稳态稳流、可逆过程 热量：

1．TdS q =δ

适用于任何工质、微元可逆过程。 2．?=2

1Tds q

适用于任何工质、可逆过程 3．W U Q +?=

适用于mkg 质量任何工质，开口、闭口，可逆、不可逆过程 4．w u q +?=

适用于1kg 质量任何工质，开口、闭口，可逆、不可逆过程 5．pdv du q +=δ

适用于微元，任何工质可逆过程。 6．?+?=2

1pdv u q

适用于任何工质可逆过程。

7CV S dE W m gZ C h m gZ C h Q ++??

? ?

?++-??? ?

?

++=δδδδ11211222

2

22

12

1 适用于任何工质，任何系统，任何过程。 8． s w gdz dc dh q δδ+++=22

1 适用于微元稳态稳流过程 9．t w h q +?= 适用于稳态稳流过程 10．u q ?=

适用于任何工质定容过程 11．()12T T c q v -=

适用于理想气体定容过程。 12．h q ?=

适用于任何工质定压过程 13．()12T T c q p -=

适用于理想气体、定压过程 14． 0=q

适用于任何工质、绝热过程 15． ()()11

12≠---=

n T T c n k

n q v 适用于理想气体、多变过程

3.重要图表

图3－1 轴功

图3－2 流动功 图3－3 闭口系统的能量转换

图3－7 技术功

图3－5 开口系统

例题：

1、外界对系统输入功80kJ 同时系统向外界放热20kJ

则系统的热力学能变化

量为( )

A 、20

B 、100

C 、60

D 、100 2、dq=du+dw 的适用范围是闭口系统（ ）

A 、理想工质，可逆过程

B 、任意工质，可逆过程

C 、理想工质，任意过程

D 、任意工质，任意过程 3、热力学一般规定，系统向外界放热为（ ），系统对外界做功为（ ） A 、正/负 B 、负/负 C 、正/正 D 、负/正 第四章 理想气体的热力过程及气体压缩 1.基本概念

分析热力过程的一般步骤：1.依据热力过程特性建立过程方程式，p=f(v)；

2.确定初、终状态的基本状态参数；

3.将过程线表示在p-v 图及T —s 图上,使过程直

观，便于分析讨论。

4.计算过程中传递的热量和功量。

绝热过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的状态变化过程，即0=q δ或0=q 称为绝热过程。

定熵过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程，称为定熵过程。

多变过程：凡过程方程为=n pv 常数的过程，称为多变过程。 定容过程：定量工质容积保持不变时的热力过程称为定容过程。 定压过程：定量工质压力保持不变时的热力过程称为定压过程。 定温过程：定量工质温度保持不变时的热力过程称为定温过程。

单级活塞式压气机工作原理：吸气过程、压缩过程、排气过程，活塞每往返一次，完成以上三个过程。

活塞式压气机的容积效率：活塞式压气机的有效容积和活塞排量之比，称为容积效率。

活塞式压气机的余隙：为了安置进、排气阀以及避免活塞与汽缸端盖间的碰撞，在汽缸端盖与活塞行程终点间留有一定的余隙，称为余隙容积，简称余隙。

最佳升压比：使多级压缩中间冷却压气机耗功最小时，各级的增压比称为最佳增压比。

压气机的效率：在相同的初态及增压比条件下，可逆压缩过程中压气机所消耗的功与实际不可逆压缩过程中压气机所消耗的功之比，称为压气机的效率。

热机循环：若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为机械能，则此循环称为热机循环。 课本P79结论。

1、各级气缸的进出口温度（进气温度、排气温度）相等。

2、各级所消耗的轴功相等。

3、每级向外散出的热量相等。 2.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： 多变压缩轴功：()2

1112

11.111T T mR n n p p V p n n W n n

n

s --=????

?????????? ??--=- N 级压气机所需的轴功：()21112

11.111T T mR n n N p p V p n n N W n n

n s --?=????

?????????? ??--?=- 3.重要图表

例题：

1、活塞式压气机的余隙容积增大使（）

A、w s增大，ηv减小

B、w s不变，ηv减小

C、w s不变，ηv不变

D、w s减小，ηv减小

2、理想气体过程方程PV^n=常数，当n=±∞时，其热力过程是（）

A、等压过程

B、等温过程

C、等容过程

D、绝热过程

3、压缩机压缩过程实际上是（）过程

A、定温

B、绝热

C、多变

D、定压

4、为降低活塞式压气机的耗功，应尽量采用（）压缩过程

A、等容

B、绝热

C、等温

D、多变

5、对于一定质量的理想气体，不可能发生的过程是----

A、气体绝热压缩，温度降低

B、气体放热，温度升高

C、气体绝热膨胀，温度降低

D、气体吸热，温度升高

第五章热力学第二定律

1.基本概念

热力学第二定律：（方向性）

开尔文说法：只冷却一个热源而连续不断作功的循环发动机是造不成功的。

克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。

第二类永动机：从单一热源取得热量，并使之完全转变为机械能而不引起其他变化的循环发动机，称为第二类永动机。

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，称为孤立系统。

孤立系统熵增原理：绝热闭口系统或孤立系统的熵只能增加（不可逆过程）或保持不变（可逆过程），而绝不能减少。任何实际过程都是不可逆过程，只能沿着使孤立系统熵增加的方向进行。（P95）

定熵过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程，称为定熵过程。

热机循环：若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为机械能，则此循环称为热机循环。

制冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境温度，并维持这个低温称为制冷。

制冷机：从低温冷藏室吸取热量排向大气所用的机械称为制冷机。

热泵：将从低温热源吸取的热量传送至高温暖室所用的机械装置称为热泵。

理想热机：热机内发生的一切热力过程都是可逆过程，则该热机称为理想热机。

卡诺循环：在两个恒温热源间，由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成的循环，称为卡诺循环。（P88）

卡诺定理：

1．所有工作于同温热源与同温冷源之间的一切可逆循环，其热效率都相等，与采用哪种工质无关。

2．在同温热源与同温冷源之间的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。

自由膨胀：气体向没有阻力空间的膨胀过程，称为自由膨胀过程。

2.常用公式

熵的定义式：

?

=?2

1

T

q

s 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。 1．1

212ln ln v v R T T c s v +=?

理想气体、已知初、终态T 、v 值求ΔS 。 2．1

212ln ln

P P R T T c s P -=? 理想气体已知初、终态T 、P 值求ΔS 。 3．1

212ln ln

P P c v v c s v P +=? 理想气体、已知初、终态P 、v 值求ΔS 。 4．卡诺循环热效率： 1

2

1T T tc -

=η(课本P87结论) 制冷系数：2

12

,1T T T c -=

ε 供热系数：12

11

,1>-=

T T T c ε 5．热源熵变： 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。

3.重要图表