化工热力学复习总结材料

第一章、绪论一、化工热力学的目的和任务通过一定的理论方法，从容易测量的性质推测难测量的性质、从有限的实验数据获得更系统的物性的信息具有重要的理论和实际意义。

化工热力学就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，解决工业过程（特别是化工过程）中热力学性质的计算和预测、相平衡和化学平衡计算、能量的有效利用等实际问题。

二、1-2化工热力学与物理化学的关系化工热力学与物理化学关系密切，物理化学的热力学部分已经介绍了经典热力学的基本原理和理想系统（如理想气体和理想溶液等）的模型，化工热力学将在此基础上，将重点转移到更接近实际的系统。

三、热力学性质计算的一般方法(1)基于相律分析系统的独立变量和从属变量；(2)由经典热力学原理得到普遍化关系式。

特别是将热力学性质与能容易测量的p、V、T及组成性质和理想气体等压热容联系起来；(3)引入表达系统特性的模型，如状态方程或活度系数；(4)数学求解。

第2章流体的P-V-T关系1.掌握状态方程式和用三参数对应态原理计算PVT性质的方法。

2.了解偏心因子的概念，掌握有关图表及计算方法。

1.状态方程：在题意要求时使用该法。

①范德华方程：常用于公式证明和推导中。

②R—K 方程：③维里方程：2.普遍化法：使用条件：在不清楚用何种状态方程的情况下使用。

三参数法：①普遍化压缩因子法②普遍化第二维里系数法3、Redlich-Kwong（RK）方程3、Soave（SRK）方程4、Peng-Robinson （PR ）方程()22a 0.45724c r cR T T P α=0.0778c cRT b P =§2-5高次型状态方程5、virial 方程 virial 方程分为密度型：和压力型：第3章 纯物质的热力学性质1、热力学性质间的关系dU TdS pdV =-H=U+PV dH TdS Vdp =+A=U-TS dA SdT pdV =-- G=H-TS dG SdT Vdp =-+ Maxwell 关系式S VT P V S ∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ S PT V P S ∂∂⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ V T P S T V ∂∂⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ P TV S T P ∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 转换公式： 1Z X YX Y Z Y Z X ∂∂∂⎛⎫⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭3.2计算H ∆和S ∆的方法1.状态方程法： P P V dH C dT V T dP T ⎡⎤∂⎛⎫=+- ⎪⎢⎥∂⎝⎭⎣⎦P PC V dS dT dP T T ∂⎛⎫=- ⎪∂⎝⎭ 2.剩余性质法：①普遍化压缩因子图()()01R R R TCCCH H H RT RT RT ω=+()()01R R R TS S SRRRω=+②普遍化的第二维里系数方法0101R T r r r C r r H dB dB P B T B T RT dT dT ω⎡⎤⎛⎫=-+-⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦ 01R T r r r S dB dB P R dT dT ω⎛⎫=-+ ⎪⎝⎭0 1.60.4220.083r B T =-14.20.1720.139r B T =-导出：0 2.60.675r r dB dT T = 1 5.20.772r rdB dT T = 第6章 化工过程能量分析热力学第一定律一、功 Wp dVδ=-外不可逆过程: 2112W P dV =-⎰外体可逆过程： 21V rev V W p dV =-⎰体体规定：体系吸热为正，放热为负；对外做功为负，接受功为正。

二、封闭系统的能量平衡式：U Q W ∆=+ dU q w δδ=+适用于可逆与不可逆过程。

三、稳定流动过程的能量平衡式：22S C Cu g ZH Q W g g ∆∆∆++=+ （1J Kg -⋅）（一）稳流过程能量平衡式的简化形式及其应用： 气体通过如孔板、阀门、多孔塞等节流装置时：0m h ∆=（即等焓过程）(a)压缩机和膨胀机（透平）鼓风机、泵等0Q =， W H m h s=∆=∆ 适用于可逆，不可逆过程。

（b ）气体通过如孔板、阀门、多孔塞等节流装置时：0m h ∆=（即等焓过程）(c)无轴功，但有热交换的设备：锅炉、热交换器、塔等。

0w s= H Q ∆= （二）轴功的计算方法： (1)可逆轴功()S R W： 2()1P S R PwvdP =⎰ 实际轴功与可逆轴功之比称为机械效率m η。

对于产功设备而言：()S S R W W p ，()S mS R W W η=对于耗功设备而言：()SS R W W f ，()S R m SW W η=四、 气体的基本热力过程 封闭体系： U q w ∆=+ 微小过程： dU q w δδ=+（一）等容过程:0w P dV δ=-=外外 ∴ V dU q δ= 即 V V U q ∆=（二）等压过程： 可逆过程：Rw pdv p v =-=-∆⎰不可逆过程（恒外压）： W P V =-∆外来计算功。

（三）等温过程： TdUq P dV δ=+外体（四）绝热过程：Q 0Q = ∴ dU W P dV δ==-外体热力学第二定律 一、熵与熵增原理熵的定义式：RQ S Tδ∆=⎰适用于任何体系和环境。

封闭体系熵增原理公式为：0dS dS sys surr+≥上式中各种熵变的计算方法：（一）为封闭体系的熵变： ①可逆过程：结论：无论是由已知条件得知，还是由热力学第一定律得出的Q 就为R Q ，可以直接代入计算。

②不可逆过程：设计一个初终态与不可逆过程的初终态相同的可逆过程，通过对这个可逆过程进行sys S ∆的计算，就可得出结果。

（二）dSsurr为外界环境的熵变：环境可分为热源和功源 即：surrdS dS dS =+源热功源功源；0dS =功源 热源： sys surrsurrsurrsurrQ Q dS dS T T δδ-===热源（等温可逆过程）6.2.2熵产生与熵平衡 一、封闭系统的熵平衡S g ∆ >0 不可逆过程S g ∆ =0 可逆过程可判断过程进行的方向S g ∆<0 不可能过程Qsysg sys f sys surrQ S S S S T δ∆=∆-∆=∆-⎰sys dS ——封闭体系的状态引起的熵变。

g dS ——因过程不同产生的。

f dS ——封闭体系与外界因有热交流引起的。

求g S ∆的一般步骤： ①确定体系所用的熵平衡式。

②确定初终态，然后按照可逆过程来计算sys S ∆。

a ）21R sys sysQ S T δ⎛⎫∆= ⎪⎝⎭⎰ b ）P PC V dS dT dP T T ∂⎛⎫=- ⎪∂⎝⎭ c ）222111ln ln ig R R sys pmsT P S CR S S T P ∆=-+-③根据不同的条件确定sys Q δ，从而得出 surr S ∆ 即 f S -∆。

④根据 0Qsysg sys surr sys f sys surrQ S S S S S S T δ∆=∆+∆=∆-∆=∆-⎰求g S ∆。

二、 稳定流动系统的熵平衡()()S m s m s S j j i i g f j i in out∆=--∆∑∑⑴绝热过程：0Qsys δ=Q 0S f∴∆=()()S m s m sj j i i g j iin out ∴∆=-∑∑ （2）可逆绝热过程（0Sg∆= ）： ()()m s m sj j i i jiin out =∑∑ 三、理想功、损失功与热力学效率1理想功对稳定流动过程：212id W T S H u g z -=∆+∆-∆-∆ 若忽略动能和势能变化，则 0id W H T S =∆-∆ 2 损失功对稳定流动过程，损失功W L 表示为L ac id W W W =- 0L W T S Q =∆- 0L g W T S =∆ 3热力学效率 做功过程：ad t id W W η=；耗功过程：idt adW W η=四、.有效能1、稳流过程有效能计算0000()()xph id E W T S H H H T S S =-=∆-∆=---2、有效能效率()1()()outx lEx in inx x E E E E η==-∑∑∑1122m m mp V p V pV ==1122k k kp V p V pV ==()1211121,ln lnp pV p p p RT w R s ==等温()12,1111k k s R p kw RT k p -⎡⎤⎛⎫⎢⎥=- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎢⎥⎣⎦绝热()12,1111m m s R p mw RT m p -⎡⎤⎛⎫⎢⎥=- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎢⎥⎣⎦多变p pHJ C VT V T p T -⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=μppS S CT V T p T ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=μ,1L S C H L H H T W Q Q Q T ⎛⎫=-=- ⎪⎝⎭,1S C LC H HW T Q T η==-Sw q h +=∆412100h h h h q w Q W S S --=-=-=η第七章 压缩、膨涨、动力循环与制冷循环一、气体的压缩1、等温过程方程式绝热过程方程式实际（多变）过程方程2、若为可逆过程，按照“得功为正（或耗功为正）”的规定，其轴功可按式(7-1)计算()22111,d d J s p p s Rt p p W V p n V p-==⋅⎰⎰二、气体的膨胀1、特点：过程等焓 由热力学第一定律：ΔH = 0由于压力变化而引起的温度变化称为节流效应效应理想气体 ：真实气体: μJ ﹥0 节流后温度降低，制冷。

μJ = 0 温度不变。

μJ ﹤0 节流后温度升高，制热等熵膨胀时，压力的微小变化所引起的温度变化，称为微分等熵膨胀效应系数，以 μs 表示三、蒸汽动力循环蒸汽动力装置主要由四种设备组成：(1)称为锅炉的蒸汽发生器；(2)蒸汽轮机；(3)冷凝器；(4)水泵。

1、Carnot 循环对外作(最大)功W s,c效率2、Rankine 循环及其热效率对于单位质量的流体 热效率 热效率越高，汽耗率越低，表明循环越完善1m k <<1122p V p V pV==0=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=H J p T μ21212121R S,)(';hh h h H H H H W W S S--=--=--=不可逆η4121414321'')()(h h h h H H H H H H --=--+-=ηS S Q w q W L L==＝净功低温下吸收的热ε121S C T T T W Q L -==ε41h h q L -=L L q Q m =)(1221h h m mw H W S S -==∆=→ST mw P =1) 等熵效率ηS ：膨胀作功过程，不可逆绝热过程的做功量与可逆绝热过程的做 功量之比2) 实际Rankine 循环的热效率：四、制冷系统1、Carnot 制冷循环：逆向卡诺循环：工质吸热温度小于工质放热温度；此即 Carnot 制冷循环。