5-5 焓熵图
电子焓熵图中符号及单位
电子焓熵图中符号及单位整理路学军计算时减去熵值压力:符号P. 单位MPa. 温度:符号t. 单位℃过热蒸汽区比容符号υ 单位m3/kg 焓（比焓）符号h单位kj/kg. 比熵符号S. 单位kj/kg.K饱和状态（蒸汽,水）压力符号Ps 单位MPa饱和温度（饱和水=饱和蒸汽）符号t s单位℃比容υ1饱和水单位m3/kg比容υ11饱和蒸汽单位m3/kg比焓符号h1饱和水单位kj/kg比焓符号h11饱和蒸汽单位kj/kg汽化潜热符号г 单位kj/kg饱和水的比熵S1单位kj/kg.k饱和蒸汽的比熵S11单位kj/kg.k注：过冷水（未饱和水）的焓熵在过热蒸汽区《发电厂热力设备》中的纸质焓熵图流动速度V换算成为焓差V单位为m/S △h单位为j/kg时用式V=√2△h如取值计算中V单位为m/S，△h单位为kj/kg，侧V=44.72√△h等压热Qp及热焓H(推导过程）《物理、化学》54页Qp=△H=△U+p△υ=(U2+p2υ2)(U1+p1υ1)H=m Cp T 其中Cp为等压比热单位kj/kg.KH≡U+pυH为技术功U为内能（物质温度的热能）pυ为膨胀功（工质的流动能，产生位移，具有压力势能）膨胀功产生位移的推动功能量传递做功→△w=p △υ(比容）传热→△q=T △S（比熵）dq R（功）=T ds(熵）绝热过程本式都为零熵是体系混乱程度的量度。
没有熵就没有热功的传递和转换H=ST(绝热熵）+F(功函）+pυ(膨胀功）H=ST(绝热熵）+G(自由能）功函的定义F≡U－TS(热温熵）自由能的定义G=U+pυ－TS(热温熵）功函、自由能具有方向和限度（矢量）功函是电子要脱离原子，必须从费米能级跃进到真空静止电子（自由电子）能级这一跃进所需要的能量，叫功函。
这一定义和电子的逸出功一样，只是从不同的角度讲的而已。
焓= +㶲（自己认为）。
热力学水的蒸发过程
工程上用的气态工质可以分为两类，即气体和蒸气，两者之间并无严格的界限。
蒸气泛指刚刚脱离液态或比较接近液态的气态物质，在被冷却或被压缩时，很容易变回液态。
一般地说，蒸气分子间的距离较小，分子间的作用力及分子本身的体积不能忽略，因此，蒸气一般不能作为理想气体处理。
工程上常用的蒸气有水蒸气、氨蒸气、氟利昂蒸气等。
由于水蒸气来源丰富，耗资少，无毒无味，比热容大，传热好，有良好的膨胀和载热性能，是热工技术上应用最广泛的一种工质。
各种物质的蒸气虽然各有特点，但其热力性质及物态变化规律都有许多类似之处。
这里仅以水蒸气（简称蒸汽）为例，对它的产生、状态的确定及其基本热力过程进行分析。
1. 蒸气是由液体汽化而产生的。
液体汽化有两种形式：蒸发和沸腾。
蒸发是在液体表面进行的汽化现象。
由于液体分子处于无规则的热运动状态，每个分子的动能大小不等，在液体表面总会有一些动能大的分子克服邻近分子的引力而逸出液面，形成蒸气，这就是蒸发。
蒸发可以在任何温度下进行，但温度愈高，能量较大的分子愈多，蒸发愈强烈。
与蒸发不同，在给定的压力下，沸腾是在某一特定温度下发生、在液体内部和表面同时进行并且伴随着大量汽泡产生的剧烈的汽化现象。
实验证明，液体沸腾时，尽管对其继续加热，但液体的温度保持不变。
无论蒸发还是沸腾，如果液面上方是和大气相连的自由空间，那么一般情况下汽化过程可以一直进行到液体全部变为蒸气为止。
当液体在有限的密闭空间内汽化时，则不仅有分子逸出液体表面而进入蒸气空间，而且也会有分子从蒸气空间落到液体表面，回到液体中。
开始时，单位时间从液面逸出的分子多于返回液面的分子，蒸气空间中的分子数不断增加。
但当蒸气空间中蒸气的密度达到一定程度时，在同一时间内逸出液面的分子就会与回到液面的分子数目相等，气、液两相达到了动态平衡，这种状态称为饱和状态。
饱和状态下的液体和蒸气分别称为饱和液体和饱和蒸气。
饱和蒸气的压力和温度分别称为饱和压力（用p s表示）和饱和温度（用t s表示），二者一一对应，且饱和压力愈高，饱和温度也愈高，例如：对于水蒸气，当p s=0.10325MPa 时，t s=100℃；当p s=1MPa 时，t s=179.916℃。
第五章 热力循环——热力学第二定律
两个热源之间 b. 传热温差△ T↓ ↓，即不可逆程度越小， TH H ，熵增 的传热 L
Q1 T T 0 导致传热过程缓慢。增加传热面积，设备费用 ↑。 H L
5.2 熵
1. 闭系热力学第二定律 △Ssys+△Ssur≥0 微分形式 dSsys+dSsur≥0 dSsur=dS热源+dS功源
过程的不可逆程度越大，熵产生量也越大；熵产生永远 不会小于零。
ΔSg<0，不可能过程
5.2 熵
2. 熵平衡式
Q ) 熵流 S f ( T
物流入
敞开体系
S g
S A
in
物流出
m s
i i i
m s
j j j out
W
敞开系统熵平衡示意图 熵平衡的一般关系式： 熵流+熵入+熵产-熵出=熵积累
Ssys 0
高温热源
由热力学第二定律： 可逆过程： (Ssys Ssur ) 0
Ssur S高温源 S低温源 S功源 0 则：
QH
热机
WS ( R)
功 源
QL QH QL S高温源 S低温源 可逆： a. 孤立体系，发生可逆过程，△ St=0，可以获得最大功 TH TL 低温热源 Q Q TL Ws(R) ，但热并不
2 透 WS ,Tur 平 3
WS , Pump
T
TH
TL
1
QH 锅
炉
2
冷凝器
QL
4 6
3 5 S
1
水泵
4
图1 卡诺循环各步骤的能量平衡和熵平衡式 简单的蒸汽动力装置 图2 T—S图上的卡诺循环
焓湿图详解
表示空气处理过程的线 ，例如加热、冷却、加 湿、减湿等。
表示不同设备的能效状 态的点，用于分析和优 化设备的能耗。
02
焓湿图的应用
工业应用
工业生产过程
焓湿图在工业生产过程中发挥着重要作用，可用于指导工艺 过程设计、能量利用和节能减排。
工业产品检测
在工业产品的检测中，焓湿图可以帮助检测人员了解产品的 工作状态和能量利用情况，优化产品设计。
建筑领域应用
建筑热工设计
焓湿图是建筑热工设计的重要工具，可以帮助设计师合理确定围护结构、保 温材料和通风换气等参数。
建筑节能评估
焓湿图可以用于评估建筑物的节能性能，通过模拟建筑物能耗情况，为节能 改造和绿色建筑提供依据。
能源利用领域
能源利用方案优化
焓湿图可以模拟不同能源利用方案下的湿度和温度变化，从而优化能源利用方案 。
人居环境
焓湿图可以帮助设计更舒适、健康的居住环境，提高人 居生活质量。
工业过程
在工业过程中，焓湿图可以帮助优化工艺流程，提高生 产效率和产品质量。
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焓湿图计算注意事项
对于不同的大气压力和不同的空气组成成分， 焓湿图计算公式需要进行相应的修正。
在使用焓湿图时需要注意单位的一致性，不同 的单位（如摄氏度、华氏度；克/千克、磅/磅 等）会导致计算出现错误。
在计算过程中需要注意单位的换算，特别是对 于非标准状态下的空气（如高海拔地区），需 要进行压力和温度的换算。
可再生能源利用
焓湿图可以指导可再生能源的利用，例如太阳能、地热能和风能等，提高能源利 用效率。
03
焓湿图的解析
空气状态分析
空气状态的表示
焓湿图上通常以点来表示空气的状态，这些点在图上的位置取决 于空气的温度、相对湿度和压力。
焓熵图的应用
注：接下来的例子中所使用的温度和能量的数值是来自蒸汽表中。
Example 2.3.6 Perfect isentropic expansion resulting in work 例2.3.6 工作中完美的等熵膨胀
在初始状态，熵大约是6.25 kJ／kg°C。如果这条线是垂直向下直到到达0.04Bar的，蒸汽的最终 状态能够被评估。在这一点上比焓为1 890 kJ／kg，和干度为0.72（见图2.3.9）。
The final condition can also be determined by using the superheated steam tables. 最后的状态还可以通过使用过热蒸汽表确定。
region. At any point above the saturation curve the steam is superheated, and at any point below the saturation curve the steam is wet. The saturation curve itself represents the condition of dry saturated steam at various pressures. 通过图中心的蒸汽饱和曲线把它分成过热蒸汽区域和一个湿蒸汽区域。在饱和曲线上任何一点的蒸汽都是过热的，在饱和曲 线下的任何一点的蒸汽都是湿的。饱和曲线自身代表在不同压力下的干饱和蒸汽状态。 Constant pressure lines in both regions. 两个区域中的恒定的压力线 Constant temperature lines in the superheat region. 过热区恒温线 Constant dryness fraction (Χ) lines in the wet region. 湿区中的恒定的干度（Χ）线。
压焓图解读
压焓图解读在制冷工程中，最常用的热力图就是制冷剂的压焓图。
该图纵坐标是绝对压力的对数值lgp(图中所表示的数值是压力的绝对值)，横坐标是比焓值h。
1、临界点K和饱和曲线临界点K为两根粗实线的交点。
在该点，制冷剂的液态和气态差别消失。
K点左边的粗实线Ka为饱和液体线，在Ka线上任意一点的状态，均是相应压力的饱和液体；K点的右边粗实线Kb为饱和蒸气线，在Kb线上任意一点的状态均为饱和蒸气状态，或称干蒸气。
2、三个状态区Ka左侧——过冷液体区，该区域内的制冷剂温度低于同压力下的饱和温度；Kb右侧——过热蒸气区，该区域内的蒸气温度高于同压力下的饱和温度；Ka和Kb之间——湿蒸气区，即气液共存区。
该区内制冷剂处于饱和状态，压力和温度为一一对应关系。
在制冷机中，蒸发与冷凝过程主要在湿蒸气区进行，压缩过程则是在过热蒸气区内进行。
3、六组等参数线制冷剂的压-焓（LgP-E）图中共有八种线条：等压线P(LgP)，等焓线（Enthalpy），饱和液体线（Saturated Liquid），等熵线（Entropy），等容线（Volume），干饱和蒸汽线(Saturated Vapor)，等干度线(Quality)，等温线（Temperature) （1）等压线：图上与横坐标轴相平行的水平细实线均是等压线，同一水平线的压力均相等。
（2）等焓线：图上与横坐标轴垂直的细实线为等焓线，凡处在同一条等焓线上的工质，不论其状态如何焓值均相同。
（3）等温线：图上用点划线表示的为等温线。
等温线在不同的区域变化形状不同，在过冷区等温线几乎与横坐标轴垂直；在湿蒸气区却是与横坐标轴平行的水平线；在过热蒸气区为向右下方急剧弯曲的倾斜线。
（4）等熵线：图上自左向右上方弯曲的细实线为等熵线。
制冷剂的压缩过程沿等熵线进行，因此过热蒸气区的等熵线用得较多，在lgp-h图上等熵线以饱和蒸气线作为起点。
（5）等容线：图上自左向右稍向上弯曲的虚线为等比容线。
第3章焓、熵、热容与温度、压力的关系
C T2 p dT T T1
p2 V dp p1 T p
理想气体熵的计算
S p
C T2 p dT
T T1
C ig pg
A
BT
CT 2
DT 3
ET 4
S
ig p
C ig
T2 p
dT
T1 T
ST
p2 V dp p1 T p
pV RT V RT V R p T p p
以过程的焓变、熵变为例，说明通过p –V –T及 热容，计算过程热力学性质变化的方法。
热力学性质图、表也非常有意义，本章还要介 绍几种常用热力学性质图、表的制作原理及应 用。
3.1 化工计算中的焓和熵
H
pV
U
pV
A
TS
G
TS
3.2 热力学性质间的关系
封闭系统热力学第一定律：
dU Q W
dB(1) dT
HR RT
pr
B(0)
Tr
dB(0)
dTr
B(1) Tr
dB(1)
dTr
B0 , B1 , dB0 , dB1 均 dTr dTr
是 对 比 温 度Tr的 函 数
H R f Tr , pr ,
普遍化三参数压缩因子法：
剩余性质的计算公式表示成压缩因子的函数为：
H R RT 2
利用立方型状态方程计算剩余性质需要先使用温度 和压力计算流体的体积V（或者压缩因子Z）,具体 计算方法见pVT的计算。
普遍化维里系数法
H
R
p
B
T
dB dT T
利用普遍化关联式计算焓变
HR RT
p R
B T
dB dT T
第五章气体的热力性质
第五章气体的热力性质5．1 理想气体性质 (1)5．1．1 理想气体状态方程 (2)5．1．2 理想气体热系数 (3)5．1．3 理想气体热力学能和焓的特性 (4)5．1．4 理想气体熵方程 (4)5．2 理想气体比热容及参数计算 (5)5．2．1 比热容的单位及其换算 (5)5．2．2 理想气体比热容与温度的关系 (5)5．2．3 平均比热容 (6)5．2．4 理想气体性质特点 (11)5．3 实际气体状态方程 (11)5．3．1 范德瓦尔斯状态方程 (12)5．3．2 其它状态方程 (14)5．3．3 维里(Virial) 状态方程 (16)5．3．4 对比态状态方程 (17)5.4 实际气体比热容及焓、熵函数 (20)5．4．1 实际气体状态函数的推导方法 (20)5．4．2 计算气体热力性质的三种方法 (22)思考题及答案 (22)5．1 理想气体性质工质在通常的参数范围内可呈现为气、液、固三种聚集状态，或称三种相。
这里所谓的气体是指在其工作的参数范围内总是呈现为气态的工质。
例如空气、气体燃料、燃气(燃料燃烧生成的气体)，以及组成它们的单元气体氮、氢、氧、二氧化碳等等。
本节主要讲述理想气体性质。
理想气体性质是指当压力减小到趋于零时，气体热力性质趋近的极限情况。
这时，表达气体热力性质的各状态函数有最简单的形式。
在压力很低时，气体的比体积大而内部分子自身占有的体积相对极小；分子间的平均距离大，使分子间的相互作用力很小，以致可以忽略分子自身占有的体积和分子间的相互作用力对气体宏观热力性质的影响。
因此，常将分子自身不占有体积和分子之间无相互作用力作为理想气体的微观模型。
这也是理想气体性质有简单表达形式的内在原因。
尽管理想气体性质不能很精确地表达气体，特别是较高压力下气体的热力性质，但它在工程中还是具有很重要的实用价值和理论意义。
这是因为：第一，在通常的工作参数范围内，按理想气体性质来计算气体工质的热力性质具有足够的精确度，其误差在工程上往往是允许的。