工程热力学概念整理

工程热力学与传热学概念整理

工程热力学

第一章、基本概念

1.热力系：根据研究问题的需要，人为地选取一定范围内的物质作为研究对象，称为热力系（统），建成系统。

热力系以外的物质称为外界；热力系与外界的交界面称为边界。

2.闭口系：热力系与外界无物质交换的系统。

开口系：热力系与外界有物质交换的系统。

绝热系：热力系与外界无热量交换的系统。

孤立系：热力系与外界无任何物质和能量交换的系统

3.工质：用来实现能量像话转换的媒介称为工质。

4.状态：热力系在某一瞬间所呈现的物理状况成为系统的状态，状态可以分为平衡态和非平衡态两种。

5.平衡状态：在没有外界作用的情况下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。

实现平衡态的充要条件：系统内部与外界之间的各种不平衡势差（力差、温差、化学势差）的消失。

6.强度参数：与系统所含工质的数量无关的状态参数。

广延参数：与系统所含工质的数量有关的状态参数。

比参数：单位质量的广延参数具有的强度参数的性质。

基本状态参数：可以用仪器直接测量的参数。

7.压力：单位面积上所承受的垂直作用力。对于气体，实际上是气体分子运动撞击壁面，在单位面积上所呈现的平均作用力。

8.温度T：温度T是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的参数。换言之，温度是热

力平衡的唯一判据。

9.热力学温标：是建立在热力学第二定律的基础上而不完全依赖测温物质性质的温标。它采用开尔文作为度量温度的单位，规定水的汽、液、固三相平衡共存的状态点（三相点）为基准点，并规定此点的温度为273.16K。

10状态参数坐标图：对于只有两个独立参数的坐标系，可以任选两个参数组成二维平面坐标图来描述被确定的平衡状态，这种坐标图称为状态参数坐标图。

11.热力过程：热力系从一个状态参数向另一个状态参数变化时所经历的全部状态的总和。

12.热力循环：工质由某一初态出发，经历一系列状态变化后，又回到原来初始的封闭热力循环过程称为热力循环，简称循环。

13.准平衡过程：由一系列连续的平衡状态组成的过程称为准平衡过程，也成准静态过程。

实现条件：推动过程进行的势差无限小。这样保证系统在任意时刻皆无限接近平衡状态。

14.可逆过程：如果一个系统完成一个热力过程后，再沿原路径逆向进行时，能使系统和外界都返回原来状态，而不留下任何变化的过程。

实现条件：过程为准静态过程且无任何耗散效应。

15.状态量：描述工质状态的参数。

16.功：系统与外界之间在压力差的推动下，通过宏观有序运动（有规则运动）的方式传递的能量。

17.热：系统与外界在温差的推动下，通过微观粒子的无需运动（无规则运动）的方式传递的能量。

第二章、热力学第一定律

1.热力学第一定律：当热量与其他形式的能量相互转化时，能的总量保持不变。热力学第一定律也可表述为：第一类永动机是不可能制造成功的。

2.内部储存能：热力学能（状态参数）它包括：

（1）分子热运动形成的内动能，它是温度的参数。

（2）分子间相互作用形成的内位能，它是比体积的参数。

（3）维持一定分子结构的化学能、原子核内部的原子能及电磁场作用下电磁

能。

3.外部储存能：需要用在系统外的参考坐标测量的参数表示的能量称为外部储存能，它包括系统的宏观动能和重力位能。

4.迁移能：功和热量都是系统与外界所传递的能量，而不是系统本身具有的能量，与过程有关的过程量称为迁移能。

5.体积变化功W ：系统体积变化时完成的膨胀功或压缩功统称为体积变化功。

6.推动功：开口系因工质流动传递的功。

7.技术工：技术上可以利用的功称为技术工，它是稳定流系统的动能、位能的增量和轴功三项的总和，即S z f t W mg C m W +?+?=2

2

1。8.有用功和无用功：凡是可以用来提升重物、驱动机器的功称为有用功；反之，则称为无用功。

9.焓：焓的定义式为pV U H +=或pv

u h +=因为在流动过程中，工质携带的能量除热力学能外，总伴有推动功，所以为工程应用的方便起见，把U 和pV 组合起来，引入推动功。

焓可以理解为由于工质流动而携带的，并取决于热力状态参数的能量，及热力学能与推动功的总和。

10.稳定流动：开口系内任意一点的工质状态参数不随时间的流动过程称为稳定流动。

实现稳定流动的必要条件：

①：进出口截面的参数不随时间而改变。

②：系统与外界的功和热量的交换不随时间而改变。

③：工质的质量流量不随时间而改变，且进出口质量流量相等。

可以概括为：系统与外界进行物质和能量交换不随时间而改变。

11.总能：热力学能与宏观运动动能及位能的总和，叫做工质的储存能，简称总能。z

f m

g mC U E ?++=2

21第三章、理想气体的性质与过程

1.理想气体：理性气体实际上是一种并不存在的假想气体，其分子是些弹性的、不具体积的点，分子之间没有相互作用力。

2.克拉贝隆方程：表示理想气体在任一平衡状态时P 、V 、T 之间的关系的方程式

3.热容：物体的温度升高1K （或1℃）所需要的热量。

4.绝热过程：状态变化的任何微元过程中系统与外界不交换热量的过程。

第四章、热力学第二定律

1.自发过程：在自然界中能够独立、无条件自动进行的过程。

2.非自发过程：不能独立自动进行而需要外接帮助作为补充条件的过程。

3.热力学第二定律的克劳修斯说法：热不可能自发地、无条件地从低温物体转移至高温物体。非自发过程进行必须同时伴随一个自发过程作为代价，补充条件。

4.热力学第二定律的开尔文说法：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机，开尔文说法意味着用任何技术手段都不可能使其取自热源的热全部转换为机械功，不可避免地有一部分要排给低温物体。

5.卡诺定理：

定理一：在相同温度的高温热源和相同的温度的低温物体之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类物管，与采用哪一种工质也无关。

定理二：在温度同为1T 的热源和同为2T 的冷源之间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。

6.克劳修斯不等式：工质经过任意不可逆循环，微量r

T Q δ沿整个循环积分必小于零，即∫<0r T Q δ。

7.熵产：闭口系不可逆过程中熵由于不可逆因素引起的耗散效应，使损失的机械工转化为热被工质吸收。这部分由于耗散产生的熵增量叫做熵产。

8.绝对熵：假设纯物质在热力学温度0K 时的熵为零，以此为起点的熵叫做绝对熵。相对熵：人为规定一个参照下状态的熵值0=基准点S ，从而得出的相对值称为相对熵。

9.熵流：系统与外界换热量与热源温度的比值，称为热熵流，简称熵流。

10.质熵流：∑∑?=

j j j i i i m f m S m S S δδδ,称为质熵流，∑i i i m S δ是输入系统的物质带进的熵，∑j j j

m S δ是离开系统的物质带走的熵。

11.耗散功：由于摩擦等耗散效应而损失的机械工称为耗散功，以i W 表示。

12.（火无）：由于单一热源提供的热量不可能是连续的，因而由他们提供的热量无法变为机械工，他们是不可转换的能量，从动力的观点称其为废热，或者（火无）。

13.（火用）：在环境条件下，能量中可以转化为有用功的最高份额称为该能量的（火用）。

14.（火无）：在环境条件下，能量中不可能转化为有用功的那部分能量叫做（火无）。

15.热量（火用）：在温度0T 的环境条件下，系统所提供热量中可转化为有用功的最大值称为热量（火用），用Q X E ,表示。

16.冷量（火用）：温度低于环境温度的系统，吸入热量0Q 时做出的最大有用功称为冷量（火无）。

17.闭口系的（火用）：闭口热利系与环境作用下，从给定状态以可逆方式变换到与环境平衡的状态所能做出的最大有用功，称为该状态下闭口系的（火用），或称热力学能（火用）。

18.能量的贬值：（火用）损失不是使系统所具有的能量的数量减少，而是能量品质的贬值，这种现象称为能量的贬值。

19.熵：熵是一种广延性参数。熵的定义式是T

Q d rev s δ=

，即熵的变化等于可逆过程中系统与外界交换的热量与热力学温度的比值。第五章、热力学一般关系式及实际气体的性质

1.压缩因子：温度、压力相同时的实际气体比体积与理想气体的比体积之比。

2.束缚能：S T ?是可逆定温条件下热力学能中无法转变为功的那部分，称为束缚能。

第六章、蒸汽的热力性质

1.饱和状态：当液体分子脱离表面的气化速度与气体分子回到液体中的凝结速度相等时，汽化与凝结过程虽然仍在不断进行，但总的结果状态不再改变。这种液体和整齐处于动态平衡的状态，称为饱和状态。

2.临界点：当温度高过一定的温度c T 时，液相不可能存在而只能是汽相。c T 称为临界温度，与临界温度相对应的饱和压力称为临界压力。

3.三相点：当压力低于tp P 时，液相也不可能存在汽相或固相，tp P 称为三项点压力，与三相压力点相对应的饱和温度tp t 称为三相点温度。

第七章、理想气体混合物及空气

1.分压力i P ：混合气体中第i 种组元气体单独占有与混合气体相同的体积V ，并处于混合气体相同的温度T 时，所呈现的压力。

2.分体积i V ：混合气体中第i 种组元气体在混合气体温度T 和压力P 单独存在时占有的体积。

3.饱和湿空气：如果湿空气中水蒸气分压力V P 达到了湿空气温度T 所对应的饱和压力s P ，则成其为饱和湿空气，否则称为未饱和湿空气。

4.露点：在一定的压力V P 下，未饱和湿空气冷却达到饱和空气，即将结出露珠时的温度。

5.干球温度：用普通温度计侧得的湿空气的温度。

6.湿球温度：用纱布包裹的湿球温度计测得的湿纱布中水的温度。

7.相对湿度：是空气中水蒸气分压力与同温度下水蒸气饱和压力之比。

8.含湿量：单位质量的干空气所含的水蒸气的质量。

9.湿空气的比焓：含有1Kg 干空气的湿空气的焓值。

10.绝热加湿：在绝热条件下像空气喷水，或水蒸气而向空气加入水蒸气的过程。

第八章、气体和蒸汽的流动

1.绝热滞至过程：气体在绝热流动过程中，因受到某种物体的阻碍，而流速降低为零的过程

2.节流现象：流体在管道内流动时，有时流经阀门，孔板设备时，由于局部阻力，使流体压力降低，这种现象称为节流现象。

第九章、气体和蒸汽的压缩

1.余隙容积：在实际的活塞式压缩机中，因为制造公差，金属材料的热胀性及安装进、排气阀等零件的需要，当活塞运动到上死点位置时，在活塞顶面与气缸盖之间留有一定的间隙，该空间的容积称为余隙容积。

第十章、热力循环及其装置

1.活塞排量：上止点和下止点之间的气缸容积差。

2.抽气式回热循环：从汽轮机的适当部位抽出尚未完全膨胀的，压力，温度相对较高的少量水蒸气去加热低温凝结水的循环方式。

3.冷吨：1冷吨是1000Kg0℃的饱和水在24小时冷冻为0℃的冰所需要的制冷量，这个制冷

Kj/。

量可以换算为386s