工程热力学总复习

《工程热力学总复习》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程热力学总复习（203页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、2023-2-2812023-2-282热力学本质和起源热力学本质和起源2023-2-283能量的转换和传递过程一次能源一次能源二二次次能能源源2023-2-284思考题思考题l1、为了获得一定数量的机械能是否必须投入热量？反之，、为了获得一定数量的机械能是否必须投入热量？反之，为了使热量从低温物体传给高温物体，是否一定要以消耗为了使热量从低温物体传给高温物体，是否一定要以消耗功或热作为代价？功或热作为代价？l2、为什么在各种动力装置中既要吸热又要放热？这是、为什么在各种动力装置中既要吸热又要放热？这是 不是热工转换的必要条件？不是热工转换的必要条件？l3、不同的工质对热工转换的程度是否有影响

2、？、不同的工质对热工转换的程度是否有影响？l4、影响能量转换的因素有哪些？如何提高转换的效果？、影响能量转换的因素有哪些？如何提高转换的效果？2023-2-285全书内容划分全书内容划分第第3 3章章 理想气体的性质理想气体的性质第第4 4章章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程第第6 6章章 实际气体性质实际气体性质第第1 1章章 基本概念基本概念第第2 2章章 第一定律第一定律第第5 5章章 第二定律第二定律第第7 7章章 水蒸气水蒸气第第1313章章 湿空气湿空气第第8 8章章 气体和蒸汽的流动气体和蒸汽的流动第第9 9章章 压气机的热力过程压气机的热力过程第第1010章章 气体动力循

3、环气体动力循环第第1111章章 蒸汽动力装置循环蒸汽动力装置循环第第1212章章 制冷循环制冷循环工程热力学工程热力学热力学基本概念热力学基本概念和基本理论和基本理论工质性质工质性质基本热力过程以及应用基本热力过程以及应用2023-2-286学习方法学习方法1.把握把握线索线索（大量的基本概念贯穿于整个工程热力学的前（大量的基本概念贯穿于整个工程热力学的前前后后，抽象且相互联系，必须掌握好）；前后后，抽象且相互联系，必须掌握好）；2.学会学会抽象简化抽象简化的研究的研究方法方法（基本定律、基本关系式基本定律、基本关系式是解是解决问题的基础，必须掌握并能灵活运用）；决问题的基础，必须掌握并能灵活

4、运用）；3.重视习题和实验等（重视习题和实验等（理解理解是基础，方法是关键，熟能生是基础，方法是关键，熟能生巧巧)。2023-2-287第一章基本概念第一章基本概念l热力系统热力系统：人为地人为地分割出来作为热力学分析对象的有限物质系分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。统。l外界：系统周围物质的统称。外界：系统周围物质的统称。l边界边界(界面界面)：热力系与外界的分界面。热力系与外界的分界面。界面可以是界面可以是真实真实，也可以是，也可以是虚拟虚拟的；可以是的；可以是固定固定，也可以是，也可以是变变化化（运动）的。（运动）的。l闭口系统闭口系统:与外界无物质交换，又称控制质量。与外界无物

5、质交换，又称控制质量。l开口系统开口系统:与外界有物质交换，又称控制体积。与外界有物质交换，又称控制体积。l绝热系统绝热系统:与外界无热量交换。与外界无热量交换。l孤立系统孤立系统:与外界无能量交换又无物质交换。可以理解成闭口与外界无能量交换又无物质交换。可以理解成闭口+绝热，但是实际上孤立系统是不存在的。绝热，但是实际上孤立系统是不存在的。各章基本知识点各章基本知识点灵活掌握：按具体分析需要划分系统灵活掌握：按具体分析需要划分系统2023-2-288热热物质物质功功热热物质物质物质物质功功物质物质绝热热力系绝热热力系孤立热力系孤立热力系闭口热力系闭口热力系开口热力系开口热力系 1.1.闭口系

6、闭口系与外界无物质交换的热力系。与外界无物质交换的热力系。2.2.开口系开口系与外界有物质交换的热力系。与外界有物质交换的热力系。3.3.绝热系绝热系与外界无热量交换的热力系。与外界无热量交换的热力系。4.4.孤立系孤立系与外界无任何联系的热力系。与外界无任何联系的热力系。2023-2-289l本课程主要涉及两类系统：闭口系和本课程主要涉及两类系统：闭口系和稳流稳流的开口系的开口系闭口系闭口系开口系开口系2023-2-2810第一章基本概念第一章基本概念l状态状态：把系统中某一瞬间表现的工质热力性质的：把系统中某一瞬间表现的工质热力性质的宏观宏观状况，称状况，称为工质的热力状态，简称状态。为工

7、质的热力状态，简称状态。l状态参数状态参数：描述工质状态特性的一些宏观物理量称为工质的状：描述工质状态特性的一些宏观物理量称为工质的状态参数。具有以下态参数。具有以下特征特征：1.状态确定，则状态参数也确定，反之亦然状态确定，则状态参数也确定，反之亦然单值函数。单值函数。2.状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关点函数。点函数。3.其微元差是全微分。其微元差是全微分。常用的状态参数常用的状态参数：P、T、V、U、H和和S;各章基本知识点各章基本知识点基本状态参数，需要掌握温标转换压力测量（转换）基本状态参数，需要掌握温标转换压力测量（转换）比体积与

8、密度的转换。比体积与密度的转换。2023-2-2811各章基本知识点各章基本知识点系统在系统在不受外界的影响的条件下，如果宏观热力性质的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，这时系统的状态称为，这时系统的状态称为热力平衡状态热力平衡状态，简称，简称平衡状态平衡状态。系统内部及系统与外界之间的一切不平衡势差（系统内部及系统与外界之间的一切不平衡势差（力差力差、温差温差、化学化学势差势差）消失是系统实现热力平衡状态的）消失是系统实现热力平衡状态的充要条件充要条件。平衡与稳定平衡与稳定：如果系统是在：如果系统是在外界作用外界作用下保持状态不变，则不属于平下保持状态不变，则不属于平衡状态，如稳态导热

9、。衡状态，如稳态导热。稳定不一定平衡，但平衡一定稳定稳定不一定平衡，但平衡一定稳定。平衡与均匀平衡与均匀：侧重点不一样，平衡强调：侧重点不一样，平衡强调时间上稳定时间上稳定不变，均匀强调不变，均匀强调空空间间各点的参数值相同。各点的参数值相同。平衡不一定均匀，单相平衡态则一定均匀平衡不一定均匀，单相平衡态则一定均匀。第一章基本概念第一章基本概念稳定但不平衡稳定但不平衡平衡但不均匀平衡但不均匀2023-2-2812各章基本知识点各章基本知识点状态方程：基本状态参数（状态方程：基本状态参数（p,v,T)p,v,T)之间服从的关系式。之间服从的关系式。对简单可压缩系统，热功转换中只存在对简单可压缩系

10、统，热功转换中只存在容积变化功容积变化功。某一个状态参。某一个状态参数可以由另外两个参数确定两维座标图。数可以由另外两个参数确定两维座标图。状态参数坐标图：状态参数坐标图：1v1Opvp12p2v2压容图压容图sOTs22T21T1s1温熵图温熵图第一章第一章 基本概念基本概念2023-2-2813各章基本知识点各章基本知识点平衡状态平衡状态状态不变化状态不变化能量不能转换能量不能转换非平衡状态非平衡状态无法简单描述无法简单描述热力学引入准静态（准平衡）过程热力学引入准静态（准平衡）过程如何研究热功转换如何研究热功转换2023-2-2814准平衡无摩擦和其它损耗零准平衡无摩擦和其它损耗零压差压

11、差温差温差和和摩擦摩擦l可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初态的过程。可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初态的过程。l1.可逆过程一定是准平衡过程；可逆过程一定是准平衡过程；l2.准平衡过程不一定是可逆过程。准平衡过程不一定是可逆过程。l实际过程都是不可逆过程！循环中任一过程不可逆，则循环为不可逆循环。2023-2-2815各章基本知识点各章基本知识点第一章第一章 基本概念基本概念1.系统任何平衡态可表示在坐标图上（坐标图上每一点代表一系统任何平衡态可表示在坐标图上（坐标图上每一点代表一个平衡状态）；不平衡态无法在图上用实线表示。个平衡状态）；不平衡态无法在图上用实线表示。2.坐标

12、图上每一线代表一个准平衡过程。坐标图上每一线代表一个准平衡过程。3.坐标图上每一条线下面形成的面积都有确定的物理意义。坐标图上每一条线下面形成的面积都有确定的物理意义。sT1s1T12s2T2vp1v1p12v2p221 21qTds2121pdvw2023-2-2816revqdsT2121cdtq注意：热量亦可用下式计算注意：热量亦可用下式计算热温熵热温熵的的简单简单引入引入注意：外界得到的可用功，为可逆过程的膨胀功注意：外界得到的可用功，为可逆过程的膨胀功扣除排斥大气做功扣除排斥大气做功！2,0211()u reWpdVp VV2023-2-2817l循环循环：封闭的热力过程。：封闭的热

13、力过程。l工质在经历了一个循环后工质在经历了一个循环后状态的变化量为零状态的变化量为零(过程的过程的净热量与经功量相等净热量与经功量相等)。l正向自然自发正向自然自发，热能从高，热能从高温流向低温的过程中部分温流向低温的过程中部分利用，转变成功；利用，转变成功；l逆向逆向：热量从低温传向高：热量从低温传向高温，温，非自发非自发，需要输入功，需要输入功经济性指标经济性指标=得到的得到的收益收益花费的花费的代价代价高温热源高温热源热能热能动力动力装置装置低温热源低温热源吸热吸热q1做功做功wnet放热放热q2消耗热，获得功。消耗热，获得功。消耗功，获得热。消耗功，获得热。高温热高温热源源制冷制冷装

14、置装置/热泵热泵低温热低温热源源放热放热q1做功做功net吸热吸热q2正向循环正向循环正向循环正向循环2023-2-2818小结小结vpTT1T2abdcs1s2dbacq1q2q1q2sssT2T1sabwnet21qq wnetl1.首先，（经抽象和简化）对所需研究的对象主观地划分系统。首先，（经抽象和简化）对所需研究的对象主观地划分系统。l2.将其状态、经历的过程、循环表示在将其状态、经历的过程、循环表示在pv图和图和Ts图上。图上。l3.计算过程（比）功量、热量和效率、功率等。计算过程（比）功量、热量和效率、功率等。2023-2-2819蒸汽动力装置蒸汽动力装置燃气轮机装置燃气轮机装置

15、内燃机装置内燃机装置制冷装置制冷装置内燃机装置内燃机装置2023-2-2820 内燃机装置内燃机装置 燃气轮机装置燃气轮机装置 蒸汽动力装置蒸汽动力装置 装置名称装置名称 工作物质工作物质 热热 源源 冷冷 源源 功功水蒸汽水蒸汽 高高 温温 物物 体体 冷却水冷却水 对外输出功对外输出功燃燃 气气 燃烧烟气燃烧烟气 大大 气气 对外输出功对外输出功燃燃 气气 燃烧烟气燃烧烟气 大大 气气 对外输出功对外输出功压缩制冷装置压缩制冷装置 制冷剂制冷剂 被冷却物体被冷却物体 大大 气气 消消 耗耗 功功2023-2-2821第二章热力学第一定律第二章热力学第一定律l热力学第一定律是热力学第一定律是

16、能量守恒与转换定律能量守恒与转换定律在热力学中的应在热力学中的应用。确定了热力过程中各种能量在用。确定了热力过程中各种能量在数量上数量上的相互关系。的相互关系。“热可以变为功，功也可以变为热。在热能和机械能之热可以变为功，功也可以变为热。在热能和机械能之间相互转换时，一定量的热消失时必产生相应量的功；间相互转换时，一定量的热消失时必产生相应量的功；消耗一定量的功时必出现与之对应的一定量的热。消耗一定量的功时必出现与之对应的一定量的热。”各章基本知识点各章基本知识点2023-2-2822第二章热力学第一定律第二章热力学第一定律l热力学能热力学能U(内能内能)包括分子热运动引起的内动能包括分子热运

17、动引起的内动能(T相关相关)和分子和分子间的相互作用力引起的内位能间的相互作用力引起的内位能(v相关相关)；l总能总能 E 包括内部储存能（热力学能）包括内部储存能（热力学能）U和和外部储存能外部储存能（宏观运（宏观运动能及位能）动能及位能）各章基本知识点各章基本知识点,;,ufT vufTpufp v或hupv焓焓=热力学能热力学能+推动功推动功iftwzgcvpvpww2112221技术功技术功=容积功容积功-流动功流动功(推动功之差推动功之差)对流动工质对流动工质(开口系统开口系统)，焓表示沿，焓表示沿流动方向传递的总能量流动方向传递的总能量中，取决于热力状中，取决于热力状态的那部分能量

18、。态的那部分能量。2023-2-2823l推动功推动功：开口系统中工质流动而传递的功，：开口系统中工质流动而传递的功，工质在传递推动功时没有热力状态的变化，当然也不会有能量形态的变化，此外工质所起的作用只是单纯地运输能量。l推动功的差：推动功的差：是为是为维持维持工质流动所需的功，称为流动功。工质流动所需的功，称为流动功。1122vpvpwf开口系统与外界交换的功称为技术功，应为膨胀功与流动功之差：iftwzgcvpvpww21122212023-2-2824第二章热力学第一定律第二章热力学第一定律l闭口系能量平衡方程式：l注意热力过程的方向和注意热力过程的方向和Q、U、W正负的关系。正负的关

19、系。l对循环过程：循环完成后，工质回复原来的状态，闭口对循环过程：循环完成后，工质回复原来的状态，闭口系的热力学能是状态参数，系的热力学能是状态参数，U0。循环中与外界交换。循环中与外界交换的净热量等于与外界交换的净功量。的净热量等于与外界交换的净功量。各章基本知识点各章基本知识点quw qdupdvwpdvwpdv只有对只有对可逆过程可逆过程，有，有2023-2-2825第二章热力学第一定律第二章热力学第一定律l稳定流动稳定流动开口系统能量方程式：热力学第一定律的热力学第一定律的第二解析式第二解析式l适合于开口系统的任意过程，及任意工质。适合于开口系统的任意过程，及任意工质。各章基本知识点各

20、章基本知识点twhqqdhvdpvp1v1p12v2p20P P1 1v v1 1P P2 2v v2 2膨胀功膨胀功w w21pdv211 21b avdp 面积技术功技术功w wt t2023-2-2826l实质是能量的收支平衡：实质是能量的收支平衡：第二章热力学第一定律第二章热力学第一定律进入能量进入能量 -离开能量离开能量 =储存能储存能变化变化（2-9）Q(q)0，表示热源对系统加热，系统，表示热源对系统加热，系统吸吸热热 Q(q)0，表示系统内能，表示系统内能增加增加U(u)0，表示系统对外，表示系统对外作功作功W（w）0，表示功源对系统，表示功源对系统用功用功2023-2-282

21、7第二章热力学第一定律第二章热力学第一定律热力学第一定律的能量方程式在工程上应用很广，但首先要对热力学第一定律的能量方程式在工程上应用很广，但首先要对其不同的形式进行有较为全面的认识：其不同的形式进行有较为全面的认识：wuq).1(从闭口系推导，与开口系方程形式不同，实质相同从闭口系推导，与开口系方程形式不同，实质相同：ifwzgchq2).2(2在在闭口、开口系闭口、开口系均成立，应用于均成立，应用于闭闭口系口系时，不存在推动功时，不存在推动功p p1 1v v1 1、p p2 2v v2 2，轴功轴功w wi i要变为膨胀功要变为膨胀功w w，iffCVWdmgzchdmgzchdEQ11

22、2112222222).3(开口、闭口系统；稳定、开口、闭口系统；稳定、不稳定不稳定流动流动；可逆、不可逆过程。；可逆、不可逆过程。2023-2-2828第二章热力学第一定律第二章热力学第一定律l一、动力机：一、动力机：w wi i=-=-h=hh=h1 1-h-h2 2=w=wt t工质在其中膨胀，其对外输出的净功等于工质进出口焓降l二、压气机：二、压气机：w wC C=-=-w wi i=h=hh=h2 2h h1 1=w wt t工质在其中被压缩，外界对其做功全部转变为工质焓增。l三、换热器：三、换热器：q q=h h=h h2 2-h-h1 1工质与外界交换的热量主要用于改变其的焓值。

23、l四、管道：四、管道：1/21/2（c cf2f22 2c cf1f12 2）=h h1 1-h-h2 2工质的焓降用于增加其自身动能。l五、节流：五、节流：h h1 1=h h2 2节流前后工质的焓值保持不变。各章基本知识点各章基本知识点2023-2-2829第三章第三章 理想气体的性质理想气体的性质l理想气体的概念：微观模型宏观解释现实应用l微观模型：微观模型：分子是弹性、不具体积的质点，分子间没有作用力。l宏观解释：宏观解释：实际气体在p0,v时的极限状态，此时分子本身体积远小于其活动空间，内位能可以忽略。l现实应用：现实应用：工程中常用的氧气、氮气、空气、燃气等工质，在通常使用的温度、

24、压力下都可作为理想气体处理。l实际气体：氨、氟里昂、水蒸气各章基本知识点各章基本知识点2023-2-2830第三章第三章 理想气体的性质理想气体的性质l理想气体的状态方程式：各章基本知识点各章基本知识点TRpvg气体常数，与状态无关，只与种类有关，J/(kgK)gMRR 令令 ，则，则 R R 是与理想气体的状态和种类都无关的普适是与理想气体的状态和种类都无关的普适恒量，称为摩尔气体常数（或通用气体常数）。因而有：恒量，称为摩尔气体常数（或通用气体常数）。因而有：0008.314510mgp VRM RJmol KT8.3 1 4 5gJm o lKRRMM2023-2-2831不同物量时状态

25、方程的几种形式不同物量时状态方程的几种形式物质的量为物质的量为n(n(mol)mol)的气体的气体gpvR TmpVRTgpVmR TpVnRT1kg1kg气体气体 1mol1mol气体气体质量为质量为m(m(kg)kg)的气体的气体R通用气体常数(与气体种类无关)；Rg气体常数(随气体种类变化)第三章第三章 理想气体的性质理想气体的性质2023-2-2832理想气体的比热容c c:质量比热容质量比热容、C Cm m:摩尔比热容、摩尔比热容、C C:容积比热容容积比热容 热量是过程量，因此比热容也与热量是过程量，因此比热容也与热力过程特性有关热力过程特性有关;也与也与物体自身的热力性质、状态物

26、体自身的热力性质、状态有关有关;各章基本知识点各章基本知识点vvvvqdupdvucdTdTTpppvqdhvdphcdTdTT定容比热容定容比热容定压比热容定压比热容一般关系式，适用于任何工质一般关系式，适用于任何工质c cv v和和c cp p分别是状态参数分别是状态参数u u和和h h对对T T的的偏导数偏导数，因此对于，因此对于确定确定的过程的过程，c cv v和和c cp p也是也是状态参数。状态参数。2023-2-2833第三章第三章 理想气体的性质理想气体的性质对于理想气体而言，忽略分子间相互作用对于理想气体而言，忽略分子间相互作用(内位能内位能),),热力学能热力学能u u与焓

27、与焓h h仅与内动能有关，是温度的函数，理想气体的仅与内动能有关，是温度的函数，理想气体的c cp p和和c cv v也也仅仅是温度的函数仅仅是温度的函数。c cp p和和c cv v之差为气体之差为气体常数常数R Rg g比值比值c cp p/c/cv v称为比热容比称为比热容比(绝热指数绝热指数)，非定值非定值gvpRcc迈耶公式迈耶公式MvMpvpCCcc,gvRc11gpRc12023-2-2834比热应用的比热应用的4种形式种形式l 真实比热容真实比热容(多项式拟合多项式拟合)：l 平均比热容平均比热容(区域平均区域平均)l-查表，准确查表，准确l 平均比热容直线关系式平均比热容直线

28、关系式l定值比热容：定值比热容：给定、查表、给定、查表、按按分子运动理论分子运动理论导出导出(绝热指数绝热指数)230123cTTT2121020121|ttttctctctt)(22121ttbactti2iCCR22iCR2iCm,Vm,pm,pm,V 表表3-13-1P57P572023-2-2835第三章第三章 理想气体的性质理想气体的性质VVppduc dtc dTdhc dtc dTVVppduc dtc dTdhc dtc dT理想气体热力学能和焓只是理想气体热力学能和焓只是温度的单值函数温度的单值函数，与，与p p、v v无关无关对于理想气体，通常取对于理想气体，通常取0K0K

29、时的焓值为时的焓值为0 0，这时任意温度，这时任意温度T T时的时的h h、u u实质上是从实质上是从0K0K计起的相对值。计起的相对值。熵是描述热力熵是描述热力系统混乱度系统混乱度的的状态参数状态参数，与途径无关。，与途径无关。Tqqdsfrev对于可逆过程，由于对于可逆过程，由于 q qf f0 0，于是有，于是有Tqdsrev2023-2-2836ppgc dTvdpdTdpdscRTTp212121lnTpgTpdTscRTp（3-34）（3-34a）Tqdsrev对于理想气体，熵变对于理想气体，熵变s1-2完全取决于初态和终态，完全取决于初态和终态，熵为状态参数熵为状态参数pqc d

30、tvdpgpvR T理想气体熵方程理想气体熵方程2023-2-2837vdvcpdpcdspdpRTdTcdsvdvRTdTcdspVgpgV212121122121122121lnlnvdvcpdpcsppRTdTcsvvRTdTcspVgpgV理想气体熵方程：微分形式：积分形式：N理想气体熵方程是从可逆过程推导而来，但方程中只涉及状态量或状态量的增量，因此不可逆过程同样适用。2023-2-2838 规定规定p0101325Pa、T00K时，时，=0。任意状态（。任意状态（T，p）时的时的s值为值为:0K0s0gT0TT0Tp0gp0K0pplnRTdTcpplnRTdTcss 状态（状态（

31、T，p0）时的）时的s0值为值为:1201021221000lnlnln201000ppRssppRTdTcTdTcsTdTcppRTdTcsggTTTTppTTTTpgp熵基准状态的确定：S S0 0实质上是选定基准状态（实质上是选定基准状态（T T0 0，p p0 0）后状态（）后状态（T T，p p0 0 ）的熵值）的熵值,仅为温度的函仅为温度的函数，可依温度排列制表（见附表数，可依温度排列制表（见附表8 8）1201021221000lnlnln201000ppRssppRTdTcTdTcsTdTcppRTdTcsggTTTTppTTTTpgp2023-2-2839S0的数值可从的数值

32、可从附表附表8（p402）查取。该表中的查取。该表中的 Pr 是是相对压力相对压力，它定义为：，它定义为：)/exp(0grRsp 是是温度温度T的函数的函数。对于等熵过程，有：。对于等熵过程，有：rp1212rrpppp2023-2-28401.1.质量分数质量分数i、摩尔分数、摩尔分数xi、体积分数、体积分数j i及其转换关系及其转换关系2.2.折合摩尔质量折合摩尔质量和和折合气体常数折合气体常数3.3.分压力定律和分体积定律分压力定律和分体积定律4.4.理想气体的比热容、热力学能、焓和熵理想气体的比热容、热力学能、焓和熵热力学能、焓和熵是广延性参数，具有可加性。热力学能、焓和熵是广延性参

33、数，具有可加性。理想气体混合物eqeqeqgMKmolJMRR3145.8,iiiieqMxnMnMippiVV,eqg iiiiig eqMRxMR2023-2-2841第四章第四章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程各章基本知识点各章基本知识点实施热力过程的目的：实施热力过程的目的：不考虑实际过程中不可逆的耗损，视为可逆过程；不考虑实际过程中不可逆的耗损，视为可逆过程；工质视为理想气体；工质视为理想气体；比热容取定值。比热容取定值。根据实际过程的特点，将实际过程近似地概括为几种根据实际过程的特点，将实际过程近似地概括为几种典型过程：定容、定压、定温和绝热过程；典型过程：定容、定压、定温和

34、绝热过程；达到预期的达到预期的状态变化状态变化，如压气机中消耗功量，如压气机中消耗功量使气体升压。使气体升压。实现预期的实现预期的能量转换能量转换，如锅炉中工质定压吸，如锅炉中工质定压吸热，提高蒸汽的焓使之获得作功能力；热，提高蒸汽的焓使之获得作功能力；2023-2-2842分析热力过程的一般步骤分析热力过程的一般步骤;vpucThcT 三个熵方程三个熵方程计算热力过程始、末状态间的比热力学能计算热力过程始、末状态间的比热力学能,比焓和比熵比焓和比熵的变化量的变化量（u u、h h、s s）。在在p-vp-v图和图和T-sT-s图中图中画出过程曲线画出过程曲线,直观地描述过程中参直观地描述过程

35、中参数的变化规律及能量转换情况。数的变化规律及能量转换情况。借助过程方程和借助过程方程和状态方程状态方程,找出不同状态间的参数关系找出不同状态间的参数关系,进而相互确定之（对于实际气体，常采用图表计算）。进而相互确定之（对于实际气体，常采用图表计算）。根据系统平衡的性质及过程中系统与外界热传递和功传根据系统平衡的性质及过程中系统与外界热传递和功传递的递的特定条件特定条件，建立，建立过程方程式过程方程式p=f(v)p=f(v)。2023-2-2843xQmqm c dttquwqhw wpdvtwvdp wqutwqh思考，热量为什么不用思考，热量为什么不用Tds积分的方法进行计算？积分的方法进

36、行计算？2023-2-2844第四章第四章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程l定容过程定容过程：l过程方程式过程方程式lp,v,Tp,v,T关系关系lu,h,su,h,s计算计算l能量交换能量交换各章基本知识点各章基本知识点V=Constant1212TTpp1212/ln/ln,ppcTTcsTchTcuVVpVTRpvwgt0wTcuqV公式都只给出定比热容的形式，对于变比热容的情况，请自行变换。公式都只给出定比热容的形式，对于变比热容的情况，请自行变换。参照参照P101，注意，注意k值也非定值值也非定值。2023-2-2845第四章第四章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程l定压过

37、程定压过程：l过程方程式过程方程式lp,v,Tp,v,T关系关系lu,h,su,h,s计算计算l能量交换能量交换各章基本知识点各章基本知识点p=Constant1212TTvv1212/ln/ln,vvcTTcsTchTcupppV0twTRvpwgTchqp2023-2-2846第四章第四章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程l定温过程定温过程：l过程方程式过程方程式lp,v,Tp,v,T关系关系lu,h,su,h,s计算计算l能量交换能量交换各章基本知识点各章基本知识点T=Constant2112vvpp1221/ln/ln,0,0vvRppRshugg)()/ln()/ln(12211

38、112ssTppvpvvTRqwwgt2023-2-2847第四章第四章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程l定熵过程定熵过程：l过程方程式过程方程式lp,v,Tp,v,T关系关系lu,h,su,h,s计算计算l能量交换能量交换各章基本知识点各章基本知识点0,sTchTcupV)(1 111121kkgppTRkw0q常数kpvkkkkkkkkpTpTvTvTvpvp/)1(22/)1(111221112211,)(1 11121kkgtppTRkkw2023-2-2848ppTTscvvTTscpvTTsslnps CcppdTdscscTCTeTlnvs CcvvdTdscscTCTeT

39、定容、定压过程定容、定压过程Ts图上斜率比较图上斜率比较2023-2-2849定温定温过程的过程曲线过程的过程曲线曲线的斜率是曲线的斜率是Tppvv 由过程方程得由过程方程得1pv可知在可知在p-vp-v图上是一等边双曲线。图上是一等边双曲线。定熵定熵过程的过程曲线过程的过程曲线曲线的斜率是曲线的斜率是sppkvv 由过程方程得由过程方程得1kpv可知在可知在p-vp-v图上是一高次双曲线图上是一高次双曲线定熵、定温过程定熵、定温过程pv图上斜率比较图上斜率比较2023-2-2850Ts1v2v1221vv判断在判断在T-sT-s图上比容增大的方图上比容增大的方向向1212lnlnvvRTTc

40、sgV12lnvvRsg2023-2-2851Ts1p2p1221pp1212lnlnppRTTcsgp12lnppRsg2023-2-2852pv1T2T2211TvTv1221TTTRpvg2023-2-2853pv1s2s1221ss2211lnlnvppvsccpv 21lnpvscv 2023-2-2854p-v图和T-s图上的曲线簇2023-2-2855几种过程方程式的关系VpT等压线等压线等容线等容线等温线等温线绝热线绝热线2023-2-2856第四章第四章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程l多变过程多变过程：l过程方程式过程方程式lp,v,Tp,v,T关系关系lu,h,su

41、,h,s计算计算l能量交换能量交换各章基本知识点各章基本知识点)/ln(,12TTcsTchTcunpV)(1 111121nngppTRnwTcqn常数npvnnnnnnnnpTpTvTvTvpvp/)1(22/)1(111221112211,)(1 11121nngtppTRnnwVncnknc1要会求多变过程比热容要会求多变过程比热容2023-2-2857第四章第四章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程各章基本知识点各章基本知识点l四个基本热力四个基本热力过程在p-v,T-s图上的表示。l各种特征多变过程在多变过程在p-v和和T-s图上表示（习题图上表示（习题4-12）。）。vpsT定

42、压,n=0定压,n=0定容,n=定容,n=定温,n=1定温,n=1定熵,n=k定熵,n=k0n10n11nk1nknk图图4-3各种过程的各种过程的p-v图和图和T-s图图2023-2-28580n 1n nkn pv kpv v p npv()n 多边过程的过程方程多边过程的过程方程定值vpn1v 2023-2-28592112;npvpv12211;nnTpTp12112nTvTv221211112122lnlnlnlnnppvpvpnnvpvpvv多边过程的状态参数变化规律多边过程的状态参数变化规律2023-2-2860pvTsn=0n=n=n=0n=0n=0n=kn=kn=kn=kn=

43、1n=1n=1n=11nk1nk1nk1nkn=n=n=n=n0n0n0n02023-2-286121vuuucT 21phhhcT 222111nvvvnnnvvvvdvwpdvpdvpvvv211112111nnvnnnvpvpvvvvnn221 111p vp vn 121TTnRwg2023-2-28622221111111pppnntpppnndpdpwvdpvpvppp 21111111112111nnpnnnpnnvppvpppnn 12112211TTnnRvpvpnngnwTTnnRwgt1212023-2-2863211tnRwTTnwn 211RwTTn 1n 211vR

44、quwcTTTn 111vvvRkcTccTnn1vnkcTn1vnnkqcTcTn1nvnkccnn n多变过程中热量的计算多变过程中热量的计算2023-2-2864第五章热力学第二定律第五章热力学第二定律功热转化功热转化有限温差传热有限温差传热2023-2-2865第五章热力学第二定律第五章热力学第二定律 自由膨胀自由膨胀 混合过程混合过程2023-2-2866(1)(1)功热转化功热转化(2)(2)有限温差传热（温差）有限温差传热（温差）(3)(3)自由膨胀（压力势）自由膨胀（压力势）(4)(4)混合过程（浓度势）混合过程（浓度势）自然界一切自发进行的物理现象均有方向性（自然界一切自发进

45、行的物理现象均有方向性（单向单向），系），系统总是由不平衡状态朝着平衡状态进行。一个统总是由不平衡状态朝着平衡状态进行。一个非自发非自发过程过程的实现，一定是以另一个自发过程的进行作为的实现，一定是以另一个自发过程的进行作为补充补充。*凡是能够独立地、无条件自动进行的过程，称为自发过程。其它不能自凡是能够独立地、无条件自动进行的过程，称为自发过程。其它不能自动进行而需要外界帮助的过程称为非自发过程。动进行而需要外界帮助的过程称为非自发过程。第五章热力学第二定律第五章热力学第二定律2023-2-2867第五章热力学第二定律第五章热力学第二定律l关于能量传递或转化时的关于能量传递或转化时的方向方向

46、、条件条件和和限度限度开尔文普朗克说法热功转换角度开尔文普朗克说法热功转换角度不可能制造出从不可能制造出从单一单一热源吸热、使之热源吸热、使之全部全部转化为功而不转化为功而不留下留下其他任何变化其他任何变化的的循环循环工作的热力发动机。工作的热力发动机。克劳修斯说法传热角度克劳修斯说法传热角度热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。l2种表述的相互证明。各章基本知识点各章基本知识点2023-2-2868第五章热力学第二定律第五章热力学第二定律l卡诺循环卡诺循环：吸热与放热过程中热源与工质间T=0时，热效率最高-定温定温吸、放热吸、放热

47、+绝热绝热压缩、膨胀。压缩、膨胀。各章基本知识点各章基本知识点vpTT1T2abdcs1s2dbacq1q2q1q2sssT2T1图图5-3 卡诺循环卡诺循环sabwnet21qq wnet定温吸热定温吸热定温放热定温放热绝热膨胀绝热膨胀绝热压缩绝热压缩2023-2-2869卡诺循环的热效率：（5-1）dcgabHgvvTRqvvTRqlnln2212212t,C121111TssTT ssT 4231vvvv13443()kvTvT12112()kvTvT（a）（b）（c）（d）另另1211qqqwnett121TTCabgabHgvvTRqvvTRqlnln111定温定温定温定温2023-

48、2-2870第五章热力学第二定律第五章热力学第二定律各章基本知识点各章基本知识点121211TTqqC卡诺循环效率卡诺循环效率：c c只决定于只决定于T T1 1、T T2 2，T T1 1、T T2 2，温差越大，温差越大，c c！c c只能小于只能小于1,1,因因T T1 1=或或T T2 2=0=0都不能实现。（都不能实现。（当当 T T1 1=T=T2 2 时时,c c=0=0。它表明。它表明:“凡有温差处皆有动力凡有温差处皆有动力”、“”。概括性卡诺循环概括性卡诺循环采用双热源间的极限回热循环采用双热源间的极限回热循环,热效率与卡诺热效率与卡诺循环相同。循环相同。2023-2-287

49、1可逆定温可逆定温过程过程a-ba-b和和c-dc-d，加上两个类型相，加上两个类型相同的可逆过程同的可逆过程d-ad-a和和b-cb-c（理想气体工质时，（理想气体工质时，过程的过程的多变指数多变指数n n相同相同）。）。即即双热源间双热源间的极限回热循环的极限回热循环,热效率与卡热效率与卡诺循环相同。诺循环相同。n n为任何自然数，因而在为任何自然数，因而在T T1 1和和T T2 2之间工作的之间工作的可逆循环有无数个可逆循环有无数个。假设无数个温度联系变化的蓄热器与终止假设无数个温度联系变化的蓄热器与终止之间实现无温差换热。之间实现无温差换热。b-cb-c过程放给过程放给蓄热器蓄热器的

50、热量的热量bcmnbbcmnb，在，在d-ad-a过程又从蓄热器收回过程又从蓄热器收回daghddaghd，这种利用工，这种利用工质排出部分热量来加热工质本身的方法称质排出部分热量来加热工质本身的方法称为为回热回热。回热回热是提高热效率的一种行之有是提高热效率的一种行之有效的方法，被广泛采用。效的方法，被广泛采用。二、概括性卡诺循环cababtTTsTsTqq121212111hngmTdbacq1q2T1T22023-2-2872卡诺定理定理一：定理一：在在相同温度相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环，其可逆循环，其热效率都

51、相等热效率都相等，与可逆循环的，与可逆循环的种类无关种类无关，与采用哪种，与采用哪种工质也无关。工质也无关。定理二：定理二：在在温度同温度同为为T T1 1的热源和同为的热源和同为T T2 2的冷源间工作的一切的冷源间工作的一切不可逆不可逆循环，循环，其其热效率必小于可逆循环热效率必小于可逆循环。在两个热源间工作的一切可逆循环，它们的热效率相同，与工质的在两个热源间工作的一切可逆循环，它们的热效率相同，与工质的性质无关，性质无关，只决定于热源和冷源的温度只决定于热源和冷源的温度，且都等于卡诺循环的热效，且都等于卡诺循环的热效率率t；温度界限相同，但具有温度界限相同，但具有多多于两个于两个热源热

52、源的可逆循环，其的可逆循环，其热效率低热效率低于卡于卡诺循环；诺循环；不可逆不可逆循环的循环的热效率小热效率小于同样条件下的可逆循环。于同样条件下的可逆循环。各章基本知识点各章基本知识点卡诺定理可以用于可逆、不可逆过程的判断。卡诺定理可以用于可逆、不可逆过程的判断。2023-2-2873多热源可逆循环多热源可逆循环 要使循环可逆，必须有要使循环可逆，必须有无穷个热源和冷源，保持工无穷个热源和冷源，保持工质和热源间无温差换热。质和热源间无温差换热。sTdsssqTgheeg11sTdsssqTgleeg22T T0 0s sm mn nD Dd de ea aA Ah hB Bb bc cC C

53、l lT T1 1T T2 2g gdsdss sT T1 1T T2 2T Ti i图图5-5 多热源可逆循环多热源可逆循环1T2T此循环的此循环的平均吸热温度平均吸热温度 和和平平均放热温度均放热温度 分别定义为：分别定义为：平均温差即热量用当量平均温差即热量用当量矩形表示时的矩形高度矩形表示时的矩形高度2023-2-2874三种卡诺循环T0T2T1制冷制冷制热制热TsT1T2动力动力2212cnetqTwTT1112cnetqTwTT 热泵循环的供暖系数热泵循环的供暖系数制冷循环的制冷系数制冷循环的制冷系数同样，逆向卡诺循环是同样，逆向卡诺循环是最理想、经济性最高，最理想、经济性最高，但

54、通常难以实现。但通常难以实现。2023-2-2875第五章热力学第二定律第五章热力学第二定律l克劳修斯法克劳修斯法导出状态参数导出状态参数-熵熵各章基本知识点各章基本知识点revrevrQQdSTTPVO任意可逆循环看作任意可逆循环看作无数个微元卡诺循环组成无数个微元卡诺循环组成。微元卡诺循环。微元卡诺循环图图5-7 熵参数导出用图熵参数导出用图变化量与路径无关，只与初变化量与路径无关，只与初终态有关，其微元差是全微终态有关，其微元差是全微分，定义为状态参数分，定义为状态参数-熵熵s12120rrQQTT Tr1、Tr2是换热时的是换热时的热源温度热源温度，统一用，统一用T表示。表示。1212

55、21120ABrrQQTT 2023-2-2876*复习复习P101表表4-12221V11lnvdTSCRTv2221p11lnpdTSCRTp2221pV11dvdpSCCvp理想气体理想气体指指出出仅仅可可逆逆过过程程适适用？用？任何过程！因为熵是状态参数，过程路径可以选择！任何过程！因为熵是状态参数，过程路径可以选择！表表4-1对不可逆过程可以设计一个始末状态相同的可逆过程来代替，然后再对不可逆过程可以设计一个始末状态相同的可逆过程来代替，然后再应用上式进行熵变的计算；上述的熵方程可以用于不可逆过程。应用上式进行熵变的计算；上述的熵方程可以用于不可逆过程。2023-2-2877克劳修斯

56、积分不等式克劳修斯积分不等式0rTQ如果循环中如果循环中有不可逆的微元循环有不可逆的微元循环，由卡诺定理二可知：由卡诺定理二可知：211tQQ 211rcrTT PV1 12 2A AB B整理后整理后120rrQQTT考虑考虑 Q 用代数式表示用代数式表示整个整个不可逆不可逆循环循环工质经过任意不可逆循环，微量工质经过任意不可逆循环，微量 沿整个循环的积分沿整个循环的积分00，称为，称为克劳修斯不等式克劳修斯不等式QT2023-2-2878热力学第二定律的数学表达式：克劳修斯积分克劳修斯积分0 0，可逆可逆循环循环 0,0,0,不可能不可能，可逆可逆,不可逆不可逆,00热功过程热功过程22T

57、Q2023-2-2880孤立系中有物体孤立系中有物体A和和B，温度各为，温度各为TA和和TB，这时孤立系的熵增，这时孤立系的熵增isoABdSdSdS0ABQQisoTTdS 0isodSABQ1.单纯的传热过程若为无限小温差传热，若为无限小温差传热，TATB，有，有若为有限温差传热，若为有限温差传热，TATB，则有，则有不可逆不可逆可逆可逆2023-2-28812.热转化为功12isoTTSSSS 热源熵变热源熵变工质熵变工质熵变冷源熵变冷源熵变由卡诺定理二可知：由卡诺定理二可知：211tQQ 211cTT 2121isoQQSTT11QT22QTdS=0 002023-2-28823.耗散

58、功转化成热l由于摩擦等耗散效应而损失的机械功称耗散功由于摩擦等耗散效应而损失的机械功称耗散功W Wl l。l耗散功转化成热量，称为耗散热耗散功转化成热量，称为耗散热Q Qg g。l显然，耗散热显然，耗散热Q Qg g 耗散功耗散功W Wl l ，l它由孤立系内某个物体吸收，引起物体的熵增大，称熵产它由孤立系内某个物体吸收，引起物体的熵增大，称熵产S Sg g。l孤立系中孤立系中只要有机械功不可逆的转化成热能，系统熵必定增大只要有机械功不可逆的转化成热能，系统熵必定增大。l如果如果吸收耗散热的物体温度环境温度吸收耗散热的物体温度环境温度，它将不再具有做功的能力，它将不再具有做功的能力，做功能力损

59、失做功能力损失I I，dIdI W Wl l。l功不可逆的转化成热，是一切不可逆过程的共性。功不可逆的转化成热，是一切不可逆过程的共性。0glisogQWdSSTT0isodIdST2023-2-2883熵增原理的实质熵增原理的实质 0isod S孤立系统内部存在孤立系统内部存在不平衡势差不平衡势差是过程自动进行的推动力，也是过程自动进行的推动力，也是总熵增大的原因。当自动过程停止进行时，孤立系统的总熵是总熵增大的原因。当自动过程停止进行时，孤立系统的总熵达到最大值，系统达到相应的平衡状态，这时达到最大值，系统达到相应的平衡状态，这时 ，即为平衡判据即为平衡判据。因而，熵增原理指出了热。因而，

60、熵增原理指出了热过程进行的过程进行的限度限度。0isodS实际过程都不可逆，所以实际的热力过程总是朝着使系统总熵实际过程都不可逆，所以实际的热力过程总是朝着使系统总熵增大的方向增大的方向 进行。熵增原理阐明了进行。熵增原理阐明了过程进行的过程进行的方向方向。导致孤立系统熵减的过程不可能单独进行，除非有导致孤立系统熵减的过程不可能单独进行，除非有补偿过程补偿过程（使孤立系统熵增的过程）伴随发生，以使孤立系统（使孤立系统熵增的过程）伴随发生，以使孤立系统总熵增大总熵增大（至少不变）。从而熵增原理也揭示了热（至少不变）。从而熵增原理也揭示了热过程进行的过程进行的条件条件。熵增原理全面地、透彻地揭示了

61、热过程进行的熵增原理全面地、透彻地揭示了热过程进行的方向方向、限度限度和和条件条件，这些正是热力学第二定律的实质。，这些正是热力学第二定律的实质。2023-2-2884*几个注意问题几个注意问题l1.熵是熵是状态函数状态函数。熵变和过程无关，它只决定于系统的始末状。熵变和过程无关，它只决定于系统的始末状态。态。l2.对于非绝热或非孤立系统，熵有可能增加，也有可能减少。对于非绝热或非孤立系统，熵有可能增加，也有可能减少。l3.熵反映了能量品质因数，熵反映了能量品质因数，熵越大，系统可用能量减少熵越大，系统可用能量减少，虽然，虽然能量是不灭的，但其可用性即能量能量是不灭的，但其可用性即能量品质降低

62、品质降低（能量退降）。（能量退降）。l4.不能将有限范围（地球）得到的熵增原理外推到浩瀚的宇宙不能将有限范围（地球）得到的熵增原理外推到浩瀚的宇宙中去。否则会得出宇宙必将死亡的中去。否则会得出宇宙必将死亡的“热寂说热寂说”错误结论。错误结论。2023-2-2885熵的微观意义熵的微观意义熵增加原理表明：自发过程总是朝着使体系更无序的方向进行熵增加原理表明：自发过程总是朝着使体系更无序的方向进行玻尔兹曼关系玻尔兹曼关系把宏观量熵与微观状态数把宏观量熵与微观状态数W 联联系起来，以概率的形式表述熵及第二定律的物理意义。系起来，以概率的形式表述熵及第二定律的物理意义。WkSln熵是体系无序程度的一种

63、量度。熵是体系无序程度的一种量度。2023-2-2886*1.热力学第二定律是一个热力学第二定律是一个统计规律统计规律，只有对有大量分子，只有对有大量分子所组成的系统才正确。所组成的系统才正确。2.不能把热力学第二定律推广到浩瀚的宇宙中去，因为不能把热力学第二定律推广到浩瀚的宇宙中去，因为宇宙不是一个孤立系统宇宙不是一个孤立系统。孤立系中的自发过程总是从几率小的宏观态向几率大的宏观态孤立系中的自发过程总是从几率小的宏观态向几率大的宏观态转化，这个过程通常都是转化，这个过程通常都是不可逆的。不可逆的。1.1.能量从高温传给低温的几率要比反向传递的几率大得多。能量从高温传给低温的几率要比反向传递的

64、几率大得多。2.2.宏观物体有规则机械运动（作功）转变为分子无规则热运动宏观物体有规则机械运动（作功）转变为分子无规则热运动的几率要比反向转变的几率大得多。的几率要比反向转变的几率大得多。2023-2-28872023-2-2888一、闭口系（控制质量）熵方程一、闭口系（控制质量）熵方程,gf QdSSS（5-23）控制质量的熵变等于控制质量的熵变等于熵流熵流和和熵产熵产之和。之和。0grQSdST,f QrQST定义定义为熵流（热流引起的熵变）为熵流（热流引起的熵变）2023-2-2889二、开口系（控制体积）熵方程二、开口系（控制体积）熵方程开口系熵方程的一般形式开口系熵方程的一般形式:图

65、图5-17 熵方程导出模型熵方程导出模型CViieegrQdSsmsmST热源热源物质物质 源源CVCVQQWWs se emme e孤立系孤立系s si immi irisogCVeeiirQdSSdSsmsmT控制体积熵变控制体积熵变热源熵变热源熵变(放热放热-)-)系统流出熵变系统流出熵变（物质源流入）（物质源流入）系统流入熵变系统流入熵变（物质源流出）（物质源流出）控制体积的熵变等于熵流与熵产之和。控制体积的熵变等于熵流与熵产之和。热熵流热熵流(吸热吸热-)-)物质熵流物质熵流熵产熵产注意：熵产和熵流同注意：熵产和熵流同过程有关过程有关，同样的系统初、终，同样的系统初、终态之间有不同的

66、不可逆过程，各自的熵产和熵流可态之间有不同的不可逆过程，各自的熵产和熵流可以不相同，但综合效应引起的以不相同，但综合效应引起的系统熵变相同系统熵变相同。2023-2-2890l稳定流动系统稳定流动系统dSCV0，mi me ml积分时间内（进出口分别用积分时间内（进出口分别用“1”、“2”表示）：表示）：l1kg工质：工质：l绝热流动系统：绝热流动系统：,()eif QgssmSS21gsss21,f Qgssss21,()f QgssSS2023-2-2891（火用）的概念、孤立系中熵增与（火用）损失，能量（火用）的概念、孤立系中熵增与（火用）损失，能量贬值原理贬值原理可可无限转换无限转换的能量称为（火用的能量称为（火用）“有用功有用功”。而把能量中。而把能量中不不可能转化可能转化为有用功的部分称为（火无）（为有用功的部分称为（火无）（“废热废热”）。）。（火用）损失（火用）损失/有用功损失有用功损失各章基本知识点各章基本知识点,0,0Qn QQEQTSAQETSisoSTI02023-2-2892热量热量（火用）（火用）,0,0Qn QQEQTSAQETS温度为温度为T T0 0的