工程热力学：复习

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1、南京航空航天大学复复 习习南京航空航天大学题题 型型南京航空航天大学题题 型型第一章基本概念第一章基本概念南京航空航天大学基本知识点基本知识点南京航空航天大学基本知识点基本知识点南京航空航天大学热力系统的分类热力系统的分类根据系统与外界物质交换、热量交换的情况开口系统开口系统：系统与外界有物质交换，系统被划定在一定容积范围内，也称控制容积cv闭口系统闭口系统：系统与外界无物质交换，系统内质量恒定不变，也称控制质量 cm绝热系统绝热系统：系统与外界无热量交换孤立系统孤立系统：系统与外界既无能量交换，也无物质交换 iso南京航空航天大学热力学状态和基本状态参数热力学状态和基本状态参数工质在热力变化

2、过程中某一瞬间呈现出来的宏观物理状况，简称状态。状态参数：状态参数：描述工质所处状态的宏观物理量。如温度、压力等。0dz 南京航空航天大学基本状态参数基本状态参数热力学绝对温标热力学绝对温标q 绝对压力、表压力、真空度及大气压力之间的关系绝对压力、表压力、真空度及大气压力之间的关系v与互成倒数，即：v1bebvpppppp注意：Pb并非当地大气压，而是压力表所处环境压力注意：热力学公式里使用的温度单位皆为热力学温标南京航空航天大学平衡状态和状态方程式平衡状态和状态方程式一个热力系统，如果在不受外界影响一个热力系统，如果在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变，的条件下，系统的状态能够

3、始终保持不变，则系统的这种状态称为则系统的这种状态称为平衡状态平衡状态。热力平衡状态满足条件热力平衡状态满足条件：热平衡热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热组成热力系统的各部分之间没有热量的传递量的传递力平衡力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相组成热力系统的各部分之间没有相对位移对位移南京航空航天大学平衡状态与均匀状态之间的关系平衡状态与均匀状态之间的关系平衡状态是相对平衡状态是相对时间时间而言的，均匀状态是相对而言的，均匀状态是相对空空间间而言的而言的对于处于热力平衡态下的气体、液体（单相），对于处于热力平衡态下的气体、液体（单相），如果不计重力的影响，则系统内部各处的性质是如果不计重力

4、的影响，则系统内部各处的性质是均匀一致的，各处的温度、压力、比体积等状态均匀一致的，各处的温度、压力、比体积等状态参数相同。如果考虑重力影响，则系统中的压力参数相同。如果考虑重力影响，则系统中的压力和密度将沿高度而有所差别。和密度将沿高度而有所差别。对于气液两相并存的热力平衡系统，气相和液相对于气液两相并存的热力平衡系统，气相和液相的密度不同，因而系统不是均匀的。的密度不同，因而系统不是均匀的。本书在未加特别说明之处，一律把平衡状态下的本书在未加特别说明之处，一律把平衡状态下的单相物系当作是均匀的，各处的状态参数相同。单相物系当作是均匀的，各处的状态参数相同。南京航空航天大学平衡状态与稳定状态

5、之间的关系平衡状态与稳定状态之间的关系就平衡而言，不存在不平衡势是其本质，而状态参数不随时间变化只是其现象平衡必稳定，稳定不一定平衡南京航空航天大学状态参数坐标图状态参数坐标图只有平衡态才能在状态坐标图上用点表示，不平衡只有平衡态才能在状态坐标图上用点表示，不平衡态没有确定的热力学状态参数，无法在图上表示；态没有确定的热力学状态参数，无法在图上表示；南京航空航天大学热力过程热力过程由一系列连续的平衡态组成的过程称为准平衡过程，也称准静态过程准平衡过程是实际过程进行得足够缓慢的极限情况。q 实现准平衡过程的条件：实现准平衡过程的条件：推动过程进行的势差无限小。（以保证系统在任意时刻都无限接近于平

6、衡态）南京航空航天大学可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向运行时，能使系统和外界都返加到原来的状态，而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程，否则为不可逆过程。通过摩擦、电阻、磁阻等使功变成热的效应q实现可逆过程的充要条件实现可逆过程的充要条件：1)首先应是准平衡过程2)过程中不存在任何耗散效应南京航空航天大学过程功和热量过程功和热量约定：系统对外界作功取为正，外界对系统作功取为负。21 21WpdV21 21wpdv21 21qTdsqTdsq 可逆过程的功的计算可逆过程的功的计算热量热量约定：系统吸热为正，放热为负功功q 可逆过程的热量的计算

7、可逆过程的热量的计算南京航空航天大学热力循环热力循环循环的经济性循环的经济性工质由某一初态出，经历一系列热力状态变化后，又回到原来初态的封闭热力过程称为热力循环，简称循环。可逆循环与不可逆循环可逆循环与不可逆循环全部由可逆过程组成的循环为可逆循环；循环中有一个过程不可逆，即为不可逆循环。可逆循环在状态参数坐标图上为一封闭的曲线得到的收获经济性指标=花费的代价南京航空航天大学正向循环（顺时针循环）正向循环（顺时针循环）1nettwq把热能转化为机械能的循环叫正向循环，也叫动力循环，它使外界得到功热源冷源热机Q2Q112WQQ南京航空航天大学逆向循环逆向循环把热量从低温热源传给高温热源的循环叫逆向

8、循环，也叫制冷循环或热泵循环，它消耗外界的功热源冷源热机Q2Q112WQQ1netqw 热泵循环:热泵系数：2netqw制冷循环:制冷系数南京航空航天大学第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律南京航空航天大学基本知识点基本知识点1.热一定律的实质：热一定律的实质：进入系统离开系统系统进入系统离开系统系统储存能变化储存能变化2.系统储存能的定义是什么？包括哪些形式能量？系统储存能的定义是什么？包括哪些形式能量？和内能之间的关系？和内能之间的关系？3.闭口系统和开口系统的热一定律表述形式？可闭口系统和开口系统的热一定律表述形式？可逆过程和不可逆过程中有何区别？逆过程和不可逆过程中有何区别？4.

9、膨胀功、技术功、轴功都是什么含义？之间的膨胀功、技术功、轴功都是什么含义？之间的关系？关系？5.稳流开口系统能量方程的几种表述形式？稳流开口系统能量方程的几种表述形式？6.热一定律在特定场合和实际工程中的应用。热一定律在特定场合和实际工程中的应用。7.非稳态流动问题非稳态流动问题南京航空航天大学系统储存能系统储存能 系统储存的能量称为储存能，它有内部储系统储存的能量称为储存能，它有内部储存能与外部储存能之分。存能与外部储存能之分。0dU 212fEUmcmgz外部储存能外部储存能212kfEmcpEmgz重力位能：宏观动能：内部储存能内部储存能南京航空航天大学热一定律表述形式热一定律表述形式W

10、UQ212fiQHm cmg zW 闭口系统的能量方程WEQ 开口系统的能量方程（稳定流动能量方程）对于循环：0QdUWQWdU 南京航空航天大学推动功、流动功和焓推动功、流动功和焓f221 1()wpvp vp v 推动工质流动所作的功，称为推动工质流动所作的功，称为推动功推动功。fwpvHUpVhupv南京航空航天大学膨胀功、技术功、轴功膨胀功、技术功、轴功tqhw 212fiqhcg zw pdvw()()twwpvpdvpv 21twvdp对于可逆过程：各种功的图形表示各种功的图形表示南京航空航天大学非稳态流动非稳态流动222122211122ffCViccQdEhgzmhgzmW例：

11、绝热充气过程的条件可表示为：000ioutQWm忽略进入容器时气体的动能及位能变化，则方程变为：CVinindUhm南京航空航天大学绝热节流的特点绝热节流的特点 节流过程不过逆21ss 节流前后流体的焓不变21hh 节流后压力下降、比体积增大2121ppvv其他几种热功设备中的热力学第一定律？其他几种热功设备中的热力学第一定律？南京航空航天大学热力学第一定律表达式的适用条件热力学第一定律表达式的适用条件任何工质，任何过程任何工质，任何过程quw dqup v 任何工质，准静态过程任何工质，准静态过程s22/wzgchq任何工质，任任何工质，任何何稳流稳流过程过程sqhw 或或tqhw 忽略动、

12、位忽略动、位能变化能变化南京航空航天大学第三章第三章 理想气体的性质与过程理想气体的性质与过程南京航空航天大学基本知识点基本知识点1.理想气体的基本定义？工程上理想气体理想气体的基本定义？工程上理想气体的判定准则？的判定准则？2.理想气体的状态方程表达形式？理想气体的状态方程表达形式？3.对于理想气体的内能、焓有何特殊性？对于理想气体的内能、焓有何特殊性？4.定压比热和定容比热之间的关系？（迈定压比热和定容比热之间的关系？（迈耶公式）耶公式）5.熵的定义是什么？理想气体的熵表达形熵的定义是什么？理想气体的熵表达形式有哪些？式有哪些？南京航空航天大学基本知识点基本知识点6.四种基本热力过程的定义

13、，在四种基本热力过程的定义，在Pv图和图和TS图图上如何表示？上如何表示？7.线簇线簇的利用，在的利用，在Pv图和图和TS图上表示出可逆图上表示出可逆过程的膨胀功、技术功、吸收或释放的热量、内过程的膨胀功、技术功、吸收或释放的热量、内能、焓的变化？能、焓的变化？8.四种基本热力过程及多变过程的计算（四种基本热力过程及多变过程的计算（表表41）9.多变过程中的多变指数含义？如何来判断多变指多变过程中的多变指数含义？如何来判断多变指数的范围？数的范围？10.如何把一个理想气体可逆过程表示在如何把一个理想气体可逆过程表示在Pv图和图和TS图上。图上。南京航空航天大学理想气体定义理想气体定义 理想气体

14、指理想气体指分子间没有相互作用力、分子是不分子间没有相互作用力、分子是不具有体积的弹性质点具有体积的弹性质点的假想气体的假想气体 什么情况下实际气体可视为理想气体？什么情况下实际气体可视为理想气体？在常温常压下在常温常压下H2、O2、N2、CO2、CO、He及空气、燃气、烟气等均可作为理想气体处理，及空气、燃气、烟气等均可作为理想气体处理，误差不超过百分之几。误差不超过百分之几。(通常温度不低于通常温度不低于20，压力不高于压力不高于200at)南京航空航天大学理想气体的状态方程表达形式理想气体的状态方程表达形式或或ggmpvR TpVmR TpVRTpVnRTRg为气体常数（单位J/kgK）

15、，与气体所处的状态无关，随气体的种类不同而异gRMR南京航空航天大学定压比热和定容比热定压比热和定容比热对于理想气体：VvppuducTdThdhcTdT对于理想气体，对于理想气体，c cp p、c cv v 是温度的单值函数，是温度的单值函数，因此它们也是因此它们也是状态参数状态参数。Vpduc dTdhc dT南京航空航天大学pVgccR比热比：pVcc111VgpgcRcR迈耶公式迈耶公式理想气体？理想气体？定比热容？定比热容？南京航空航天大学理想气体理想气体的热力学能、焓、熵的热力学能、焓、熵 理想气体的热力学能和焓是温度的单值函数理想气体的热力学能和焓是温度的单值函数：revQdST

16、0ds 2211Vpuc dThc dT n理想气体的熵：221 211221 211221 211lnlnlnlnlnlnVgpgVpTvscRTvTpscRTppvsccpv不可逆？不可逆？应用范围？应用范围？南京航空航天大学n n的意义的意义南京航空航天大学曲线簇曲线簇南京航空航天大学1gvRck=-1gpRc南京航空航天大学南京航空航天大学第四章第四章 水和水蒸气的性质与过程水和水蒸气的性质与过程南京航空航天大学1.应掌握有关蒸气的各种术语及其意义。如：应掌握有关蒸气的各种术语及其意义。如：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和液体、饱和压力、三相点、

17、临界点、汽化液体、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。潜热等。2.掌握蒸气定压发生过程及其在掌握蒸气定压发生过程及其在p-v图和图和T-s图上的一点、二线、三区和五态。图上的一点、二线、三区和五态。3.掌握其他过程在掌握其他过程在p-v图和图和T-s图上的变化。图上的变化。基本知识点基本知识点南京航空航天大学相变图相变图一点：临界点 二线：上界线和下界线三区：液态区、湿蒸气区及过热区五态：未饱和水、饱和水、湿蒸气、干饱和蒸气及过热蒸气南京航空航天大学第五章第五章 热力学第二定律热力学第二定律南京航空航天大学基本要求基本要求1、热力学第二定律的实质及表述；2、建立第二定律各种形式的数字表达式；

18、3、给出过程能否实现的数学判据；4、重点剖析作为过程不可逆程度的度量：a.孤立系统的熵增 b.可用能的损失5、火用 和 火无 的概念和计算（火用平衡）南京航空航天大学热力学第二定律热力学第二定律克劳修斯说法（克劳修斯说法（1850）：）：不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。开尔文说法（开尔文说法（1851）：）：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功，而不引起其它变化。南京航空航天大学卡诺定律卡诺定律定理一.在两个温度不同的热源间工作的热机其热效率不大于在同样热源间工作的可逆热机。定理二.在两个热源间工作的一切可逆热机具有相同的热效率。211cTT效率最高？效率最高？功最大？功

19、最大？南京航空航天大学两条重要的判据两条重要的判据 熵增原理指出熵增原理指出：凡是使孤立系统总熵减小：凡是使孤立系统总熵减小的过程是不可能发生的。的过程是不可能发生的。0rQT 针对工质针对工质dSiso=dSg 0 针对系统针对系统南京航空航天大学S=Sf+Sg 有用的公式有用的公式对一个不可逆过程：由热流引起的那部分熵变称为热熵流，由热流引起的那部分熵变称为热熵流，简称简称熵流熵流。dSf=Q/T n 由不可逆因素引起的那部分熵增称为由不可逆因素引起的那部分熵增称为熵产熵产。利用孤立系统熵增原理来解题利用孤立系统熵增原理来解题南京航空航天大学有用能的损失计算有用能的损失计算0TS有用能的损

20、失00isogITST S孤立系统熵增等于熵产，则作功能力的损失：南京航空航天大学熵方程熵方程 闭口系熵方程 开口系熵方程 1、稳定流动 2、非稳定流动risogCVeeiirQdSSdSsms mTS=Sf+Sg 南京航空航天大学火用分析火用分析热量的热量的ExEx与与AnAn冷量的冷量的ExEx与与AnAn（概念）（概念）闭口系统内能的闭口系统内能的ExEx与与AnAn稳定流动工质的焓稳定流动工质的焓ExEx与与AnAn定义，计算方法，火用平衡，孤立系统火用减原理定义，计算方法，火用平衡，孤立系统火用减原理南京航空航天大学第六章第六章 热力学微分关系式热力学微分关系式及实际气体性质及实际气

21、体性质南京航空航天大学四个特征函数（吉布斯方程）四个特征函数（吉布斯方程）(,)duTdspdvuu s v (,)dhTdsvdphh s p (,)dfsdTpdvff T v (,)dgsdTvdpgg T p 南京航空航天大学热系数热系数11ppvKvT2.定压热膨胀系数3.定温压缩系数11TaTvPvp 1.定容压力温度系数（弹性系数）11vvpKpT4.绝热压缩系数11sasvPvp 南京航空航天大学绝热节流与焦汤系数绝热节流与焦汤系数 绝热节流温度效应 焦汤系数JhTp00dT00dT00dT由实验确定焦耳和汤普逊分别做实验J热效应零效应冷效应南京航空航天大学或mmgpVpvZp

22、VZRTR TRT 压缩因子压缩因子Z Z偏离偏离1 1的大小反映了实际气体对理想的大小反映了实际气体对理想气体偏离的程度气体偏离的程度 即为温度、压力相同时的实际气体比体积与理即为温度、压力相同时的实际气体比体积与理想气体比体积之比。想气体比体积之比。Z1Z1，表明实际气体比理想气体更难压缩；（斥，表明实际气体比理想气体更难压缩；（斥力）力）Z1Z1，表明实际气体更容易压缩。（引力），表明实际气体更容易压缩。（引力）压缩因子压缩因子南京航空航天大学或22()()mmmmaRTapVbRTpVVbVrm,rr2m,r3318pVTV,rrrcrcrcrpTvpTvpTv对比参数：对比参数：a,

23、b引入的意义？引入的意义？南京航空航天大学第七章第七章 气体和蒸汽的流动气体和蒸汽的流动南京航空航天大学基本要点基本要点1、掌握定熵稳定流动的基本方程；掌握定熵稳定流动的基本方程；2、理解促使流速改变的力学条件和几何条、理解促使流速改变的力学条件和几何条件的基本涵义；件的基本涵义；3、掌握喷管中气体流速、流量的计算；、掌握喷管中气体流速、流量的计算；4、掌握滞止焓、临界参数等基本概念和相、掌握滞止焓、临界参数等基本概念和相关计算。关计算。南京航空航天大学喷管基本概念喷管基本概念Ma1，亚声速流动,dA0,截面扩张对于喷管（对于喷管（dcdcf f 0)0)时，截面形状与流速间的关系：时，截面形

24、状与流速间的关系：2(1)ffdcdAMaAc南京航空航天大学渐缩喷管基本公式渐缩喷管基本公式gfckpvkR TcMac音速马赫数fmAcqv常数22021212()2()ffchhhhc10 0220211kkfkp vpckp202fpcTTc100kkTppT南京航空航天大学重要的临界压比重要的临界压比10 0,021()1kcrkf crcrcrkp vpcckp vkp100()kcrcrpvvp102()1kcrkcrppk在临界截面上：定义临界压比：0crcrpp双原子气体：k=1.4 cr=0.528南京航空航天大学缩扩喷管缩扩喷管crfcrmcrA cqv210222000

25、2()()1kkkmpppkqAkvpp南京航空航天大学第八章第八章 压气机的热力过程压气机的热力过程南京航空航天大学压气机耗功以技术功计压气机耗功以技术功计,C sC nC Twww2,2,2,snTTTT南京航空航天大学1214341111CgfgfnngWAAnR Tn余隙容积的影响余隙容积的影响南京航空航天大学两级压缩、中间冷却两级压缩、中间冷却CCww南京航空航天大学第九章第九章 气体动力循环气体动力循环南京航空航天大学本章主要内容本章主要内容 分析以气体为工质的分析以气体为工质的内燃机循环内燃机循环、燃气、燃气轮机循环，揭示能量利用的完善程度与轮机循环，揭示能量利用的完善程度与影响

26、其性能的主要因素，给出评价和改影响其性能的主要因素，给出评价和改进这些装置热力性能的方法与措施。进这些装置热力性能的方法与措施。南京航空航天大学基本知识点基本知识点1.活塞式内燃机（柴油机、汽油机）的基本工活塞式内燃机（柴油机、汽油机）的基本工作原理和基本流程？如何在作原理和基本流程？如何在Pv图和图和TS图图上表示？压缩比、增压比和预胀比的含义？上表示？压缩比、增压比和预胀比的含义？基本定义式？基本定义式？2.不同种类循环的不同种类循环的比较比较：压缩比相同、吸热量：压缩比相同、吸热量相同时的比较？循环最高压力和最高温度相相同时的比较？循环最高压力和最高温度相同时的比较？同时的比较？3.燃气

27、轮机装置的定压加热循环如何在燃气轮机装置的定压加热循环如何在Pv图图和和TS图上表示？图上表示？4.各种循环点参数、循环净功量、吸热量、放各种循环点参数、循环净功量、吸热量、放热量以及循环热效率的热量以及循环热效率的计算计算？南京航空航天大学内燃机循环内燃机循环混合加热定压加热定容加热南京航空航天大学和和 相同相同Tstvtmtp2v2m2pqqq1q3m4m123v4v3p4p2t11qq 121TT 活塞式内燃机各种理想循环热力比较活塞式内燃机各种理想循环热力比较南京航空航天大学 和和 相同相同Ts1p1m1vqqq2q相等maxpmaxT12v342mtptmtv2p活塞式内燃机各种理想

28、循环热力比较活塞式内燃机各种理想循环热力比较2t11qq 121TT 南京航空航天大学内燃机循环参数定义内燃机循环参数定义1211qqqwnett压缩比：=v1/v2 定容增压比：=P3/p2定压预胀比：v4/v3反映气缸容积反映供油规律南京航空航天大学t11111 tttelr南京航空航天大学t1111 柴油机定压加热循环柴油机定压加热循环南京航空航天大学111t 汽油机定容加热循环汽油机定容加热循环南京航空航天大学燃气轮机循环燃气轮机循环1211qqqwnett111tkk 循环增压比P2/P1 提高效率？提高效率？提高功率？提高功率？南京航空航天大学结论：再热再热+间冷间冷+回热在回热在

29、TsTs图上的表示图上的表示3Ts214tt+1wq净再+间+回再 回tttt再+间回再+回回简wwww再+间回再+回回简+ww再+间+回再 回2R4R南京航空航天大学第十章第十章 蒸汽动力循环蒸汽动力循环南京航空航天大学朗肯循环朗肯循环114223qhhqhh 水泵消耗功：12Twhh 汽轮机对外作功：43Pwhh 循环热效率：12431211114()(netTPtwhhhhqqwwqqqhh）南京航空航天大学提高蒸汽动力循环热效率的途径与方法提高蒸汽动力循环热效率的途径与方法 提高蒸汽压p1，初温T1，降低终参数p2南京航空航天大学再热循环分析再热循环分析11465()()qhhhh 忽

30、略水泵消耗功，循环作功：1562()()Twhhhh156211465()()(Tthhhhwqhhhh）循环热效率：南京航空航天大学回热循环分析回热循环分析南京航空航天大学第十一章第十一章 制冷循环制冷循环南京航空航天大学0ccqCOPqq工作性能参数：制冷系数制冷系数与卡诺循环相比较与热泵循环相比较南京航空航天大学压缩空气制冷循环分析压缩空气制冷循环分析142314232114(1)(1)21()()11()111111kkkkTTTTTTTTTTTTpp14()cmpQq c TT南京航空航天大学回热式空气制冷循环回热式空气制冷循环1、同样制冷系数下，增压比下降，这为采用大流量的叶轮式压

31、气机和膨胀机提供可能；2、增压比减小，使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小。南京航空航天大学压缩蒸气制冷循环分析压缩蒸气制冷循环分析Ts12345lnph123452q1qw21514qhhhh124qhh21421qhhwhh南京航空航天大学第十二章第十二章 理想气体混合物及湿空气理想气体混合物及湿空气南京航空航天大学理想气体混合物理想气体混合物ippiipx p分压力定律和分体积定律iVViiVxV1、混合物气体常数、摩尔质量2、混合物热力学能、焓、熵3、混合物的比热容wi与与xi互换互换记住南京航空航天大学1.湿空气的定义？（水蒸气属于什么状态？）湿空气的定义？（水蒸气属于什么状态

32、？）2.饱和空气、未饱和空气以及露点温度的含义？饱和空气、未饱和空气以及露点温度的含义？3.描述湿空气的参数基本定义和物理含义？（相描述湿空气的参数基本定义和物理含义？（相对湿度、含湿量、绝对湿度）对湿度、含湿量、绝对湿度）4.干球温度、湿球温度及露点温度相对大小干球温度、湿球温度及露点温度相对大小基本知识点基本知识点南京航空航天大学w1.005()1.86()wwwstwtwstttddtttd其中：湿球温度湿球温度下的饱和湿度 湿球温度下的汽化潜热wdtttTstwtdt相对湿度的测定原理相对湿度的测定原理南京航空航天大学空气达到饱和的途径空气达到饱和的途径 t 不变不变，pv 上升，上升，pv=ps(t)，ACPv 不变不变，t 下降，下降，t=ts(pv)，AB未饱和湿空气和饱和湿空气未饱和湿空气和饱和湿空气