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    2024年工程熱力學(xué)大總結(jié)第五版4.docx

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    2024 工程 熱力學(xué) 總結(jié) 第五
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    工程熱力學(xué)大總結(jié)_第五版 第一章基本概念 .基本概念 熱力系統(tǒng):用界面將所要研究的對(duì)象與周?chē)h(huán)境分隔開(kāi)來(lái),這種人為分隔的研究對(duì)象,稱(chēng)為熱力系統(tǒng),簡(jiǎn)稱(chēng)系統(tǒng)。 邊界:分隔系統(tǒng)與外界的分界面,稱(chēng)為邊界。 外界:邊界以外與系統(tǒng)互相作用的物體,稱(chēng)為外界或環(huán)境。 閉口系統(tǒng):沒(méi)有物質(zhì)穿過(guò)邊界的系統(tǒng)稱(chēng)為閉口系統(tǒng),也稱(chēng)控制質(zhì)量。 開(kāi)口系統(tǒng):有物質(zhì)流穿過(guò)邊界的系統(tǒng)稱(chēng)為開(kāi)口系統(tǒng),又稱(chēng)控制體積,簡(jiǎn)稱(chēng)控制體,其界面稱(chēng)為控制界面。 絕熱系統(tǒng):系統(tǒng)與外界之間沒(méi)有熱量傳遞,稱(chēng)為絕熱系統(tǒng)。 孤立系統(tǒng):系統(tǒng)與外界之間不發(fā)生任何能量傳遞和物質(zhì)交換,稱(chēng)為孤立系統(tǒng)。 單相系:系統(tǒng)中工質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)都均勻一致的系統(tǒng)稱(chēng)為單相系。 復(fù)相系:由兩個(gè)相以上組成的系統(tǒng)稱(chēng)為復(fù)相系,如固、液、氣組成的三相系統(tǒng)。 單元系:由一種化學(xué)成分組成的系統(tǒng)稱(chēng)為單元系。 多元系:由兩種以上不同化學(xué)成分組成的系統(tǒng)稱(chēng)為多元系。 均勻系:成分和相在整個(gè)系統(tǒng)空間呈均勻分布的為均勻系。 非均勻系:成分和相在整個(gè)系統(tǒng)空間呈非均勻分布,稱(chēng)非均勻系。 熱力狀態(tài):系統(tǒng)中某霎時(shí)表現(xiàn)的工質(zhì)熱力性質(zhì)的總狀況,稱(chēng)為工質(zhì)的熱力狀態(tài),簡(jiǎn)稱(chēng)為狀態(tài)。 平衡狀態(tài):系統(tǒng)在不受外界影響的條件下,假如宏觀熱力性質(zhì)不隨時(shí)間而變化,系統(tǒng)內(nèi)外同時(shí)建立了熱的和力的平衡,這時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)稱(chēng)為熱力平衡狀態(tài),簡(jiǎn)稱(chēng)為平衡狀態(tài)。 狀態(tài)參數(shù):描繪工質(zhì)狀態(tài)特性的各種物理量稱(chēng)為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。如溫度〔〕、壓力〔〕、比容〔υ〕或密度〔ρ〕、內(nèi)能〔〕、焓〔〕、熵〔〕、自由能〔〕、自由焓〔〕等。 基本狀態(tài)參數(shù):在工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)中,其中溫度、壓力、比容或密度能夠直接或間接地用儀表測(cè)量出來(lái),稱(chēng)為基本狀態(tài)參數(shù)。 溫度:是描繪系統(tǒng)熱力平衡狀況時(shí)冷熱程度的物理量,其物理本質(zhì)是物質(zhì)內(nèi)部大量微觀分子熱運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱程度的宏觀反映。 熱力學(xué)第零定律:如兩個(gè)物體分別和第三個(gè)物體處于熱平衡,則它們相互之間也必然處于熱平衡。 壓力:垂直作用于器壁單位面積上的力,稱(chēng)為壓力,也稱(chēng)壓強(qiáng)。 相對(duì)壓力:相對(duì)于大氣環(huán)境所測(cè)得的壓力。如工程上常用測(cè)壓儀表測(cè)定系統(tǒng)中工質(zhì)的壓力即為相對(duì)壓力。 比容:?jiǎn)挝毁|(zhì)量工質(zhì)所具有的容積,稱(chēng)為工質(zhì)的比容。 密度:?jiǎn)挝蝗莘e的工質(zhì)所具有的質(zhì)量,稱(chēng)為工質(zhì)的密度。 強(qiáng)度性參數(shù):系統(tǒng)中單元體的參數(shù)值與整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)值一樣,與質(zhì)量多少無(wú)關(guān),沒(méi)有可加性,如 溫度、壓力等。在熱力經(jīng)過(guò)中,強(qiáng)度性參數(shù)起著推動(dòng)力作用,稱(chēng)為廣義力或勢(shì)。 廣延性參數(shù):整個(gè)系統(tǒng)的某廣延性參數(shù)值等于系統(tǒng)中各單元體該廣延性參數(shù)值之和,如系統(tǒng)的容積、內(nèi)能、焓、熵等。在熱力經(jīng)過(guò)中,廣延性參數(shù)的變化起著類(lèi)似力學(xué)中位移的作用,稱(chēng)為廣義位移。準(zhǔn)靜態(tài)經(jīng)過(guò):經(jīng)過(guò)進(jìn)行得非常緩慢,使經(jīng)過(guò)中系統(tǒng)內(nèi)部被毀壞了的平衡有足夠的時(shí)間恢復(fù)到新的平衡態(tài),進(jìn)而使經(jīng)過(guò)的每一霎時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)都非常接近平衡狀態(tài),整個(gè)經(jīng)過(guò)可看作是由一系列非常接近平衡態(tài)的狀態(tài)所組成,并稱(chēng)之為準(zhǔn)靜態(tài)經(jīng)過(guò)。 可逆經(jīng)過(guò):當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行正、反兩個(gè)經(jīng)過(guò)后,系統(tǒng)與外界均能完全回復(fù)到初始狀態(tài),這樣的經(jīng)過(guò)稱(chēng)為可逆經(jīng)過(guò)。 膨脹功:由于系統(tǒng)容積發(fā)生變化〔增大或縮小〕而通過(guò)界面向外界傳遞的機(jī)械功稱(chēng)為膨脹功,也稱(chēng)容積功。 熱量:通過(guò)熱力系邊界所傳遞的除功之外的能量。 熱力循環(huán):工質(zhì)從某一初態(tài)開(kāi)場(chǎng),經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化,最后又回復(fù)到初始狀態(tài)的全部經(jīng)過(guò)稱(chēng)為熱力循環(huán),簡(jiǎn)稱(chēng)循環(huán)。 .常用公式 狀態(tài)參數(shù): 121 2xxdx-=? ?=0dx 狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)的函數(shù),對(duì)應(yīng)一定的狀態(tài),狀態(tài)參數(shù)都有唯一確定的數(shù)值,工質(zhì)在熱力經(jīng)過(guò)中發(fā)生 狀態(tài)變化時(shí),由初狀態(tài)經(jīng)過(guò)不同途徑,最后到達(dá)終點(diǎn),其參數(shù)的變化值,僅與初、終狀態(tài)有關(guān),而與狀態(tài)變化的途徑無(wú)關(guān)。溫度: .BTwm=2 2 式中 2 2 wm—分子平移運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能,其中是一個(gè)分子的質(zhì)量,w是分子平移運(yùn)動(dòng)的均方根速度; —比例常數(shù); —?dú)怏w的熱力學(xué)溫度。 .tT+=273 壓力: .nBTwmn p3 2 2322==式中—單位面積上的絕對(duì)壓力; —分子濃度,即單位容積內(nèi)含有氣體的分子數(shù)V N n= ,其中為容積包含的氣體分子總數(shù)。 .f Fp= 式中 —整個(gè)容器壁遭到的力,單位為?!病?; —容器壁的總面積〔〕。 .gpBp+= 〔>〕HBp-= 〔 供熱系數(shù):2 11 012qqqwq-= = ε式中 —工質(zhì)向熱源放出熱量 —工質(zhì)從冷源汲取熱量 —循環(huán)所作的凈功 .重要圖表 第二章氣體的熱力性質(zhì) .基本概念 理想氣體:氣體分子是由一些彈性的、忽略分子之間互相作用力〔引力和斥力〕、不占有體積的質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成。 比熱:?jiǎn)挝晃锪康奈矬w,溫度升高或降低〔℃〕所吸收或放出的熱量,稱(chēng)為該物體的比熱。 定容比熱:在定容情況下,單位物量的物體,溫度變化〔℃〕所吸收或放出的熱量,稱(chēng)為該物體的定容比熱。 定壓比熱:在定壓情況下,單位物量的物體,溫度變化〔℃〕所吸收或放出的熱量,稱(chēng)為該物體的定壓比熱。 定壓質(zhì)量比熱:在定壓經(jīng)過(guò)中,單位質(zhì)量的物體,當(dāng)其溫度變化〔℃〕時(shí),物體和外界交換的熱量, 稱(chēng)為該物體的定壓質(zhì)量比熱。 定壓容積比熱:在定壓經(jīng)過(guò)中,單位容積的物體,當(dāng)其溫度變化〔℃〕時(shí),物體和外界交換的熱量,稱(chēng)為該物體的定壓容積比熱。 定壓摩爾比熱:在定壓經(jīng)過(guò)中,單位摩爾的物體,當(dāng)其溫度變化〔℃〕時(shí),物體和外界交換的熱量,稱(chēng)為該物體的定壓摩爾比熱。 定容質(zhì)量比熱:在定容經(jīng)過(guò)中,單位質(zhì)量的物體,當(dāng)其溫度變化〔℃〕時(shí),物體和外界交換的熱量,稱(chēng)為該物體的定容質(zhì)量比熱。 定容容積比熱:在定容經(jīng)過(guò)中,單位容積的物體,當(dāng)其溫度變化〔℃〕時(shí),物體和外界交換的熱量,稱(chēng)為該物體的定容容積比熱。 定容摩爾比熱:在定容經(jīng)過(guò)中,單位摩爾的物體,當(dāng)其溫度變化〔℃〕時(shí),物體和外界交換的熱量,稱(chēng)為該物體的定容摩爾比熱。 混合氣體的分壓力:維持混合氣體的溫度和容積不變時(shí),各組成氣體所具有的壓力。道爾頓分壓定律:混合氣體的總壓力等于各組成氣體分壓力之和。 混合氣體的分容積:維持混合氣體的溫度和壓力不變時(shí),各組成氣體所具有的容積。阿密蓋特分容積定律:混合氣體的總?cè)莘e等于各組成氣體分容積之和。 混合氣體的質(zhì)量成分:混合氣體中某組元?dú)怏w的質(zhì)量與混合氣體總質(zhì)量的比值稱(chēng)為混合氣體的質(zhì)量成分。 混合氣體的容積成分:混合氣體中某組元?dú)怏w的容積與混合氣體總?cè)莘e的比值稱(chēng)為混合氣體的容積成分。 混合氣體的摩爾成分:混合氣體中某組元?dú)怏w的摩爾數(shù)與混合氣體總摩爾數(shù)的比值稱(chēng)為混合氣體的摩爾成分。 比照參數(shù):各狀態(tài)參數(shù)與臨界狀態(tài)的同名參數(shù)的比值。 比照態(tài)定律:對(duì)于知足同一比照態(tài)方程式的各種氣體,比照參數(shù)rp、rT和rv中若有兩個(gè)相等,則第三個(gè)比照參數(shù)就一定相等,物質(zhì)也就處于對(duì)應(yīng)狀態(tài)中。 .常用公式 理想氣體狀態(tài)方程: .RTpv= 式中—絕對(duì)壓力 v—比容 —熱力學(xué)溫度 適用于千克理想氣體。.mRTpV= 式中 —質(zhì)量為氣體所占的容積 適用于千克理想氣體。.TRpVM0= 式中—?dú)怏w的摩爾容積,; —通用氣體常數(shù), · 適用于千摩爾理想氣體。.TnRpV0= 式中 —?dú)怏w所占有的容積,; —?dú)怏w的摩爾數(shù),M m n= , 適用于千摩爾理想氣體。 .通用氣體常數(shù): 83140=R · 與氣體性質(zhì)、狀態(tài)均無(wú)關(guān)。.氣體常數(shù): M MRR8314 0= = ·與狀態(tài)無(wú)關(guān),僅決定于氣體性質(zhì)。.1122 12 pvpvTT=比熱: .比熱定義式:dT q cδ= 表明單位物量的物體升高或降低所吸收或放出的熱量。其值不僅取決于物質(zhì)性質(zhì),還與氣體熱力的經(jīng)過(guò)和所處狀態(tài)有關(guān)。 .質(zhì)量比熱、容積比熱和摩爾比熱的換算關(guān)系:04 .22'ρcMc c==式中—質(zhì)量比熱,·'c—容積比熱,· —摩爾比熱,· .定容比熱:v vv vTudTdudT qc??? ????== = δ表明單位物量的氣體在定容情況下升高或降低所吸收或放出的熱量。.定壓比熱:dT dhdTqcp p= = δ 表明單位物量的氣體在定壓情況下升高或降低所吸收或放出的熱量。 .梅耶公式: Rccvp=-Rccvp0''ρ=- 0RMRMcMcvp==- .比熱比:v pv pv pMcMccccc= = = ''κ 1 -= κκR cv1 -= κnR cp道爾頓分壓定律:V Tn iinpppppp,1321??????=++++=∑= 阿密蓋特分容積定律:P Tn iinVVVVVV,1321??????=++++=∑=質(zhì)量成分: i imgm = 121 1n niigggg=++ +==∑ 容積成分:i iVrV = 121 1n niirrrrr==++ ==∑ 摩爾成分:i inxn = 121 1n niixxxxx==++ +==∑ 容積成分與摩爾成分關(guān)系: i iinrxn = =質(zhì)量成分與容積成分: iiiiiiiimnMMMgxrmnMMM = === iiii iiiMR grrrMRρρ ===折合分子量:1 1 1 n ii nn iiiiiiinM m MxMrMn n =======∑∑∑ 12112 1 1 n niin i MggggMMMM== = +++ ∑折合氣體常數(shù):0 1 00 1 n n i in iii iiiRmnRRnRMRgRMm m m ====== = =∑∑∑ 00 12 1122112 1 1n ninn in i RRRrrrrMrMrMrMRRRR== = = = ++ ++++∑ 分壓力確實(shí)定i iiVpprpV = =iii iiiiRM pgpgpgpMR ρρ===混合氣體的比熱容:121n nniiicggcgc==+=∑12c+gc+ 混合氣體的容積比熱容:121 '''n nniiicrrcrc==+=∑12c'+rc'+ 混合氣體的摩爾比熱容:1 1 n n ii i ii iiMcM gcxMc====∑∑ 混合氣體的熱力學(xué)能、焓和熵1 n i iUU == ∑或1 n iiiUmu==∑ 1 niiHH==∑或1 n iiiHmh==∑ 1 n i iSS == ∑或1 n iiiSms==∑ 范德瓦爾()方程 ()2apvbRTv? ? + -=??? 對(duì)于實(shí)際氣體 ()02M MapVbRTV?? + -=??? 壓縮因子: idvpvzvRT = = 比照參數(shù):rcTTT= ,rcppp=,rc v vv=.重要圖表 常用氣體在理想狀態(tài)下的定壓摩爾比熱與溫度的關(guān)系 23123(/())poMcaaTaTaTkJkmolk=+++ 幾種氣體在理想氣體狀態(tài)下的平均定壓質(zhì)量比熱容
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