工程熱力學(xué)大總結(jié)模板第五版.doc 第一章基本概念1.基本概念 熱力系統(tǒng)：用界面將所要研究的對象與周圍環(huán)境分隔開來，這種人為分隔的研究對象，稱為熱力 系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。 邊界：分隔系統(tǒng)與外界的分界面，稱為邊界。 外界：邊界以外與系統(tǒng)互相作用的物體，稱為外界或環(huán)境。 閉口系統(tǒng)：沒有物質(zhì)穿過邊界的系統(tǒng)稱為閉口系統(tǒng)，也稱控制質(zhì)量。 開口系統(tǒng)：有物質(zhì)流穿過邊界的系統(tǒng)稱為開口系統(tǒng)，又稱控制體積，簡稱控制體，其界面稱為控 制界面。 絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間沒有熱量傳遞，稱為絕熱系統(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)稱為單相系。 復(fù)相系：由兩個(gè)相以上組成的系統(tǒng)稱為復(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，稱為工質(zhì)的熱力狀態(tài)，簡稱為狀態(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)稱為熱力平衡狀態(tài)，簡稱為平衡狀態(tài)。 狀態(tài)參數(shù)：描繪工質(zhì)狀態(tài)特性的各種物理量稱為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。如溫度〔T〕、壓力〔P〕、比容 〔υ〕或密度〔ρ〕、內(nèi)能〔u〕、焓〔h〕、熵〔s〕、自由能〔f〕、自由焓〔g〕等?；緺? 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量出 來，稱為基本狀態(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，稱為壓力，也稱壓強(qiáng)。 相對壓力：相對于大氣環(huán)境所測得的壓力。如工程上常用測壓儀表測定系統(tǒng)中工質(zhì)的壓力即為相 對壓力。 比容：單位質(zhì)量工質(zhì)所具有的容積，稱為工質(zhì)的比容。 密度：單位容積的工質(zhì)所具有的質(zhì)量，稱為工質(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)量多少無關(guān)，沒有可加性， 如溫度、壓力等。在熱力經(jīng)過中，強(qiáng)度性參數(shù)起著推動(dòng)力作用，稱為廣義力或勢。 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)過中，廣延性參數(shù)的變化起著類似力學(xué)中位移的作用，稱為廣義 位移。 準(zhǔn)靜態(tài)經(jīng)過：經(jīng)過進(jìn)行得非常緩慢，使經(jīng)過中系統(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，并稱之為準(zhǔn)靜態(tài)經(jīng)過。 可逆經(jīng)過：當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行正、反兩個(gè)經(jīng)過后，系統(tǒng)與外界均能完全回復(fù)到初始狀態(tài)，這樣的經(jīng)過稱 為可逆經(jīng)過。 膨脹功：由于系統(tǒng)容積發(fā)生變化〔增大或縮小〕而通過界面向外界傳遞的機(jī)械功稱為膨脹功，也稱容積功。 熱量：通過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)開場，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)過稱為 熱力循環(huán)，簡稱循環(huán)。 2.常用公式 狀態(tài)參數(shù): 狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)的函數(shù)，對應(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)過中發(fā) 生狀態(tài)變化時(shí)，由初狀態(tài)經(jīng)過不同途徑，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)變化的途徑無關(guān)。 溫度： 1．mw2 BT2 式中mw2—分子平移運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，其中m是一個(gè)分子的質(zhì)量，w是分子平移運(yùn)動(dòng)的2 均方根速度； B—比例常數(shù)； T—?dú)怏w的熱力學(xué)溫度。 2．T273t 壓力： 2mw22 1．pnnBT 323 式中P—單位面積上的絕對壓力； n—分子濃度，即單位容積內(nèi)含有氣體的分子數(shù)體分子總數(shù)。 N n，其中N為容積V包含的氣V 2．pFf 式中F—整個(gè)容器壁遭到的力，單位為?！睳〕； f—容器壁的總面積〔m2〕。 3．pBpg〔P>B〕 pBH〔P 式中q1—工質(zhì)向熱源放出熱量； 供熱系數(shù)：2 q2—工質(zhì)從冷源汲取熱量； w0—循環(huán)所作的凈功。 q1q1 w0q1q2 式中q1—工質(zhì)向熱源放出熱量 q2—工質(zhì)從冷源汲取熱量 w0—循環(huán)所作的凈功 3.重要圖表 圖1-1熱力系統(tǒng)圖1-2邊界可變形系統(tǒng) 圖1-4孤立系統(tǒng) 圖1-3開口系統(tǒng) 圖1-5U形壓力計(jì)測壓圖1-6各壓力間的關(guān)系 圖1-14任意循環(huán)在pv圖上的表示 (a)正循環(huán)；(b)逆循環(huán) 第二章氣體的熱力性質(zhì) 1.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：單位物量的物體，溫度升高或降低1K〔1℃〕所吸收或放出的熱量，稱為該物體的比熱。 定容比熱：在定容情況下，單位物量的物體，溫度變化1K〔1℃〕所吸收或放出的熱量，稱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1K〔1℃〕所吸收或放出的熱量，稱為該物體的定壓比熱。 定壓質(zhì)量比熱：在定壓經(jīng)過中，單位質(zhì)量的物體，當(dāng)其溫度變化1K〔1℃〕時(shí)，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定壓質(zhì)量比熱。 定壓容積比熱：在定壓經(jīng)過中，單位容積的物體，當(dāng)其溫度變化1K〔1℃〕時(shí)，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定壓容積比熱。 定壓摩爾比熱：在定壓經(jīng)過中，單位摩爾的物體，當(dāng)其溫度變化1K〔1℃〕時(shí)，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定壓摩爾比熱。 定容質(zhì)量比熱：在定容經(jīng)過中，單位質(zhì)量的物體，當(dāng)其溫度變化1K〔1℃〕時(shí)，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定容質(zhì)量比熱。 定容容積比熱：在定容經(jīng)過中，單位容積的物體，當(dāng)其溫度變化1K〔1℃〕時(shí)，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定容容積比熱。 定容摩爾比熱：在定容經(jīng)過中，單位摩爾的物體，當(dāng)其溫度變化1K〔1℃〕時(shí)，物體和外界交換的熱量，稱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P等于各組成氣體分壓力Pi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eV等于各組成氣體分容積Vi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：對于知足同一比照態(tài)方程式的各種氣體，比照參數(shù)pr、Tr和vr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)也就處于對應(yīng)狀態(tài)中。 2.常用公式 理想氣體狀態(tài)方程： 1．pvRT 式中p—絕對壓力Pa v—比容m3/kg T—熱力學(xué)溫度K 適用于1千克理想氣體。 2．pVmRT 式中V—質(zhì)量為mkg氣體所占的容積 適用于m千克理想氣體。 3．pVMR0T 式中VM=Mv—?dú)怏w的摩爾容積，m3/kmol； R0=MR—通用氣體常數(shù)，J/kmol·K適用于1千摩爾理想氣體。 4．pVnR0T 式中V—nKmol氣體所占有的容積，m3； m n—?dú)怏w的摩爾數(shù)，n，kmol M 適用于n千摩爾理想氣體。 5．通用氣體常數(shù)：R0 R08314J/Kmol·K R0與氣體性質(zhì)、狀態(tài)均無關(guān)。 6．氣體常數(shù)：R R08314 J/kg·K R M M R與狀態(tài)無關(guān)，僅決定于氣體性質(zhì)。 7．比熱：p1v1p2v2T1T2 1．比熱定義式：c qdT 表明單位物量的物體升高或降低1K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)過和所處狀態(tài)有關(guān)。 2．質(zhì)量比熱、容積比熱和摩爾比熱的換算關(guān)系：c'Mc c0 22.4 式中c—質(zhì)量比熱，kJ/Kg·k c'—容積比熱，kJ/m3·k Mc—摩爾比熱，kJ/Kmol·k 3qvduvu ．定容比熱：cv dTTv dT 表明單位物量的氣體在定容情況下升高或降低1K所吸收或放出的熱量。 4qpdh ．定壓比熱：cp dT dT 表明單位物量的氣體在定壓情況下升高或降低1K所吸收或放出的熱量。 5．梅耶公式： 6．比熱比： ：pp p p pn 道爾頓分壓定律1 2 3 n p i i1T,V 阿密蓋特分容積定律：V VVV V n V 23 n i 1 i 1 T,P 質(zhì)量成分： gimi m 容積成分： ri Vi V ni 摩爾成分： xi n ni 容積成分與摩爾成分關(guān)系： rixi n 質(zhì)量成分與容積成分： n m i1niMi n n 折合分子量： xiMi riMi M nn i1 i1 n n R0 R0nR0 niR0 min 折合氣體常數(shù)： Ri0 i1 Mi giRi Mm m m i1 分壓力確實(shí)定 piViprip V g1c1+g2c2+LL n 混合氣體的比熱容：c gncn gici i1 c'+rc'+ n 混合氣體的容積比熱容： 2LLrnc'n rci'i c'r1 1 2 i1 n n混合氣體的摩爾比熱容 ： Mc M gici xiMici i1 i1 nn 混合氣體的熱力學(xué)能、焓和熵UUi或Umiui i1i1 nn HHi或Hmihi i1i1 nn SSi或Smisi i1i1 范德瓦爾(VanderWaals)方程 對于1kmol實(shí)際氣體 壓縮因子： TrT pr pv 比照參數(shù)：，，vr Tcpcvc 3.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 氣體分子式 溫度范圍 〔K〕空氣 H 273~1800氫273~1800氧O2273~1800氮N2273~1800一氧化碳CO273~1800二氧化碳CO2273~1800水蒸氣H2O273~1800乙烯C2H2298~1500丙烯C3H4298~1500甲烷CH4273~1500乙烷C2H6298~1500丙烷C3H8298~1500幾種氣體在理想氣體狀態(tài)下的平均定壓質(zhì)量比熱容 t(℃)ONHCO空氣COHO 22222 最大誤差 % 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 密度ρ〔kg/m3) 幾種氣體的臨界參數(shù)和范德瓦爾常數(shù) 物質(zhì)名稱〔K〕〔MPa〕kmol2〕〔m3/kmol〕He H2 N2 O2 CO2 NH3 H2O CH4 CO 幾種氣體的臨界壓縮因子 物質(zhì)HeH2N2O2CO2NH3H2OCOCH4 圖2-5通用壓縮因子圖 第三章熱力學(xué)第一定律 1.基本概念 熱力學(xué)第一定律:能量既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，它只能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，或從 一個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)系統(tǒng)，而其總量保持恒定，這一自然界普遍規(guī)律稱為能量守恒與轉(zhuǎn)換定律。 把