工程熱力學(xué)大總結(jié)

1、基 本 概 念熱力系統(tǒng)：用界面將所要研究的對(duì)象與周圍環(huán)境分隔開來(lái)，這種人為分隔的研究對(duì)象，稱為熱力系統(tǒng)，簡(jiǎn)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)相互作用的物體，稱為外界或環(huán)境。熱力狀態(tài)：系統(tǒng)中某瞬間表現(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(jiǎn)稱為狀態(tài)。閉口系統(tǒng)：沒(méi)有物質(zhì)穿過(guò)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(guò)邊界的系統(tǒng)稱為開口系統(tǒng)，又稱控制體積，簡(jiǎn)稱控制體。絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間沒(méi)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)。平衡狀態(tài)：系統(tǒng)在不受外界影響的條件下，如果宏觀熱力性質(zhì)不隨時(shí)

2、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(jiǎn)稱為平衡狀態(tài)。狀態(tài)參數(shù)：描述工質(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（）或密度（）、內(nèi)能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。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，則它們彼此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(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。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)值相同，與質(zhì)量多少無(wú)關(guān)，沒(méi)有可加性，如溫度、壓力等。在熱力過(guò)程中，強(qiáng)度性

3、參數(shù)起著推動(dòng)力作用，稱為廣義力或勢(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，如容積、內(nèi)能、焓、熵等。在熱力過(guò)程中，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)過(guò)程：過(guò)程進(jìn)行得非常緩慢，使過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)部被破壞了的平衡有足夠的時(shí)間恢復(fù)到新的平衡態(tài)，從而使過(guò)程的每一瞬間系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)都非常接近平衡狀態(tài)，整個(gè)過(guò)程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)過(guò)程?？赡孢^(guò)程：當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行正、反兩個(gè)過(guò)程后，系統(tǒng)與外界均能完全回復(fù)到初始狀態(tài)，這樣的過(guò)程稱為可逆過(guò)程。體積功（過(guò)程功）：由于系統(tǒng)體積發(fā)生變化（增大或縮?。┒ㄟ^(guò)界面向外界傳遞的機(jī)械功稱

4、為體積功，也稱過(guò)程功；其中注意：可逆過(guò)程的過(guò)程曲線與體積坐標(biāo)軸所圍面積表示該過(guò)程功的大小。熱量：通過(guò)熱力系邊界所傳遞的除功之外的能量。其中注意：可逆過(guò)程的過(guò)程曲線與熵坐標(biāo)軸所圍面積表示該過(guò)程熱量的大小，用或表示。熱力循環(huán)：工質(zhì)從某初態(tài)出發(fā)經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化，最后又回復(fù)到初始狀態(tài)的全部過(guò)程稱為熱力循環(huán)，簡(jiǎn)稱循環(huán)。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。把這一定律應(yīng)用于伴有熱現(xiàn)象的能量和轉(zhuǎn)移過(guò)程，即為熱力學(xué)第一定律。第一類永動(dòng)機(jī)：不消耗任何能量而能連續(xù)不斷作功的循環(huán)發(fā)

5、動(dòng)機(jī)，稱為第一類永動(dòng)機(jī)。熱力學(xué)能：熱力系處于宏觀靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)所有微觀粒子所具有的能量之和。外儲(chǔ)存能：也是系統(tǒng)儲(chǔ)存能的一部分，取決于系統(tǒng)工質(zhì)與外力場(chǎng)的相互作用（如重力位能）及以外界為參考坐標(biāo)的系統(tǒng)宏觀運(yùn)動(dòng)所具有的能量（宏觀動(dòng)能）。這兩種能量統(tǒng)稱為外儲(chǔ)存能。軸功：系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械軸與外界傳遞的機(jī)械功稱為軸功。推動(dòng)功：當(dāng)工質(zhì)在流進(jìn)和流出開口系時(shí)，后面的流體推動(dòng)前面的流體而前進(jìn)所做的功。流動(dòng)功：為維持流體通過(guò)控制體界面而傳遞的機(jī)械功，它是維持流體正常流動(dòng)所必須傳遞的能量。焓：流動(dòng)工質(zhì)向流動(dòng)前方傳遞的總能量中取決于熱力狀態(tài)的那部分能量。對(duì)于流動(dòng)工質(zhì)，焓=內(nèi)能+流動(dòng)功，即焓具有能量意義；對(duì)于不流動(dòng)工質(zhì)，焓

6、只是一個(gè)復(fù)合狀態(tài)參數(shù)。穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況：工質(zhì)以恒定的流量連續(xù)不斷地進(jìn)出系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部及界面上各點(diǎn)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和宏觀運(yùn)動(dòng)參數(shù)都保持一定，不隨時(shí)間變化，稱穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況。技術(shù)功：在熱力過(guò)程中可被直接利用來(lái)作功的能量，稱為技術(shù)功。動(dòng)力機(jī)：動(dòng)力機(jī)是利用工質(zhì)在機(jī)器中膨脹獲得機(jī)械功的設(shè)備。壓氣機(jī)：消耗軸功使氣體壓縮以升高其壓力的設(shè)備稱為壓氣機(jī)。理想氣體：氣體分子是由一些彈性的、忽略分子之間相互作用力（引力和斥力）、不占有體積的質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成。熱容：?jiǎn)挝晃锪康奈矬w，溫度升高或降低1K（1）所吸收或放出的熱量，稱為該物體的熱容。用表示，。比熱容：?jiǎn)挝毁|(zhì)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

7、比熱容。用表示，。摩爾熱容：?jiǎn)挝晃镔|(zhì)的量的物體，溫度變化1K（1）所吸收或放出的熱量，稱為該物體的摩爾熱容。用表示。體積熱容：標(biāo)準(zhǔn)狀況下，單位體積的物體，溫度變化1K（1）所吸收或放出的熱量，稱為體積熱容。用表示。比定壓熱容：定壓過(guò)程中，單位質(zhì)量的物體在其溫度變化1K（1）時(shí)所吸收或放出的熱量，稱為比定壓熱容。用表示。比定容熱容：定容過(guò)程中，單位質(zhì)量的物體在其溫度變化1K（1）時(shí)所吸收或放出的熱量，稱為比定容熱容。用表示。定壓摩爾熱容：定壓過(guò)程中，單位摩爾的物體在其溫度變化1K（1）時(shí)所吸收或放出的熱量，稱為定壓摩爾熱容。用表示。定容摩爾熱容：定容過(guò)程中，單位摩爾的物體在其溫度變化1K（1）時(shí)

8、所吸收或放出的熱量，稱為定容摩爾熱容。用表示。多變過(guò)程：凡過(guò)程方程為常數(shù)的過(guò)程，稱為多變過(guò)程。絕熱過(guò)程：系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱量交換情況下所進(jìn)行的過(guò)程，即或稱為絕熱過(guò)程。定熵過(guò)程：系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱量交換情況下所進(jìn)行的可逆熱力過(guò)程，稱為定熵過(guò)程。定容過(guò)程：定量工質(zhì)體積保持不變時(shí)的熱力過(guò)程稱為定容過(guò)程。定壓過(guò)程：定量工質(zhì)壓力保持不變時(shí)的熱力過(guò)程稱為定壓過(guò)程。定溫過(guò)程：定量工質(zhì)溫度保持不變時(shí)的熱力過(guò)程稱為定溫過(guò)程。熱機(jī)循環(huán)：若循環(huán)的結(jié)果是工質(zhì)將外界的熱能在一定條件下連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，則此循環(huán)稱為熱機(jī)循環(huán)。開爾文說(shuō)法：不可能制造出從單一熱源吸熱，使之完全轉(zhuǎn)化為有用功而不留下其他任何的變化的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。

9、克勞修斯說(shuō)法：熱不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳到高溫物體。第二類永動(dòng)機(jī)：從單一熱源取得熱量，并使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓难h(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，稱為第二類永動(dòng)機(jī)?？ㄖZ循環(huán)：在兩個(gè)恒溫?zé)嵩撮g，由兩個(gè)可逆定溫過(guò)程和兩個(gè)可逆絕熱過(guò)程組成的循環(huán)，稱為卡諾循環(huán)?？ㄖZ定理：1所有工作于同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與所采用工質(zhì)無(wú)關(guān)。2在同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)。理想熱機(jī)：熱機(jī)內(nèi)發(fā)生的一切熱力過(guò)程都是可逆過(guò)程，則該熱機(jī)稱為理想熱機(jī)。熵產(chǎn)：由于過(guò)程存在不可逆因素而使損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能而導(dǎo)致產(chǎn)生的熵增量稱為熵產(chǎn)。熱熵流：由于系統(tǒng)與外界交換熱量而

10、產(chǎn)生的熵增量，它是系統(tǒng)與外界的換熱量與熱源溫度的比值。質(zhì)熵流：由于系統(tǒng)與外界交換物質(zhì)而產(chǎn)生的熵增量。孤立系統(tǒng)熵增原理：孤立系統(tǒng)的熵可以增大，或保持不變，但不可能減少。自由膨脹：氣體向沒(méi)有阻力空間的膨脹過(guò)程，稱為自由膨脹過(guò)程。火用：在環(huán)境條件下，能量中可以轉(zhuǎn)化為有用功的最高份額稱為該能量的火用。火無(wú)：在環(huán)境條件下，不可能轉(zhuǎn)化為有用功的那部分能量稱為該能量的火無(wú)。定熵滯止參數(shù)：將具有一定速度的流體在定熵條件下擴(kuò)壓使其流速降低為零，這時(shí)氣體的參數(shù)稱為定熵滯止參數(shù)。當(dāng)?shù)匾羲伲褐杆紤]的流道上某一截面的音速，用表示。馬赫數(shù)：指氣體的流速與當(dāng)?shù)匾羲俚谋戎?，用表示。漸縮噴管：當(dāng)進(jìn)入噴管的氣體是Ma <

11、 1的亞音速氣流時(shí)，由于沿著氣流方向截面積逐漸縮小的噴管稱為漸縮噴管。漸擴(kuò)噴管：當(dāng)進(jìn)入噴管的氣體是Ma > 1的超音速氣流時(shí)，由于沿著氣流方向截面積逐漸擴(kuò)大的噴管稱為漸擴(kuò)噴管。縮放噴管：如需要將Ma<1的亞音速氣流增大到Ma>1的超音速氣流，則噴管截面積應(yīng)由dA<0逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閐A>0，即噴管截面積應(yīng)由逐漸縮小轉(zhuǎn)變?yōu)橹饾u擴(kuò)大，這種噴管稱為漸縮漸擴(kuò)噴管，簡(jiǎn)稱縮放噴管，也稱拉伐爾（Laval）噴管。節(jié)流：節(jié)流過(guò)程是指流體（液體、氣體）在管道中流經(jīng)閥門、孔板或多孔堵塞物等設(shè)備時(shí)，由于局部阻力，使流體壓力降低的一種特殊流動(dòng)過(guò)程。若節(jié)流過(guò)程中流體與外界沒(méi)有熱量交換，稱為絕熱節(jié)

12、流，簡(jiǎn)稱為節(jié)流。單級(jí)活塞式壓氣機(jī)工作原理：吸氣過(guò)程、壓縮過(guò)程、排氣過(guò)程，活塞往返一次即完成以上三過(guò)程?；钊綁簹鈾C(jī)的余隙容積：為了安置進(jìn)、排氣閥以及避免活塞與汽缸端蓋間的碰撞，在汽缸端蓋與活塞行程終點(diǎn)間留有一定的余隙，稱為余隙容積，簡(jiǎn)稱余隙?；钊綁簹鈾C(jī)的容積效率：活塞式壓氣機(jī)的有效容積和活塞排量之比，稱為容積效率。最佳增壓比：使多級(jí)壓縮中間冷卻壓氣機(jī)耗功最小時(shí)，各級(jí)的增壓比稱為最佳增壓比。壓氣機(jī)的效率：在相同的初態(tài)及增壓比條件下，可逆壓縮過(guò)程中壓氣機(jī)所消耗的功與實(shí)際不可逆壓縮過(guò)程中壓氣機(jī)所消耗的功之比，稱為壓氣機(jī)的效率?；?本 公 式壓力： 式中環(huán)境壓力； 表壓力； 真空值； 絕對(duì)壓力?？赡?/p>

13、體積功（過(guò)程功）：或技術(shù)功：或（可逆） 或熱力循環(huán)： 循環(huán)熱效率：式中 循環(huán)總吸熱； 循環(huán)總放熱； 循環(huán)凈功。制冷系數(shù)： 式中 循環(huán)總放熱； 循環(huán)總吸熱； 循環(huán)凈功。供熱系數(shù)： 式中 循環(huán)總放熱； 循環(huán)總吸熱； 循環(huán)凈功。外儲(chǔ)存能：宏觀動(dòng)能： 重力位能： 式中重力加速度。系統(tǒng)總儲(chǔ)存能：或 工質(zhì)：熱力學(xué)能變化：是一個(gè)狀態(tài)量，（理想氣體）；定值比熱容；平均比熱容；焓的變化：或（理想氣體） 是一個(gè)狀態(tài)量 定值比熱容；熱量：或 適用于任何工質(zhì)、可逆過(guò)程，是一個(gè)過(guò)程量熱力學(xué)第一定律：或 適用于任何工質(zhì)，任何過(guò)程或 適用于任何工質(zhì)，可逆過(guò)程或 適用于理想氣體，任何過(guò)程或 適用于理想氣體，可逆過(guò)程熱力學(xué)第一

14、定律能量方程： 適用任何工質(zhì)，任何熱力過(guò)程 適用于任何工質(zhì)，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流熱力過(guò)程熵的變化： 工質(zhì)熵變是指工質(zhì)從某一平衡狀態(tài)變化到另一平衡狀態(tài)熵的差值。因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù)，兩狀態(tài)間的熵差對(duì)于任何過(guò)程，可逆還是不可逆都相等。理想氣體狀態(tài)方程： 適用于1千克理想氣體。式中絕對(duì)壓力 比容 熱力學(xué)溫度； 式中V質(zhì)量為kg氣體所占的容積；適用于m千克理想氣體通用氣體常數(shù)：J/K mol 與氣體性質(zhì)、狀態(tài)均無(wú)關(guān)氣體常數(shù)：J/kg·K 與狀態(tài)無(wú)關(guān)，僅決定于氣體性質(zhì)阿伏伽德羅定律： 邁耶公式： 比熱容比： 氣體質(zhì)量流量、體積流量、摩爾流量的關(guān)系： 克勞修斯不等式：任何循環(huán)的克勞修斯積分永遠(yuǎn)小于零，可逆過(guò)程時(shí)等于零。閉口系統(tǒng)熵方程： 開口系統(tǒng)熵方程：式中：工質(zhì)流出系統(tǒng)的熵； 工質(zhì)流入系統(tǒng)的熵。絕熱系統(tǒng)熵方程： 孤立系統(tǒng)熵方程：連續(xù)性方程：或式中各截面處的質(zhì)量流量（kg/s）；各截面處的截面積（）；各截面處的氣流速度（m/s）；各截面處氣體的比容的（）。對(duì)微元穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程，連續(xù)性方程可表示為熱穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式：氣體主要熱力過(guò)程的基本公式過(guò)程定容過(guò)程定壓過(guò)程定溫過(guò)程定熵過(guò)程多變過(guò)程過(guò)程指數(shù)n01n過(guò)程方程v=常數(shù)p=常數(shù)pv=常數(shù)pv=常數(shù)pvn =常數(shù)P、v、T關(guān)系 膨脹功w=0熱量比熱容0備注 表中比熱容為定值比熱容定熵過(guò)程方程式： 對(duì)于微元定熵過(guò)程有只適用于理想氣體