熱工基礎(chǔ)各章總結(jié)及試題23頁(yè)

1、 第一章小結(jié)1、平衡狀態(tài)關(guān)于平衡狀態(tài)的定義、實(shí)現(xiàn)條件、以及平衡與均勻、平衡與穩(wěn)定的概念區(qū)別已在相應(yīng)章節(jié)中進(jìn)行了詳細(xì)敘述。平衡狀態(tài)具有確定的狀態(tài)參數(shù)，這是平衡狀態(tài)的特點(diǎn)。平衡狀態(tài)概念的提出，使整個(gè)系統(tǒng)可用一組統(tǒng)一的、并具有確定數(shù)值的狀態(tài)參數(shù)來(lái)描述其狀態(tài)，使熱力分析大為簡(jiǎn)化，這也是工程熱力學(xué)只研究系統(tǒng)平衡狀態(tài)的原因所在。2、狀態(tài)參數(shù)及其性質(zhì)狀態(tài)參數(shù)是定量描述工質(zhì)狀態(tài)的狀態(tài)量。其性質(zhì)是狀態(tài)參數(shù)的變化量只取決于給定的初、終狀態(tài)，與變化過(guò)程的路徑無(wú)關(guān)。如果系統(tǒng)經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化又返回初態(tài)，其所有狀態(tài)參數(shù)的變化量為零。在學(xué)過(guò)第二章之后，可與過(guò)程量功量和熱量進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步加深對(duì)狀態(tài)量的理解。3、準(zhǔn)平衡過(guò)程

2、準(zhǔn)平衡過(guò)程將“平衡”與“過(guò)程”這一對(duì)矛盾統(tǒng)一了起來(lái)。定義：由一系列連續(xù)的準(zhǔn)平衡態(tài)組成的過(guò)程稱為準(zhǔn)平衡過(guò)程，又稱準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。實(shí)現(xiàn)條件：（1）推動(dòng)過(guò)程進(jìn)行的勢(shì)差（壓差、溫差）無(wú)限??；（2）馳豫時(shí)間短，即系統(tǒng)從不平衡到平衡的馳豫時(shí)間遠(yuǎn)小于過(guò)程進(jìn)行所用的時(shí)間。這樣系統(tǒng)在任意時(shí)刻都無(wú)限接近于平衡態(tài)。特點(diǎn)：系統(tǒng)內(nèi)外勢(shì)差足夠小，過(guò)程進(jìn)行得足夠慢，而熱力系恢復(fù)平衡的速度很快，所以工程上的大多數(shù)過(guò)程都可以作為準(zhǔn)平衡過(guò)程進(jìn)行分析。建立準(zhǔn)平衡過(guò)程概念的好處：(1) 可以用確定的狀態(tài)參數(shù)描述過(guò)程；（2）可以在參數(shù)坐標(biāo)圖上用一條連續(xù)曲線表示過(guò)程。4、可逆過(guò)程準(zhǔn)平衡過(guò)程概念的提出只是為了描述系統(tǒng)的熱力過(guò)程，但為了計(jì)算系統(tǒng)

3、與外界交換的功量和熱量，就必須引出可逆過(guò)程的概念。定義：過(guò)程能沿原路徑逆向進(jìn)行，并且系統(tǒng)與外界同時(shí)返回原態(tài)而不留下任何變化。實(shí)現(xiàn)條件：在滿足準(zhǔn)平衡過(guò)程條件下，還要求過(guò)程中無(wú)任何耗散效應(yīng)（通過(guò)摩擦、電阻、磁阻等使功變?yōu)闊岬男?yīng)）建立可逆過(guò)程概念的好處：(1) 由于可逆過(guò)程系統(tǒng)內(nèi)外的勢(shì)差無(wú)限小，可以認(rèn)為系統(tǒng)內(nèi)部的壓力、溫度與外界近似相等，因此可以用系統(tǒng)內(nèi)的參數(shù)代替復(fù)雜、未知的外界參數(shù)，從而簡(jiǎn)化問(wèn)題，使實(shí)際過(guò)程的計(jì)算成為可能，即先把實(shí)際過(guò)程當(dāng)作可逆過(guò)程進(jìn)行分析計(jì)算，然后再用由實(shí)驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)加以修正；（2）由于可逆過(guò)程是沒(méi)有任何能量損失的理想過(guò)程，因此，它給出了熱力設(shè)備和裝置能量轉(zhuǎn)換的理想極限，為

4、實(shí)際過(guò)程的改善指明了方向。上述概念的引出體現(xiàn)了熱力學(xué)研究問(wèn)題和處理問(wèn)題的方法，是熱力學(xué)中重要的概念，希望深刻理解這些概念，為后面章節(jié)的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，同時(shí)從中學(xué)習(xí)對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析簡(jiǎn)化的方法。第二章小結(jié)1、熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)就是能量守恒。表明當(dāng)熱能與其他形式的能量相互轉(zhuǎn)換時(shí)，能的總量保持不變。2、儲(chǔ)存能系統(tǒng)儲(chǔ)存的能量稱為儲(chǔ)存能，包括內(nèi)部?jī)?chǔ)存能和外部?jī)?chǔ)存能。（1）內(nèi)部?jī)?chǔ)存能熱力學(xué)能它與系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)粒子的微觀運(yùn)動(dòng)和粒子的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)。應(yīng)牢牢記住熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)。在簡(jiǎn)單可壓縮系中，不涉及化學(xué)反應(yīng)、核反應(yīng)和電磁場(chǎng)作用，可認(rèn)為工質(zhì)的熱力學(xué)能僅包括分子的內(nèi)動(dòng)能和內(nèi)位能。分子的內(nèi)動(dòng)能與工

5、質(zhì)的溫度有關(guān)，溫度越高，分子的內(nèi)動(dòng)能越大；分子的內(nèi)位能與工質(zhì)的比容有關(guān)，比容越大，分子的內(nèi)位能越小。理想氣體遠(yuǎn)離液態(tài)點(diǎn)，分子間距（比容）較大，分子的內(nèi)位能忽略不計(jì)，其熱力學(xué)能僅包括分子的內(nèi)動(dòng)能，因此，理想氣體的熱力學(xué)能是溫度的單值函數(shù)。（2）外部?jī)?chǔ)存能外部?jī)?chǔ)存能是系統(tǒng)整體相對(duì)于外界參考坐標(biāo)系的宏觀能量，包括系統(tǒng)整體作宏觀運(yùn)動(dòng)時(shí)的宏觀動(dòng)能和1 相對(duì)于外界參考基準(zhǔn)點(diǎn)的重力位能。（3）系統(tǒng)的總儲(chǔ)存能（簡(jiǎn)稱總能）系統(tǒng)的總儲(chǔ)存能為熱力學(xué)能、宏觀動(dòng)能和重力位能的總和。3、轉(zhuǎn)移能功量和熱量功量和熱量是系統(tǒng)與外界交換的能量，其大小與系統(tǒng)的狀態(tài)無(wú)關(guān)，而是與傳遞能量時(shí)所經(jīng)歷的具體過(guò)程有關(guān)。所以功量和熱量不是狀態(tài)參

6、數(shù)，而是與過(guò)程特征有關(guān)的過(guò)程量，稱為轉(zhuǎn)移能或遷移能。4、閉口系能量方程熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于（靜止的）閉口系時(shí)的能量關(guān)系式即為閉口系能量方程。其表達(dá)式有以下幾種形式，它們的使用條件不同：（1） q = u + w（2） q = u +（3） q = c T +或Q = U +W（適用條件：任意工質(zhì)、任意過(guò)程）（適用條件：任意工質(zhì)、可逆過(guò)程）（適用條件：理想氣體、可逆過(guò)程）pdV2pdv或Q = U + 1 pdV2pdv或Q = mc T +VV15、穩(wěn)流系能量方程熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于穩(wěn)流系時(shí)的能量關(guān)系式即為穩(wěn)流系能量方程。其表達(dá)式也有以下幾種形式，它們的使用條件也不同：（1） q = h +

7、wt（2） q = h vdp（3） q = c T vdp或Q = H +Wt（適用條件：任意工質(zhì)、任意過(guò)程）（適用條件：任意工質(zhì)、可逆過(guò)程）（適用條件：理想氣體、可逆過(guò)程）Vdp2或Q = H 1Vdp2或Q = mc T pp16、穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程中幾種功量的關(guān)系在穩(wěn)流系中，隱含的膨脹功等于流動(dòng)功和技術(shù)功之和，即w = (pv) + 1 c 2+ gz + ws = w + wt2f其中，技術(shù)功為出口與進(jìn)口處的動(dòng)能差、位能差和軸功之和，即w = 1 c+ gz + ws2t27、焓的定義及其物理意義焓是在研究流動(dòng)能量方程時(shí)，為工程應(yīng)用方便而引出的一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。由于在流動(dòng)過(guò)程中，工質(zhì)必定攜帶的

8、能量除熱力學(xué)能 U外，還有推動(dòng)功（推進(jìn)功）pV，所以為工程應(yīng)用方便起見(jiàn)，把二者組合為焓 H，所以說(shuō)焓是流動(dòng)工質(zhì)攜帶的基本能量，或者說(shuō)是流動(dòng)工質(zhì)所攜帶的總能量中與熱力狀態(tài)有關(guān)的那部分能量。焓的定義式為H =U + pV或h = u + pv焓作為一個(gè)宏觀存在的狀態(tài)參數(shù)，在開口系和閉口系中都存在，但在分析開口系時(shí)的作用更大。在分析閉口系統(tǒng)時(shí)，通常使用熱力學(xué)能參數(shù)，只是在分析閉口系的定壓過(guò)程時(shí)，焓可以表示閉口系在定壓過(guò)程中與外界交換的熱量，此時(shí)焓具有特殊作用。不必太深究焓的物理意義，只要能熟練掌握焓的計(jì)算即可。關(guān)于焓的計(jì)算將在第三章學(xué)習(xí)。焓的物理意義可簡(jiǎn)單總結(jié)如下：（1）對(duì)非流動(dòng)工質(zhì)，焓僅是狀態(tài)參數(shù)

9、。（2）對(duì)流動(dòng)工質(zhì)，焓既是狀態(tài)參數(shù)，也是工質(zhì)流動(dòng)時(shí)攜帶的取決于熱力狀態(tài)的那部分能量（或基本能量）。理想氣體的焓和熱力學(xué)能一樣，也僅是溫度的單值函數(shù)。第三章小結(jié)2 1、理想氣體的熱力性質(zhì)（1）理想氣體的狀態(tài)方程狀態(tài)方程不是難點(diǎn)，但卻是本章的重點(diǎn)。應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：狀態(tài)方程（3.1）反映的是同一平衡狀態(tài)下基本狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，只能用于同一平衡狀態(tài)，不能用于過(guò)程計(jì)算。注意不要把狀態(tài)方程和過(guò)程方程混淆。公式中的壓力為絕對(duì)壓力，溫度為絕對(duì)溫度狀態(tài)方程（3.1a）（3.1d）是針對(duì)不同物量單位的表達(dá)形式，使用時(shí)注意各物理量的單位與氣體常數(shù) R 或通用氣體常數(shù) R協(xié)調(diào)一致。g（2）比

10、熱容學(xué)習(xí)比熱容時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：容積比熱容 c的單位為：J/(NmK)，其物量單位必須是標(biāo)準(zhǔn)立方米（Nm），即氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀3 3態(tài)時(shí)的體（容）積，這是因?yàn)闅怏w在不同狀態(tài)時(shí)的體積不同， 1kmol理想氣體也只是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)才具有22.4 m3的容積。計(jì)算時(shí)必須注意非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的容積與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下容積的換算，如例 3.1。在查取平均比熱容表時(shí)，首先應(yīng)注意是哪種比熱容，如教材附表 2是平均定壓質(zhì)量比熱容，其他比熱容可利用它們之間的換算公式計(jì)算，如例 3.2。平均比熱容表的自變量是攝氏溫標(biāo)，千萬(wàn)不要將 t化為 T。如果所查取的溫度值沒(méi)有列出，如要查 150 C 時(shí)的平均定壓質(zhì)量比熱容，可在附表 2中利用

11、 100 C和 200 C的比熱容用線性內(nèi)插法求得。（3）理想氣體熱力學(xué)能、焓和熵的計(jì)算首先要牢記理想氣體的熱力學(xué)能和焓僅是溫度的函數(shù)，而熵則與 2個(gè)獨(dú)立的基本狀態(tài)參數(shù)有關(guān)。利用定值比熱容計(jì)算理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵是本章的重點(diǎn)之一，需熟練掌握。應(yīng)當(dāng)注意：盡管計(jì)算公式是利用可逆過(guò)程的公式推導(dǎo)得到，但由于熱力學(xué)能、焓和熵都是狀態(tài)參數(shù)，其計(jì)算公式適用于理想氣體的任意過(guò)程。2、理想氣體的熱力過(guò)程在本章的學(xué)習(xí)中，同學(xué)們很容易產(chǎn)生公式太多，難以記憶的感覺(jué)，為了便于公式的查取，各種過(guò)程的計(jì)算公式已列于表 3.2。但是，如何記憶和運(yùn)用這些公式仍是一個(gè)難點(diǎn)，為此進(jìn)行以下分析，以幫助大家理解性地記憶和靈活運(yùn)用

12、這些公式。（1）4種基本熱力過(guò)程及多變過(guò)程的特點(diǎn)和過(guò)程方程首先要理解過(guò)程方程描述的是過(guò)程的特點(diǎn)，即整個(gè)過(guò)程遵循相應(yīng)的過(guò)程方程的規(guī)律變化。4種基本熱力過(guò)程的特點(diǎn)是定容、定壓、定溫和定熵，也就是說(shuō)這 4種過(guò)程中總有一個(gè)狀態(tài)參數(shù)保持不變；對(duì)于多變過(guò)程，則過(guò)程中所有的狀態(tài)參數(shù)都在變。關(guān)于過(guò)程方程，應(yīng)記住基本方程 pv = const，可認(rèn)為理想氣體n在可逆過(guò)程中都遵循該關(guān)系式。多變指數(shù) n的取值范圍為從 0 +之間的任一實(shí)數(shù)，所以該過(guò)程方程適用于所有的可逆過(guò)程。而 4種基本熱力過(guò)程則是所有可逆多變過(guò)程中的幾個(gè)特例，根據(jù)過(guò)程特點(diǎn)分別為定容過(guò)程：n=，定壓過(guò)程：n=0，定溫過(guò)程：n=1，定熵過(guò)程：n=，所

13、以 4種基本熱力過(guò)程的過(guò)程方程不需要死記硬背就可以推出。（2）過(guò)程中任意兩狀態(tài)間 p、v、T參數(shù)之間的關(guān)系由克拉貝龍方程p v1 = p2vp3v3= L = RgT312=T1T2可以很容易地推得定容、定壓和定溫過(guò)程中任意兩狀態(tài)間 p、v、T參數(shù)之間的關(guān)系式。而對(duì)于多變過(guò)程和定熵過(guò)程，可以利用其狀態(tài)方程和過(guò)程方程聯(lián)立求出，也無(wú)需死記硬背。而且多變過(guò)程與定熵過(guò)程狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系式結(jié)構(gòu)相同，只是多變指數(shù)不同，所以推出一個(gè)就可得出另一個(gè)。（3）過(guò)程中系統(tǒng)與外界交換的功量和熱量1功量對(duì)于定容和定壓過(guò)程，選用以下可逆過(guò)程的基本積分式計(jì)算功量很方便，即3 2pdv容積功：w =12技術(shù)功： w = t

14、vdp1顯然，定容過(guò)程： w = 0， w = v(p p ) = vpt12定壓過(guò)程：w = p(v v ) = pv，w = 0t21定容過(guò)程容積功為零，定壓過(guò)程技術(shù)功為零，可作為一種概念牢記，根本不必計(jì)算。對(duì)于定溫過(guò)程，仍可以用可逆過(guò)程的基本積分式計(jì)算功量，只需利用理想氣體狀態(tài)方程將 p化為 v的函數(shù)形式計(jì)算 w，或?qū)?v化為 p的函數(shù)形式計(jì)算 w。如下所示：t22R Tdv = R T ln = R T ln p1v2pdv =gw =gg 1 1vv1dp = R T ln p1 = R T ln v2v1p222R Tgw = vdp = 1tgg 1pp2比較以上兩式，有 ww，

15、即定溫過(guò)程的容積功等于技術(shù)功。t定溫過(guò)程計(jì)算功量的另一種方法是利用能量方程式，結(jié)合閉口系和穩(wěn)流系的能量方程式，可進(jìn)一步得出 wwq。因此，對(duì)可逆等溫過(guò)程，利用下式計(jì)算功量更方便。tv2p12ww q = Tds = Ts =TR ln =TRgtgv1p21定溫過(guò)程的容積功、技術(shù)功、以及換熱量均相等，只需求出一個(gè)即可。對(duì)于絕熱過(guò)程，利用能量方程式計(jì)算功量較方便，即。Rgw = u = c (T T ) = 1(T T2)V121Rgw = h = c (T T ) =(T T ) = wtp1212 1注意：以上兩式對(duì)可逆絕熱（定熵）和不可逆絕熱過(guò)程都適用，這是由于在 q=0的條件下，容積功等

16、于狀態(tài)參數(shù)熱力學(xué)能的變化量，技術(shù)功等于狀態(tài)參數(shù)焓的變化量，而狀態(tài)參數(shù)與過(guò)程是否可逆無(wú)關(guān)。當(dāng)然，如果可逆絕熱和不可逆絕熱過(guò)程的初始狀態(tài)相同，那么它們的終了狀態(tài)一定不同，實(shí)際計(jì)算出的 w和 wt也不同。所以只是 w和 w的計(jì)算表達(dá)式相同。t對(duì)于多變過(guò)程，其功量計(jì)算公式同定熵過(guò)程結(jié)構(gòu)相同，只需將公式中的換成 n即可，即與公式（3.51）和（3.52）相同，因此，利用絕熱過(guò)程求出功量計(jì)算公式后再用 n代替的方法得到多變過(guò)程功量計(jì)算公式，是一種捷徑。具體公式在此不再列出。除定容過(guò)程外，各種過(guò)程的技術(shù)功都是容積功的 n倍，即 wnw，因此，只要計(jì)算出其中一個(gè)，t另一個(gè)也就很容易得到。2熱量對(duì)于定容和定壓過(guò)

17、程，選用以下公式計(jì)算熱量很方便，即2q = c dTp1定容過(guò)程：定壓過(guò)程：q = c (T T ) = c TV 2 1 Vq = c (T T ) = c Tp21p對(duì)于定溫過(guò)程，則選用以下公式計(jì)算熱量很方便，即v2p12q = 1Tds = Ts =TR ln =TRggv1p2對(duì)于絕熱過(guò)程，直接有：q0對(duì)于多變過(guò)程，可利用能量方程計(jì)算熱量，即4 RgRgq = u + w = c (T T ) +(T T ) = c (T T1)2V2121V1nn 1利用邁耶公式c = c + R 及 c /c = ，可得pVgpVq = n cV (T T1)2n 1以上分別針對(duì)各種不同過(guò)程，給出

18、了計(jì)算功量和熱量的簡(jiǎn)便方式及其相應(yīng)的公式，并對(duì)各公式的來(lái)歷和推導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行了分析，說(shuō)明表 3.2中的許多公式無(wú)需死記硬背，而只需記住重要的基本概念和幾個(gè)重要的基本公式即可。（4）4種基本熱力過(guò)程及多變過(guò)程在 p-v圖、T-s圖上的表示及特點(diǎn)過(guò)程線在 p-v圖和 T-s圖上的分布規(guī)律：1）基本過(guò)程線是區(qū)域的分界線；2）以定容線為界分為 2個(gè)區(qū)域，n沿順時(shí)針?lè)较驈?。此部分內(nèi)容對(duì)分析過(guò)程非常重要，需要較好地掌握。建議詳細(xì)閱讀教材相關(guān)章節(jié)，具體內(nèi)容在此不再重復(fù)。第四章小結(jié)1、熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力過(guò)程只能朝著能量品質(zhì)不變（可逆過(guò)程）或能量品質(zhì)降低的方向進(jìn)行。一切自發(fā)過(guò)程的能量品質(zhì)總是降低的，因此可以

19、自發(fā)進(jìn)行，而自發(fā)過(guò)程的逆過(guò)程是能量品質(zhì)升高的過(guò)程，不能自發(fā)進(jìn)行，必須有一個(gè)能量品質(zhì)降低的過(guò)程作為補(bǔ)償條件才能進(jìn)行，總效果是能量品質(zhì)不變或降低。熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式可歸納為以下幾種：（1）卡諾定理ttc , c , cQ0（2）克勞修斯積分不等式TrQ = dSfdS（3）由克勞修斯積分不等式推出（4）熵方程TrQ+ S = S + Sgg fTrSiso = S0S =（5）孤立系熵增原理g上述 5式是等效的，只是表達(dá)形式不同，因此適用的對(duì)象也不同。（1）、（2）式適用于任何循環(huán)；（3）、（4）式適用于任何過(guò)程；（5）式適用于孤立系或閉口絕熱系和穩(wěn)流絕熱系的任何循環(huán)和過(guò)程。2、熱力學(xué)第二

20、定律的應(yīng)用（1）判斷過(guò)程或循環(huán)能否進(jìn)行，如能進(jìn)行，是否可逆因?yàn)檫^(guò)程或循環(huán)必須同時(shí)滿足熱力學(xué)第一、二定律才能進(jìn)行，所以通常在給定條件下，先判斷是否滿足熱力學(xué)第二定律，然后再利用熱力學(xué)第一定律（能量方程）進(jìn)行計(jì)算。判斷循環(huán)有三種方法，詳見(jiàn)例 4.5。判斷過(guò)程可用上述（2）、（4）式。孤立系熵增原理既可用于循環(huán)，也可用于過(guò)程，可重點(diǎn)掌握。對(duì)于非孤立系過(guò)程方向性的判斷，可將存在相互作用關(guān)系的物體一起構(gòu)成孤立系，然后再利用孤立系熵增原理。如例 4.4、4.5。對(duì)穩(wěn)流絕熱系，也可用如例 4.6的方法計(jì)算出口相對(duì)于進(jìn)口的熵增，從而判斷過(guò)程能否進(jìn)行及是否可逆。（2）證明某過(guò)程不可逆證明某過(guò)程不可逆的本質(zhì)與應(yīng)用

21、（1）相同，只是提出問(wèn)題的角度不同。由熵方程可知，只要能證明某過(guò)程的熵產(chǎn)大于零，即可證明該過(guò)程不可逆。3、不同循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是反映能量有效利用程度的一個(gè)指標(biāo)，不同的循環(huán)，目的不同，所以經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的計(jì)算方式也不同。但其定義式可統(tǒng)一表示為5 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)=獲得的好處/付出的代價(jià)理解了上述經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的定義，便可很容易地記憶不同循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)并進(jìn)行計(jì)算。4、卡諾循環(huán)、卡諾定理及其意義卡諾循環(huán)是為方便熱力循環(huán)分析而提出的一種循環(huán)，實(shí)際上無(wú)法實(shí)現(xiàn)，但是利用卡諾循環(huán)分析得到的提高循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的方法卻具有普遍實(shí)用意義?？ㄖZ定理提供了兩個(gè)熱源間循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的最高界限，給一切循環(huán)確定了一個(gè)判斷其熱、功轉(zhuǎn)換

22、完善程度的基礎(chǔ)，因而具有普遍的指導(dǎo)意義。而且利用卡諾定理可判斷循環(huán)是否可以進(jìn)行以及是否可逆。5、熵流、熵產(chǎn)和熵方程學(xué)習(xí)熵流、熵產(chǎn)的定義和熵方程，有助于更深刻地理解熵的概念，進(jìn)一步說(shuō)明了為什么總強(qiáng)調(diào)只有可逆絕熱過(guò)程才是定熵過(guò)程，而不可逆絕熱過(guò)程熵必增加的道理。特別要注意的是：盡管可逆過(guò)程的熵變等于熵流，但熵流不是狀態(tài)參數(shù)，只有熵才是狀態(tài)參數(shù)。當(dāng)然，熵產(chǎn)也不是狀態(tài)參數(shù)。6、熵變計(jì)算公式的分析和應(yīng)用熵是非常重要的狀態(tài)參數(shù)，由可逆過(guò)程熵的定義式，得可逆過(guò)程熵變的基本計(jì)算公式為QTS =上式可用于任意物質(zhì)熵變的計(jì)算。但針對(duì)不同的工質(zhì)，在結(jié)合該種工質(zhì)熱力性質(zhì)的條件下，所推出的熵變計(jì)算公式不同，為便于大家掌

23、握和靈活應(yīng)用熵變的計(jì)算方法，現(xiàn)將幾種常見(jiàn)情況的熵變計(jì)算公式總結(jié)如下：（1）理想氣體熵變的計(jì)算理想氣體熵變的計(jì)算可利用第三章第三節(jié)推出的（3.21）、（3.22）和（3.23）式（即表 3.2中熵變的計(jì)算公式）進(jìn)行計(jì)算，這些公式都是利用上面熵變的基本計(jì)算公式、熱力學(xué)第一定律和理想氣體的熱力性質(zhì)推出的，此處不再贅述。（2）固體或液體熵變的計(jì)算對(duì)固體或液體，一般情況下，cc c，則其可逆過(guò)程熵變的計(jì)算公式同樣由上述基本計(jì)算公式推出pV為（3.24）式（見(jiàn)第三章第三節(jié)），即QmcdTT= mc ln T2T2S =T11如果是等溫過(guò)程，T為常數(shù)，不能再用上式計(jì)算，其熵變?yōu)镼 =1QT2S =Q =1T

24、T（3）熱源的熵變計(jì)算熱源是給工質(zhì)提供熱量，或接受工質(zhì)排出熱量的物體，越過(guò)其邊界的所有能量都是熱量。通常在對(duì)循環(huán)進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，將高溫?zé)嵩?、低溫?zé)嵩醇肮べ|(zhì)一起選作孤立系，因此需對(duì)孤立系中各子系統(tǒng)進(jìn)行熵變計(jì)算。如果是變溫?zé)嵩?，即熱源在吸熱或放熱時(shí)，溫度隨之變化，熱源熵變的計(jì)算公式為QS =Tr式中 T為熱源溫度，實(shí)際計(jì)算時(shí)根據(jù)具體熱源的情況積分。r如果是恒溫?zé)嵩矗琓 =常數(shù)，熱源的熵變?yōu)閞QS =Tr注意：上述熵變的計(jì)算公式都是利用可逆過(guò)程推出的，但由于熵是狀態(tài)參數(shù)，所以同樣可用于任意過(guò)程熵變的計(jì)算。（4）實(shí)際氣體（蒸氣）熵變的計(jì)算6 實(shí)際氣體熵變的計(jì)算不能用理想氣體熵變的計(jì)算公式，工程上通常是

25、利用其已知狀態(tài)參數(shù)，查相應(yīng)工質(zhì)的熱力性質(zhì)圖表得到初、終狀態(tài)的熵（實(shí)際氣體熱力學(xué)能和焓的求取方法同熵），從而得到熵的變化值。具體方法將在第五章講述。7、做功能力（）和做功能力損失（損失）的概念及其計(jì)算）的概念及其計(jì)算（1）做功能力（熱力學(xué)第二定律說(shuō)明能量不僅有數(shù)量的多少，還有品質(zhì)的高低。做功能力（）正是一個(gè)可單獨(dú)評(píng)價(jià)能量品質(zhì)的物理量。不同形式能量的做功能力（）計(jì)算不同，本教材重點(diǎn)介紹了與熱功轉(zhuǎn)換密切相關(guān)的熱力學(xué)能 、熱量和焓。 熱力學(xué)能是閉口系工質(zhì)的做功能力，其定義為：閉口系從任一給定狀態(tài) 1以可逆方式變化到環(huán)境狀熱力學(xué)能態(tài)，并且只與環(huán)境交換熱量時(shí)，所能做出的最大有用功。熱力學(xué)能的計(jì)算式為Ex,

26、 U = (U U ) T (S S ) + p (V V0)1001001相應(yīng)的是指該能量中不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰浚?的計(jì)算式為An, U =U +T (S S ) p (V V0)001001在一定的環(huán)境條件下，熱力學(xué)能數(shù)。由以上兩式，可推得和只與系統(tǒng)的初態(tài)有關(guān)，因此，熱力學(xué)能和 也可作為狀態(tài)參Ex, U =U An1或E =U1所以，熱力學(xué)能也可看做是系統(tǒng)給定狀態(tài)的熱力學(xué)能減去 ，即閉口系工質(zhì)只與環(huán)境交換熱量時(shí)，所含有的能量就是熱力學(xué)能，熱力學(xué)能中可以轉(zhuǎn)換為最大有用功的限度就是熱力學(xué)能。如果閉口系從狀態(tài) 1變化到狀態(tài) 2（不是環(huán)境狀態(tài)），系統(tǒng)所能做出的最大有用功等于這兩個(gè)狀態(tài)的熱力

27、學(xué)能差，其大小只與 1、2狀態(tài)有關(guān)，該最大有用功的計(jì)算式為We,max = EX,U = EX,U,1 EX,U,2 = (U U ) T (S S ) + p (V V2)1201201 熱量系統(tǒng)所傳遞的熱量在給定環(huán)境條件下，以可逆方式所能做出的最大有用功稱為該熱量的。熱量的計(jì)算式為T Q = Q T SEx,Q=10Q = Q T00T T該熱量中不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ牟糠址Q為熱量的，熱量 的計(jì)算式為Q= T S0TAn, Q = Q Ex, Q = T0相同數(shù)量的熱量，在不同溫度下，具有不同的熱量。熱量的溫度越高，熱量的品質(zhì)越高，其熱量越大。注意熱量與熱量一樣是過(guò)程量，不是狀態(tài)量。焓焓是穩(wěn)流

28、系工質(zhì)的做功能力，其定義為：在忽略穩(wěn)流系工質(zhì)宏觀動(dòng)、位能差的條件下，穩(wěn)定流動(dòng)工質(zhì)從任一給定狀態(tài) 1（進(jìn)口狀態(tài)）以可逆方式變化到環(huán)境狀態(tài)，并且只與環(huán)境交換熱量時(shí)，所能做出的最大有用功（技術(shù)功）。穩(wěn)流系焓的計(jì)算式為Ex, H = (H H ) T (S S0)1001同樣，焓又可理解為是系統(tǒng)初態(tài)與環(huán)境狀態(tài)的焓差減去放給環(huán)境的熱量。相應(yīng)的為An, H = H Ex, H = H +T (S S0 )1001穩(wěn)流系統(tǒng)的做功能力（即焓）和也是狀態(tài)參數(shù)。同樣，對(duì)穩(wěn)流系統(tǒng)工質(zhì)可推得E = H17 說(shuō)明穩(wěn)流系統(tǒng)工質(zhì)在進(jìn)口處所具有的能量就是焓 H，H 中可以轉(zhuǎn)換為最大有用功的限度就是焓。11兩個(gè)狀態(tài)之間的最大有

29、用功（焓差）只取決于初、終態(tài)，與路徑和方法無(wú)關(guān)，即Ex, H = (H H ) T (S S2)1201（2）做功能力損失（損失）的概念及其計(jì)算由于過(guò)程不可逆使工質(zhì)本來(lái)具有的做功能力減少的部分稱為做功能力損失。無(wú)論是開口系還是閉口系，無(wú)論是何種不可逆因素，無(wú)論是何種工質(zhì)、何種狀態(tài)，其做功能力損失都可用下式計(jì)算。即I = T Sg0所以，上式可用于任意系統(tǒng)、任意工質(zhì)、任意過(guò)程、任意初、終態(tài)間做功能力損失的計(jì)算。第五章小結(jié)1、水蒸氣的 p-v圖和 T-s圖熟悉水蒸氣的 p-v圖和 T-s圖上所謂的“一點(diǎn)、兩線、三區(qū)、五態(tài)”，能根據(jù)工質(zhì)在圖上的位置確定其狀態(tài)，以及不同壓力下水蒸氣定壓發(fā)生過(guò)程的特點(diǎn)及

30、變化規(guī)律（見(jiàn)本章第一節(jié)）。2、確定蒸氣狀態(tài)參數(shù)的獨(dú)立變量（1）未飽和液體和過(guò)熱蒸氣由于未飽和液體和過(guò)熱蒸氣分別處于單相區(qū)，所以狀態(tài)參數(shù) p、t、v、s、h中，只要任意給定兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，其他參數(shù)就確定了。通常獨(dú)立變量取 p和 t。（2）飽和液體和干飽和蒸氣飽和液體和干飽和蒸氣同樣為單相物質(zhì)，而且處于飽和狀態(tài)，其壓力和溫度不再是獨(dú)立變量，而是一一對(duì)應(yīng)的一對(duì)參數(shù)。只要知道其中一個(gè)，另一個(gè)就唯一確定，而且其他狀態(tài)參數(shù) v、s、h也唯一確定，因此，飽和液體和干飽和蒸氣只有一個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)，通常獨(dú)立變量取 p或 t。（3）濕（飽和）蒸氣濕（飽和）蒸氣處于兩相區(qū)，其壓力和溫度為飽和壓力和飽和溫度，二者一一

31、對(duì)應(yīng)，只有一個(gè)為獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)，但其他狀態(tài)參數(shù) v、s、h與濕蒸氣的干度 x（或濕度，多用干度）有關(guān)，所以，濕蒸氣的獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)也是兩個(gè)，即壓力和干度（或溫度和干度）。3、水蒸氣熱力性質(zhì)圖表的應(yīng)用（1）確定蒸氣的狀態(tài)參數(shù)如果工質(zhì)的狀態(tài)是未知的，在確定蒸氣的狀態(tài)參數(shù)之前，首先應(yīng)先查飽和水和干飽和蒸氣表（附表 4或附表 5）確定其所處的狀態(tài)，然后再根據(jù)所處狀態(tài)查相應(yīng)的表確定蒸氣的狀態(tài)參數(shù)。（2）蒸氣熱力過(guò)程的分析計(jì)算蒸氣熱力過(guò)程分析計(jì)算的一般步驟：首先在 h-s圖上根據(jù)已知參數(shù)找出初態(tài)點(diǎn) 1，并利用圖表確定該狀態(tài)的所有其他狀態(tài)參數(shù)；然后過(guò) 1點(diǎn)沿過(guò)程特征（等參數(shù)線）找到與已知終態(tài)參數(shù)線的交點(diǎn)，該交點(diǎn)

32、即為終態(tài)點(diǎn) 2，確定終態(tài)所有的狀態(tài)參數(shù)之后，便可利用能量方程進(jìn)行過(guò)程功量與熱量的計(jì)算。第六章小結(jié)1、濕空氣的概念及其狀態(tài)參數(shù)(1)濕空氣的概念及其獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)的個(gè)數(shù)濕空氣是由干空氣和水蒸氣組成的理想氣體混合物。濕空氣可分為飽和（濕）空氣和未飽和（濕）空氣。飽和（濕）空氣中水蒸氣的含量為 t對(duì)應(yīng)的最大飽和量，只需要 2個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)就可確定其狀態(tài)。由于濕空氣的壓力 p和溫度 t可直接測(cè)得，故常用 p和 t作為狀態(tài)參數(shù)。未飽和（濕）空氣中水蒸氣的含量是變化的。所以除 p和 t外，還需 p、t 、t 以及 h中vDvw的任意一個(gè)參數(shù)確定濕空氣中水蒸氣含量的多少，即需要 3個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)。除 p、

33、t外，t 和 t 可直接Dw測(cè)量，其余為不可測(cè)參數(shù)，只能間接獲得。（2）濕空氣狀態(tài)參數(shù)的定義及計(jì)算理解 p、t、p、p、t 、t 、h等各參數(shù)的定義及相互之間的關(guān)系；s v D v w8 會(huì)利用水蒸氣圖表和濕空氣的濕度圖（-t圖）查取或利用公式計(jì)算各參數(shù)。第七章小結(jié)學(xué)習(xí)本章的最終目的是能根據(jù)具體情況正確進(jìn)行噴管的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算，重點(diǎn)內(nèi)容包括：噴管選型；出口流速、流量的計(jì)算。二、難點(diǎn)突破1、漸縮噴管的出口壓力 p2(1) 如果是按照噴管選型原則（最節(jié)能原則）確定的漸縮噴管，該漸縮噴管就在設(shè)計(jì)工況下工作，若pb / p ，其出口壓力 pp p ；若 p / p = ，其出口壓力 pp = p ；0

34、2bb02bcrcrcrcr(2) 如果漸縮噴管不滿足選型原則，即使用不恰當(dāng)，或者說(shuō)在應(yīng)該選用縮放噴管的情況下（p / p ）b1cr使用漸縮噴管，由于漸縮噴管最多只能膨脹到臨界狀態(tài)，所以出口壓力 pp p。這種情況下大于背壓2crbpb的那部分壓力降因未能得到利用就損失掉了。總結(jié)：漸縮噴管的出口壓力總是等于 p 和 p 中的較大者，即 p = p，p max?；蛘哒f(shuō)出口壓力不可bcr2bcr能降到臨界壓力以下，即 pp 。2cr2、漸縮噴管的出口流速 c2漸縮噴管最多只能膨脹到臨界狀態(tài)，此時(shí) pp ，c =c ；否則，pp ，c c 。所以漸縮噴管的出口2cr2cr2cr2cr流速 cc 。

35、2cr3、漸縮噴管的流量 qm漸縮噴管的流量 q 隨 p / p 的降低而增大，在進(jìn)口狀態(tài)一定的條件下，q 隨 p 的降低而增大，當(dāng) p = pcrmb0mbb時(shí)，q =qm,max。所以漸縮噴管的流量 q qm,max。mm4、縮放噴管縮放噴管可以將氣流從亞音速一直加速到超音速，pp 1040.659106計(jì)算知管內(nèi)為紊流，應(yīng)選用公式（10.20），由附表 10查得其他物性參數(shù)如下： = 0.634 W/(m K) , Pr = 4.31, = 6.54104 kg/(m s), = 3.15104 kg/(m s)fffw0.110.11 6.541043.15104由題意知：本題屬于加熱

36、液體，t = 90 C，wct = f= =1.0837w又因?yàn)楣艿罏殚L(zhǎng)直管，故 c =1，c =1，將上述所有參數(shù)代入式（10.20）lRNu = 0.023Ref0.8 Prf0.4 ctc c = 0.023 606890.8 4.310.4 1.0837 = 299.858fl Rf299.858 0.634 = 9505.5W/(m2 K)=h = Nuf L0.02第十一章小結(jié)1、熱輻射的基本概念（1）熱輻射的本質(zhì)和特點(diǎn)本質(zhì)：熱輻射是輻射的一部分. 是由于物體自身溫度或熱運(yùn)動(dòng)的原因而激發(fā)產(chǎn)生的電磁波，具有顯著的熱效應(yīng)。特點(diǎn)（與導(dǎo)熱和對(duì)流相比的不同）：不依靠物質(zhì)的接觸（無(wú)論有無(wú)介質(zhì)、

37、相隔多遠(yuǎn)）;從發(fā)射表面到接收表面輻射傳熱伴隨著能量形式的兩次轉(zhuǎn)化；只要物體的溫度 T0 K，就能不斷向外輻射熱量。因此低溫物體也能向高溫物體輻射熱量。（2）吸收比（率）、反射比（率）和透射比（率）物體對(duì)外界輻射來(lái)的熱量具有吸收、反射和透射的能力。分別用吸收比、反射比和透射比反映物體相應(yīng)能力的大小。黑體（=1）、白體（=1）和透明體（=1）都是假想的理想物體。（3）輻射力和有效輻射輻射力 E 單位時(shí)間內(nèi)、單位輻射面積向其上半球空間所發(fā)射的全波長(zhǎng)的輻射能總量(能流密度)有效輻射 J單位時(shí)間離開單位表面的總輻射能。包括自身輻射的能量和反射輻射能量。2、熱輻射的基本定律熱輻射的基本定律：斯蒂芬-波爾茲

38、曼定律、普朗克定律、維恩位移定律和基爾霍夫定律。其中，斯蒂芬-波爾茲曼定律又稱四次方定律，它給出了黑體輻射力 E 與溫度的關(guān)系；普朗克定律則揭示了黑體的b單色輻射力與波長(zhǎng)和溫度的關(guān)系，它反映了熱輻射的光譜特性；維恩位移定律則是從普朗克定律導(dǎo)出的，它給出了光譜輻射力達(dá)到最大時(shí)波長(zhǎng)與絕對(duì)溫度的關(guān)系；基爾霍夫定律則揭示了實(shí)際物體（工程溫度以下的漫灰表面）發(fā)射率（黑度）與吸收率相等的關(guān)系。特別注意基爾霍夫定律的適用條件是工程溫度以下的漫灰表面，如對(duì)于太陽(yáng)輻射，實(shí)際物體的黑度和吸收率不相等。3、角系數(shù)（1）定義表面 1發(fā)出的輻射能中落到表面 2上的能量與表面 1發(fā)出的總輻射能的比值稱為表面 1對(duì)表面 2的角系數(shù)，記為 X1, 2。同理也可定義表面 2對(duì)表面 1的角系數(shù) X2, 1。在兩個(gè)漫灰表面溫度均勻、發(fā)射率均勻、反射率均勻、投射輻射也均勻的條件下，角系數(shù)為一個(gè)純幾何參數(shù)，它僅與物體的形狀、大小、距離和位置有關(guān)。（2）特性相對(duì)性（又稱互換性）；完整性和分解性。（3）確定方法：角系數(shù)可利用角系數(shù)定義直接判斷，也可用積分法、查曲線圖、或代數(shù)法（利用角系數(shù)特性和已知角12 系數(shù)求解）等方式獲得，要求重點(diǎn)掌握利用角系數(shù)定義直接判斷、查曲線圖和代數(shù)法。4