工程熱力學主題課件

工程熱力學第一章熱力學基礎(chǔ)知識

第二章熱力學第一定律第三章理想氣體的熱力性質(zhì)及基本熱力過程第四章熱力學第二定律第五章水蒸氣第六章蒸氣的流動第七章蒸氣的動力循環(huán)本章重點

工質(zhì)和熱力系、狀態(tài)和基本狀態(tài)參數(shù)、平衡狀態(tài)和熱力過程、功和熱量第一章熱力學基礎(chǔ)知識第一節(jié)工質(zhì)和熱力系一、工質(zhì)1.熱機：能夠?qū)崮苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的設(shè)備熱能機械能2.工質(zhì)：在熱機中熱能不斷的轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能所借助的媒介物質(zhì)3.工質(zhì)的選擇：熱力學中熱能與機械能之間的相互轉(zhuǎn)換是通過物質(zhì)的體積變化來實現(xiàn)的，常選氣態(tài)物質(zhì)作為工質(zhì)媒介物質(zhì)(一)、熱力系、外界和邊界1.熱力系：具體制定的，用界面分離出來的研究對象。2.外界：系統(tǒng)以外與之相關(guān)的所有有關(guān)物體二、熱力系3.邊界(界面)：系統(tǒng)與外界的分界面界面的性質(zhì)：它可以是真實的，也可以假想；可以固定也可以移動系統(tǒng)與外界的作用都通過邊界(二)、閉口系和開口系、絕熱系和孤立系熱力系外界物質(zhì)交換能量交換物質(zhì)流進和流出熱力系統(tǒng)傳熱和作功兩種形式1.熱力系分類：按熱力系與外界進行物質(zhì)交換的情況分：閉口系：系統(tǒng)與外界無物質(zhì)交換，即無物質(zhì)穿過邊界

開口系：系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，即有物質(zhì)穿過邊界絕熱系：系統(tǒng)與外界無熱交換孤立系：系統(tǒng)與外界無任何相互作用，既沒有物質(zhì)穿過邊界，也不與外界發(fā)生任何形式的能量交換。絕對的絕熱系和孤立系實際上不存在，是兩種理想模型。某段時間內(nèi)與外界傳熱量很少，對于系統(tǒng)的能量傳遞和能量轉(zhuǎn)換所起的作用可忽略，就可看成絕熱系；研究對象連同它直接相關(guān)的外界所有物體一起取做新的熱力系，就是一個孤立系。第二節(jié)狀態(tài)和基本狀態(tài)參數(shù)一、狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)1.狀態(tài)：某一瞬間熱力系所呈現(xiàn)的宏觀物理狀況2.狀態(tài)參數(shù)：描述工質(zhì)狀態(tài)的宏觀物理量3.狀態(tài)參數(shù)的特征：(1)、狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數(shù)也確定，反之亦然(2)、狀態(tài)參數(shù)的積分特征：狀態(tài)參數(shù)的變化量與路徑無關(guān)，只與初終態(tài)有關(guān)。數(shù)學表達式如下：式中，x1，x2分別代表兩種狀態(tài)的狀態(tài)參數(shù)4.基本狀態(tài)參數(shù)：常用的三個狀態(tài)參數(shù)是壓力、溫度和比體積，它們都是可以直接測量的物理量，并且物理意義簡單易懂二、基本狀態(tài)參數(shù)(一)、壓力1.壓力：單位面積上所承受的垂直作用力，以表示注意：物理學：壓強壓力工程：壓力總壓對應(yīng)絕對壓力2.表壓與真空：工程上，工質(zhì)的壓力常用壓力表或真空表來測量測量壓力的儀表通常處于大氣環(huán)境中，不能直接測量出絕對壓力，顯示的是絕對壓力和當時當?shù)卮髿鈮旱牟钪?。表壓力：當氣體的絕對壓力高于大氣壓力時，壓力計顯示的絕對壓力超出大氣壓力的部分。表壓力=絕對壓力-大氣壓力(2)真空度：當氣體的絕對壓力低于大氣壓力時，真空計顯示的絕對壓力低于大氣壓力的部分。真空度=大氣壓力-絕對壓力要想知道氣體的絕對壓力，還要知道當時當?shù)氐拇髿鈮毫?，然后通過上述公式進行計算。pbpgppvp如左側(cè)圖所示，如果大氣壓力發(fā)生變化，即使工質(zhì)的絕對壓力不變，測壓計的對數(shù)也會變，所以只有絕對壓力才是狀態(tài)參數(shù)。工程計算中，必須選取絕對壓力3.壓力的單位：國際單位制中壓力的單位:Pa,1Pa=1N/m21MPa

=106Pa常用單位：

1

atm(標準大氣壓)=760

mmHg(毫米汞柱)

=1.013105

Pa

1

mmHg

=133.3Pa

1

at(工程大氣壓)=735.6

mmHg=

9.80665104

Pa(二)、溫度1.溫度：標志物體冷熱程度的物理量。其數(shù)值稱為溫標攝氏溫標：用t表示，單位為℃熱力學(開爾文或絕對)溫標：用T表示，單位為K可以看出兩種溫標的溫差是相等的(三)、比體積比體積：單位質(zhì)量的物質(zhì)所占有的體積，用v表示。式中V——體積；m——質(zhì)量。比體積是表示物質(zhì)內(nèi)部分子疏密程度的狀態(tài)參數(shù)。比體積大物質(zhì)內(nèi)部分子間的距離大比體積的倒數(shù)為密度，用表示第三節(jié)平衡狀態(tài)和熱力過程一、平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程和參數(shù)坐標圖1.平衡狀態(tài)：在沒有外界影響的情況下，系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的宏觀性質(zhì)不隨時間而變化的狀態(tài)。2.平衡狀態(tài)的特性：工質(zhì)個點相同的狀態(tài)參數(shù)均勻一致，有確定的數(shù)值只有平衡狀態(tài)下才可以用確定的狀態(tài)參數(shù)來描述工質(zhì)的狀態(tài)特性3.狀態(tài)方程：描述熱力系狀態(tài)的各狀態(tài)參數(shù)不都是獨立的，不必給出全部狀態(tài)參數(shù)。三個基本參數(shù)之間聯(lián)系表示為：這樣的函數(shù)關(guān)系式就稱為狀態(tài)方程。具體形式取決于工質(zhì)的性質(zhì)。3.參數(shù)坐標圖：熱力學中為了分析問題的方便和直觀，常采用任意兩個獨立參數(shù)組成的一個平面直角坐標圖。pv0p1p2v1v212此圖為p-v圖，稱為壓容圖，圖中每一點代表工質(zhì)的某一平衡狀態(tài)。還有其他形式的坐標圖。二、熱力過程熱力過程：工質(zhì)從一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的全部狀態(tài)的總和。1.準平衡過程：工質(zhì)從一個平衡狀態(tài)連續(xù)經(jīng)歷一系列平衡的中間狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)。準平衡過程的特點：由于熱力系經(jīng)歷的過程中每一狀態(tài)均可稱為平衡態(tài)，因而準平衡過程可在狀態(tài)參數(shù)坐標圖中用連續(xù)曲線表示，稱過程曲線；準平衡過程是一種理想化的過程，是實際過程進行得足夠緩慢的極限情況，一切實際過程只能接近于準平衡過程，在工程實際設(shè)備中進行的過程常?？勺鳛闇势胶膺^程。2.可逆過程(1)定義：當工質(zhì)完成某一熱力過程之后，若能沿原來路徑逆向進行，能使系統(tǒng)與外界同時恢復(fù)到初始狀態(tài)而不留下任何痕跡。反之，為不可逆過程。(2)可逆過程必須滿足的條件：過程必須是準平衡過程作機械運動時不存在摩擦傳熱無溫差可逆過程是熱力學的抽象，實際過程是無法實現(xiàn)的，但人們可以無限的接近它。研究可逆過程的目的，在于抓主要矛盾，反映本質(zhì)。把可逆過程作為實際過程中能量轉(zhuǎn)化效果的比較標準。在實際熱力學計算中，通常是把某一實際過程理想化為可逆過程計算，然后引入必要的經(jīng)驗修正第四節(jié)功和熱量熱力系在實施熱力過程時，與外界發(fā)生能量交換只要是作功和傳熱兩種形式。功是熱力系與外界交換機械能的量度；熱量是熱力系與外界交換熱能的量度。一、氣體的功與p-v圖1.功：工在物理學中，把物體通過力的作用而傳遞的能量稱為功，功等于力F和物體在力的作用方向上的位移△x的乘積，即2.功的符號和單位：用符號W表示，單位J或kJ。單位物質(zhì)所做的體積變化功用w表示，單位J/kg或kJ/kg。3.可逆過程的體積變化功和p-v圖：體積變化功用：可壓縮系統(tǒng)通過體積的變化（膨脹或壓縮）來和外界交換的功量。(2)規(guī)定：

系統(tǒng)外界功是傳遞過程中的一種能量形式。它是伴隨著相互作用而產(chǎn)生的，不是系統(tǒng)所含有的能量，所以我們不能說一個系統(tǒng)具有多少功。功量正功量負(3)功的計算：單位工質(zhì)：可逆過程的比容變化功w的大小可以在p-v圖上用過程曲線下面的面積表示，如圖所示。單位質(zhì)量氣體的膨脹功為：功的大小不僅與過程的初、終狀態(tài)有關(guān)，還與工質(zhì)所經(jīng)歷的過程有關(guān)，所以說功不是狀態(tài)參數(shù)，只是一個過程量。二、熱量功與t-s圖1.熱量：熱力系與外界之間僅僅由于溫度不同而通過邊界所傳遞的能量。2.熱量符號和單位：用符號Q表示，單位J或kJ。單位物質(zhì)所做的體積變化功用q表示，單位J/kg或kJ/kg。是一個過程量系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)放熱熱量為正熱量為負3.熱量的計算和T-s圖：單位工質(zhì)：熵（S）：狀態(tài)參數(shù)，是可逆過程有無熱量傳遞的標志性參數(shù)。單位質(zhì)量物質(zhì)的熵稱為比熵，用s表示。比熵增大,系統(tǒng)吸熱；比熵減小，系統(tǒng)放熱。溫熵圖T-s如圖所示TSQ溫熵(示熱)圖熵的說明1.熵是狀態(tài)參數(shù)

3.熵的物理意義：熵體現(xiàn)了可逆過程

傳熱的大小與方向2.符號規(guī)定系統(tǒng)吸熱時為正

Q>0dS

>0系統(tǒng)放熱時為負Q<0dS

<04.用途：判斷熱量方向計算可逆過程的傳熱量熱量與容積變化功能量傳遞方式

容積變化功傳熱量性質(zhì)

過程量過程量推動力

壓力p

溫度T標志

dV,dv

dS

,ds公式條件

準靜態(tài)或可逆可逆本章重點

熱力學第一定律的實質(zhì)、熟練應(yīng)用熱力學第一定律解決具體問題第二章熱力學第一定律第一節(jié)熱力學第一定律的實質(zhì)熱力學第一定律是能量轉(zhuǎn)換和守恒定律在熱力學上的應(yīng)用，確定了熱能和機械能之間的相互轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系。熱力學第一定律：熱能和機械能在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換的過程中，能量的總量必定守恒。

熱功相應(yīng)量第一類永動機：不消耗能量而連續(xù)作功的設(shè)備第二節(jié)系統(tǒng)儲存能系統(tǒng)儲存能熱力學能：取決于系統(tǒng)本身的狀態(tài)，與系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)及微觀運動形式有關(guān)外儲存能：系統(tǒng)工質(zhì)與外力場的相互作用(如重力，位能)；以外界為參考坐標的系統(tǒng)宏觀運動所具有的能量(宏觀動能)。一、熱力學能是指組成熱力系的大量微觀粒子本身所具有的能量，由兩部分組成：內(nèi)動能：分子熱運動的動能內(nèi)位能：分子之間由于相互作用所形成的位能熱力學能：是指儲存于熱力系內(nèi)部的能量。用U表示，單位是J或kJ，單位質(zhì)量工質(zhì)的熱力學能稱為比熱力學能，用u表示，單位是J/kg或kJ/Kg。熱力學能是工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)，完全取決于工質(zhì)的初態(tài)和終態(tài)，與過程的途徑無關(guān)。二、外儲存能宏觀動能：m—物體質(zhì)量；c—運動速度重力位能：Z—相對于系統(tǒng)外的參考坐標系的高度三、系統(tǒng)的總儲存能系統(tǒng)總儲存能(E)=熱力學能(U)+外儲存能(Ek+Ep)單位質(zhì)量工質(zhì)的比儲存能：比儲存能為狀態(tài)參數(shù)對于沒有宏觀運動且相對高度為零的系統(tǒng)，總儲存能就等于熱力學能第三節(jié)閉口系能量方程式輸入系統(tǒng)的能量-輸出系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)總儲存能量的變化能量平衡關(guān)系式：閉口系：系統(tǒng)與外界沒有物質(zhì)交換，傳遞能量只有熱量和功量兩種形式。在熱力過程中（如圖）系統(tǒng)從外界熱源取得熱量Q；對外界做膨脹功W；對于不做整體移動的閉口系，系統(tǒng)宏觀動能和位能均無變化，有：對于微元過程，有：對于單位質(zhì)量工質(zhì)，有：各項正負號的規(guī)定：吸熱和對外作功為正，放熱和外界對系統(tǒng)作功為負熱力系吸收的能量增加系統(tǒng)的熱力學能對外膨脹作功熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的根本途徑熱力系吸收的能量增加系統(tǒng)的熱力學能對外膨脹作功第四節(jié)狀態(tài)參數(shù)焓一、推動功推動功：開口系統(tǒng)與外界之間因為工質(zhì)流動而傳遞的機械功。對于單位質(zhì)量工質(zhì)，推動功等于pv。流動凈功：出口處付出的推動功與入口處得到的推動功的差。流動功可以理解為開口系統(tǒng)維持流動所要付出的代價。二、焓對于m千克工質(zhì)：

焓的定義式：焓=內(nèi)能+流動功

焓的物理意義：1.對流動工質(zhì)(開口系統(tǒng))，表示沿流動方向傳遞的總能量中，取決于熱力狀態(tài)的那部分能量.思考：特別的對理想氣體

h=f(T)

對于1千克工質(zhì)：h=u+pv

2.對不流動工質(zhì)(閉口系統(tǒng))，焓只是一個復(fù)合狀態(tài)參數(shù)第五節(jié)開口系穩(wěn)定流動的能量方程及其應(yīng)用一、穩(wěn)定流動的能量方程WnetQminmoutuinuoutgzingzout穩(wěn)定流動

工程上常用的熱工設(shè)備，除啟動、停止或者加減負荷外，大部分時間是在外界影響不變的條件下穩(wěn)定運行的，可以認為處于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定流動狀態(tài)。1.定義：開口系統(tǒng)內(nèi)任意點工質(zhì)的狀態(tài)都不隨時間而變化的流動過程。2.實現(xiàn)穩(wěn)定流動的必要條件：

（1）進、出口截面處工質(zhì)的狀態(tài)不隨時間而變；（2）單位時間系統(tǒng)與外界交換的熱量和功量都不隨時間而變；（3）各流通截面上工質(zhì)的質(zhì)量流量相等，且不隨時間而改變。3.軸功：通過機械軸和外界交換的功稱為軸功，用Ws表示。進入系統(tǒng)的能量：離開系統(tǒng)的能量：由于是穩(wěn)定流動，系統(tǒng)儲存能的變化量為0。代入能量平衡方程式，可得開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動能量方程：

單位質(zhì)量工質(zhì)：在上式中，后三項實際上都屬于機械能，故把此三項合并在一起稱技術(shù)功（Wt）。單位質(zhì)量工質(zhì)：故開口系統(tǒng)的穩(wěn)定流動能量方程還可以寫為：可逆過程技術(shù)功的大小可以在p-v圖上用過程線以左和縱坐標圍成的面積表示。本章重點理想氣體的熱力性質(zhì)理想氣體狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系理想氣體比熱第三章理想氣體的熱力性質(zhì)及基本熱力過程第一節(jié)理想氣體及其狀態(tài)方程一、實際氣體與理想氣體1.理想氣體：是一種假象的氣體模型，氣體分子是一些彈性的、不占體積的質(zhì)點，分子之間沒有相互作用力。工程中常用的氧氣、氮氣、氫氣、一氧化碳等及其混合氣體、燃氣、煙氣等工質(zhì)，在通常使用的溫度、壓力下都可作為理想氣體處理。2.實際氣體：不符合上述理想氣體兩個微觀假設(shè)條件的，則稱為實際氣體。如：水蒸氣、氟里昂蒸汽、氨蒸汽等，它們距離液體較近，不能忽略分子本身的體積和分子間的作用力。二、理想氣體狀態(tài)方程大量實驗證明，理想氣體的三個基本狀態(tài)參數(shù)間存在著一定的函數(shù)關(guān)系：1kg：mkg：1mol：nmol：R0為通用氣體常數(shù)，與氣體種類及狀態(tài)無關(guān)：R0＝8314J/(kmol·K)。R為氣體常數(shù)，與氣體種類有關(guān)：第二節(jié)理想氣體的比熱容一、比熱容的定義及單位1.比熱容：單位物量的物體，溫度升高1K所吸收的熱量，用c表示。2.比熱容分類：質(zhì)量比熱：單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容量，用c表示，單位為J/(kg·K)；摩爾比熱：單位mol物質(zhì)的熱容量，用Cm表示，單位J/(mol·K)；容積比熱：標準狀態(tài)下單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容量，用c’表示，單位為J/(m3·K)；二、影響比熱容的因素過程特性對和溫度比熱容的影響：一定量的物質(zhì)在吸收或放出熱量時，其溫度變化的大小取決于工質(zhì)的性質(zhì)、數(shù)量和所經(jīng)歷的過程。經(jīng)驗表明，同一種氣體在不同條件下，如在保存容積不變或壓力不變的條件下加熱，同樣溫度升高1K所需的熱量是不同的。定容比熱容(cv)：在定容情況下，單位物量的氣體，溫度升高1K所吸收的熱量。

定壓比熱容（cp）：在定壓情況下，單位物量的氣體，溫度升高1K所吸收的熱量。氣體在定壓下受熱時，由于溫度升高的同時，還要克服外力膨脹做功，而在定容過程中，并不膨脹對外做功，故同樣升高1K，定壓時比定容下受熱需要更多的熱量，也就意味著定壓比熱比定容比熱大。對于理想氣體：比熱容比к：三、利用比熱容計算熱量的方法當氣體的種類和加熱過程確定后，比熱容就只隨溫度的變化而變化。可得：1.用定值比熱容計算熱量：精度要求不高時，忽略溫度對比熱容的影響，取比熱容為定值，稱為定值比熱容對于理想氣體，凡分子中原子數(shù)目相同的氣體，其千摩爾比熱容相同且為定值。這樣定值質(zhì)量比熱容和定值容積比熱容可求。對于mkg質(zhì)量氣體，所需熱量為：對于標準狀態(tài)下V0氣體，所需熱量為：2.用平均比熱容計算熱量：溫度很高時，比熱容變化較明顯，常利用平均比熱容來計算熱量。平均比熱容：是指在一定溫度范圍內(nèi)真實比熱容的平均值，即一定溫度范圍內(nèi)單位數(shù)量氣體吸收或放出的熱量與該溫度差的比值熱量計算式：對于mkg質(zhì)量氣體，所需熱量為：對于標準狀態(tài)下V0氣體，所需熱量為：第三節(jié)理想氣體熱力學能、焓和熵變化的計算一、理想氣體的熱力學能理想氣體的內(nèi)能和焓是溫度的單值函數(shù)，這就意味著某種理想氣體，不論其在過程中比容或壓力如何變化，只要變化前后溫度相同，其內(nèi)能和焓的變化量也必然相同。對于可逆過程：對定容過程：當采用定值比熱容時：二、理想氣體的焓理想氣體的焓也僅僅是溫度的函數(shù)。對于壓力不變的可逆過程：對定壓過程：當采用定值比熱容時，有：三、理想氣體定壓比熱容與定容比熱容的關(guān)系邁耶公式：將上式乘以千摩爾質(zhì)量：令，稱為比熱比或等熵指數(shù)四、理想氣體的熵（定值比熱容）（定值比熱容）（定值比熱容）內(nèi)能、焓和熵為狀態(tài)參數(shù)，只與初終狀態(tài)有關(guān)，與中間過程無關(guān)，故理想氣體無論經(jīng)歷什么過程，包括不可逆過程，只要過程的初態(tài)、終態(tài)參數(shù)確定，比熱容可以取定值，則都可以用以上各式計算變化量。第四節(jié)理想氣體的混合物一、分壓力定律和分容積定律1.理想混合氣體：如果混合氣體中各組成氣體都具有理想氣體的性質(zhì)，則整個混合氣體也具有理想氣體的性質(zhì)，其狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系也符合理想氣體狀態(tài)方程式，這樣的混合氣體稱為理想混合氣體。2.分壓力和道爾頓分壓力定律：(1)分壓力：混合氣體中每一種組元的分子都會撞擊容器壁，從而產(chǎn)生各自的壓力。在與混合氣體相同的溫度下，各組成氣體單獨占有混合氣體的容積時，給予容器壁的壓力。(2)分壓力定律：理想混合氣體的總壓力等于各組成氣體分壓力之總和。3.分容積和分容積定律：(1)分容積：使各組成氣體保持與混合氣體相同的壓力和溫度的條件下，把各組成氣體單獨分離出來時，各組成氣體所占有的容積。(2)分容積定律：理想混合氣體的分容積之和等于混合氣體的總?cè)莘e。二、理想氣體混合物的成分1.質(zhì)量分數(shù)：

2.容積分數(shù)：3.摩爾分數(shù)：1〉容積分數(shù)和摩爾分數(shù)相等2〉質(zhì)量分數(shù)與容積分數(shù)的換算關(guān)系為：三、折合千摩爾質(zhì)量與折合氣體常數(shù)折合千摩爾質(zhì)量或平均千摩爾質(zhì)量：混合物的總質(zhì)量與混合物總摩爾數(shù)的比折合氣體常數(shù)：四、分壓力的確定理想氣體某組元的分壓力：五、混合氣體的熱量計算關(guān)鍵是求出混合氣體的比熱容的值。1.利用質(zhì)量分數(shù)計算混合氣體的質(zhì)量比熱容2.利用容積分數(shù)計算混合氣體的容積比熱容第五節(jié)理想氣體的基本熱力過程一、研究熱力過程的目的和方法1.研究目的(1).確定工質(zhì)的狀態(tài)變化規(guī)律；(2).確定過程中能量傳遞和轉(zhuǎn)換的情況。2.研究方法(1).根據(jù)過程特點，列出過程方程式；(2).建立基本狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系式；(3).在p－v圖、T－s圖上繪出過程曲線；(4).計算△u，△h，△s；(5).計算過程中的能量傳遞、轉(zhuǎn)換量：q，w，wt。二、四個基本熱力過程(一)、定容過程等容過程是工質(zhì)在變化過程中容積保持不變的熱力過程。1.過程方程式：

v=定值2.基本狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系式：及3.功量與熱量的分析計算：

定容過程不做膨脹功，即定容過程的技術(shù)功：4.過程曲線：

定容過程的p-v

圖T-s圖pv012′2Ts02′21(二)、定壓過程定壓過程是工質(zhì)在變化過程中壓力保持不變的熱力過程。1.過程方程式：

p=定值2.基本狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系式：3.功量與熱量的分析計算：膨脹功為對理想氣體可寫成：定壓過程技術(shù)功：pv0122′4.過程曲線：

定容過程的p-v

圖T-s圖Ts02′12定v線定p線(三)、定溫過程定溫過程是工質(zhì)在變化過程中溫度保持不變的熱力過程。1.過程方程式：

T=定值2.基本狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系式：3.功量與熱量的分析計算：膨脹功為定壓過程技術(shù)功：4.過程曲線：

定容過程的p-v

圖T-s圖pv0122′Ts0122′(四)、定熵過程定熵過程是可逆絕熱的熱力過程為定熵過程。1.過程方程式：

單原子氣體k=1.66雙原子氣體k=1.4多原子氣體k=1.332.基本狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系式：3.功量與熱量的分析計算：膨脹功為定壓過程技術(shù)功：4.過程曲線：

定容過程的p-v

圖T-s圖pv0122′Ts012′2定T線本章重點熱力學第二定律，卡諾循環(huán)，卡諾定理。第四章熱力學第二定律第一節(jié)熱力循環(huán)

循環(huán)：工質(zhì)從某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過一系列的狀態(tài)變化后又回到初態(tài)的熱力過程，稱為循環(huán)。1、可逆循環(huán)：如果組成循環(huán)的全部熱力過程都是可逆過程。2、不可逆循環(huán)：如果組成循環(huán)的熱力過程包含有不可逆過程。一、正向循環(huán)正向循環(huán)的任務(wù)是將熱變?yōu)楣?，也稱為熱機循環(huán)。pv021T034ab2134a′b′熱效率：二、逆向循環(huán)

逆向循環(huán)是指循環(huán)中壓縮過程所消耗的功大于膨脹過程所作的功，循環(huán)的總效果不是產(chǎn)生功而是消耗外界功。如圖所示：v0234dc第二節(jié)熱力學第二定律一、自發(fā)過程的方向性和不可逆性經(jīng)驗告訴我們，自然界發(fā)生的許多過程是有方向性的。例如：1.熱可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但卻不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫；2.氣體自發(fā)向真空膨脹，但卻不能自發(fā)壓縮，空出一個空間；3.兩種氣體可自發(fā)地混合，卻不可自發(fā)地分離；自發(fā)過程：不需任何外界作用而可以自動進行的過程。非自發(fā)過程：沒有外界作用的情況下不能自動進行的過程。自然界的一切自發(fā)過程都是具有方向性和不可逆性的，熱力過程總是朝著一個方向自發(fā)進行而不能自發(fā)地反向進行。非自發(fā)過程可以進行，但其進行必須以一定的補償條件作為代價。二、熱力學第二定律的實質(zhì)能量是有品質(zhì)高低之分的。如：機械能的品質(zhì)高于熱能；高溫熱能的品質(zhì)高于低溫熱能。定律的實質(zhì)：能量貶值原理，也就是說在能量的傳遞與轉(zhuǎn)化的過程中，能量的品質(zhì)只能降低不能提高。三、表述

“熱二”有各種各樣的說法，最常見的兩種是：克勞修斯說法（1850）：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化。開爾文說法（1851）：不可能從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)橛杏霉?，而不引起其它變化。無論有多少種不同的說法，它們都反映了客觀事物的一個共同本質(zhì)，即自然界的一切自發(fā)過程有方向性。第三節(jié)卡諾循環(huán)與卡諾定理

一、卡諾循環(huán)及其熱效率卡諾循環(huán)是1824年法國青年工程師卡諾提出的一種理想的有重要理論意義的可逆熱機的可逆循環(huán)。1.卡諾循環(huán)的組成它是工作于兩個熱源間的，由兩個可逆等溫過程和兩個可逆絕熱過程所組成的可逆正向循環(huán)。2.卡諾循環(huán)的熱效率：二、卡諾定理定理一：在兩個溫度不同的恒溫熱源之間工作的一切可逆熱機，都具有相同的熱效率，且與工質(zhì)性質(zhì)無關(guān)。定理二：在兩個溫度不同的恒溫熱源之間工作的一切可逆熱機的熱效率恒高于不可逆熱機的熱效率。結(jié)論：（1）熱效率ηt,c與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，只取決于高溫熱源的溫度T1與低溫熱源的溫度T2。（2）提高T1，降低T2，可以使卡諾循環(huán)的熱效率提高。（3）熱效率ηt,c總是小于1，也就是說不可能通過熱機循環(huán)將熱能全部轉(zhuǎn)換為機械能。（4）T1＝T2時，ηt,c＝0，說明沒有溫差是不可能連續(xù)不斷地將熱能轉(zhuǎn)換為機械能的。三、逆卡諾循環(huán)1、逆卡諾循環(huán)：是逆向進行的卡諾循環(huán)。2、作用效果：消耗機械能，從低溫熱源吸收熱量，向高溫熱源放出熱量。制冷系數(shù)：

供熱系數(shù)：結(jié)論：1.制冷系數(shù)和供熱系數(shù)只取決于高溫熱源和低溫熱源的溫度，與工質(zhì)無關(guān)。2.提高T2，降低T1，可以使制冷系數(shù)和供熱系數(shù)提高。3.供熱系數(shù)總是大于1，制冷系數(shù)可以大于、等于、小于1。4.逆卡諾循環(huán)可分別用來制冷或供熱，也可以聯(lián)合交替進行。第四節(jié)孤立系統(tǒng)熵增原理一、克勞修斯積分自然界的物質(zhì)發(fā)生的一切自發(fā)變化過程都是不可逆的，而且都是等效的，因此這些過程存在著某種內(nèi)在的聯(lián)系，有一個共同的本質(zhì)的東西在起作用，為了定量地描述這一本質(zhì)的特征，1865年，克勞修斯在前人工作的基礎(chǔ)上，提出了著名的克勞修斯積分：式中Tr是熱源的溫度值。

一切可逆循環(huán)的克勞修斯積分等于零，一切不可逆循環(huán)的克勞修斯積分小于零，

任何循環(huán)的克勞修斯積分都不會大于零。我們可以利用二、熵

閉口系統(tǒng)熵方程：1.△Sf是由于系統(tǒng)與外界發(fā)生熱交換，熱流引起的熵的變化，稱為熵流。系統(tǒng)吸熱，△Sf＞0；系統(tǒng)放熱，△Sf＜0；系統(tǒng)絕熱，△Sf＝0。2.△Sg是由于不可逆因素的存在而引起的熵的增加，稱為熵產(chǎn)。對于不可逆過程，△Sg＞0；對于可逆過程，△Sg＝0。熵產(chǎn)過程不可逆性大小的度量與表征。不可逆性越大，熵產(chǎn)也越大。三、孤立系統(tǒng)熵增原理在孤立系統(tǒng)內(nèi)，一切實際過程（即不可逆過程）都朝著使系統(tǒng)熵增大的方向進行，在極限情況（可逆過程）下，系統(tǒng)的熵保持不變。即：應(yīng)用：設(shè)某熱機通過工質(zhì)進行一個循環(huán)，從熱源吸熱Q1，向冷源放熱Q2，對外作功W，把熱源、冷源、工質(zhì)、熱機劃為一個孤立系統(tǒng)，則：熱源的熵變：（熱源放出熱量給工質(zhì)，熵減少）工質(zhì)的熵變：（經(jīng)過一個循環(huán)，工質(zhì)的熵不變）

冷源的熵變：（冷源吸收熱量，熵增大）進行一個循環(huán)后：可逆時：不可逆時：

→

→

第五節(jié)熱量的作功能力熱力學第二定律實質(zhì)上說明了在轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ哪芰Ψ矫?，各種形式的能的轉(zhuǎn)換能力是不同的，并不都具有可用性。。機械能可以全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣哂型耆捎眯?，熱能不具有完全可用性。熱能所轉(zhuǎn)換為功的最高極限為：我們將其稱之為熱量的作功能力或可用能其余部分稱之為廢熱或無效能熱量作功損失與孤立系熵增之間的關(guān)系為：當孤立系統(tǒng)內(nèi)實施某不可逆過程時，不可逆因素造成了能量品質(zhì)的下降，使孤立系統(tǒng)的總熵增加。故孤立系的熵增量可作為過程不可逆所導(dǎo)致的可用能減少的量度，是系統(tǒng)不可以程度的量度。本章重點水蒸汽的定壓形成過程，水蒸汽圖表查參數(shù)。第五章水蒸氣第一節(jié)水蒸氣的飽和狀態(tài)一、水蒸氣的飽和狀態(tài)1、汽化和液化（1）汽化

物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的相變過程，有蒸發(fā)和沸騰兩種方式：

蒸發(fā)：液體表面的汽化過程，任何溫度下都可以發(fā)生。

沸騰：液體內(nèi)部的汽化過程，只能在達到沸點溫度時才發(fā)生。汽化速度的大小取決于液體溫度的高低；凝結(jié)速度的大小取決于蒸汽的壓力。（2）液化

物質(zhì)從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的相變過程，也稱為凝結(jié)。液化與汽化是物質(zhì)相變的兩種相反過程。二、飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)：水蒸汽在密閉容器中，汽、液兩相平衡共存的狀態(tài)。此時的平衡共存其實是一種汽化速度和凝結(jié)速度相等的動態(tài)平衡。工質(zhì)處于飽和狀態(tài)時的壓力和溫度分別稱為飽和壓力與飽和溫度。飽和溫度和飽和壓力是一一對應(yīng)的關(guān)系，飽和壓力愈高，對應(yīng)的飽和溫度也愈高。第二節(jié)水蒸氣的定壓產(chǎn)生過程一、水蒸氣的定壓產(chǎn)生過程

工程上所用的水蒸氣是由鍋爐在壓力不變的情況下產(chǎn)生的，水蒸氣的發(fā)生過程，即是水的定壓汽化過程。在此過程中，工質(zhì)會經(jīng)過三個階段、五種狀態(tài)的變化。1、預(yù)熱階段預(yù)熱階段：即由未飽和水加熱為相應(yīng)壓力下的飽和水。液體熱：未飽和水：當水溫低于飽和溫度時的水。飽和水：水溫達到壓力p所對應(yīng)的飽和溫度ts

時的水。2、汽化階段由飽和水加熱為飽和蒸汽的階段稱為汽化階段。濕飽和蒸汽：對飽和水繼續(xù)加熱，飽和水開始沸騰，在定溫下產(chǎn)生蒸汽而形成的飽和液體和飽和蒸汽的混合物。

干飽和蒸汽：繼續(xù)加熱，直至水全部變?yōu)檎羝?，此時的蒸汽溫度等于壓力p所對應(yīng)的飽和溫度ts。汽化階段，二相中的含量在變化，為了說明濕蒸氣中干飽和蒸氣所占的百分比，引入干度（x），即濕蒸氣中干飽和蒸氣所占的質(zhì)量百分比。x＝0為飽和水；x＝1為干飽和蒸氣。

汽化潛熱：3、過熱階段

過熱階段：由飽和蒸汽加熱為過熱蒸汽的階段。

過熱蒸汽：對干飽和蒸汽繼續(xù)定壓加熱，則蒸汽的溫度自飽和溫度起往上升高，溫度已經(jīng)超過相應(yīng)壓力下的飽和溫度的蒸汽稱為過熱蒸汽。過熱度：

過熱熱：二、水蒸氣的P-V圖與T-S圖在表示水蒸氣各種狀態(tài)的p-v圖與T-s圖上，可歸結(jié)為一點兩線三區(qū)五態(tài)：一點：臨界點（飽和水線與干飽和蒸汽線的交點c）；兩線：飽和水線（下界線）C-B與干飽和蒸汽線（上界線）C-D；三區(qū)：未飽和水區(qū)（液相區(qū)）、濕蒸汽區(qū)（汽液兩相區(qū)）和過熱蒸汽區(qū)（氣相區(qū)）；五態(tài)：未飽和水、飽和水、濕蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽。臨界點：Pc=22.064MPa，tc=374℃，Vc=0.003106m3/kg.臨界點飽和氣線三相線pvT飽和液線第三節(jié)水蒸氣圖表一、水蒸氣熱力性質(zhì)表

1.計算基準點

國際規(guī)定：水的三相點的液相水為基準點。2.飽和水和飽和蒸汽表表一：見P206附錄5、6，分別按溫度、壓力排序；3.未飽和水和過熱蒸汽表表二：見P207附錄7，粗線左下側(cè)為未飽和水，右上側(cè)為過熱蒸氣。二、水蒸氣焓－熵圖（h－s圖）見附圖，由上界線、下界線及定壓線群，定溫線群，定容線群、定干度線群組成。焓熵圖sCpx=1x=0pCh三、水蒸氣圖、表的應(yīng)用

1.已知某狀態(tài)任意兩個獨立參數(shù)（p，v，t，u，h，s，x）就能查出其余各參數(shù)，并可判別工質(zhì)的狀態(tài)。

2.分析計算熱力過程中工質(zhì)的狀態(tài)變化及與外界的能量交換。分析計算的一般步驟：（1）已知任意兩個初態(tài)參數(shù)，查出其它各初態(tài)參數(shù)（p1，v1，t1，u1，h1，s1，x1）。（2）根據(jù)過程條件（定壓、定溫、定熵、定容）及終態(tài)的一個參數(shù)，查得終態(tài)各參數(shù)（p2，v2，t2，u2，h2，s2，x2）。（3）根據(jù)初終態(tài)參數(shù)及過程條件計算能量交換。（注意：根據(jù)取的系統(tǒng)為開口系統(tǒng)還是閉口系統(tǒng)，選用相應(yīng)的“熱－”“熱二”）（4）將過程表示在狀態(tài)圖上（p-v，T-s，h-s…）。表二：見P208附錄6，按壓力排序。第四節(jié)水蒸氣的基本熱力過程一、定壓過程

定壓過程是蒸汽動力裝置循環(huán)中實施得最普遍的過程，鍋爐個換熱器內(nèi)的吸熱過程、給水在回熱加熱器內(nèi)的加熱過程、凝汽器內(nèi)的加熱過程、放熱過程等均可看成可逆定壓過程。定壓過程的熱量等于二、絕熱過程

絕熱過程也是蒸汽動力裝置循環(huán)中實施得較普遍的過程，如水蒸氣在汽輪機內(nèi)的膨脹過程、水在水泵中的升壓過程等都是絕熱過程。絕熱過程的技術(shù)功等于第五節(jié)濕蒸氣一、濕空氣與干空氣1、干空氣：空氣中水蒸汽以外的所有氣體。2、濕空氣可以看作干空氣和水蒸氣的混合物。但由于濕空氣中的水蒸氣在一定條件下有相變，所以濕空氣是一種特殊的理想混合氣體。濕空氣的總壓力等于干空氣和水蒸氣的分壓力之和，即大氣壓力：

二、未飽和濕空氣、飽和濕空氣與露點1、未飽和濕空氣

若濕空氣中的水蒸氣處于過熱蒸汽狀態(tài)，稱為未飽和濕空氣。自然界中的空氣大都處于未飽和濕空氣狀態(tài)。通常水蒸氣的分壓力只有20~30mmHg。2、飽和濕空氣

由飽和水蒸氣和干空氣組成的濕空氣稱為飽和濕空氣，飽和濕空氣中水蒸氣的含量達到最大，不再具有吸濕能力。3、露點

是指濕空氣中水蒸氣的分壓力所對應(yīng)的飽和溫度。露點溫度對鍋爐的設(shè)計和運行有重要的實際意義。三、絕對濕度和相對濕度1、絕對濕度1m3濕空氣中所含有的水蒸氣質(zhì)量，用ρv表示。2、相對濕度濕空氣的實際絕對濕度與同溫度下可能達到的最大絕對濕度的比值，用φ表示。φ愈小，表明濕空氣愈干燥、吸取水蒸氣的能力愈強。φ愈大，濕空氣愈潮濕，吸取水蒸氣的能力愈小。當φ＝0時，即為干空氣；當φ＝1時，為飽和濕空氣。第六章蒸氣的流動本章重點

工質(zhì)穩(wěn)定流動的基本方程式，工質(zhì)在噴管中的定熵流動，絕熱節(jié)流及其應(yīng)用。第一節(jié)穩(wěn)定流動的基本方程式穩(wěn)定流動是只開口系統(tǒng)內(nèi)每一點的熱力參數(shù)與運動參數(shù)都不隨時間變化的流動過程。本章只討論一維穩(wěn)定流動，即管道內(nèi)垂直于軸向的任一截面上的各種參數(shù)值都均勻一致，流體參數(shù)只沿管道軸向或流動方向發(fā)生變化。一、連續(xù)性方程式

由質(zhì)量守恒定律知，在穩(wěn)定流動過程中，流道內(nèi)各截面處的質(zhì)量流量都相等：

此式適用于任何工質(zhì)的可逆或不可逆的穩(wěn)定流動過程。二、穩(wěn)定流動的能量方程式根據(jù)熱力學第一定律等出穩(wěn)定流動的能量方程式為：也可表示為：

不作軸功的絕熱穩(wěn)定流動過程中，工質(zhì)動能的增加等于其焓降。二、過程方程式

工質(zhì)在管內(nèi)絕熱穩(wěn)定流動時，若忽略摩擦和擾動，則可視為可逆絕熱流動，過程方程式為：過熱蒸汽：k=1.30干飽和蒸汽：k=1.135濕飽和蒸汽：k=1.035+0.1x第二節(jié)工質(zhì)在噴管中的定熵流動一、聲速和馬赫數(shù)1、音速：聲音（即微小振動）的傳播速度。

當?shù)芈曀伲耗骋惶囟顟B(tài)（如p,v,t時）下的聲速，用a表示。

2、馬赫數(shù)：流體速度根據(jù)馬赫數(shù)的大小，將流動分為三種：

M＜1，即c＜a，為亞音速流動；

M＞1，即c＞a，為超音速流動；

M＝1，即c＝a，為音速流動或臨界流動。二、流速變化和壓力變化的關(guān)系二、流速變化和噴管截面變化的關(guān)系

對定熵過程，可推得：cdc=-vdp

氣流速度增加(dc>0)，必導(dǎo)致氣體的壓力下降(dp<0)，這就是噴管中的流動特征。氣體速度下降(dc<0)，則將導(dǎo)致氣體的壓力升高(dp>0)，這就是擴壓管中的流動特征。噴管截面與流速變化關(guān)系式：1、噴管（降壓增速）漸縮噴管：當進入噴管的氣流速度是M＜1的亞聲速氣流時，則沿氣流方向噴管截面積必須逐漸縮小。漸擴噴管：當進入噴管的氣流是M＞1的超音速氣流時，則沿氣流方向噴管截面逐漸擴大。漸縮漸擴噴管：將M＜1的亞聲速氣流增大到成為M＞1的超聲速氣流，則噴管截面由逐漸縮小轉(zhuǎn)為逐漸擴大。收縮與擴張之間的最小截面處稱為喉部。2、擴壓管（減速增壓）

漸縮擴壓管：當進入擴壓管的氣流速度是M＞1的超聲速氣流時，則沿氣流方向擴壓管的截面積應(yīng)逐漸縮小。漸擴擴壓管：當進入擴壓管的氣流是M＜1的亞聲速氣流時，則氣流方向擴壓管的截面積應(yīng)逐漸擴大。漸縮漸擴擴壓管：氣流的速度在擴壓管中由M＞1的超聲速一直降低到M＜1的亞聲速，則擴壓管截面由逐漸縮小轉(zhuǎn)為逐漸擴大。三、臨界參數(shù)

臨界截面：Ma＜1的涯聲速流動與Ma＞1的超聲速流動的轉(zhuǎn)折點，又稱喉部。此處的參數(shù)稱為臨界參數(shù)。臨界流速是漸縮噴管可能達到的最大出口速度，也是縮放性噴管喉部的速度。理想氣體的臨界流速：第三節(jié)噴管的計算一、流量計算1.漸縮噴管：如出口截面處的流速為v2，比容為c2，出口截面積為f2，則由連續(xù)性方程可得：㎏/s

最大流量為：㎏/s

2.漸縮漸擴噴管：

㎏/s

二、臨界壓力比臨界壓力Pcr與進口壓力P1之比為臨界壓力比。過熱蒸汽：干飽和蒸汽：三、流速的計算出口流速：

臨界流速：四、噴管內(nèi)有摩擦阻力的絕熱流動

速度系數(shù)：第四節(jié)絕熱節(jié)流及其應(yīng)用一、絕熱節(jié)流的概念

流體在管道中流過突然縮小的截面，而又未及與外界進行熱量交換的過程。二、絕熱節(jié)流的一般分析1、過程的基本特性h1＝h22、節(jié)流過程分析理想氣體：節(jié)流后，焓不變、溫度不變、壓力降低、比容增大，由于是不可逆絕熱過程，節(jié)流后熵的值增大。2.實際氣體：節(jié)流前后焓不變，但溫度有三種可能，即升高、不變或降低。絕熱節(jié)流引起的溫度變化，稱絕熱節(jié)流溫度效應(yīng)。節(jié)流后溫度升高，稱為熱效應(yīng)；節(jié)流后溫度降低，稱為冷效應(yīng)；節(jié)流前后溫度不變，稱為零效應(yīng)，所有理想氣體都是零效應(yīng)。三、實際應(yīng)用1、利用節(jié)流降低工質(zhì)的壓力2、利用節(jié)流測定蒸汽的流量3、利用節(jié)流減少汽輪機汽封系統(tǒng)的蒸汽泄漏量。利用節(jié)流調(diào)節(jié)汽輪機的功率第七章蒸汽動力循環(huán)本章重點朗肯循環(huán)、蒸汽參數(shù)對循環(huán)熱效率的影響，再熱循環(huán)、回熱循環(huán)、熱電合供循環(huán)。第一節(jié)朗肯循環(huán)一、朗肯循環(huán)1、裝置示意圖

進行朗肯循環(huán)的蒸汽動力裝置包括鍋爐、汽輪機、凝汽器和給水泵等四部分主要設(shè)備。如圖所示。二、T-S圖三、工作流程朗肯循環(huán)的工作流程：3’-4-5-1

水在蒸汽鍋爐中定壓預(yù)熱、汽化并過熱，變成過熱蒸汽；1-2過熱水蒸汽在汽輪機內(nèi)的定熵膨脹過程；2-3濕蒸汽在凝汽器內(nèi)的定壓定溫冷卻凝結(jié)放熱過程；3-3’

凝結(jié)水在水泵中的定熵壓縮過程。四、朗肯循環(huán)的熱經(jīng)濟性指標1、熱效率

1kg水蒸汽在流經(jīng)汽輪機的定熵膨脹過程1-2中所做的理論軸功為：ws.t=h1－h(huán)2

水泵中定熵壓縮過程3-3’消耗功為：

ws.p=h3’－h(huán)3=v3(p1-p2)

蒸汽在定壓過3’-1中從鍋爐吸收的熱量：q1=h1－h(huán)3’

乏氣在定壓凝結(jié)