熱工基礎(chǔ)前三章的重點知識點總結(jié)

第第頁熱工基礎(chǔ)前三章的重點知識點總結(jié)

1、平衡狀態(tài)

關(guān)于平衡狀態(tài)的定義、實現(xiàn)條件、以及平衡與勻稱、平衡與穩(wěn)定的概念區(qū)分已在相應(yīng)章節(jié)中進行了具體表達。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。平衡狀態(tài)概念的提出，使整個系統(tǒng)可用一組統(tǒng)一的、并具有確定數(shù)值的狀態(tài)參數(shù)來描述其狀態(tài)，使熱力分析大為簡化，這也是工程熱力學(xué)只討論系統(tǒng)平衡狀態(tài)的緣由所在。

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)的改變量只取決于給定的初、終狀態(tài)，與改變過程的路徑無關(guān)。假如系統(tǒng)經(jīng)受一系列狀態(tài)改變又返回初態(tài)，其全部狀態(tài)參數(shù)的改變量為零。

在學(xué)過第二章之后，可與過程量—功量和熱量進行對比，進一步加深對狀態(tài)量的理解。

3、準平衡過程

準平衡過程將“平衡”與“過程”這一對沖突統(tǒng)一了起來。

定義：由一系列連續(xù)的準平衡態(tài)組成的過程稱為準平衡過程，又稱準靜態(tài)過程。

實現(xiàn)條件：〔1〕推動過程進行的勢差〔壓差、溫差〕無限小；〔2〕馳豫時間短，即系統(tǒng)從不平衡到平衡的馳豫時間遠小于過程進行所用的時間。這樣系統(tǒng)在任意時刻都無限接近于平衡態(tài)。

特點：系統(tǒng)內(nèi)外勢差足夠小，過程進行得足夠慢，而熱力系復(fù)原平衡的速度很快，所以工程上的大多數(shù)過程都可以作為準平衡過程進行分析。

建立準平衡過程概念的好處：(1)可以用確定的狀態(tài)參數(shù)描述過程；〔2〕可以在參數(shù)坐標圖上用一條連續(xù)曲線表示過程。

4、可逆過程

準平衡過程概念的提出只是為了描述系統(tǒng)的熱力過程，但為了計算系統(tǒng)與外界交換的功量和熱量，就需要引出可逆過程的概念。

定義：過程能沿原路徑逆向進行，并且系統(tǒng)與外界同時返回原態(tài)而不留下任何改變。實現(xiàn)條件：在滿意準平衡過程條件下，還要求過程中無任何耗散效應(yīng)〔通過摩擦、電阻、磁阻等使功變?yōu)闊岬男?yīng)〕

建立可逆過程概念的好處：(1)由于可逆過程系統(tǒng)內(nèi)外的勢差無限小，可以認為系統(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)代替繁復(fù)、未知的外界參數(shù)，從而簡化問題，使實際過程的計算成為可能，即先把實際過程當作可逆過程進行分析計算，然后再用由試驗得出的閱歷系數(shù)加以修正；〔2〕由于可逆過程是沒有任何能量損失的抱負過程，因此，它給出了熱力設(shè)備和裝臵能量轉(zhuǎn)換的抱負極限，為實際過程的改善指明白方向。

上述概念的引出表達了熱力學(xué)討論問題和處理問題的方法，是熱力學(xué)中重要的概念，盼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)，同時從中學(xué)習(xí)對實際問題進行分析簡化的方法。

第二章小結(jié)

1、熱力學(xué)第肯定律的實質(zhì)

熱力學(xué)第肯定律的實質(zhì)就是能量守恒。說明當熱能與其他形式的能量相互轉(zhuǎn)換時，能的總量保持不變。

2、儲存能

系統(tǒng)儲存的能量稱為儲存能，包括內(nèi)部儲存能和外部儲存能。

〔1〕內(nèi)部儲存能——熱力學(xué)能

它與系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)粒子的微觀運動和粒子的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)。應(yīng)牢牢記住熱力學(xué)能是狀態(tài)參

數(shù)。

在簡約可壓縮系中，不涉及化學(xué)反應(yīng)、核反應(yīng)和電磁場作用，可認為工質(zhì)的熱力學(xué)能僅包括分子的內(nèi)動能和內(nèi)位能。分子的內(nèi)動能與工質(zhì)的溫度有關(guān)，溫度越高，分子的內(nèi)動能越大；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。

抱負氣體遠離液態(tài)點，分子間距〔比容〕較大，分子的內(nèi)位能忽視不計，其熱力學(xué)能僅包括分子的內(nèi)動能，因此，抱負氣體的熱力學(xué)能是溫度的單值函數(shù)。

〔2〕外部儲存能

外部儲存能是系統(tǒng)整體相對于外界參考坐標系的宏觀能量，包括系統(tǒng)整體作宏觀運動時的宏觀動能和相對于外界參考基準點的重力位能。

〔3〕系統(tǒng)的總儲存能〔簡稱總能〕

系統(tǒng)的總儲存能為熱力學(xué)能、宏觀動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)無關(guān)，而是與傳遞能量時所經(jīng)受的詳細過程有關(guān)。所以功量和熱量不是狀態(tài)參數(shù)，而是與過程特征有關(guān)的過程量，稱為轉(zhuǎn)移能或遷移能。

4、閉口系能量方程

熱力學(xué)第肯定律應(yīng)用于〔靜止的〕閉口系時的能量關(guān)系式即為閉口系能量方程。其表達式有以下幾種形式，它們的運用條件不同：

〔1〕quw或QUW〔適用條件：任意工質(zhì)、任意過程〕

〔2〕qupdv或QUpdV〔適用條件：任意工質(zhì)、可逆過程〕

〔3〕qcVTpdv或QmcVTpdV〔適用條件：抱負氣體、可逆過程〕

5、穩(wěn)流系能量方程

熱力學(xué)第肯定律應(yīng)用于穩(wěn)流系時的能量關(guān)系式即為穩(wěn)流系能量方程。其表達式也有以下幾種形式，它們的運用條件也不同：

〔1〕qhwt或QHWt〔適用條件：任意工質(zhì)、任意過程〕

〔2〕qhvdp或QHVdp〔適用條件：任意工質(zhì)、可逆過程〕

〔3〕qcpTvdp或QmcpTVdp〔適用條件：抱負氣體、可逆過程〕

6、穩(wěn)定流淌過程中幾種功量的關(guān)系

在穩(wěn)流系中，隱含的膨脹功等于流淌功和技術(shù)功之和，即1w(pv)c2gzwswfwt2

其中，技術(shù)功為出口與進口處的動能差、位能差和軸功之和，即wt12cgzws2

7、焓的定義及其物理意義

焓是在討論流淌能量方程時，為工程應(yīng)用方便而引出的一個狀態(tài)參數(shù)。由于在流淌過程中，工質(zhì)必定攜帶的能量除熱力學(xué)能U外，還有推動功〔推動功〕pV，所以為工程應(yīng)用方便起見，把二者組合為焓H，所以說焓是流淌工質(zhì)攜帶的基本能量，或者說是流淌工質(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HUpV或hupv

焓作為一個宏觀存在的狀態(tài)參數(shù)，在開口系和閉口系中都存在，但在分析開口系時的作用更大。在分析閉口系統(tǒng)時，通常運用熱力學(xué)能參數(shù)，只是在分析閉口系的定壓過程時，焓可以表示

閉口系在定壓過程中與外界交換的熱量，此時焓具有非常作用。不必太深究焓的物理意義，只要能嫻熟掌控焓的計算即可。關(guān)于焓的計算將在第三章學(xué)習(xí)。

焓的物理意義可簡約總結(jié)如下：

〔1〕對非流淌工質(zhì)，焓僅是狀態(tài)參數(shù)。

〔2〕對流淌工質(zhì)，焓既是狀態(tài)參數(shù)，也是工質(zhì)流淌時攜帶的取決于熱力狀態(tài)的那部分能量〔或基本能量〕。

抱負氣體的焓和熱力學(xué)能一樣，也僅是溫度的單值函數(shù)。

第三章

1、抱負氣體的熱力性質(zhì)

〔1〕抱負氣體的狀態(tài)方程

狀態(tài)方程不是難點，但卻是本章的重點。應(yīng)用抱負氣體狀態(tài)方程時，應(yīng)留意以下幾點：

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，只能用于同一平公式中的壓力為絕對壓力，溫度為絕對溫度狀態(tài)方程〔3.1a〕——〔3.1d〕是針對不同物量單位的表達形式，運用時留意各物理量衡狀態(tài)，不能用于過程計算。留意不要把狀態(tài)方程和過程方程混淆。的單位與氣體常數(shù)Rg或通用氣體常數(shù)R協(xié)調(diào)全都。

〔2〕比熱容

學(xué)習(xí)比熱容時應(yīng)留意以下幾點：

容積比熱容c的單位為：J/(Nm3〃K)，其物量單位需要是標準立方米〔Nm3〕，即氣體在標準狀態(tài)時的體〔容〕積，這是由于氣體在不同狀態(tài)時的體積不同，1kmol抱負氣體也只是在標準狀態(tài)時才具有22.4m3的容積。計算時需要留意非標準狀態(tài)時的容積與標準狀態(tài)下容積的換算，如例3.1。

在查取平均比熱容表時，首先應(yīng)留意是哪種比熱容，如教材附表2是平均定壓質(zhì)量比平均比熱容表的自變量是攝氏溫標，千萬不要將t化為T。假如所查取的溫度值沒有列熱容，其他比熱容可利用它們之間的換算公式計算，如例3.2。出，如要查150C時的平均定壓質(zhì)量比熱容，可在附表2中利用100C和200C的比熱容用線性內(nèi)插法求得。

〔3〕抱負氣體熱力學(xué)能、焓和熵的計算

首先要牢記抱負氣體的熱力學(xué)能和焓僅是溫度的函數(shù)，而熵那么與2個獨立的基本狀態(tài)參數(shù)有關(guān)。利用定值比熱容計算抱負氣體的熱力學(xué)能、焓和熵是本章的重點之一，需嫻熟掌控。應(yīng)當留意：盡管計算公式是利用可逆過程的公式推導(dǎo)得到，但由于熱力學(xué)能、焓和熵都是狀態(tài)參數(shù)，其計算公式適用于抱負氣體的任意過程。

2、抱負氣體的熱力過程

在本章的學(xué)習(xí)中，同學(xué)們很簡單產(chǎn)生公式太多，難以記憶的感覺，為了便于公式的查取，各種過程的計算公式已列于表3.2。但是，如何記憶和運用這些公式仍是一個難點，為此進行以下分析，以援助大家理解性地記憶和敏捷運用這些公式。

〔1〕4種基本熱力過程及多變過程的特點和過程方程

首先要理解過程方程描述的是過程的特點，即整個過程遵循相應(yīng)的過程方程的規(guī)律改變。4種基本熱力過程的特點是定容、定壓、定溫順定熵，也就是說這4種過程中總有一個狀態(tài)參數(shù)保持不變；對于多變過程，那么過程中全部的狀態(tài)參數(shù)都在變。關(guān)于過程方程，應(yīng)記住基本方程

pvnconst，可認為抱負氣體在可逆過程中都遵循該關(guān)系式。多變指數(shù)n的取值范圍為從0之間的任一實數(shù)，所以該過程方程適用于全部的可逆過程。而4種基本熱力過程那么是全部可逆多變過程中的幾個特例，依據(jù)過程特點分別為定容過程：n=±∞，定壓過程：n=0，定溫過程：n=1，定熵過程：n=，所以4種基本熱力過程的過程方程不需要死記硬背就可以推出。

〔2〕過程中任意兩狀態(tài)間p、v、T參數(shù)之間的關(guān)系由克拉貝龍方程p1v1p2v2p3v3RgT1T2T3

可以很簡單地推得定容、定壓和定溫過程中任意兩狀態(tài)間p、v、T參數(shù)之間的關(guān)系式。而對于多變過程和定熵過程，可以利用其狀態(tài)方程和過程方程聯(lián)立求出，也無需死記硬背。而且多變過程與定熵過程狀態(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，所以推出一個就可得出另一個。

〔3〕過程中系統(tǒng)與外界交換的功量和熱量

功量○

對于定容和定壓過程，選用以下可逆過程的基本積分式計算功量很方便，即

容積功：w21pdv

技術(shù)功：wtvdp

顯著，定容過程：w0，wtv(p1p2)vp

定壓過程：wp(v2v1)pv，wt0

定容過程容積功為零，定壓過程技術(shù)功為零，可作為一種概念牢記，根本不必計算。

對于定溫過程，仍可以用可逆過程的基本積分式計算功量，只需利用抱負氣體狀態(tài)方程將p化為v的函數(shù)形式計算w，或?qū)化為p的函數(shù)形式計算wt。如下所示：

wpdv122RgTv1dvRgTlnv2pRgTln1v1p2

wtvdp1122RgTpdpRgTlnp1vRgTln2p2v1

比較以上兩式，有w＝wt，即定溫過程的容積功等于技術(shù)功。

定溫過程計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，可進一步得出w＝wt＝q。因此，對可逆等溫過程，利用下式計算功量更方便。

2v2p1qTdsTsTRlnTRw＝wt＝gg1v1p2

定溫過程的容積功、技術(shù)功、以及換熱量均相等，只需求出一個即可。

對于絕熱過程，利用能量方程式計算功量較方便，即：

wucV(T1T2)

wthcp(T1T2)Rg1(T1T2)Rg(TT)w112

留意：以上兩式對可逆絕熱〔定熵〕和不可逆絕熱過程都適用，這是由于在q=0的條件下，容積功等于狀態(tài)參數(shù)熱力學(xué)能的改變量，技術(shù)功等于狀態(tài)參數(shù)焓的改變量，而狀態(tài)參數(shù)與過程是

否可逆無關(guān)。當然，假如可逆絕熱和不可逆絕熱過程的初始狀態(tài)相同，那么它們的終了狀態(tài)肯定不同，實際計算出的w和wt也不同。所以只是w和wt的計算表達式相同。

對于多變過程，其功量計算公式同定熵過程結(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，利用絕熱過程求出功量計算公式后再用n代替的方法得到多變過程功量計算公式，是一種捷徑。詳細公式在此不再列出。

除定容過程外，各種過程的技術(shù)功都是容積功的n倍，即wt＝nw，因此，只要計算出其中一個，另一個也就很簡單得到。

2熱量○

對于定容和定壓過程，選用以下公式計算熱量很方便，即qcpdT12

定容過程：qcV(T2T1)cVT

定壓過程：qcp(T2T1)cpT

對于定溫過程，那么選用以下公式計算熱量很方便，即2vpqTdsTsTRgln2TRg11v1p2

對于絕熱過程，徑直有：q＝0

對于多變過程，可利用能量方程計算熱量，即

RgRg(T2T1)cV(T2T1)1nn1

利用邁耶公式cpcVRg及cp/cV，可得quwcV(T2T1)

ncV(T2T1)n