工程熱力學(xué)大總結(jié)第五版

第一章基本概念

L基本概念

熱力系統(tǒng)：用界面將所要研究的對(duì)象及周圍環(huán)境分隔開(kāi)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)及外界的分界面，稱為邊界。

外界：邊界以外及系統(tǒng)相互作用的物體，稱為外界或環(huán)境。

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(kāi)口系統(tǒng)：有物質(zhì)流穿過(guò)邊界的系統(tǒng)稱為開(kāi)口系統(tǒng)，又稱控制體積，簡(jiǎn)稱控制

體，其界面稱為控制界面。

絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)及外界之間沒(méi)有熱量傳遞，稱為絕熱系統(tǒng)。

孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)及外界之間不發(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)。

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)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（力、

壓力（尸）、比容（U）或密度（。）、內(nèi)能（〃）、焰"）、烯（s）、自由能（力、

自由焰（g）等。

基本狀態(tài)參數(shù)：在工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)中，其中溫度、壓力、比容或密度可以直接

或間接地用儀表測(cè)量出來(lái)，稱為基本狀態(tài)參數(shù)。

溫度：是描述系統(tǒng)熱力平衡狀況時(shí)冷熱程度的物理量，其物理實(shí)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)笫零定律：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)的壓力即為相對(duì)壓力。

比容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量工質(zhì)所具有的容積，稱為工質(zhì)的比容。

密度：?jiǎn)挝蝗莘e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)值及整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)值相同，及質(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，如系統(tǒng)的容積、內(nèi)能、焰、燧等。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。

可逆過(guò)程：當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行正、反兩個(gè)過(guò)程后，系統(tǒng)及外界均能完全回復(fù)到初始狀

態(tài)，這樣的過(guò)程稱為可逆過(guò)程。

膨脹功：由于系統(tǒng)容積發(fā)生變化（增大或縮?。┒ㄟ^(guò)界面向外界傳遞的機(jī)械

功稱為膨脹功，也稱容積功。

熱量：通過(guò)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(kāi)始，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)。

2.常用公式

狀態(tài)參數(shù)：

3=0

狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)的函數(shù)，對(duì)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)在熱力過(guò)程中發(fā)生狀態(tài)變化時(shí)，由初狀態(tài)經(jīng)過(guò)不同路徑，最后到達(dá)終點(diǎn)，其參數(shù)

的變化值，僅及初、終狀態(tài)有關(guān)，而及狀態(tài)變化的途徑無(wú)關(guān)。

溫度：

1.

式中塔一分子平移運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，其中勿是一個(gè)分子的質(zhì)量，1是分子

2

平移運(yùn)動(dòng)的均方根速度；

好比例常數(shù);

7」氣體的熱力學(xué)溫度。

2.7?273+，

壓力：

1.

式中—單位面積上的絕對(duì)壓力；

L分子濃度，即單位容積內(nèi)含有氣體的分子數(shù)，其中“為容積「包

含的氣體分子總數(shù)。

2.

式中一整個(gè)容器壁受到的力，單位為牛(N)；

/一容器壁的總面積(in?)。

3.p=B+Pg(P>B)

p=B-H(次月)

式中”當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?/p>

汽一高于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫r(shí)的相對(duì)壓力，稱表壓力；

H一低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫r(shí)的相對(duì)壓力，稱為真空值。

比容：

1.m3/kg

式中—工質(zhì)的容積

m一工質(zhì)的質(zhì)量

2.pv=\

式中夕一工質(zhì)的密度kg/m

一工質(zhì)的比容mJ/kg

熱力循環(huán):

f聞=

或ZAw=(),fdu=0

循環(huán)熱效率：7=也=%二"=1-五

%%%

式中s—工質(zhì)從熱源吸熱；

02—工質(zhì)向冷源放熱；

斷一循環(huán)所作的凈功。

制冷系數(shù)：

式中q\一工質(zhì)向熱源放出熱量;

3—工質(zhì)從冷源吸取熱量；

他一循環(huán)所作的凈功。

供熱系數(shù)：

式中s—工質(zhì)向熱源放出熱量

0—工質(zhì)從冷源吸取熱量

他一循環(huán)所作的凈功

3.重要圖表

孤

立

系

統(tǒng)

邊

界

圖1-3開(kāi)口系統(tǒng)

L

圖1-4孤立系統(tǒng)

圖1-6各壓力間的關(guān)系

圖1-14任意循環(huán)在p-u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、忽略分子之間相互作用力(引力和斥力)、

不占有體積的質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成。

比熱：?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：在定壓過(guò)程中，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：在定壓過(guò)程中，單位容積的物體，當(dāng)其溫度變化IK(TC)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：在定壓過(guò)程中，單位摩爾的物體，當(dāng)其溫度變化1K(TOM,

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：在定容過(guò)程中，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：在定容過(guò)程中，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：在定容過(guò)程中，單位摩爾的物體，當(dāng)其溫度變化IK(1C)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2等于各組成氣體分壓力片之和。

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匕之和。

混合氣體的質(zhì)量成分：混合氣體中某組元?dú)怏w的質(zhì)量及混合氣體總質(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的容積及混合氣體總?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)及混合氣體總摩爾數(shù)的

比值稱為混合氣體的摩爾成分。

對(duì)比參數(shù)：各狀態(tài)參數(shù)及臨界狀態(tài)的同名參數(shù)的比值。

對(duì)比態(tài)定律：對(duì)于滿足同一對(duì)比態(tài)方程式的各種氣體，對(duì)比參數(shù)凡、。和匕中

若有兩個(gè)相等，則第三個(gè)對(duì)比參數(shù)就一定相等，物質(zhì)也就處于對(duì)應(yīng)狀態(tài)中。

2.常用公式

理想氣體狀態(tài)方程：

1.pv=RT

式中L絕對(duì)壓力Pa

v一比容m7kg

T—熱力學(xué)溫度K

適用于1千克理想氣體。

2.pV=mRT

式中V—質(zhì)量為加g氣體所占的容積

適用于m千克理想氣體。

3.pVM=R()T

式中心氣體的摩爾容積，mVkmol；

Ro二MR一通用氣體常數(shù)，J/kmol?K

適用于1千摩爾理想氣體。

4.pV=nRQT

式中/nKmol氣體所占有的容積，m3；

n—?dú)怏w的摩爾數(shù)，，kmol

適用于n千摩爾理想氣體。

5.通用氣體常數(shù)：R。

/?0=8314J/Kmol?K

后及氣體性質(zhì)、狀態(tài)均無(wú)關(guān)。

6.氣體常數(shù)：R

J/kg?K

用及狀態(tài)無(wú)關(guān)，僅決定于氣體性質(zhì)。

7.

比熱：

1.比熱定義式：

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)，還及氣體熱力的過(guò)程和所處狀態(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：

式中c—質(zhì)量比熱，kJ/Kg?k

d一容積比熱，kj/m3-k

機(jī)一摩爾比熱，kJ/Kmol?k

3.定容比熱：

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。

4.定壓比熱:

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：

Cp-Cy=R

c，cK

p~'v=Po

Mep-Mcv=MR-R。

6.比熱比:

道爾頓分壓定律：P=Pi+%+P3+.......+Pn=tPi

-*=>Jr.v

阿密蓋特分容積定律：v=v,+v2+v3+……+匕=2匕

」=1]Tp

質(zhì)量成分：

g|+g2+.......+g“=Xgj=l

i=l

容積成分：

/=4+弓+…

/-I

摩爾成分：

x=x[+x2+.......+x“=Ex,=l

容積成分及摩爾成分關(guān)系：質(zhì)量成分及容積成分：

m.n.M.M.M.

p.=-L=——L=x—L=r--

1mnM1M'M

M,R

。=r.--=r—=r—Pi

Znn

折合分子量：M=—=包------=￡XM=2.M,

M=---------------------------=--------

顯+&+……+盤

M%MnaM

f〃凡￡明旦

折合氣體常數(shù)：R=k呸=地—=d_^L=fg汽

Mmmm

R;反二&-1—1

Mr}M]+r2M2+……+rnMn2L+2L+......+i寸土

&R?&M&

分壓力的確定

pMR.

P,=g,—?P=g=P=g,

PiMjR

混合氣體的比熱容：c=g￡+g2c2++g.q7=fsq

,，，

混合氣體的容積比熱容：c=AjcI+r2c2+.......+3‘〃=力

混合氣體的摩爾比熱容：Me=M七g￡=￡%M￡

i=li=l

混合氣體的熱力學(xué)能、爛和端或

或

或

范德瓦爾(VanderWaals)方程

對(duì)于Ikmol實(shí)際氣體

〃+叫=降

壓縮因子:

對(duì)比參數(shù):,

3.重要圖表

常用氣體在理想狀態(tài)下的定壓摩爾比熱及溫度的關(guān)系

2

MCp=ao-\-a{T+a^T/(hnol?k))

溫度范最大誤

369

氣體分子式%a}xlOa2xl0a3xl0圍差

(K)%

273~180

空氣28.1061.96654.8023-1.966100.72

H

氫28.10-1.9159-4.0038-0.87042731801.01

0

273180

氧0225.17715.2022-5.06181.31171.19

0

-28.725273180

28.907-1.57138.08050.59

氮N2

60

一氧化273^180

CO28.2601.67515.3717-2.22190.89

碳0

二氧化-35.010273^180

co222.25759.80847.46930.647

碳00

273^180

32.2381.923410.5549-3.59520.53

水蒸氣H2O

0

乙烯C2H24.1261155.021-81.54516.97552981500.30

350

234.010-115.12298^150

丙烯C3H43.745721.73530.44

7780

-11.011273^150

甲烷CH,19.88750.241612.68601.33

30

178.087-69.374298150

乙烷C2H65.4138.71470.70

290

-158.63298^150

丙烷CjHs-4.233306.26432.14550.28

160

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(℃)02N2H2CO空氣C02H20

00.9151.03914.1951.0401.0040.8151.859

1000.9231.04014.3531.0421.0060.8661.873

2000.9351.04314.4211.0461.0120.9101.894

3000.9501.04914.4461.0541.0190.9491.919

4000.9651.05714.4771.0631.0280.9831.948

5000.9791.06614.5091.0751.0391.0131.978

6000.9931.07614.5421.0861.0501.0402.009

7001.0051.08714.5871.0981.0611.0642.042

8001.0161.09714.6411.1091.0711.0852.075

9001.0261.10814.7061.1201.0811.1042.110

10001.0351.11814.7761.1301.0911.1222.144

11001.0431.12714.8531.1401.1001.1382.177

12001.0511.13614.9341.1491.1081.1532.211

13001.0581.14515.0231.1581.1171.1662.243

14001.0651.15315.1131.1661.124L1782.274

15001.0711.16015.2021.1731.1311.1892.305

16001.0771.16715.2941.1801.1381.2002.335

17001.0831.17415.3831.1871.1441.2092.363

18001.0891.18015.4721.1921.1501.2182.391

19001.0941.18615.5611.1981.1561.2262.417

20001.0991.19115.6491.2031.1611.2332.442

21001.1041.19715.7361.2081.1661.2412.466

22001.1091.20115.8191.2131.1711.2472.489

23001.1141.20615.9021.2181.1761.2532.512

24001.1181.21015.9831.2221.1801.2592.533

25001.1231.21416.0641.2261.1821.2642.554

密度P1.42861.2505D.08991.25051.29321.96480.8042

(kg/m3)9

幾種氣體的臨界參數(shù)和范德瓦爾常數(shù)

axlO3

7PcbxlO3

物質(zhì)名稱(MPa.m6/kmo

(K)(MPa)(m3/kmol)

I2)

He5.30.229013.576724.05

H233.31.2970224.930426.68

126.2

N23.39456136.811538.63

02154.85.07663137.642931.68

co2304.27.38696365.292042.78

405.511.29830424.381237.30

NH3

H2O647.322.12970552.106930.39

CH4190.74.64091228.500142.69

co133.03.49589147.547939.53

幾種氣體的臨界壓縮因子

物質(zhì)HeC0H0COCH」

H2N2o22NH32

z.0.3000.3040.2970.2920.2740.2380.2300.2940.290

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)律稱為能量守恒及轉(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)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)及外力場(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)械軸及外界傳遞的機(jī)械功稱為軸功。

流動(dòng)功（或推動(dòng)功）：當(dāng)工質(zhì)在流進(jìn)和流出控制體界面時(shí)，后面的流體推開(kāi)前面

的流體而前進(jìn)，這樣后面的流體對(duì)前面的流體必須作推動(dòng)功。因此，流動(dòng)功是

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。

焰：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)，培二內(nèi)能+流動(dòng)功，即熔具有能量意義；對(duì)于不流動(dòng)工質(zhì)，焰只是一

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)。

節(jié)流：流體在管道內(nèi)流動(dòng)，遇到突然變窄的斷面，由于存在阻力使流體壓力降

低的現(xiàn)象。

2.常用公式

外儲(chǔ)存能：

I.宏觀動(dòng)能：

2.重力位能：

Ep=mgz

式中g(shù)一重力加速度。

系統(tǒng)總儲(chǔ)存能：

1.E=U+Ek+E?

或

2.

3.E=U或e=u（沒(méi)有宏觀運(yùn)動(dòng)，并且高度為零）

熱力學(xué)能變化：

1.du=cvdTf

適用于理想氣體一切過(guò)程或者實(shí)際氣體定容過(guò)程

（

2.^U=CVT2-T｝）

適用于理想氣體一切過(guò)程或者實(shí)際氣體定容過(guò)程（用定值比熱計(jì)算）

“II

3.Au=fcdt=Icdt-fcdt=cJ^-t-c?\卜t,

“v0v01vx2v

適用于理想氣體一切過(guò)程或者實(shí)際氣體定容過(guò)程（用平均比熱計(jì)算）

4.把G，=/（?j的經(jīng)驗(yàn)公式代入積分。

適用于理想氣體一切過(guò)程或者實(shí)際氣體定容過(guò)程（用真實(shí)比熱公式計(jì)算）

5.[/+。2+…+U“=ZUj=

z=i?=i

由理想氣體組成的混合氣體的熱力學(xué)能等于各組成氣體熱力學(xué)能之和，

各組成氣體熱力學(xué)能又可表示為單位質(zhì)量熱力學(xué)能及其質(zhì)量的乘積。

6.

適用于任何工質(zhì)，可逆過(guò)程。

7.An=g

適用于任何工質(zhì)，可逆定容過(guò)程

8.

適用于任何工質(zhì)，可逆絕熱過(guò)程。

9.At7=0

適用于閉口系統(tǒng)任何工質(zhì)絕熱、對(duì)外不作功的熱力過(guò)程等熱力學(xué)能或理想氣體定溫

過(guò)程。

10.△U=Q-W

適用于mkg質(zhì)量工質(zhì)，開(kāi)口、閉口，任何工質(zhì)，可逆、不可逆過(guò)程。

11.zXwq-w

適用于1kg質(zhì)量工質(zhì)，開(kāi)口、閉口，任何工質(zhì)，可逆、不可逆過(guò)程

12.du=的一pdv

適用于微元，任何工質(zhì)可逆過(guò)程

13.Aw=A/?-

熱力學(xué)能的變化等于焰的變化及流動(dòng)功的差值。

焙的變化：

1.H=U+pV

適用于m千克工質(zhì)

2.h=u+pv

適用于1千克工質(zhì)

3.h=u+RT=f（T）

適用于理想氣體

4.dh=cpdT,

適用于理想氣體的一切熱力過(guò)程或者實(shí)際氣體的定壓過(guò)程

5.△%=%（△-￡）

適用于理想氣體的一切熱力過(guò)程或者實(shí)際氣體的定壓過(guò)程，用定值比熱計(jì)

算

6?△力=jcpdt=/cpdt-fcpdt=c/#-t2-cp,h-ti

/10011

適用于理想氣體的一切熱力過(guò)程或者實(shí)際氣體的定壓過(guò)程用平均比熱計(jì)算

7.把Cp=/（T）的經(jīng)驗(yàn)公式代入積分。

適用于理想氣體的一切熱力過(guò)程或者實(shí)際氣體的定壓過(guò)程，用真實(shí)比熱公

式計(jì)算

8.H=H+%+…+/=￡%=￡哂

]j?lM

由理想氣體組成的混合氣體的焰等于各組成氣體焙之和，各組成氣體焰又

可表示為單位質(zhì)量焰及其質(zhì)量的乘積。

9.熱力學(xué)第一定律能量方程

_14+gZ]

適用于任何工質(zhì)，任何熱力過(guò)程。

10.dh=Sq——d<?-gdz-砌,

適用于任何工質(zhì)，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流熱力過(guò)程

11.dh=3q-加,

適用于任何工質(zhì)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過(guò)程，忽略工質(zhì)動(dòng)能和位能的變化。

適用于任何工質(zhì)可逆、穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過(guò)程，忽略工質(zhì)動(dòng)能和位能的變化。

適用于任何工質(zhì)可逆、穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流絕熱過(guò)程，忽略工質(zhì)動(dòng)能和位能的變化。

14.Ah=q

適用于任何工質(zhì)可逆、穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流定壓過(guò)程，忽略工質(zhì)動(dòng)能和位能的變化。

15.A/z=O

適用于任何工質(zhì)等焰或理想氣體等溫過(guò)程。

熔的變化:

適用于任何氣體，可逆過(guò)程。

2.Ay=+As?

△“為端流，其值可正、可負(fù)或?yàn)榱?；為牖產(chǎn)，其值恒大于或等于零。

3.（理想氣體、可逆定容過(guò)程）

4.（理想氣體、可逆定壓過(guò)程）

5.（理想氣體、可逆定溫過(guò)程）

6.Ay=O（定端過(guò)程）

適用于理想氣體、任何過(guò)程

功量：

膨脹功（容積功）：

1.^w=pdv或

適用于任何工質(zhì)、可逆過(guò)程

2.w=0

適用于任何工質(zhì)、可逆定容過(guò)程

3.w=p（v2-vj

適用于任何工質(zhì)、可逆定壓過(guò)程

4.

適用于理想氣體、可逆定溫過(guò)程

5.w=^—Aw

適用于任何系統(tǒng)，任何工質(zhì)，任何過(guò)程。

6.w=q

適用于理想氣體定溫過(guò)程。

7.w=—Au

適用于任何氣體絕熱過(guò)程。

8.

適用于理想氣體、絕熱過(guò)程

9.

w=-AM

=白（〃/一。2叱）

k-1

k-1

Jt-i-

IP"

適用于理想氣體、可逆絕熱過(guò)程

10.

卬=」7仿巧一外叱）

n-1

=-L-R（Ti-T2）

n-\

w-1

適用于理想氣體、可逆多變過(guò)程

流動(dòng)功：

Wf=〃2叱一〃1匕

推動(dòng)1kg工質(zhì)進(jìn)、出控制體所必須的功。

技術(shù)功：

1.

熱力過(guò)程中可被直接利用來(lái)作功的能量，統(tǒng)稱為技術(shù)功。

2.

適用于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流、微元熱力過(guò)程

3.=vv+P]V|-p2V2

技術(shù)功等于膨脹功及流動(dòng)功的代數(shù)和。

4.池=-vdp

適用于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流、微元可逆熱力過(guò)程

5.

適用于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流、可逆過(guò)程

熱量：

1.M=TdS

適用于任何工質(zhì)、微元可逆過(guò)程。

2.

適用于任何工質(zhì)、可逆過(guò)程

3.Q=AU+W

適用于mkg質(zhì)量任何工質(zhì)，開(kāi)口、閉口，可逆、不可逆過(guò)程

4.g=△〃+卬

適用于1kg質(zhì)量任何工質(zhì)，開(kāi)口、閉口，可逆、不可逆過(guò)程

5.Sq=du+pdv

適用于微元，任何工質(zhì)可逆過(guò)程。

6.

適用于任何工質(zhì)可逆過(guò)程。

7憋=(/?2+自+gZ2卜2+gzj冽+6WSMEB

適用于任何工質(zhì)，任何系統(tǒng)，任何過(guò)程。

8.6q=dh+—de1+gdz+蘇^

適用于微元穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過(guò)程

9.q=M+嗎

適用于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過(guò)程

10.4=AM

適用于任何工質(zhì)定容過(guò)程

ILf優(yōu)T）

適用于理想氣體定容過(guò)程。

12.q=^h

適用于任何工質(zhì)定壓過(guò)程

13.q=cp（T2-T｝）

適用于理想氣體、定壓過(guò)程

14.夕=0

適用于任何工質(zhì)、絕熱過(guò)程

15.q=^-^cv（T2-彳）（"1）

72-1

適用于理想氣體、多變過(guò)程

3.重要圖表

圖3—1軸功

圖3-2流動(dòng)功

圖3—3閉口系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換

圖3-7技術(shù)功

-^1\|1

PMX

開(kāi)口系統(tǒng)(控制體)

基準(zhǔn)面

圖3—5開(kāi)口系統(tǒng)

第四章理想氣體的熱力過(guò)程及氣體壓縮

1.基本概念

分析熱力過(guò)程的一般步驟：1.依據(jù)熱力過(guò)程特性建立過(guò)程方程式，P二f(v)；

2.確定初、終狀態(tài)的基本狀態(tài)參數(shù)；

3.將過(guò)程線表示在p-v圖及T-s組上,使過(guò)程直觀，便于

分析討論。

4.計(jì)算過(guò)程中傳遞的熱量和功量。

絕熱過(guò)程：系統(tǒng)及外界沒(méi)有熱量交換情況下所進(jìn)行的狀態(tài)變化過(guò)程，即的=0或

4=0稱為絕熱過(guò)程。

定隔過(guò)程：系統(tǒng)及外界沒(méi)有熱量交換情況下所進(jìn)行的可逆熱力過(guò)程，稱為定炳

過(guò)程。

多變過(guò)程：凡過(guò)程方程為修"=常數(shù)的過(guò)程，稱為多變過(guò)程。

定容過(guò)程：定量工質(zhì)容積保持不變時(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。

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，活塞每往返一

次，完成以上三個(gè)過(guò)程。

活塞式壓氣機(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。

活塞式壓氣機(jī)的余隙：為了安置進(jìn)、排氣閥以及避免活塞及汽缸端蓋間的碰撞,

在汽缸端蓋及活塞行程終點(diǎn)間留有一定的余隙，稱為余隙容積，簡(jiǎn)稱余隙。

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

的功及實(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。

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)?/p>

機(jī)械能，則此循環(huán)稱為熱機(jī)循環(huán)。

2.常用公式

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)程定嫡過(guò)程多變過(guò)程

過(guò)程指數(shù)

OO01Kn

n

過(guò)程方程。哪數(shù)。嘯數(shù)0/端數(shù)。近端數(shù)〃嘴數(shù)

P、V.TPM=P2<

PM=P2y2

關(guān)系

Aw=cv（7；-7；）

AM=C,.(7；-7；)Au=OAM=［（n-7；）

AM=C;（7；-7；）

M=0

兇=咨工)

△力二金（4一7；）

Ah=cp（T2-T1）

AS=0

w=-A?=二7［（網(wǎng)R-PIVJ）

膨脹功

片0力x(D

卦鏟喑卜蜴

熱量

q=0

比熱容CP000

備注表中比熱容為定值比熱容

多變指數(shù)n：

n二ms/戶i)

In⑸例2)

Z級(jí)壓氣機(jī)，最佳級(jí)間升壓比:

3.重要圖表

圖4-7理論壓氣過(guò)程示功圖

3)

圖4-8三種壓縮過(guò)程pr圖和Tr?圖

圖4-11為兩級(jí)壓氣機(jī)工作過(guò)程圖

第五章熱力學(xué)第二定律

1.基本概念

熱力學(xué)第二定律：

開(kāi)爾文說(shuō)法：只冷卻一個(gè)熱源而連續(xù)不斷作功的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)是造不成功的。

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)闄C(jī)械能而不引起其他

變化的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，稱為第二類永動(dòng)機(jī),。

孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)及外界之間不發(fā)生任何能量傳遞和物質(zhì)交換，稱為孤立系統(tǒng)。

孤立系統(tǒng)燧增原理：任何實(shí)際過(guò)程都是不可逆過(guò)程，只能沿著使孤立系統(tǒng)端增

加的方向進(jìn)行。

定牖過(guò)程：系統(tǒng)及外界沒(méi)有熱量交換情況下所進(jìn)行的可逆熱力過(guò)程，稱為定埔

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)?/p>

機(jī)械能，則此循環(huán)稱為熱機(jī)循環(huán)。

制冷：對(duì)物體進(jìn)行冷卻，使其溫度低于周圍環(huán)境溫度，并維持這個(gè)低溫稱為制

冷O

制冷機(jī)：從低溫冷藏室吸取熱量排向大氣所用的機(jī)械稱為制冷機(jī)。

熱泵：將從低溫?zé)嵩次〉臒崃總魉椭粮邷嘏宜玫臋C(jī)械裝置稱為熱泵。

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)。

卡諾循環(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)。

卡諾定理:

1.所有工作于同溫?zé)嵩醇巴瑴乩湓粗g的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，及

采用哪種工質(zhì)無(wú)關(guān)。

2.在同溫?zé)嵩醇巴瑴乩湓粗g的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)。

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。

2.常用公式

焙的定義式：

J/kgK

工質(zhì)烯變計(jì)算：

=fds=O

工質(zhì)病變是指工質(zhì)從某一平衡狀態(tài)變化到另一平衡狀態(tài)焙的差值。因?yàn)榈帐?/p>

狀態(tài)參數(shù)，兩狀態(tài)間的燧差對(duì)于任何過(guò)程，可逆還是不可逆都相等。

1.

理想氣體、己知初、終態(tài)K。值求AS。

2.

理想氣體已知初、終態(tài)八P值求AS。

3.

理想氣體、已知初、終態(tài)P、v值求AS。

4.固體及液體的嫡變計(jì)算：

小jA=烏

T7\

5.熱源端變:

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)燧方程：4的=+結(jié)””或工的=99

1=1

式中：△Wys----------系統(tǒng)燧變；

△Wur-------環(huán)境埔變；

△5一一某子系統(tǒng)端變。

開(kāi)口系統(tǒng)端方程：

mS

及的=6中+&s“r+22-相聲

式中：iiks2----工質(zhì)流出系統(tǒng)的尷；

0S-----------工質(zhì)流入系統(tǒng)的嫡。

不可逆作功能力損失：

△卬="AS/s。

式中：7o------------環(huán)境溫度；

△S1SO----------孤立系統(tǒng)烯增。

3.重要圖表

冷源75

他）

圖5~4卡諾循環(huán)的夕r圖和T-s圖

⑷⑹

圖5-4逆卡諾循環(huán)的p招圖和T—s圖

第六章熱力學(xué)微分關(guān)系式

1.基本概念

自由能：F=U—TS,/稱為自由能，或稱亥姆霍茲(Helmholtz)函數(shù)。

自由焰：令G=H-TS,G稱為自由焰，或稱吉布斯(Gibbs)函數(shù)。

2.重要公式

熱力學(xué)能的基本關(guān)系式：

SQ=dU+SW=6U+i^V

dU=TdS-i^V

烙的基本關(guān)系式：

d，=dU+/xiV+我步

dH=TdS+Vd/^

自由能基本關(guān)系式：

dF=-SdT-pdV

自由熠的基本關(guān)系式：

dG=-5dT+VaP

麥克斯韋關(guān)系式：

熱系數(shù)：

式中a一一壓力溫度系數(shù)；

——物質(zhì)在定容下壓力隨溫度的變化率；

P——容積膨脹系數(shù)，或稱熱膨脹系數(shù)；

一一物質(zhì)在定壓下比體積隨溫度的變化率；

〃一一定溫壓縮系數(shù)，或簡(jiǎn)稱壓縮系數(shù)；

——物質(zhì)在定溫下比體積隨壓力的變化率，表示物質(zhì)在定溫條件下受壓后的壓

縮性。這個(gè)偏導(dǎo)數(shù)為負(fù)值，加負(fù)號(hào)后，〃仍為正值。

埔方程:

crST」pdT

#=ev(—)vdP+7Z(—)dv

TdpTdvPp

焙方程:

d//=cpdT+[v-T(-^)p]d/?

。1

熱力學(xué)能的微分方程式:

〃2-4=『W+「〔7償入-Pm

熱量的微分方程式:

8q=Tds=cvdT+T（-^）vdv

^=Ms=cpdT-T（—）pdp

上述兩式適用于任意物質(zhì)的任何可逆過(guò)程。

比熱容及狀態(tài)方程式的關(guān)系:

?「。/二―乙rp：，（下）「切

比定壓熱容及比定容熱容的關(guān)系：

—（景爵

克拉貝龍方程：

克勞修斯一克拉貝龍方程：

Id億二d（ln億）二r

P、dT「d1一RT：

第七章水蒸氣

1.基本概念

未飽和水：水溫低于飽和溫度的水稱為未飽和水（也稱過(guò)冷水）.

飽和水：當(dāng)水溫達(dá)到壓力戶所對(duì)應(yīng)的飽和溫度4時(shí)，水將開(kāi)始沸騰，這時(shí)的水稱

為飽和水。

濕飽和蒸汽：把預(yù)熱到人的飽和水繼續(xù)加熱，飽和水開(kāi)始沸騰，在定溫下產(chǎn)生

蒸汽而形成飽和液體和飽和蒸汽的混合物，這種混合物稱為濕飽和蒸汽，簡(jiǎn)稱濕蒸

汽。

干飽和蒸汽：濕蒸汽的體積隨著蒸汽的不斷產(chǎn)生而逐漸加大，直至水全部變?yōu)?/p>

蒸汽，這時(shí)的蒸汽稱為干飽和蒸汽（即不含飽和水的飽和蒸汽）。

2.常用公式

干度：

干座二濕蒸汽中含干蒸汽的質(zhì)曷

x一濕蒸汽的總質(zhì)量

濕蒸汽的參數(shù)：

r

vx=xv"十（1-x）v=V*+x（v"-V*）

w"（當(dāng)夕不太大，X不太小時(shí)）

n1r

/?x=x/f+（1—x）h'=h'x（h-h）=h+xr

5X=XS"+（1-X）S'二S'+X（S"-=S'+X,

人=兒一PL

過(guò)熱蒸汽的焰：

〃="+CpmQTs）

其中Cpm（一。是過(guò)熱熱量，方為過(guò)熱蒸汽的溫度，"為過(guò)熱蒸汽由1到乙的平均比

定壓熱容。

過(guò)熱蒸汽的熱力學(xué)能：

u=h-pv

過(guò)熱蒸汽的熠h

,r}dTr.T

s=sf

+-—=s+—+cpmln-

水蒸氣定壓過(guò)程：

q=^h=h2—hl

Su=h2-h1-p(v2-v,)

w=q—△"或vv=p(y2-V1)

rp

叱=一vdp=0

,rfdTr,T

s=s+——+c——=sf+——+cIn—

TIpnTTpnmT

水蒸氣定容過(guò)程：

w=fpdv=0

Jv

q=Xu

△〃=%-hx-v(p2-“J

w=-Pvdp=v(p-p)

t-Pl12

水蒸氣定溫過(guò)程：

q=T(s?-4)

w=q-Au

wt=

\u=h2