第1章 工程热力学基础
绪论
一、2002年我国能源状况：
?一次能源消费量为14.8亿吨标准煤，为世界第二大能源消费国
?一次能源产量为13.87亿吨标准煤
?煤炭产量13.8亿吨，居世界第1位
?原油1.67亿吨，居世界第5位
?天然气产量326.6亿立方米，居世界第16位
?发电装机容量3.57亿千瓦，居世界第2位
二、世界能源发展趋势：
?目前全世界能源总消费量约为130亿吨标准煤,化石能源占80%以上
?工业国家能源消费经历由煤炭向优质能源（石油、天然气）转变，再进一步向可再生能源过渡
?为实现可持续发展，欧洲、日本等正大力发展风电、太阳能、生物质能等可再生能源，每年增长率达30%以上
?人均能源消费量与人均GDP的增长有很强的相关性
?从世界范围看，人均GDP达1万美元（中等发达国家水平）以前，人均能源消费量增长较快，其值约为4吨标煤，其后增长变缓
?在人均GDP达1万美元阶段，日本人均能源消费量为4.25吨标煤 (1980年)，韩国为4.07吨标煤(1997年)，而美国为8吨标煤 (1960年)
三、未来我国能源需求预测：
?2020年，我国一次能源需求值在25～33亿吨标煤之间，均值是29亿吨标煤
?煤炭：21～29亿吨
?石油：4.5～6.1亿吨
?天然气：1400～1600亿立方米
?发电装机容量：8.6～9.5亿千瓦，其中水电2.0～2.4亿千瓦
?2050年要达到目前中等发达国家水平，人均能源消耗应达3.0吨标煤以上，能源需求总量约为50亿吨标煤
四、我国能源面临的矛盾与挑战：
1、能源供需矛盾突出
?我国人均能源可采储量远低于世界平均水平,石油2.60吨，天然气1074立方米，煤炭90吨，分别为世界平均值的11.1%，4.3%，55.4%
?我国目前人均能源消费约为1吨标煤，世界平均值为2.1吨标煤，美国11.7吨标煤，OECD 国家6.8吨标煤
?到2050年，我国能源供应将面临更为严峻挑战，国内常规能源难以满足需求的增长
2、能源安全，尤其是石油安全问题凸现
?到2020年，我国石油消费量将为4.5~6.1亿吨，届时国内石油产量为1.8~2.0亿吨，对外依存度将达60% ?我国煤炭资源丰富，但探明程度低，可供建矿的精查储量严重不足
3、能源利用效率低下，节能任务十分艰巨
?我国能源效率约为31.4%，与先进国家相差10个百分点，主要工业产品单位能耗比先进国家高出30%以上?目前，我国正面临着重化工业新一轮增长，国际制造业转移以及城市化进程加速的新情况，经济发展对能源的依赖度增大，能源翻一番保GDP翻两番的任务艰巨
4、环境污染严重，可持续发展面临较大压力
?从环境容量看，二氧化硫为1620万吨，氮氧化物为1880万吨，到2020年，如不采取措施，两者的排放量将分别达到4000万吨和3500万吨
?我国CO2的排放量已成为世界第2位，未来将面临巨大的国际压力
五、我国能源发展战略：
我国应以保障供应为主线，实施“节能优先、供应安全、结构优化、环境友好”的可持续发展能源战略。远近结合、分阶段部署，争取用三个15年，初步实现我国能源可持续发展的目标
第一章、工程热力学基础
一、工程热力学的任务及基本概念
（一）工程热力学的主要任务
1、基本定义
?热力发电厂：利用各种热能转换为电能的企业
?火电厂：热力发电厂中使用化石燃料的电厂
?火电厂中的能量转换：–通过燃烧将燃料化学能转化为烟气的热能（炉内）
–烟气热能以辐射对流等方式加热水为蒸汽（锅内）
–蒸汽在汽缸各级内将热能转化为转子动能（汽机）
–凝汽器凝水经水泵升压加热器升温至锅炉（回热）
?涉及热力学原理、传热原理、热力设备工作原理
?热力学：研究热现象规律的科学
?工程热力学：研究热能与机械能转换的科学
2、工程热力学的应用及其发展
?工程热力学研究以提高热能利用率为核心：–热力机械、低温制冷、空气分离、采暖通风
–航空航天、海水淡化、超导传递、化学精炼?工程热力学的研究方法：–现象或者经典热力学
–统计热力学
?工程热力学的发展：–同物理学、化学、生命科学等学科交叉渗透
3、能量转换面临的三个问题
?热能与机械能相互转换间的数量关系：–热能与机械能的转换是否存在定量？
–不耗能而输出功的第一类永动机是否现实？?热能与机械能相互转换间的质量关系：–热能与机械能是否存在质量上的差异？
–冷却单一热源作功的第二类永动机是否现实？?工质的热力性质如何影响热与功的转换：–理想气体（空气或者烟气）
–实际工质（水和水蒸汽工质）
4、工程热力学的理论支柱
?热力学第一定律：–热能与机械能相互转换存在守恒关系！
–第一类永动机是不现实的！
?热力学第二定律：–能量的不等价表现为转换方向与限度的差异！
–第二类永动机是不现实的！
?工质的热力学性质：–理想气体的状态方程与典型热力过程
–水蒸汽的热力学性质方程与典型热力过程
（二）基本概念
1、热力系
·热力系的定义： -为分析问题方便而人为分离出来的研究对象
-其边界可真实可虚构；可以固定亦可涨缩
·热力系的种类：流动系：热力系与外界有物质交换及能量交换
封闭系：热力系与外界无物质交换有能量交换
绝热系：热力系与外界有物质交换无能量交换
孤立系：热力系与外界无物质交换无能量交换
2、工质、工质的状态与状态参数
·工质的定义：工质是参与热功转换的媒介物质；热功转换完成后工质本身并无变化·工质的状态：工质在某瞬间的物理特性
·工质的状态参数：描述状态的物理量定义为状态参数；状态参数与与达到该状态的路径无关·基本状态参数：物理意义明确且易于测量的状态参数
（三）基本状态参数及其测量
1、温度及其测量
·基本定义：表示物体冷热程度的物理量
·单位：绝对温度T是SI单位制的基本单位，单位为K
摄氏温度t 是日常计量单位，单位为℃
上述温度的相互关系为： T＝t＋273.15
·温度测量：利用物体的物理或者化学性质与温度相关性
水银温度计、热电阻温度计、热电偶温度计
半导体温度计、辐射式温度计
2、压力及其测量
·基本定义：单位面积上受到的垂直作用力
·单位：压力用符号p 表示；基本单位为N/m2；符号Pa
单位液柱高：1mmHg=133.322 (Pa)；工程大气压：1kgf/cm2=9.8067 104 (Pa) ·压力测量：压阻式、压磁式、压电式与力平衡式压力计
·大气压力、表压力（真空）与绝对压力：当绝对压力高于大气压力时：p=pb+pg
当绝对压力低于大气压力时：p=pb-pv
二、热力学第一定律（一）热力学第一定律表达式
?本质：–是能量转换与守恒定律在工程热力学中的应用
–没有一种机器可以不消耗能量而连续作功
?表述：–热功可以相互转换，而且在数量上守恒
?封闭系热力学第一定律的数学表达式：–能量平衡：Q-AW=E2-E1
–式中：Q为热量；W为功量；E＝E k+E p＋u
–对于封闭热力系：Q-AW=u2-u1
–对单位工质微小变化：dq=du+pdv
（二）内能、功量和热量
?内能：各种微观能量的总和为内能；其中内动能与温度有关而内势能取决与比容
?功与压容图：微分功量为：dw=p3dv；压力是作功的推动力；比容变化是作功的标志
?热与温熵图：–微分热量为：dq=T3ds 由此定义：ds=dq/T
–温度是传热的推动力；比熵变化是传热的标志
–实际上热量需要由其他的定义式计算
三、理想气体的性质及其主要热力过程
（一）理想气体的性质
·理想气体的定义与意义：理想气体假设其分子不占体积，分子间无作用
该模型的引入具有三个方面的意义
·状态方程（基本状态参数之间的关系）：p3v=R3T (R为气体常数)
对同种气体，无论在什么状态，R恒为常数
·通用气体常数：同温同压下，不同气体的比容不同，故R不同
根据阿付加德罗定律，摩尔质量的容积相等
通用气体常数：Rm＝m3R3103 ＝8.3143 (m分子量)
（二）理想气体的其他状态参数
·气体比热：定义：c=dq/dT 据此有：dq＝c3dT
种类、单位、过程和温度区间是影响c的因素
·理想气体内能（用第一定律分析定容过程）第一定律：dq v=c v dT=du 则：du=c v dT
·理想气体比焓（用第一定律分析定压过程）第一定律：dq p=c P dT=dh 则：dh=c p dT
·理想气体比熵：熵定义：ds=dq/T=(du+pdv)/T=(c v dT+pdv)/T
（三）理想气体的定容过程 ?定容过程方程：v ＝const ?状态方程：p/T=R/v=const ?过程膨胀功：dw=pdv=0
?过程吸热量：dq=du+pdv=du=cvdT
?熵增：ds=cvdT/T 在温熵图上为对数曲线 ?定容过程在压容图上垂直于比容坐标轴 （五）理想气体的定温过程 ?定温过程方程：T ＝const ?状态方程：p 3v=R 3T=const ?过程膨胀功：dw=pdv=R 3T 3dv/v ?内能du=cvdT=0；比焓dh=cpdT=0 ?过程吸热量：dq=du+pdv=dw=R 3T 3dv/v ?定温过程在温熵图上垂直于温度坐标轴 ?定温过程在压容图上为双曲线 ★定熵过程方程的推导：
?由焓的定义：h=u+pv 即dh=du+pdv+vdp ?第一定律为：dq=du+pdv=dh-vdp ?绝热过程中：dq ＝0
?由上式得：cvdT=-pdv 以及cpdT=vdp ?两式相除：cp/cv=k=-vdp/pdv ?分离变量得：dp/p=-kdv/v ?两边积分整理得：pvk=const （四）理想气体的定压过程 ?定压过程方程：p ＝const ?状态方程：v/T=R/p=const
?过程膨胀功：dw=pdv w=p 3(v2-v1) ?过程吸热量：dq=cpdT
?熵增：ds=cpdT/T 在温熵图上为对数曲线 ?定压过程在压容图上垂直于压力坐标轴 六）理想气体的定熵过程
?定熵过程方程：pvk ＝const (k 为绝热指数) ?状态方程：pv=RT
?过程膨胀功：dw=pdv=(p2v2-p1v1)/(1-k)=… ?内能du=cvdT ；比焓dh=cpdT ?过程吸热量：dq=Tds=0
?定熵过程在温熵图上垂直于比熵坐标轴 ?定熵过程在压容图上为不等边高次双曲线 （七）理想气体的多变过程
?定熵过程方程：pvn ＝const (n 为多变指数) ?状态方程：pv=RT
?过程膨胀功：dw=pdv=(p2v2-p1v1)/(1-n)=… ?内能du=cvdT ；比焓dh=cpdT
?过程吸热量：dq=cvdT-R 3(T2-T1)/(n-1)=… ?多变过程在温熵图上为一簇曲线 ?多变过程在压容图上也为一簇曲线
四、稳定流动能量方程及其分析 （一）稳定流动能量方程 1、流动热力系
2、热力系内工质储能变化
?热力系内工质储能为E ＝Ek ＋EP ＋U
?进口处单位工质储能e1＝ek1＋ep1+u1 –宏观动能：ek1＝(c1)2 /2
–宏观势能：ep1＝g3(z1)
?进口处单位工质储能e2＝ek2＋ep2+u2 –宏观动能：ek2＝(c2)2 /2
–宏观势能：ep2＝g3(z2)
?储能变化：△e ＝ △ek ＋ △ep ＋ △u 3、维持系统流动的推动功
?流动系的特点： –包含工质进出（与外界有物质交换）
–工质进出系统需要额外消耗推动功
?工质进出系统的推动功： –工质进入系统，外界作功p1v1，克服流动阻力
–工质离开系统，系统作功p2v2，克服流动阻力
?维持流动系统付出的推动功
–出口与进口的耗功差△(pv)＝ p2v2－
p1v1
4、系统进出能量（热量与功量）
?进出系统的热量：–系统与外界交换的热量为Q
–加入系统的热量为正，反之为负
?进出系统的功量：–在流动系中的功量称为轴功
–轴功伴随能量形式的变化而不同于膨胀功
–系统对外作功为正，反之为负
5、稳定流动能量方程
?流动系稳定流动能量方程： q＝△e＋wi＋△(pv)
?稳定流动能量方程的意义：–对稳定流动系中的工质加热，产生以下效果
–可以改变工质的储能
–可以转化为轴功输出
–可以获得工质流动的推动功
（二）稳定流动能量方程分析
1、状态参数焓
?状态参数焓的定义：h＝u＋pv；焓的微分表达：dh＝du＋pdv＋vdp
?状态参数焓的意义：–焓定义为内能与推动功之和
–焓在流动系的能量转换分析中具有重要作用
–焓用以表达直接取决于工质状态的能量
–单位质量的焓为比焓
2、技术功
?技术功的意义：–定义技术功是宏观动能、宏观势能与轴功和
–是稳定流动能量方程中与机械功相关的能量
–技术功是流动系输出的技术上可利用的能量
?技术功的表达式：–定义式：wt＝△(c2)/2＋g△z＋wi
–由稳定流动能量方程：wt＝q－△u－△(pv)
–技术功以压力变化为标志：wt ＝－v △p
3膨胀功
?膨胀功的意义与特点：–膨胀功是封闭系输出的功量
–膨胀功由热能直接转换，无其他能量形式变化
–膨胀功是热能转换为机械能的根本途径
?膨胀功的表达式：–定义式：w＝∫pdv
–由封闭系的能量方程： w＝q－△u
4、稳定流动能量方程的第二种微分表达式
?稳定流动能量方程：–原型：q＝△(c2) /2＋g△z＋△u＋△(pv)＋wi
–变形：q－△u ＝△(c2) /2＋g△z＋△(pv)＋wi
–代入：q－△u＝ p△v （第一微分表达式）
–整理：wt＝△(c2) /2＋g△z＋wi＝－v △p
–转化：q＝△(u＋pv) ＋ wt ＝△h－v△p
–结论：dq＝dh－vdp （第二微分表达式）
?源自热能的机械能恒等于膨胀功；流动系中膨胀功等价于技术功与推动功之和
5、膨胀功与技术功的关系
?相同点：技术功是流动系的作功形式，但源自膨胀功；是热力系对外输出的机械能，具有相同单位?相异点：（1）膨胀功对应封闭系，技术功对应流动系；
（2）数值不等：膨胀功是pv图中压力曲线与比容轴间面积
技术功是pv图中压力曲线与压力轴间面积
（3）形式不同：膨胀功是工质热能直接转化为机械能
技术功是工质热能转为工质动能，再转为轴的机械能
五、水蒸汽的性质及其主要热力过程
（一）水蒸汽的定压形成及相图
1、水蒸汽的定压形成过程(课本图1-13,27页)
2、水和水蒸汽的状态变化
?未饱和水(a1)状态: 未饱和水受热后，温度升高，比容略增
?饱和水(a’)湿蒸汽(ax)与饱和汽(a”)状态：–当温度升高至饱和温度，水始沸腾，为饱和水
–饱和水加热，温度不变，汽量增加，比容增加
–继续加热使水全变为汽，温度不变，为饱和汽?过热蒸汽(a2)状态：饱和蒸汽受热后，温度升高，比容增加
3、水蒸汽相图的分析
?相图中的一点：临界点（CR）
?相图中的两线：饱和水线（x＝0）与饱和汽线（x＝1）
?相图中的三区：（未饱和）水区、饱和区、（过热）汽区
?水蒸汽的五态：未饱和水、饱和水、湿蒸汽、饱和汽、过热汽
（二）水蒸汽性质图表及其应用
1、水蒸汽性质图表简介
?使用水蒸汽图表的目的：查取或计算水蒸汽的相关状态参数
?未饱和水与过热汽的性质：–未饱和水与过热汽需要两个独立的状态参数
–未饱和水与过热汽图表以压力和温度为自变量
?饱和水与饱和汽的性质：–饱和水与饱和汽仅需要一个独立状态参数
–饱和水与饱和汽图表分别使用压力或温度排列
?湿蒸汽的性质：使用包含湿度在内的两个独立参数
2、水蒸汽图表应用（一）
?未饱和水与过热蒸汽的状态参数： h＝f(p,t)；s＝f(p,t)；v＝f(p,t)
?饱和水与饱和汽的状态参数：–饱和压力与温度：ps＝f(ts)；ts＝f(ps)
–饱和水（压力）：h’＝f(ps); s’＝f(ps); v’＝f(ps);
–饱和汽（压力）：h”＝f(ps); s”＝f(ps);v”＝f(ps);
–饱和水（温度）：h’＝f( ts); s’＝f( ts); v’＝f( ts);
–饱和汽（温度）：h”＝f( ts); s”＝f( ts);v”＝f( ts);
3、水蒸汽图表应用（二）
?湿蒸汽的干度：X ＝饱和蒸汽质量/总质量
?湿蒸汽的状态参数：–湿蒸汽焓：hx＝h’＋X×(h”－h’)；
–湿蒸汽熵：sx＝s’＋ X ×(s”－s’)；
–湿蒸汽比容： vx＝v’＋ X ×(v”－v’)；
?已知压力p与焓hx，求湿蒸汽熵sx：–由压力p，查表计算h’、h”、s’和s”
–计算干度： X ＝（hx－h’）/（h”－h’）
–计算湿蒸汽熵：sx＝s’＋ X ×(s”－s’)（三）水蒸汽的性质及其主要热力过程
1、水蒸汽性质的数值计算
?水蒸汽是实际气体，其性质以实验为基础
?通过实验获得水蒸汽性质的骨架表
?根据骨架表实验数据整理计算模型
?数值计算的发展历史：–50年代，采用骨架表数据各国发展独立标准
–60年代，国际公式化委员会提出国际标准
–70年代，根据需要，拟合小范围高精度模型
–90年代，国际水和水蒸汽性质协会推新标准
2、法模型与通用计算
?拟合模型：根据骨架表数据，拟合公式供分析使用；典型的全苏热工所模型，哈汽厂模型等
?标准模型：国际公式化委员会IFC67模型；国际水和水蒸汽性质协会IAPWS模型
?通用计算：实现多变量组合的通用；实现跨区域计算的通用
（四）水蒸汽的典型热力过程
1、定压流动换热过程
?过程特点：–轴功：wi＝0
–动能：ek ≈0
–势能：ep ≈0
?能量平衡：–方程：q＝△h＝h2－h1
?意义：
–加热可使工质焓升高
–使用焓升可计算热量
–此式适于各换热设备
2、绝热流动作功过程
?过程特点：–热量：q ＝0
–动能：ek ≈0
–势能：ep ≈0
?能量平衡：–方程：wi＝h1－h2
?意义：–作功表现为工质焓降
–利用焓降可计算功量
–此式适于各作功设备
3、通过喷嘴的绝热流动
?过程特点：–热量：q ＝0
–轴功：wi＝0
–势能：ep ＝0
?能量平衡方程：ek ＝h1－h2
?意义：–工质热能可变为动能
–使用焓降可计算速度
4、热节流过程
?过程特点：–热量：q ＝0
–轴功：wi＝0
–动能：ek＝0
–势能：ep＝0
?能量平衡方程： h1＝h2
?意义：–绝热过程中焓值相等
六、热力学第二定律
（一）热力学第二定律的本质与表述
?本质：–阐明了热力过程进行的方向性及其限度；–为提高能量转换的效率奠定了基础
?表述：–只冷却单一热源不可能实现连续循环作功；–热能无法自发或无代价地由低温传向高温
?意义：–热变功是有条件和有限度的，两者不等价；–热转变为功的条件是使用高低温两个热源；
–热转变为功的极限是理想卡诺循环的效率
（二）卡诺循环的组成
?循环：持续热变功需要工质状态循环变化?卡诺循环：两等温过程与两等熵过程组成?吸热过程：工质从高温热源等温吸热qb ?作功过程：高温工质经等熵膨胀作功wt
?放热过程：工质向低温热源等温放热qc ?压缩过程：低温工质经等熵过程升压wp
?卡诺循环的特点：–等温吸放热过程及等熵胀缩过程是理想化的；–与工质的种类及热力系的特点无关
（三）卡诺循环过程
P—V图T—S图
（四）卡诺循环效率
?卡诺循环的能量平衡：–微分表达：dq＝dh－vdp –循环积分：qb－qc＝wn＝wt－wp
?循环效率：–定义：ηt＝wn / qb＝1－ qc / qb
?卡诺循环效率：–循环吸热量：qb＝Tb△s –循环放热量：qc＝Tc△s
–循环热效率：ηt＝1－ qc / qb＝1－Tc / Tb
（五）卡诺循环效率的分析
1、分析：–卡诺效率取决于两个热源温度与工质无关；–高低温热源温度相等，卡诺循环效率为0
–卡诺循环效率恒低于100％
–提高高温热源温度可以提高卡诺循环效率；–降低低温热源温度可以提高卡诺循环效率
2、卡诺循环的意义：–卡诺循环效率在理论上确定了热变功的条件
–卡诺循环效率在理论上确定了热变功的限度
–卡诺循环效率在理论上指明提高效率的途径
（六）卡诺定理
?卡诺定理：在两恒温热源间工作的热机效率低于可逆热机
?推论：在两恒温热源间可逆热机同效率且与工质无关；在两恒温热源间不可逆热机效率小于可逆热机
?意义：–热变功需要高低温两个热源；–在两恒温热源间可逆热机效率即卡诺循环效率–热变功的极限取决于两热源温度的比值；–非恒温热源的分析可以使用平均吸放热温度
七、蒸汽动力循环分析
（一）朗肯循环的组成
?朗肯循环：两等压过程与两等熵过程组成?吸热过程：工质从高温热源等压吸热qb
?作功过程：高温工质经等熵膨胀作功wt ?放热过程：工质向低温热源等压放热qc
?压缩过程：低温工质经等熵过程升压wp
?朗肯循环的特点：–锅炉内等压吸收水的预热、汽化及过热热量
–高温高压的蒸汽在汽轮机级内膨胀输出轴功
–在凝汽器中的等压放热过程等价于等温放热
–给水泵对（不可压缩）水工质加压耗功极低
（二）朗肯循环过程
（三）朗肯循环效率
?朗肯循环的能量平衡：qb－qc＝wn＝wt－wp
?循环效率：ηt＝wn / qb＝1－qc / qb
?朗肯循环效率：–单位工质循环吸热量：qb＝h0－h3；–单位工质循环放热量：qc＝h1－h2 –单位工质循环净功量：wn＝(h0－h1)－(h3－h2)；–循环效率：ηt＝1－qc / qb＝f（p0，t0，pc）
0.381137 0.373329 0.365905 (h0-hct)/(h0-hwc) effi kJ/kg
163.3742 163.3742 163.3742 wat(ts(pc),pc,1) hwc 0.873357
0.855044 0.83553 phx(pc,hct) xc kJ/kg 2267.501 2223.383 2176.367 h0-hht*eff_ri hct kJ/kg
1295.864 1227.217 1161.6 hht(p0,t0,pc) hht kJ/kg
3563.365 3450.599 3337.967 ste(t0,p0,1) h0 kPa 7 7 7 排汽压力 已知 pc ℃
550 500 450 主汽温度 已知 t0 MPa 3.5 3.5 3.5 主汽压力 已知
p0
0.420956
0.413846 0.365905 (h0-hct)/(h0-hwc) effi kJ/kg
163.3742 163.3742 163.3742 wat(ts(pc),pc,1) hwc
0.711338 0.737474 0.83553 phx(pc,hct) xc kJ/k g 1877.159 1940.127 2176.367 h0-hht*eff_ri hct kJ/k g
1245.892 1254.453 1161.6 hht(p0,t0,pc) hht kJ/k g
3123.051 3194.581 3337.967 ste(t0,p0,1) h0 kPa 7 7 7 排汽压力 已知 pc ℃
450 450 450 主汽温度 已知 t0 MPa 17 13 3.5 主汽压力 已知
p0 （四）朗肯循环效率的分析 1、单位工质循环净功的分析
–由于水不可压缩，水的比容很小且几乎不变； –给水泵耗功：wp ＝h3－h2＝v ×(p3－p2)≈0 –循环净功：wn ＝wt －wp ≈wt ＝h0－h1
2、单位工质循环吸放热量：
·循环吸热量：qb ＝h0－h3≈h0－h2； ·循环放热量：qc ＝h1－h2
·循环效率分析：因为：h0＝f(p0,t0)；h1=f(p0,t0,pc)；h2=f(pc)；
所以：ηt ＝f （p0，t0，pc ）
（五）提高火电机组经济性的途径
1、 提高初温度：提高初温度提高平均吸热温度并改善循环效率；受金属耐温性能的影响其上升空间有限
以中参数电厂为基准，分析主蒸汽温度由450℃到550℃变化对效率的影响
2、提高初压力： –在常用范围内提高初压可以提高平均吸热温度
–负面影响是进汽比容和排汽干度会下降； –虽受金属耐压性能影响但提升空间较大
以中参数电厂为基准，分析主蒸汽温度由3.5MPa 到17.0MPa 变化对效率的影响
0.3754
0.370308
0.365905
(h0-hct)/(h0-hw c)
effi
kJ/k g
137.7707 151.5005 163.3742 wat(ts(pc),pc,1) hwc
0.824666 0.830499 0.83553 phx(pc,hct) xc kJ/k g
2136.613 2157.994 2176.367 h0-hht*eff_ri hct kJ/k g 1201.355 1179.973 1161.6 hht(p0,t0,pc) hht kJ/k g 3337.967 3337.967 3337.967 ste(t0,p0,1) h0 kPa 5
6
7
排汽压力 已知 pc ℃ 450 450 450 主汽温度 已知 t0 MPa 3.5 3.5 3.5 主汽压力 已知 p0 3、降低终压力：降低终压可以降低平均放热温度改善循环效率；受制于环境温度、凝汽器传热性能的影响 4、降低终温度
以中参数电厂为基准，分析主蒸汽温度由7kPa 到5kPa 变化对效率的影响
工程热力学的公式大全
工程热力学公式大全 1.梅耶公式: R c c v p =- R c c v p 0''ρ=- 0R MR Mc Mc v p ==- 2.比热比: v p v p v p Mc Mc c c c c ===''κ 1-= κκR c v 1 -=κnR c p 外储存能: 1． 宏观动能: 221mc E k = 2． 重力位能: mgz E p = 式中 g —重力加速度。 系统总储存能: 1.p k E E U E ++= 或mgz mc U E ++ =221 2.gz c u e ++=22 1 3.U E = 或u e =(没有宏观运动,并且高度为零) 热力学能变化: 1.dT c du v =,?=?2 1dT c u v 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 2.)(12T T c u v -=? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程(用定值比热计算)
3.102000121221t c t c dt c dt c dt c u t vm t vm t v t v t t v ?-?=-==???? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程(用平均比热计算) 4.把()T f c v =的经验公式代入?=?2 1dT c u v 积分。 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程(用真实比热公式计算) 5.∑∑====+++=n i i i n i i n u m U U U U U 1121 由理想气体组成的混合气体的热力学能等于各组成气体热力学能之与,各组成气体热力学能又可表示为单位质量热力学能与其质量的乘积。 6.?-=?21pdv q u 适用于任何工质,可逆过程。 7.q u =? 适用于任何工质,可逆定容过程 8.?=?21pdv u 适用于任何工质,可逆绝热过程。 9.0=?U 适用于闭口系统任何工质绝热、对外不作功的热力过程等热力学能或理想气体定温过程。 10.W Q U -=? 适用于mkg 质量工质,开口、闭口,任何工质,可逆、不可逆过程。 11、w q u -=? 适用于1kg 质量工质,开口、闭口,任何工质,可逆、不可逆过程 12、pdv q du -=δ 适用于微元,任何工质可逆过程 13.pv h u ?-?=? 热力学能的变化等于焓的变化与流动功的差值。 焓的变化: 1.pV U H += 适用于m 千克工质 2.pv u h += 适用于1千克工质 3.()T f RT u h =+=
【工程热力学讲义大全】
【工程热力学讲义大全】 绪论 问题：本课程是什么？干什么？有什么特点？ 一、能源和动力工程 1、能源：人类赖以生存和发展的物质资源称为能源。人们的衣、 食、住、行，时时处处都离不开能源。从某个角度来讲，人类的发展史就是开发和利用能源的历史。而开发和利用能源的先进程度是社会进步的标志。 2、能源的利用：能源的利用方式可分为两种，一是直接利用，即将 自然界的能源不经过形态转换而利用。如晒太阳、风车、水车等。 自然界现有形态的能源称为一次能源。二是间接利用，将一次能源经过形态转换再利用。如火力发电、发动机等。这样的能源称为二次能源。在能源利用的发展史中，先是一次利用，后来发展二次利用，电能的优点是众所周知的。从节能和环保的观点出发，能源一次利用方式并非落后和将被淘汰，应当发展。 3、动力工程：由热能转换为机械能的装置称为热机，所有热机（蒸 汽机、内燃机、蒸汽动力装置等）称为动力工程。
二、工程热力学 1、主要内容：基本概念；基本理论；基本工质；热力过程；热力循 环。工程热力学是研究热功转换及其规律的科学。早期是随着热机而诞生的，如今应用已很广，包括热机、制冷、空调、化工等众多领域。 2、研究方法：宏观方法（宏观定义、宏观定律、宏观参数）与合理 抽象、简化手段相结合。 3、特点：用少量的宏观基本定律演绎出丰富的内容，具有应用的广 泛性和结论的准确性。 三、几个问题： 1、能量和能源一样吗？ 2、能量守恒吗？什么是节能？如何节能？节能的标准是什么？
第一章 基本概念 工程热力学的概念较多，要注意理解。本章先介绍一些基本概念。 1— 1工质和热力系 一、 工质 1、 定义：实现热功转换的媒介物质。 2、 举例： *工质的物理特性：流体（气体和液体）、大热容、变比容。 *工质可分为两大类，气体和蒸汽。气体工质一般作为理想气体处理。 二、 热力系 1、定义：热力学分析和研究的对象或范围。例： 媒介 热 功 工质
热工基础(张学学--第三版)复习知识点
热工基础（第三版） 张学学 复习提纲
第一章基本概念 1.工程热力学是从工程角度研究热能与机械能相互转换的科学。 2.传热学是研究热量传递过程规律的一门科学。 3.工质：热能转换为机械能的媒介物。 4.热力系统：选取一定的工质或空间作为研究对象，称之为热力系统，简称系统。 5.外界（或环境）：系统之外的一切物体。 6.边界：系统与外界的分界面。 7.系统的分类： （1）闭口系统：与外界无物质交换的系统。 （2）开口系统：与外界有物质交换的系统。 （3）绝热系统：与外界之间没有热量交换的系统。 （4）孤立系统：与外界没有任何的物质交换和能量（功、热量）交换。 8.热力状态：系统中的工质在某一瞬间呈现的各种宏观物理状况的总和称为工质（或系统）的热力状态，简称为状态。 9.平衡状态：在不受外界影响的条件下，工质（或系统）的状态参数不随时间而变化的状态。 10.基本状态参数：压力、温度、比容、热力学能（内能）、焓、熵。 11.表压力Pg、真空度Pv、绝对压力P P g = P - P b P v = P b - P 12.热力学第零定律(热平衡定律) ：如果两个物体中的每一个都
分别与第三个物体处于热平衡，则这两个物体彼此也必处于热平衡。 13.热力过程：系统由一个状态到达另一个状态的变化过程。 14.准平衡过程（准静态过程）：热力过程中，系统所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 15.可逆过程：一个热力过程完成后，如系统和外界能恢复到各自的初态而不留下任何变化，则这样热力过程称为可逆过程。 16.不可逆因素：摩擦、温差传热、自由膨胀、不同工质混合。 17.可逆过程是无耗散效应的准静态过程。 18.系统对外界做功的值为正，外界对系统做功的值为负。 系统吸收热量时热量值为正，系统放出热量时热量值为负。 第二章热力学第一定律 1.热力学第一定律：在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。 也可表述为：不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。进入系统的能量－离开系统的能量=系统储存能量的变化。 2.闭口系统的热力学第一定律表达式：Q =?U +W 微元过程：δQ =dU +δW 可逆过程：Q =?U +? 1pdV δQ =dU +pdV 2
工程热力学思考题答案,第一章
第 一 章 基本概念与定义 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？ 答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。 2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？ 答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。 3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系？ 答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。 物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 4.倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式b e p p p =+()e p p >， b e p p p =-()e p p <中，当地大气压是否必定是环境大气压？ 答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。 5.温度计测温的基本原理是什么？ 答：选作温度计的感应元件的物体应具备某种物理性质随物体的冷热程度不同有显著的变化。有两个系统分别和第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。 6.经验温标的缺点是什么？为什么？ 答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。 7.促使系统状态变化的原因是什么？举例说明 答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变。 8.分别以图参加公路的自行车赛车运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子内的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这是什么系统。 答：赛车运动员因为有呼吸有物质交换，运动员 对自行车作功，因此有能量交换，因此赛车运动 员是开口系统。压缩空气只有对子弹作功，因此 为闭口系统。杯子内的热水对外既有能量交换又 有物质交换，因此为开口系统，正在运行的电视 机有能量交换物物质交换，因此为闭口系统 9．家用加热电器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体（不包括电机热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，是什么系统？什么情况下构成孤立的系统？ 答：仅仅考虑电热水器为控制体，因有盖，不能与外界进行物质交换但与电机热器有热交换，因此是闭口系统。将电加热器包括在内，无热量交换因此是绝热过程。如果电加热器内电流非外部，而是用电池，即可认为绝热系统。 10.分析汽车动力系统与外界的质能交换情况？ 答：汽车发动机有吸气，压缩，作功，排气四个过程，因此吸气过程吸 收外界的空气，过程中既有物质的进入，也有随物质进入带入的能量。
高等工程热力学——第六章 (2)
第六章管内气体流动的热力学 工程上经常遇到的管内流动有以下三类：第一类为喷管和扩压管等管内流动；第二类为输送管内的流动；第三类为换热器管内的流动和可燃混合气在管内燃烧时的流动等。第一类流动的轴功为零，且由于管道短、流速高可看作绝热流动，因而可先略去壁面摩擦，简化成无摩擦、无能量效应的变截面等熵流，待得出流动规律后，再考虑摩擦的影响，加以修正。可以说，截面积变化是影响这类管内流动状况的主要因素。第二类流动中的输送管道都是等截面的。输送过程中，流体对外界不作轴功，外界对流体也投有加热或冷却，因而无能量效应。第三类流动中的管道也是等截面的。流动无轴功输出，外界对流体有热的作用，因而有熊量效应，但摩擦作用与能量效应相比可忽略不计。所以说，能量效应是促使第三类流动状况变化的主要因素。 1基本概念与基本方程 在与外界无轴功，无热量交换的情况下，流动的流体达到静止(c=O)时的状态称为滞止状态。该状态的参数称为滞止参数，以下角标“0”表示。流场中密度变化不能忽略的流体称为可压缩流体。多数情况下，斌体密度的变化主要由压力变化引起。 a==（6-1） s 式中p v s ρ 、、、分别为压力、密度、比容和熵。对于理想气体 a==（6-1a）式中k为比热比，R为气体常数。 某一点的流体流动速度c和统一点的当地声速a之比称为马赫数M，即 c M =（6-2） a 可压缩流可以分成以下几类： 1 M<亚声速流 M=声速流 1
1M > 超声速流 根据稳态稳流能量方程，滞流焓0h 为 2 02 c h h =+ 对于理想气体，上式为 2 0()2 p c c T T -= 因为 1 p R k c k = - M = 代入上式得 2 01(1)2 k T T M -=+ （6-3） 把式（6-3）代入可逆绝热过程方程，则有 2 101(1)2 k k k p p M --=+ （6-4） 如果压力波通过时气体参数发生突然的急剧变化，则这种波称为激波。垂直于流动方向的激波称为正激波。 可压缩流体流动的研究基于质量守恒定律、牛顿第二运动定律、热力学第一定律和热力学第二定律四个基本定律： 1. 质量守恒定律——一维稳态稳流的连续方程 ()0A c A x αραρατ α+ = （6-5） 2.牛顿第二运动定律——动量方程 在流动方向上，作用在物体上的外力由作用于控制面内流体上所有力的x 向分量的代数和组成。这些力可分为两类：作用于全部流体质量上的力和作用于边界上的力。 运动方向上的剪切力= w dx τ-×湿周= 2 42 Ac f dx D ρ-，于是，作用在运动 方向上的净功力为 2 4(c o s )2 x p A c f F F A A d x x D αρραα=- -∑
《工程热力学》(第五版) 配套课件
第一章基本概念 1.基本概念 热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。 边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。 外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。 闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。 开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。 绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。 单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。 复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。 单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。 多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。 均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。 非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。 热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。 状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。 基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。 温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。 热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。 压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。 相对压力：相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压
01 清华大学 工程热力学 第一章
第一章 1-1 试将1物理大气压表示为下列液体的液柱高(mm)，(1) 水，(2) 酒精，(3) 液态钠。它们的密度分别为1000kg/m3，789kg/m3和860kg/m3。 1-4 人们假定大气环境的空气压力和密度之间的关系是p=cρ1.4，c为常数。在海平面上空气的压力和密度分别为1.013×105Pa和1.177kg/m3，如果在某山顶上测得大气压为5×104Pa。试求山的高度为多少。重力加速度为常量，即g=9.81m/s2。 1-7如图1-15 所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa，表B读数为170kPa，表示室Ⅰ压力高于室Ⅱ的压力。大气压力为760mmHg。试求(1) 真空室以及Ⅰ室和Ⅱ室的绝对压力；(2) 表C的读数；(3) 圆筒顶面所受的作用力。 图1-15 1-8 若某温标的冰点为20°，沸点为75°，试导出这种温标与摄氏度温标的关系(一般为线性关系)。 1-10 若用摄氏温度计和华氏温度计测量同一个物体的温度。有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况，对吗？若可能，读数相同的温度应是多少？ 1-14一系统发生状态变化，压力随容积的变化关系为pV1.3=常数。若系统初态压力为600kPa，容积为0.3m3，试问系统容积膨胀至0.5m3时，对外作了多少膨胀功。 1-15气球直径为0.3m，球内充满压力为150kPa的空气。由于加热，气球直径可逆地增大到0.4m，并且空气压力正比于气球直径而变化。试求该过程空气对外作功量。 1-16 1kg气体经历如图1-16所示的循环，A到B为直线变化过程，B到C为定容过程，C到A为定压过程。试求循环的净功量。如果循环为A-C-B-A则净功量有何变化？
工程热力学的公式大全
5．梅耶公式： R c c v p =- R c c v p 0''ρ=- 0R MR Mc Mc v p ==- 6．比热比： v p v p v p Mc Mc c c c c ===''κ 1-= κκR c v 1 -=κnR c p 外储存能： 1． 宏观动能： 221mc E k = 2． 重力位能： mgz E p = 式中 g —重力加速度。 系统总储存能： 1．p k E E U E ++= 或mgz mc U E ++ =221 2．gz c u e ++=221 3．U E = 或u e =（没有宏观运动，并且高度为零） 热力学能变化： 1．dT c du v =，?=?2 1dT c u v 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 2．)(12T T c u v -=? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用定值比热计算） 3．102000121221t c t c dt c dt c dt c u t vm t vm t v t v t t v ?-?=-==???? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用平均比热计算）
4．把()T f c v =的经验公式代入?=?2 1dT c u v 积分。 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用真实比热公式计算） 5．∑∑====+++=n i i i n i i n u m U U U U U 1121Λ 由理想气体组成的混合气体的热力学能等于各组成气体热力学能之和，各组成气体热力学能又可表示为单位质量热力学能与其质量的乘积。 6．?-=?21pdv q u 适用于任何工质，可逆过程。 7．q u =? 适用于任何工质，可逆定容过程 8．?=?21pdv u 适用于任何工质，可逆绝热过程。 9．0=?U 适用于闭口系统任何工质绝热、对外不作功的热力过程等热力学能或理想气体定温过程。 10．W Q U -=? 适用于mkg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程。 11.w q u -=? 适用于1kg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程 12.pdv q du -=δ 适用于微元，任何工质可逆过程 13．pv h u ?-?=? 热力学能的变化等于焓的变化与流动功的差值。 焓的变化： 1．pV U H += 适用于m 千克工质 2．pv u h += 适用于1千克工质 3．()T f RT u h =+= 适用于理想气体 4．dT c dh p =，dT c h p ?=?2 1 适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程
工程热力学基础简答题
工程热力学基础简答题
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1、什么是叶轮式压气机的绝热效率？ 答： 2、压缩因子的物理意义是什么？ 它反映了实际气体与理想气体的偏离 程度，也反映了气体压缩性的大小，Z>1表示实际气体较理想气体难压缩，Z<1表示实际气体较理想气体易压缩。 3、准平衡过程和可逆过程的区别是什么？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。 4、什么是卡诺循环？如何求其效率？ 答：卡诺循环包括四个步骤：等温吸热，绝热膨胀，等温放热，绝热压缩。 5、余隙容积对单级活塞式压气机的影响？ 答：余隙容积的存在会造成进气容积减少，所需功减少。余隙容积过大会使压缩机的生产能力和效率急剧下降，余隙容积过小会增加活塞与气缸端盖相碰撞的危险性 6、稳定流动工质焓火用的定义是如何表达的？
答：定义：稳定物流从任意给定状态经开口系统以可逆方式变化到环境状态，并只与环境交换热量时所能做的最大有用 功。 7、写出任意一个热力学第二定律的数学表达式、 答： 8、理想气体经绝热节流后，其温度、压力、热力学能、焓、熵如何变化？ 答：温度降低，压力降低，热力学能减小、焓不变、熵增加。 9、冬季室内采用热泵供暖，若室内温度保持在20度，室外温度为-10度时，热泵的供暖系数理论上最高可达到多少？ 答： 10、对于简单可压缩系统，实现平衡状态的条件是什么？热力学常用的基本状态参数有哪些？ 答：热平衡、力平衡、相平衡；P、V、T 11、简述两级压缩中间冷却压气机中，中间冷却的作用是什么？如何计算最佳中间压力？ 答：减少高压缸耗功，利于压气机安全运行，提高容积效率， 降低终了温度；中间压力： 12、混合理想气体的分体积定律是什么？写出分体积定律 的数学表达式。
工程热力学经典例题-第六章_secret
６．４ 典型题精解 例题６－１利用水蒸气表判断下列各点的状态，并确定其h ，s ，x 的值。 ()()()()()113223344 35 51 2 MPa,300 C 29MPa,0.017m /kg 30.5MPa,0.94 1.0MPa,175C 5 1.0MPa,0.2404m /kg p t p v p x p t p v ==?======?== 解 （１）由饱和水和饱和蒸汽表查得 p =2MPa 时，s 212.417C t =?显然s t t >，可知该状态为过热蒸汽。查未饱和水过热蒸汽表，得 2MPa p =，300C t =?时3022.6kJ/kg, 6.7648kJ/(kg K)h s ==?，对于过热蒸汽， 干度x 无意义。 （１） 查饱和表得p =9MPa 时，' 3 '' 3 0.001477m /kg,0.020500m /kg,v v ==可见 '"v v v <<，该状态为湿蒸汽，其干度为 '3" '3(0.0170.001477)m /kg 0.8166(0.0205000.001477)m /kg v v x v v --===-- 又查饱和表得9MPa p = 时 '''' '' 1363.1kJ/kg,2741.9kJ/kg 3.2854kJ/(kg K), 5.6771kJ/(kg K) h h s s ===?=? 按湿蒸汽的参数计算式得 ' " ' ()h h x h h =+- 1363.1kJ/kg 0.8166(2741.91361.1)kJ/kg =+- =2489.0kJ/kg '"'()s s x s s =+- 3.2854k J /(k g K )0.8166(5.6771 3.28 K)=?+-? 5.238k J / (k g =? ( 3 ) 显然，该状态为湿蒸汽状态。由已知参数查饱和水和饱和蒸汽表得 '''' '' 640.35kJ/kg,2748.6kJ/kg 1.8610kJ/(kg K), 6.8214kJ/(kg K) h h s s ===?=?
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5．梅耶公式： R c c v p =- R c c v p 0''ρ=- 0R MR Mc Mc v p ==- 6．比热比： v p v p v p Mc Mc c c c c = = = ''κ 1-= κκR c v 1 -=κnR c p 外储存能： 1． 宏观动能： 2 2 1mc E k = 2． 重力位能： mgz E p = 式中 g —重力加速度。 系统总储存能： 1．p k E E U E ++= 或mgz mc U E ++=2 21 2．gz c u e ++=22 1 3．U E = 或 u e =（没有宏观运动，并且高度为零） 热力学能变化： 1．dT c du v =，?=?2 1dT c u v 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 2．)(12T T c u v -=? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用定值比热计算） 3．10 20 121 2 2 1 t c t c dt c dt c dt c u t vm t vm t v t v t t v ?-?=-==???? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用平均比热计算）
4．把 ()T f c v =的经验公式代入?=?2 1 dT c u v 积分。 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用真实比热公式计算） 5．∑∑====+++=n i i i n i i n u m U U U U U 1 1 21 由理想气体组成的混合气体的热力学能等于各组成气体热力学能之和，各组成气体热力学能又可表示为单位质量热力学能与其质量的乘积。 6．?-=?2 1pdv q u 适用于任何工质，可逆过程。 7．q u =? 适用于任何工质，可逆定容过程 8．?=?21 pdv u 适用于任何工质，可逆绝热过程。 9．0=?U 适用于闭口系统任何工质绝热、对外不作功的热力过程等热力学能或理想气体定温过程。 10．W Q U -=? 适用于mkg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程。 11.w q u -=? 适用于1kg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程 12.pdv q du -=δ 适用于微元，任何工质可逆过程 13．pv h u ?-?=? 热力学能的变化等于焓的变化与流动功的差值。 焓的变化： 1．pV U H += 适用于m 千克工质 2．pv u h += 适用于1千克工质 3．()T f RT u h =+= 适用于理想气体 4．dT c dh p =，dT c h p ?=?2 1 适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程
工程热力学课后答案..
《工程热力学》 沈维道主编 第四版 课后思想题答案（1~5章） 第1章 基本概念 ⒈ 闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。 ⒉ 有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对，为什么? 答：不对。“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。 ⒊ 平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。 ⒋ 倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式 b e p p p =+ ()b p p >; b v p p p =- ()b p p < 中，当地大气压是否必定是环境大气压? 答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的Pb 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。 ⒌ 温度计测温的基本原理是什么? 答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。 ⒍ 经验温标的缺点是什么?为什么? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。 ⒎ 促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。 答：分两种不同情况： ⑴ 若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用下，各个部分发生相互作用，系统的状态将发生变化。例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不平衡的状态。这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变化：铁块的温度逐渐降低，水的温度逐渐升高，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的热平衡状态； ⑵ 若系统原处于平衡状态，则只有在外界的作用下（作功或传热）系统的状态才会发生变。 ⒏ 图1-16a 、b 所示容器为刚性容器：⑴将容器分成两部分。一部分装气体， 一部分抽成真空，中间是隔板。若突然抽去隔板，气体(系统)是否作功？ ⑵设真空部分装有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块， 问气体(系统)是否作功？ ⑶上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在P-v 图上表示？ 答：⑴；受刚性容器的约束，气体与外界间无任何力的作用，气体（系统）不对外界作功； ⑵ b 情况下系统也与外界无力的作用，因此系统不对外界作功；
工程热力学思考题答案,第一章
第 一 章 基本概念与定义 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？ 答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。 2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？ 答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。 3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系？ 答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。 物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 4.倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式b e p p p =+()e p p >， b e p p p =-()e p p <中，当地大气压是否必定是环境大气压？ 答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。 5.温度计测温的基本原理是什么？ 答：选作温度计的感应元件的物体应具备某种物理性质随物体的冷热程度不同有显著的变化。有两个系统分别和第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。 6.经验温标的缺点是什么？为什么？ 答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。 7.促使系统状态变化的原因是什么？举例说明 答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变。 8.分别以图参加公路的自行车赛车运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子内的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这是什么系统。 答：赛车运动员因为有呼吸有物质交换，运动员 对自行车作功，因此有能量交换，因此赛车运动 员是开口系统。压缩空气只有对子弹作功，因此 为闭口系统。杯子内的热水对外既有能量交换又 有物质交换，因此为开口系统，正在运行的电视 机有能量交换物物质交换，因此为闭口系统 9．家用加热电器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体（不包括电机热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，是什么系统？什么情况下构成孤立的系统？ 答：仅仅考虑电热水器为控制体，因有盖，不能与外界进行物质交换但与电机热器有热交换，因此是闭口系统。将电加热器包括在内，无热量交换因此是绝热过程。如果电加热器内电流非外部，而是用电池，即可认为绝热系统。 10.分析汽车动力系统与外界的质能交换情况？ 答：汽车发动机有吸气，压缩，作功，排气四个过程，因此吸气过程吸 收外界的空气，过程中既有物质的进入，也有随物质进入带入的能量。压缩后喷油点火，这个过程中压缩点火为能量交换，喷油为物质交换。
工程热力学简答题电子版
工程热力学习题A 一、简要问答题 1.工程热力学的研究对象主要是什么？ 答：工程热力学的研究对象主要是能量转换，特别是热能转化为机械能的规律和方法，以及提高转化效率的途径，以提高能源利用的经济性。 2.热能的利用有哪两种基本的利用形式，并举例说明？ 答：一种是热能的直接利用，如冶金，化工，食品等工业和生活上的应用，另一种是热能的间接利用，如把热能转化成机械能或电能为人们提供动力。 3.何为工质？如何采用气体而不采用液体或固体作为热机的工质？ 答：工质是指在热机中工作的借以实现将热能转化成机械能的媒介物质，因气体的膨胀性与压缩性远比液体、固体要好，所以热机中的工质是采用气体，而不采用液体，更不能采用固体。 4.功量与热量有何不同和相同之处？ 答：相同之处：（1）都是过程量，而不是状态参数；（2）都是工质与外界交换的能量；（3）可逆过程都可图示。 不同之处：（1）功量是有序能（机械能）即功量是有规则的宏观运动能量的传递，在做功过程中往往伴随着能量形态的转化，而热量是无序能（热能）即热量是大量微粒子热运动的能量传递，传热过程中不出现能量形态的转化。（2）有功转换的动力是压差，而有热交换的动力是温差，（3）功量与热量的计算表达式不同。（4）功量可在p-vt图上图示，而热量是在T-s图上图示。 5.写出热力系统第一定律的文字表达？ 答：热力学第一定律的文字表述：热可以变为功，功也可以变为热，一定量的热消失时，必产生相应量的功，消耗一定量的功时，必出现与之对应的一定量的热。 6.写出1Kg工质的焓的符号与定义式及其能量含义，并指出焓是过程量还是状态参数。答：焓的符号是h，其定义式是h=u+pv，其能量含义是系统中因引进1kg工质而获得的总能量是热力学能u与推动功pv之和，焓是状态参数，而不是过程量。 7.何为理想气体，并举例指出什么气体可视为理想气体？什么气体不能视为理想气体？ 答：理想气体是指其分子是具有弹性的，而不具有体积的质点，分子间没有相互作用力的假想气体。工质中常用的氧气、氮气、氢气等及空气，燃气，烟气等在通常使用的温度，压力下都可作为理想气体。而水蒸气，制冷装置中的工质，如氟利昂汽等不能看做理想气体。 8.指出Rg，R的名称，单位，以及其值是否与气体种类及气体的状态有关？ 答：Rg称为气体参数，其单位是J/Kg*K，其值取决于气体种类，而与气体所处状态无关，R称为摩尔气体常数，也成为通用气体常数，其单位是J/mol*K，其值即于气体种类也与气体所处状态无关。 9.为何说四个基本的热力过程是多变的过程的特例？ 答：四个基本的热力过程，是指1定容过程，其过程表达式是V=c；2定压过程，其过程表达式是P=c；3定温过程，其过程表达式是T=c；4定熵过程，又称绝热过程，其过程表达式S=c。 因多变过程方程式是PV n=常数，当n=0时，pv0=常数→p=常数，这是定压过程方程式。 n=1时，pv1=常数→pv=常数，这是定温过程方程式。n=k时，pv k=常数，这是绝热过程方程式（即定熵过程方程式）；n→±∞时，P1/n*v=常数→v=常数，这是定容过程方程式。所以说，四个基本的热力过程是多变过程的特例。 10.为何说可逆绝热过程一定是定熵过程？
工程热力学知识点
工程热力学复习知识点 一、知识点 基本概念的理解和应用（约占40%），基本原理的应用和热力学分析能力的考核（约占60%）。 1.基本概念 掌握和理解：热力学系统(包括热力系，边界，工质的概念。热力系的分类：开口系，闭口系，孤立系统)。 掌握和理解：状态及平衡状态,实现平衡状态的充要条件。状态参数及其特性。制冷循环和热泵循环的概念区别。 理解并会简单计算：系统的能量，热量和功（与热力学两个定律结合）。 2.热力学第一定律 掌握和理解：热力学第一定律的实质。 理解并会应用基本公式计算：热力学第一定律的基本表达式。闭口系能量方程。热力学第一定律应用于开口热力系的一般表达式。稳态稳流的能量方程。 理解并掌握：焓、技术功及几种功的关系（包括体积变化功、流动功、轴功、技术功）。 3.热力学第二定律 掌握和理解：可逆过程与不可逆过程(包括可逆过程的热量和功的计算)。 掌握和理解：热力学第二定律及其表述（克劳修斯表述，开尔文表述等）。卡诺循环和卡诺定理。 掌握和理解：熵（熵参数的引入，克劳修斯不等式，熵的状态参数特性）。
理解并会分析：熵产原理与孤立系熵增原理，以及它们的数学表达式。热力系的熵方程（闭口系熵方程，开口系熵方程）。温-熵图的分析及应用。 理解并会计算：学会应用热力学第二定律各类数学表达式来判定热力过程的不可逆性。 4.理想气体的热力性质 熟悉和了解：理想气体模型。 理解并掌握：理想气体状态方程及通用气体常数。理想气体的比热。 理解并会计算：理想气体的内能、焓、熵及其计算。理想气体可逆过程中，定容过程，定压过程，定温过程和定熵过程的过程特点，过程功，技术功和热量计算。 5.实际气体及蒸气的热力性质及流动问题 理解并掌握：蒸汽的热力性质（包括有关蒸汽的各种术语及其意义。例如：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸汽、饱和温度、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等）。蒸汽的定压发生过程（包括其在p-v和T-s图上的一点、二线、三区和五态）。 理解并掌握：绝热节流的现象及特点 6.蒸汽动力循环 理解计算：蒸气动力装置流程、朗肯循环热力计算及其效率分析。能够在T-S图上表示出过程，提高蒸汽动力装置循环热效率的各种途径（包括改变初蒸汽参数和降低背压、再热和回热循环）。 7、制冷与热泵循环 理解、掌握并会计算：空气压缩制冷循环，蒸汽压缩制冷循环的热力计算及制冷系数分析。能够在T-S图上表示出过程，提高制冷系数和热泵系数的
工程热力学概念整理
工程热力学与传热学概念整理 工程热力学 第一章、基本概念 1.热力系：根据研究问题的需要，人为地选取一定范围内的物质作为研究对象，称为热力系（统），建成系统。 热力系以外的物质称为外界；热力系与外界的交界面称为边界。 2.闭口系：热力系与外界无物质交换的系统。 开口系：热力系与外界有物质交换的系统。 绝热系：热力系与外界无热量交换的系统。 孤立系：热力系与外界无任何物质和能量交换的系统 3.工质：用来实现能量像话转换的媒介称为工质。 4.状态：热力系在某一瞬间所呈现的物理状况成为系统的状态，状态可以分为平衡态和非平衡态两种。 5.平衡状态：在没有外界作用的情况下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。 实现平衡态的充要条件：系统内部与外界之间的各种不平衡势差（力差、温差、化学势差）的消失。 6.强度参数：与系统所含工质的数量无关的状态参数。 广延参数：与系统所含工质的数量有关的状态参数。 比参数：单位质量的广延参数具有的强度参数的性质。 基本状态参数：可以用仪器直接测量的参数。 7.压力：单位面积上所承受的垂直作用力。对于气体，实际上是气体分子运动撞击壁面，在单位面积上所呈现的平均作用力。 8.温度T：温度T是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的参数。换言之，温度是热 力平衡的唯一判据。 9.热力学温标：是建立在热力学第二定律的基础上而不完全依赖测温物质性质的温标。它采用开尔文作为度量温度的单位，规定水的汽、液、固三相平衡共存的状态点（三相点）为基准点，并规定此点的温度为273.16K。 10状态参数坐标图：对于只有两个独立参数的坐标系，可以任选两个参数组成二维平面坐标图来描述被确定的平衡状态，这种坐标图称为状态参数坐标图。 11.热力过程：热力系从一个状态参数向另一个状态参数变化时所经历的全部状态的总和。 12.热力循环：工质由某一初态出发，经历一系列状态变化后，又回到原来初始的封闭热力循环过程称为热力循环，简称循环。 13.准平衡过程：由一系列连续的平衡状态组成的过程称为准平衡过程，也成准静态过程。 实现条件：推动过程进行的势差无限小。这样保证系统在任意时刻皆无限接近平衡状态。 14.可逆过程：如果一个系统完成一个热力过程后，再沿原路径逆向进行时，能使系统和外界都返回原来状态，而不留下任何变化的过程。 实现条件：过程为准静态过程且无任何耗散效应。 15.状态量：描述工质状态的参数。
工程热力学第1章习题答案
第1章 基本概念 1-1 为了环保，燃煤电站锅炉通常采用负压运行方式。现采用如图1-16所示的斜管式微压计来测量炉膛内烟气的真空度，已知斜管倾角α=30o，微压计中使用密度ρ=1000kg/m 3的水，斜管中液柱的长度l =220mm ，若当地大气压p b =98.85kPa ，则烟气的绝对压力为多少Pa ？ 图1-16 习题1-1 解：大气压力98.85kPa 98850Pa b p == 真空度3sin 1000kg/m 9.81N/kg 0.22m 0.51079.1Pa v p gl ρα==×××= 烟气的绝对压力98850Pa 1079.1Pa 97770.9Pa b v p p p =?=?= 1-2 利用U 形管水银压力计测量容器中气体的压力时，为了避免水银蒸发，有时需在水银柱上加一段水，如图1-17所示。现测得水银柱高91mm ，水柱高20mm ，已知当地大气压p b =0.1MPa 。求容器内的绝对压力为多少MPa ？ 图1-17 习题1-2 解：容器内的压力高于大气压力，因此绝对压力b e p p p =+ 表压力291mmHg+20mmH O 91133.3Pa 209.81Pa 0.0123MPa e p ==×+×≈ 大气压力0.1MPa b p = 容器内的绝对压力0.1MPa 0.0123MPa 0.1123MPa b e p p p =+=+= 1-3 某容器被一刚性隔板分为两部分，在容器的不同部位安装有压力计，其中压力表B
放在右侧环境中用来测量左侧气体的压力，如图1-18所示。已知压力表B 的读数为80kPa ，压力表A 的读数0.12MPa ，且用气压表测得当地的大气压力为99kPa ，试确定表C 的读数，及容器内两部分气体的绝对压力（以kPa 表示）。如果B 为真空表，且读数仍为80kPa ，表C 的读数又为多少？ 图1-18 习题1-3 解：（1）容器左侧（A ）的绝对压力,99kPa 120kPa 219kPa b e A p p p =+=+=A 压力表B 的读数为容器左侧（A ）的绝对压力A p 和容器右侧（C ）的绝对压力C p 之差，因此,e B C p p p =?A ，得,219kPa 80kPa 139kPa C e B p p p =?=?=A 同时,b e C p p p =+C ，可得压力表C 的读数为,139kPa 99kPa 40kPa e C p =?= （2）如果表B 为真空表，则,v B A p p p =?C ，得299kPa C p =，因此压力表C 的读数为,200kPa e C p = 1-4 如图1-19所示，容器A 放在B 中，用U 形管水银压力计测量容器B 的压力，压力计的读数为L =20cm ，测量容器A 的压力表读数为0.5MPa ，已知当地大气压力p b =0.1MPa ，试求容器A 和B 的绝对压力。 图1-19 习题1-4 解：容器B 的绝对压力6 ,0.110Pa 200133.3Pa 0.127MPa b e B p p p =+=×+×≈B 测容器A 压力表的读数,e A p 为容器A 的绝对压力A p 和容器B 的绝对压力B p 之差，因此,e A B p p p =?A ，得容器A 的绝对压力0.5MPa 0.127MPa 0.627MPa p =+=A 1-5 凝汽器的真空度为710mmHg ，气压计的读数为750 mmHg ，求凝汽器内的绝对压