材料热力学算及其在合金制备中的应用
材料热力学计算
及其在纳米材料中的应用
一导论
材料热力学对于材料科学的研究和发展有着重要的意义。相图在材料工程中有重要的应用价值，它和合金体系中各相的热力学参数是材料设计和制备的重要依据之一。从理论上来说，热力学和相图之间的联系不存在任何障碍。但从历史上看，两者却是沿着各自的方向独立发展。传统上，相图主要是用热分析、金相分析和X射线结构分析等实验方法测定，并没有用到热力学知识，也没有完全将热力学用来解决生产实际问题。而热力学则主要是对相平衡进行理论分析，提出不同状态下平衡过程的方向和限度，其实验数据主要是热化学性质的测定。直至近年来，由于在溶液模型、数值方法和计算机软件等方面取得较大的进展，这才使得人门能够将热力学应用到相图中来。热力学和相图的计算机耦合形成了CALPHAD(computer CALculations of Phase Diagram)技术。CALPHAD技术主要是依据热力学原理和基本关系计算物质体系的平衡性质。一个物质体系的热力学特征函数确定，这个物质体系的全部热力学性质都可计算出来，其中包括相图。这就是CALPHAD技术中的相平衡计算部分。
二CALPHAD技术的发展
现今CALPHAD方法的内涵已由相图和热化学的计算机耦合拓展至宏观热力学计算与量子化学第一性原理计算相结合、宏观热力学计算与动力学模拟相结合、建立新一代计算软件和多功能数据库(multi-function database),其科学内容十分丰富,已成为材料科学比较成熟的重要分支., CALPHAD可以按照常规方法进行复杂的相平衡计算,而且还是建立在合理的物理基础之上。已经有大量可以在PC上运行的软件来进行复杂计算,例如FACT[5]、MTDATA[6]、Lukas Program[7]、Ther-mo-Calc[8]、ChemSage等[9]已在全球通用;建立了许多相图热力学数据库,如SGTE纯物质数据库、溶液数据库等。这些软件运行时不需要大量的专门技术,并且在不断地升级以采用更精确的热力学模型和算法更新现有的数据库,在很多情况下可以预测多元合金的相平衡,并与实验结果接近。目前,新一代的软件也在不断地开发完善之中,例如WinPhad[10]和PANDAT等[11]。因此,CALPHAD成为了一个成熟的科学分支,事实上,已经进入了其发展的另一个阶段,强调的是扩展其应用范围的集中要求。
三相图计算原理
CALPHAD方法是根据所研究体系中各相的特点，集热力学性质、相平衡数据、晶体结构、磁性、有序一无序转变等信息为一体，建立描述体系中各相的热力学模型和相应的自由能表达式，其中的可调参数通过实测的热力学和相图数据，经过优化计算获得或用各种经验方法估算，最后给予多元多相平衡的热力学条件计算相图，以最终获得体系的具有热力学自恰性的相图和描述各相热力学性质的优化参数。
相图是体现热力学相平衡关系的图解表达，因此根据热力学原理可以得到相图，反过来由相图数据也可以提取热力学参数。根据热力学原理，当体系处于相平衡状态时，其热力学依据为在体系内各物相的自由能之和取最小值;通过恒温恒压下体系自由能最小可以推导出体系内各相中化学势相等。自由能最小形成体系平衡状态的广度判据，而化学位相等为平衡的强度判据。
(1)系平衡状态的广度判据
设在体系中有C个组元，个相共存，在等温等压下达到热力学平衡时，封闭体系的总自由能G取最小值。G为平衡状态体系的总自由能，G i是组元i 在必相中的自由能，G m为体系达到稳定状态下体系的总自由能。
为了简单起见，讨论组成成分分别为x1，x2，…，x n的n元体系，在某一温度下有两相和β相，各相组成为:( x1，x2，…，x n);β(x1β，x2β，…，x nβ)，x1,x1β分别为组元i在，β相中的摩尔分数，体系总的摩尔自由能为:
式中A一体系中相的摩尔分数，可以由物质守恒原理算出; 1一A一体系中β相的摩尔分数。
于是有:
对为i组元的总成分，又因为
，所以式为n个独立变量组成函数，可以写成:
G m为最小值的条件是:
解符合此极值条件的n个联立方程组，求得体系总摩尔自由能最低时所对应的成分，即为和β相平衡时的成分。
(2)体系平衡状态的强度判据
在等温等压一下达到热力学平衡时，封闭体系中任意一组元i在各相中的化学位相等，即
为简单起见，讨论二元系的和β两相平衡，平衡条件是:
知道了这些，联立方程(2.9)与(2.10)，就可以解出该温度下两相的平衡成分:
.
总的来说，上述热力学相图计算原理，对于处于平衡态的体系，其计算的方法分别有:(1)体系在恒温恒压下达到平衡时体系内各相自由能之和最小体系，主要是通过寻优法,迭代法、分步迭代法等数学方法求得最低自由能的稳定平衡状态;(2)封闭体系中每种组分在达到平衡态时各项化学势相等的方法，这种方法以每相中各个组分的化学势为变量，求解联立方程式中的化学势相等的平衡状态，运用阻尼最小二乘法、Newton.Raphson迭代法求解非线性方程组的解，得到体系处于平衡时的各相组成或温度。
四热力学在纳米材料中的应用
迄今，关于纳米材料的绝大多数工作集中于研究纳米界面的结构和特性，而忽略纳米晶粒内部的晶体对整体材料的贡献．如文献中已有的关于纳米材料热力学性质的研究，几乎全部以纳米晶界面的焓、熵和自由能作为表征整体纳米材料的热力学函数，并以之为判据探讨纳米多晶体材料的相变热力学．这一近似处理对于极细的纳米材料(如尺度小于10nm，约30％以上的原子位于界面上)是可行的，这也是Wagner在其经典的界面膨胀QDA理论中首先指出的模型适用条件：“尺寸为10个纳米以下的多晶体且具有随机的晶体取向’．然而，对于较粗的纳米材料，上述近似处理则显示出局限性，尤其当晶粒尺寸超过几十纳米时，在相变热力学中对特征转变温度和临界尺寸等重要参量的预测将导致很大误差为此，因此在建立纳米界面确定型热力学函数的基础上，发展整体纳米材料的计算热力学，明确纳米尺度下多晶体的热力学函数与界面过剩体积、温度和纳米晶尺寸之间的定量关系，并将其应用于纳米材料相变热力学研究．基于热力学判据，预测纳米材料生成相、相稳定存在条件及相变行为，由此可为具有一定晶体结构和物理、机械性能的稳定纳米相的获得提供依据．
4.1纳米晶界的热力学函数
相对于完整晶体点阵结构上的原子，晶界上原子的配位数减少，原子排布密度降低，可以理解为晶界处于原子体积“胀大”了的非平衡状态．基于此考虑，Fecht和Wagner认为，纳米晶界的热力学性质可以用类似于膨胀晶体的性质来描述，即建立“界面膨胀模型”．其中以界面的过剩体积△V作为描述纳米晶界面热力学性质的重要参量，它反映界面原子体积相对于晶内原子体积的增加量，定
义为：△V=V
b /V
-1.
由Smith等人发展的EOS定量描述了原子结合能与点阵常数之间的普适关系，并已证实成功地应用于解释双金属层的粘附、化学吸附以及表面能等问题．更重要的是，EOS对有较大比例的原子位于晶界的纳米晶体，由于“晶界膨胀”而产生的晶内负压，给出了合理的定量描述，此压力是表征纳米晶界面自由焓的重要参量．
结合“晶界膨胀”假设和EOS，以界面原子的体积V
b
和绝对温度T为变量，纳米晶界处单位原子的基本热力学函数，即焓、熵和吉布斯自由能的表达式分别为：
其中下标b为晶界，E为界面过剩能，P为晶体内的压力，Cv为恒定体积下的比热(对
于单个原子，其值约为3k
b ，k
b
为Bohzmann常数)，T
R
为参照温度， 为Grtineisen
参数，为反映晶格振动频率和原子体积之间关系的一个函数，其表达式为:
界面过剩能E由下式确定：
?E为平衡态结合能，可由线膨胀系数λ0和体弹性模量B0根据下式计算：
亦可根据在绝对零度时纯物质的吉布斯自由能值进行估算：
其中长度尺度l用以表征束缚能曲线的宽度，可由下式得到：
和温度T的函数：根据EOS理论，晶体内的压力P为晶界区域原子的“膨胀半径”r
b
其中
0为参照温度下的体膨胀系数，其值取为线膨胀系数
的三倍．综合以上
式子，可以得到以界面过剩体积和温度为变量的纳米晶界处的热力学函数，即焓、熵和吉布斯自由能，其具体表达式如下：
4.2纳米晶粒内部热力学函数
纳米晶粒内部晶体的热力学函数按照块体多晶体材料的热力学性质进行计
算．由经典热力学理论，计算常规多晶体的焓、熵和吉布斯自由能的函数表达式分别为：
其中下标i为晶粒内部的晶体．Cp为多晶体材料的等压热容，其与温度T的定量关系式可由SGTE热力学数据库中提取。
4.3 整体纳米材料的热力学函数
作为权重，整体纳米材料的热力学函数可以表引入纳米晶界处的原子分数x
b
达为:
至此，可以计算整体纳米材料的焓、熵和吉布斯自由能这些基本热力学函数，它们均是界面过剩体积(或界面原子的“膨胀半径”)、温度和纳米晶粒尺寸的确定函数．原则上，这些函数关系是适合任何单相纳米多晶体材料的。
目前，由于对纳米结构材料的测试技术和表征方式还非常有限，单靠实验手段无法对纳米材料的特性获得全面和准确的认识．与之相比，纳米尺度下的热力
学研究则显得高效和实用．从计算热力学的角度考察纳米材料的组织和性能，研究纳米材料在制备、合成反应及相变过程中重要热力学参量的变化规律，可以预测纳米生成相、反应或相变进行的趋势、相稳定性等极为重要的纳米材料特性，从而可以有效地指导纳米材料的研制与开发。
五小结
应用热力学来进行材料设计，主要是通过对材料组织成分预测，组织成分中相含量的预测，从而达到对合金成分的优化与设计。虽然材料热力学计算经历数十年的发展并且借助于计算机得到了更广泛的应用，目前在材料设计中并不是十分的理想，主要是热力学理论需要更加的完善，热力学数据库的资源需要大量的补充，从而提高材料设计的可靠性。
材料热力学计算
及其在纳米材料中的应用
班级：材研（2）班姓名：侯雅青
学号：S2*******
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 =+=
热力学公式汇总
物理化学主要公式及使用条件 第一章 气体的 pVT 关系 主要公式及使用条件 1. 理想气体状态方程式 pV （m/M ）RT nRT 或 pV m p （V /n ） RT 式中p , V , T 及n 单位分别为Pa, m 3, K 及mol 。 V m V /n 称为气体的摩尔体 积，其单位为m 3?mol -1。R=8.314510 J mol -1 K 1，称为摩尔气体常数。 此式适用于理想气体,近似地适用于低压的真实气体。 2. 气体混合物 （ 1） 组成 摩尔分数 式中 n A 为混合气体总的物质的 量。 V m ，A 表示在一定T , p 下纯气体A 的摩 A 尔体积。 y A V mA 为在一定T , p 下混合之前各纯组分体积的总和。 A （ 2） 摩尔质量 述各式适用于任意的气体混合物 （3） y B n B /n p B / p V B /V 式中P B 为气体B ，在混合的T , V 条件下，单独存在时所产生的压力，称为 B 的分压力。V B 为B 气体在混合气体的T , p 下，单独存在时所占的体积。 y B （或 x B ） = n B / n A A 体积分数 B y B V m,B / yAV m,A A y B M B m/n M B / n B B B B 式中 m m B 为混合气体的总质量, n B n B 为混合气体总的物质的量。上 M mix B
叮叮小文库3. 道尔顿定律 p B = y B p, p P B B 上式适用于任意气体。对于理想气体 P B n B RT/V 4. 阿马加分体积定律 V B ri B RT/V 此式只适用于理想气体。 第二章热力学第一定律 主要公式及使用条件 1. 热力学第一定律的数学表示式 U Q W 或dU 8Q SW 9Q P amb dV SW' 规定系统吸热为正，放热为负。系统得功为正，对环境作功为负。式中P amb为环境的压力，W为非体积功。上式适用于封闭体系的一切过程。 2. 焓的定义式 H U pV 3. 焓变 (1)H U (PV) 式中(pV)为pV乘积的增量，只有在恒压下(pV) P(V2v1)在数值上等于体积功。 2 (2)H 1n C p,m dT 此式适用于理想气体单纯pVT变化的一切过程，或真实气体的恒压变温过程,
工程热力学答案
第一章 1. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 2. 表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变 化？ 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3． 当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 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。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U 形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 1-3解： bar p p p a b 07.210.197.01=+=+= bar p p p b 32.005.107.212=-=-= bar p p p b C 65.032.097.02=-=-= 第二章 1.绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。问：⑴ 空气的热力学能如何变化？ ⑵ 空气是否作出了功？ ⑶ 能否在坐标图上表示此过程？为什么？答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程 的热力学能不变。（2）空气对外不做功。 （3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。 2. 下列说法是否正确？ ⑴ 气体膨胀时一定对外作功。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。 ⑵ 气体被压缩时一定消耗外功。 对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。 ⑶ 气体膨胀时必须对其加热。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。 ⑷ 气体边膨胀边放热是可能的。 对，比如多变过程，当n 大于k 时，可以实现边膨胀边放热。 ⑸ 气体边被压缩边吸入热量是不可能的。 错，比如多变过程，当n 大于k 时，可以实现边压缩边吸热。 ⑹ 对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。 错，比如多变过程，当n 大于1，小于k 时，可实现对工质加热，其温度反而降低。 3“任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？
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
工程热力学习题集与答案
工程热力学习题集及答案 一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为 常规 能源和 新 能源。 2．孤立系是与外界无任何 能量 和 物质 交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有 强度量 参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为 54kpa 。 5．只有 准平衡 过程且过程中无任何 耗散 效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水 饱和水 湿蒸气、 干饱和蒸汽 和 过热蒸汽 。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 高 、水蒸气含量越 多 ，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分/Q T δ? 等于零 为可逆循环。 9．熵流是由 与外界热交换 引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = g 7 2R 。 11．能源按其有无加工、转换可分为 一次 能源和 二次 能源。 12．绝热系是与外界无 热量 交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定 两 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，则容器
内的绝对压力为 173a KP 。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使 系统和外界都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个 定温 和两个 绝热可逆 过程所构成。 17．相对湿度越 小 ，湿空气越干燥，吸收水分的能力越 大 。（填大、小） 18．克劳修斯积分/Q T δ? 小于零 为不可逆循环。 19．熵产是由 不可逆因素 引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 72g R 。 21．基本热力学状态参数有：（ 压力）、（温度 ）、（体积）。 22．理想气体的热力学能是温度的（单值 ）函数。 23．热力平衡的充要条件是：（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零 ）。 24．不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（熵产）。 25．卡诺循环由（两个可逆定温和两个可逆绝热 ）热力学过程组成。 26．熵增原理指出了热力过程进行的（方向 ）、（限度）、（条件）。 31．当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_孤立系_。 32．在国际单位制中温度的单位是_开尔文_。 33.根据稳定流动能量方程，风机、水泵的能量方程可简化为_－ws=h2－h1_。 34.同样大小的容器内分别储存了同样温度的氢气和氧气，若二个容器内气体的压力相等，则二种气体质量q a 的大小为2 H m _小于2 O m 。 35.已知理想气体的比热C 随温度的升高而增大，当t 2>t 1时， 2 1 2t t t 0 C C 与的大小关系为_2 21 t t t C C _。 36.已知混合气体中各组元气体的质量分数ωi 和摩尔质量M i ，则各组 元气体的摩尔分数χi 为_∑=ω ωn 1i i i i i M /M /_。 37.由热力系与外界发生_热量__交换而引起的熵变化称为熵流。 38.设有一卡诺热机工作于600℃和30℃热源之间，则卡诺热机的效
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： 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
材料热力学课件
S. J. T. U.
Phase Transformation and Microstructure Design
李伟
Wei Li
Lecturer
E-mail: weilee@https://www.docsj.com/doc/ff3212864.html, Phone: 5474 5567 Office: 闵行校区材料楼 A503B室 Office Time: Wednesday 2:00-3:00 PM https://www.docsj.com/doc/ff3212864.html,/Able.Acc2.Web/Template/View.aspx? courseType=0&courseId=5204&topMenuId=37502&men uType=4&action=view&type=&name=
SJTU Thermodynamics of Materials Fall 2012 ? X. J. Jin Introduction
1/70
S. J. T. U.
Experiences
Phase Transformation and Microstructure Design
Qualifications
PhD?in?Metallurgy?and?Materials,?The?University?of?Birmingham,UK,2011 MSc?in?Material?Science,?Shanghai?Jiaotong?University,?2007 BSc?in?Material?Science?and?Engineering,?Shanghai?Jiaotong?University,?2004
Employments
2007. 5‐8 Baosteel‐NSC/Arcelor?Automotive?Steel?Sheets?Co.Ltd 2012.?2‐ Shanghai?JiaoTong?University
SJTU Thermodynamics of Materials
Fall 2012
? X. J. Jin
Introduction
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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；
材料热力学
2012 年春季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:材料热力学 学生所在院（系）:理学院应用化学系 学生所在学科: 学生姓名 学号: 学生类别: 考核结果阅卷人 第 1 页（共 5 页）
材料热力学在材料研究方面的应用 摘要：材料热力学对于材料的预测和使用具有理论指导作用，本文总结了近年来材料热力学在功能材料设计分析方面的应用，并对材料热力学这门学科在材料方面的应用进行了总结。 关键词：材料热力学；材料；应用 1.材料热力学概述 材料热力学就是把热力学原理和材料联系起来，用热力学的理论解决材料在设计、制造、应用时的相应问题。材料热力学课程以热力学定律为基础，着重介绍了统计热力学在材料中的应用，如溶液的统计热力学、相图热力学、相变热力学和化学平衡热力学等。 2.计算材料科学与热力学 随着科学技术的不断进步，已有的材料越来越不能满足当前甚至可预见的未来的科技发展对于生产、生活中各种器械材料的需要，已有的材料不断被淘汰，人们对材料提出越来越多的要求和希望。材料逐渐向功能的多样化和性能的优异化发展。大量的材料量和质的需求使人们不得不摈弃传统材料开发的逐一试探的方法。带预测性的材料设计理念就这样应运而生了。随着现当代材料分析与检测仪器精度和灵敏性的提高，人们可以积累大量的材料性能的数据，这为发展新的材料模型或新材料的预测和模拟研究提供了有利条件。由此产生了以材料热力学理论为基础，计算机技术辅助支撑的计算材料科学。 耿太在他的硕士论文[1]中提到，计算材料科学发展中最活跃的是包含相图热力学和相变动力学计算在内的CALPHAD领域。在此领域中，热力学模拟优化的过程和实验技术紧密结合，并与材料的成分、足迹和制备过程联系密切。而目前，材料设计领域的新课题就是连接不同层次材料的成分设计、微观结构、制备工艺来达到从微观结构到宏观性能的整体预测和设计。在这篇文章中，应用了热力学计算软件，计算了平衡态相图对耐腐蚀合金的耐腐蚀性能，计算了铁铝、铁硼合金的平衡态相图，并与标准的二元相图做了比较分析。他认为这种计算分析对于合金成分设计制备具有指导意义。 3.材料热力学用于金属材料 实际生产生活中应用最广泛的材料是金属材料。而金属材料中用到最多的又是金属基的复合材料。通过复合化设计后金属材料可以形成金属基的复合材料。金属基的复合材料具有更好的机械性能和功能性能，是当前高新技术、环境、能源、通信、汽车、国防及航空航天设备中不可替代的重要材料，并在国民经济和国防建设中有着不可替代的重要作用。 范同祥等人认为，金属熔体的热力学性质历来是材料科学、冶金化学和流体物理学等领域的工作者关注的冶金热力学的核心课题之一[2]。他们认为，热力学和动力学在研究复合材料界面反应控制、反应自生增强相种类选择、反应自生增强相尺寸控制、金属基复合材料体系设计及复合制备工艺优化等方面有很大的应用价值。并且，基于组元元素的悟性参数能为金属基复合材料的研究提供理论指导。但是，金属熔体的结构比较复杂，其热力学和动力学性质带有复杂性，且不同的体系有其特殊性，在这种情况下的热力学和动力学的模型应用就有其局限性和针对性，这样的模型需要发展和完善。另外，可以把热力学和动力学与第一性原理相结合，从原子尺度进行计算，这样就能在复合材料的研究中扩大热力学和动力学的应
工程热力学,课后习题答案
工程热力学(第五版)习题答案 工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社 第二章 气体的热力性质 2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状 态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 1013252739.296?==p RT v ＝0.8kg m /3 v 1 =ρ＝1.253/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝64.27kmol m /3 2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力 301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO2的质量。当地大气压B ＝101.325 kPa 。 解：热力系：储气罐。 应用理想气体状态方程。 压送前储气罐中CO2的质量
11 11RT v p m = 压送后储气罐中CO2的质量 22 22RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝188.9 B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO2的质量 )1122(21T p T p R v m m m -=-= （5） 将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg 2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的 空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kPa ，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题 1000)273325.1013003.99(287300)1122(21?-=-=-=T p T p R v m m m ＝41.97kg
【良心出品】工程热力学计算练习题和证明题
工程热力学计算练习题 1、设工质在K T H 1200=的恒温热源和K T L 300=的恒温冷源间按热力循环工作，已知吸热量为150kJ ，求热效率和循环净功。 2、5kg 氧气初态为p 1＝0.8MPa 、T 1＝800K ，经可逆定压加热过程达到1200K 。设氧气为理想气体，比热容为定值，摩尔质量M ＝32×10－3kg/mol ，试求氧气终态的体积V 2、热力学能变量ΔU 、焓变量ΔH 、 熵变量ΔS 。 3、有人设计一台循环装置，在温度为1100K 和350K 的两个恒温热源之间工作，且能输出净功1250kJ ，而向冷源放热500kJ 。试判断该装置在理论上是否可行？ 4、空气流经喷管作定熵流动，已知进口截面上空气的压力p 1＝7bar 、温度t 1＝947℃，出口截面上空气的压力p 2＝1.4bar ，质量流量q m ＝0.5kg/s 。空气的比定压热容c p =1.004kJ/(kg ·K)，气体常数Rg ＝0.287 kJ/(kg ·K)，k ＝1.4，试确定喷管外形、出口截面上空气的流速和出口截面面积。
证明题 1、试证明可逆过程的功?= -2 121pdV W 。 证明：设有质量为m 的气体工质在气缸中进行可逆膨胀， 其变化过程如图中连续曲线1－2表示。 由于过程是可逆的，所以工质施加在活塞上的力F 与外界作用在活塞上的各种反力之总和随时只相差一无 穷小量。按照功的力学定义，工质推动活塞移动距离dx 时，反抗斥力所作的膨胀功为 pdV pAdx Fdx W ===δ 式中，A 为活塞面积，dV 是工质体积微元变化量。 在工质从状态1到状态2的膨胀过程中，所作的 膨胀功为?=-2 121pdV W 2、试证明理想气体的比定压热容仅仅是温度的函数。 证明：引用热力学第一定律解析式，对于可逆过程有vdp dh q -=δ 定压过程p p p p T h dT vdp dh dT q c )()()(??=-==δ 对于理想气体T R u pv u h g +=+=，显然焓值与压力无关，也只是温度的单值函 数，即()T f h h =，故dT dh T h c p =??=)( 理想气体的比定压热容仅仅是温度的函数。
材料热力学论文
马氏体强化机制及相变研究 摘要：马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。本文以马氏体的组织形态以及马氏体相变过程为出发点，主要阐述了马氏体的主要强韧化机制以及马氏体相变研究中的一些新进展，包括马氏体相变特性、马氏体相变热力学、马氏体相变晶体学等。 关键词：马氏体，强化机制，马氏体相变，相变热力学，相变晶体学。 1.马氏体概述 马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。 马氏体最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，但是在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因。马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。 20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。 2.马氏体形态 人们在马氏体形态方面进行了大量研究，发现了马氏体的许多不同形态，并找出了马氏体及其精细结构与性能之间的关系，对马氏体的晶体结构也有了比较深刻的认识。马氏体形态虽然多种多样，但从其形态特征上基本可归纳为条状马氏体和片状马氏体两大类，其精细结构可划分为位错和孪晶。同时发现马氏体与母相保持严格的晶体学位向关系。
工程热力学计算题
1、1kg 氧气置于图所示的气缸内,缸壁能充分导热,且活塞与缸壁无摩擦。初始时氧气压力为0、5Mpa 、温度为27℃。如果气缸长度为2L,活塞质量为10kg,试计算拔除销钉后,活塞可能达到的最大速度。氧气的比热容)/(918.0K kg kJ c p ?=,k=1、395,)/(260.0K kg kJ R g ?= 解: 取气缸内的氧气为研究对象。 根据热力学第一定律W U Q +?=知道, 能,一部分用于对外做功。根据题意:的热量全部用于对外做功, 设环境温度为T 0,环境压力为P 0,V max 。氧气初始状态的压力为P 1,温度为T 1,容积为V 1,氧气膨胀后的容积为V 2,膨胀过程的膨胀功为W 。 V P W MV ?-=02max 2 1 21 1ln V V T R W g = 111T mR V P g = 12V V V -=? 122V V = 所以有:2ln 1T R W g = 110/P T R V P g =? 代入数据: 7.38484)2.02(ln )2715.273(2602ln 10211 1012max =-?+?=-=??p T R P T R V g g s m V /73.87max = 2、空气等熵流经一缩放喷管,进口截面上的压力与温度分别就是0、58Mpa 、440K,出口截面上的压力MPa p 14.02=。已知喷管进口截面面积为2、6×10-3m 2,空气的质量流量为1、5kg/s,试求喷管喉部面积及出口截面的面积与出口流速。空气的比热容)/(005.1K kg kJ c p ?=,k=1、4,)/(287.0K kg kJ R g ?= 解: 根据题意知道,进口参数为MPa p 58.01=,K T 4401=。出口截面上的压力MPa p 14.02=。喷管进口截面A 1面积2、6×10-3m 2,空气的质量流量Q 为1、5kg/s 。 )/(61.1251,11 ,1s m c v c A q f f =?=
工程热力学参考答案
宁波工程学院2011～2012学年第 二 学期 《工程热力学》课程期终考试卷（A ） 题 号 一 二 三 四 五 总分 复核人 应得分 15 10 15 30 30 100 实得分 评卷人 成型、机电、制造专业适用，考试时间：120分钟 一、 填空题（每格1分，共15分） 1.卡诺循环由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成。 2.迈耶公式C p -C v =R g 适用于理想气体，是否定比热容不限。 3.绝热过程P =常数，k=C p /C v ，适用于理想气体，定比热容。 4.绝热系是与外界无 热量 交换的热力系。 5.热力系在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变，这种状态称为 平衡 状态。 6.稳定流动系统能量方程式q dh vdp δ=-的适用条件是：稳定流动。 7.同一理想气体从同一初态分别经过定温压缩，绝热压缩和多变压缩 ()1n k <<到达同一 终压力，耗功最大的为绝热压缩过程，而耗功最小的为定温 压缩过程。 8.卡诺机A 工作在927℃和T 的两个热源间，卡诺机B 工作在T 和27℃的两个热源间。当此两个热机的热效率相等时，T 热源的温度T ＝600K 。 9.如图所示的容器，被一刚性壁分成两部分，环境压力为0.1MPa ，压力表B 的读数为40kPa ，真空计C 的读数为30kPa ，则容器两部分内气体绝对压力 1p = 0.14MPa ， 2p = 0.07MPa 。 10.活塞式压气机由于存在余隙容积，压缩耗功不变，产气量减 小，随比压增大，容积效率减小。（填“增加”、“不变”或“减小”） 二、 选择题（每题1分，共10分） 1. 准静态过程，系统经过的所有状态都接近于D A 、 初态 B 、环境状态 C 、邻近状态 D 、平衡状态 2. 有一机器可从单一热源吸收1000KJ 热量，并输出1200KJ 功，这台机器D Ａ、违反第一定律Ｂ、违反第二定律 Ｃ一个都不违反 Ｄ两个都违反 3. 若已知工质的绝对压力P=0.08MPa ，大气压力P=0.1MPa ，则测得压差A A 、真空度为0.02MPa B 、表压力0.02 MPa C 、真空度0.18MPa D 、表压力0.18 MPa 4. 气体在某一过程中吸入了100kJ 的热量，同时内能增加了150kJ ，该过程是B 班级： 姓名： 学号：
工程热力学-计算题
1、1kg 氧气置于图所示的气缸内，缸壁能充分导热，且活塞与缸壁无摩擦。初始时氧气压力为0.5Mpa 、温度为27℃。如果气缸长度为2L ，活塞质量为10kg ，试计算拔除销钉后，活塞可能达到的最大速度。氧气的比热容)/(918.0K kg kJ c p ?=，k=1.395， )/(260.0K kg kJ R g ?= 解： 取气缸内的氧气为研究对象。 根据热力学第一定律W U Q +?=知道，加入系统的热量一部分用于增加系统的热力学能，一部分用于对外做功。根据题意：活塞如果要达到最大速度，那么氧气膨胀过程中吸入的热量全部用于对外做功，所以氧气的热力学能不发生变化。由于氧气可以看作理想气体，而理想气体的热力学能是温度的单值函数，所以氧气膨胀过程为可逆定温膨胀过程。 设环境温度为T 0，环境压力为P 0，氧气的质量为m ，活塞的质量为M ，活塞最大速度为V max 。氧气初始状态的压力为P 1，温度为T 1，容积为V 1，氧气膨胀后的容积为V 2，膨胀过程的膨胀功为W 。 V P W MV ?-=02max 2 1 2 11ln V V T R W g = 111T mR V P g = 12V V V -=? 122V V = 所以有：2ln 1T R W g = 110/P T R V P g =? 代入数据：7.38484)2.02(ln )2715.273(2602ln 10211 1012 max =-?+?=-=??p T R P T R V g g s m V /73.87max = 2、空气等熵流经一缩放喷管，进口截面上的压力和温度分别是0.58Mpa 、440K ，出口截面 ℃
热力学公式
1. 理想气体状态方程式 nRT RT M m pV ==)/( 或 RT n V p pV ==)/(m 式中p ，V ，T 及n 单位分别为Pa ，m 3，K 及mol 。 m /V V n =称为气体的摩尔体积，其单位为m 3 · mol -1。 R =8.314510 J · mol -1 · K -1，称为摩尔气体常数。 此式适用于理想气体，近似地适用于低压的真实气体。 2. 气体混合物 （1） 组成 摩尔分数 y B (或x B ) = ∑A A B /n n 体积分数 / y B m,B B * =V ?∑* A V y A m,A 式中∑A A n 为混合气体总的物质的量。A m,* V 表示在一定T ，p 下纯气体A 的摩 尔体积。∑*A A m,A V y 为在一定T ，p 下混合之前各纯组分体积的总和。 （2） 摩尔质量 ∑∑∑===B B B B B B B mix //n M n m M y M 式中 ∑=B B m m 为混合气体的总质量，∑=B B n n 为混合气体总的物质的量。上 述各式适用于任意的气体混合物。 （3） V V p p n n y ///B B B B * === 式中p B 为气体B ，在混合的T ，V 条件下，单独存在时所产生的压力，称为B 的分压力。* B V 为B 气体在混合气体的T ，p 下，单独存在时所占的体积。 3. 道尔顿定律 p B = y B p ，∑=B B p p 上式适用于任意气体。对于理想气体
V RT n p /B B = 4. 阿马加分体积定律 V RT n V /B B =* 此式只适用于理想气体。 1. 热力学第一定律的数学表示式 W Q U +=? 或 'a m b δδδ d δd U Q W Q p V W =+=-+ 规定系统吸热为正，放热为负。系统得功为正，对环境作功为负。式中 p amb 为环境的压力，W ?为非体积功。上式适用于封闭体系的一切过程。 2. 焓的定义式 3. 焓变 （1） )(pV U H ?+?=? 式中)(pV ?为pV 乘积的增量，只有在恒压下)()(12V V p pV -=?在数值上等于体积功。 （2） 2 ,m 1 d p H nC T ?= ? 此式适用于理想气体单纯pVT 变化的一切过程，或真实气体的恒压变温过程，或纯的液体、固体物质压力变化不大的变温过程。 4. 热力学能(又称内能)变 此式适用于理想气体单纯pVT 变化的一切过程。 5. 恒容热和恒压热 V Q U =? (d 0,'0V W == p Q H =? (d 0,'0)p W == pV U H +=2 ,m 1 d V U nC T ?=?
工程热力学课后题答案
习题及部分解答 第一篇工程热力学 第一章基本概念 1.指岀下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量： 答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。 2.指岀下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。 3.用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。若水柱高 200mm，水银柱高800mm，如图2-26所示。已知大气压力为735mm Hg，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ?解：根据压力单位换算 P H 2。=200 9.80665 = 1.961 103=1.96.kPa 5 卩也=800 133.32 =1.006 10 Pa = 106.6kPa p 二P b (P H2O P Hg) =98.0 (1.961 106.6) = 206.6kPa 4.锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角二^30，压力计中 3 使用；=0.8g / cm的煤油，斜管液体长度L = 200mm，当地大气压力p b =0.1MPa，求烟 气的绝对压力(用MPa表示)解： p 二L 也sin : = 200 0.8 9.81 0.5 =784.8 Pa = 784.8 10“ MPa p 二p b - p v =0.1 -784.8 10^ =0.0992MPa 5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C为压力表，读数为110kPa，B为真空表，读数为45kPa。若当地大气压p b = 97kPa，求压力表A的读数(用kPa 表示) P g A =155kPa 6.试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。 (1).取水为系统； (2).取电阻丝、容器和水为系统； (3).取图中虚线内空间为系统。 答案略。 7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为 13.4MPa ；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量， 其读数为706mmHg。若大气压力为0.098MPa，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力 (用MPa表示) p_! = 0.0247M Pa P2 = 0.0039M Pa 压变为p* =0.1 0M? P a 求此时真空表上的读数为多少mmMPa ?