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1、工程热力学复习重点及简答题工程热力学温习重点及简答题Coca-colastandardizationoffice【ZZ5AB-ZZSYT-ZZ2C-ZZ682T-ZZT18】工程热力学温习重点绪论1理解和把握工程热力学的研究对象、主要研究内容和研究方法2理解热能利用的两种主要方式及其特点3了解常用的热能动力转换装置的工作经过1什么是工程热力学从工程技术观点出发，研究物质的热力学性质，热能转换为机械能的规律和方法，以及有效、合理地利用热能的途径。2能源的地位与作用及我国能源面临的主要问题3.热能及其利用1热能：能量的一种形式2来源：一次能源：以自然形式存在，可利用的能源。如风能,水力能,太阳能、
2、地热能、化学能和核能等。二次能源：由一次能源转换而来的能源，如机械能、机械能等。3利用形式：直接利用：将热能利用来直接加热物体。如烘干、采暖、熔炼(能源消耗比例大)间接利用：各种热能动力装置，将热能转换成机械能或者再转换成电能，4.热能动力转换装置的工作经过5热能利用的方向性及能量的两种属性1经过的方向性：如：由高温传向低温2能量属性：数量属性、,质量属性(即做功能力)3数量守衡、质量不守衡4提高热能利用率：能源消耗量与国民生产总值成正比。第1章基本概念及定义1.1热力系统一、热力系统系统：用界面从周围的环境中分割出来的研究对象，或空间内物体的总和。外界：与系统互相作用的环境。界面：假想的、实
3、际的、固定的、运动的、变形的。根据：系统与外界的关系系统与外界的作用：热交换、功交换、质交换。二、闭口系统和开口系统闭口系统：系统内外无物质交换,称控制质量。开口系统：系统内外有物质交换,称控制体积。三、绝热系统与孤立系统绝热系统：系统内外无热量交换(系统传递的热量可忽略不计时，可以为绝热)孤立系统：系统与外界既无能量传递也无物质交换=系统+相关外界=各互相作用的子系统之和=一切热力系统连同互相作用的外界四、根据系统内部状况划分可压缩系统：由可压缩流体组成的系统。简单可压缩系统：与外界只要热量及准静态容积变化均匀系统：内部各部分化学成分和物理性质都均匀一致的系统，是由单相组成的。非均匀系统：由
4、两个或两个以上的相所组成的系统。单元系统：一种均匀的和化学成分不变的物质组成的系统。多元系统：由两种或两种以上物质组成的系统。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。考虑题：孤立系统一定是闭口系统吗反之如何孤立系统一定不是开口的吗、孤立系统能否一定绝热12工质的热力状态与状态参数一、状态与状态参数状态：热力系统中某霎时表现的工质热力性质的总状况。状态参数：描绘工质状态特性的各种状态的宏观物理量。如：温度T、压力P、比容或密度、内能u、焓h、熵s、自由能f、自由焓g等。状态参数的数学特性:11212xxd
5、x-=?表明：状态的途径积分仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。2?dx=0表明：状态参数的循环积分为零基本状态参数：可直接或间接地用仪表测量出来的状态参数：温度、压力、比容或密度温度：宏观上，是描绘系统热力平衡状况时冷热程度的物理量。微观上,是大量分子热运动强烈程度的量度2压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。fFp=式中：F整个容器壁遭到的力，单位为牛顿N；f容器壁的总面积m2。微观上：分子热运动产生的垂直作用于容器壁上单位面积的力。压力测量根据：力平衡原理压力单位：MPa相对压力：相对于大气环境所测得的压力。工程上常用测压仪表测定的压力。以大气压力为计算起点，也
6、称表压力。文档视界工程热力学温习重点及简答题工程热力学温习重点及简答题规定:系统吸热为正，放热为负。14热力循环:定义：工质从某一初态开场，经历一系列状态变化，最后由回复到初态的经过。,一、正循环正循环中的热转换功的经济性指标用循环热效率：式中q1工质从热源吸热；q2工质向冷源放热；w0循环所作的净功。二、逆循环以获取制冷量为目的。制冷系数：212021qqqwq-=式中：q1工质向热源放出热量；q2工质从冷源汲取热量；w0循环所作的净功。供热系数：211012qqqwq-=式中：q1工质向热源放出热量，q2工质从冷源汲取热量，w0循环所作的净功考虑题：1温度为100的热源，非常缓慢地把热量加
7、给处于平衡状态下的0的冰水混合物，试问：1、冰水混合物经历的是准静态经过吗2、加热经过能否可逆2平衡态与稳态稳态即系统内各点的状态参数均不随时间而变有何异同热力学中讨论平衡态有什么意义3外界条件变化时系统有无到达平衡的可能在外界条件不变时，系统能否一定处于平衡态4判定下列经过能否为可逆经过：1)对刚性容器内的水加热使其在恒温下蒸发。2)对刚性容器内的水作功使其在恒温下蒸发。3)对刚性容器中的空气缓慢加热使其从50升温到1004)定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸和活塞中被渐渐压缩5)100的蒸汽流与25的水流绝热混合。6)锅炉中的水蒸汽定压发生经过温度、压力保持不变。7)高压气体忽然膨胀至低压
8、。8)摩托车发动机气缸中的热燃气随活塞迅速移动而膨胀。9)气缸中充有水，水上面有无摩擦的活塞，缓慢地对水加热使之蒸发。第2章热力学第一定律21系统的储存能系统的储存能的构成：内部储存能+外部储存能一内能热力系处于宏观静止状态时系统内所有微观粒子所具有的能量之和，单位质量工质所具有的内能，称为比内能，简称内能。U=mu内能=分子动能+分子位能分子动能包括：1分子的移动动能2.分子的转动动能3.分子内部原子振动动能和位能分子位能：克制分子间的作用力所构成u=f(T,V)或u=f(T,P)u=f(P,V)注意:内能是状态参数.十分的:对理想气体u=f(T)问题考虑:为什么二外储存能：系统工质与外力场
9、的互相作用如重力位能及以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量宏观动能。宏观动能：221mcEk=重力位能：mgzEp=式中g重力加速度。三系统总储存能：或mgzmcUE+=221gzcue+=22122系统与外界传递的能量与外界热源,功源,质源之间进行的能量传递一、热量在温差作用下,系统与外界通过界面传递的能量。系统吸热热量为正，系统放热热量为负。单位：kJkcallkcal=特点:热量是传递经过中能量的一种形式，热量与热力经过有关,或与经过的途径有关.二、功除温差以外的其它不平衡势差所引起的系统与外界传递的能量.1膨胀功W：在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。单位：lJ=lN
10、m规定:系统对外作功为正，外界对系统作功为负。膨胀功是热变功的源泉2轴功Ws:通过轴系统与外界传递的机械功注意:刚性闭口系统轴功不可能为正，轴功来源于能量转换三、随物质传递的能量1流动工质本身具有的能量2流动功(或推动功)：维持流体正常流动所必须传递量，是为推动流体通过控制体界面而传递的机械功.推动1kg工质进、出控制体所必须的功1122vpvpwf-=注意:流动功仅取决于控制体进出口界面工质的热力状态。流动功是由泵风机等提供考虑：与其它功区别四、焓的定义：焓=内能+流动功对于m千克工质：pVUH+=对于1千克工质：h=u+pv五、焓的物理意义：对流动工质(开口系统)，表示沿流动方向传递的总能
11、量中，取决于热力状态的那部分能量.对不流动工质(闭口系统)，焓只是一个复合状态参数考虑为什么：十分的对理想气体h=f(T)23闭口系统能量方程一、能量方程表达式WQU-=?适用于mkg质量工质wqu-=?1kg质量工质注意:该方程适用于闭口系统、任何工质、任何经过。由于反映的是热量、内能、膨胀功三者关系，因此该方程也适用于开口系统、任何工质、任何经过.十分的:对可逆经过?-=?21pdvqu考虑为什么二、.循环经过第一定律表达式结论:第一类永动机不可能制造出来考虑：为什么三、理想气体内能变化计算由dTcduqvvv=得：dTcduv=，?=?21dTcuv适用于理想气体一切经过或者实际气体定容
12、经过或：)(12TTcuv-=?用定值比热计算用平均比热计算()Tfcv=的经历公式代入?=?21dTcuv积分。理想气体组成的混合气体的内能：=+=niiiniinumUUUUU112124开口系统能量方程由质量守恒原理：进入控制体的质量一离开控制体的质量=控制体中质量的增量能量守恒原理：进入控制体的能量一控制体输出的能量=控制体中储存能的增量设控制体在d时间内:进入控制体的能量=11211)21(mgzchQ+离开控制体的能量=22222)21(mgzchWS+控制体储存能的变化cvcvcvEdEEdE-+=)(代入后得到:=Q22222)21(mgzchWS+11211)21(mgzch
13、+-+cvdE注意:本方程适用于任何工质，稳态稳流、不稳定流动的一切经过,也适用于闭口系统25开口系统稳态稳流能量方程一稳态稳流工况工质以恒定的流量连续不断地进出系统，系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定，不随时间变化，称稳态稳流工况。条件：1.符合连续性方程2.系统与外界传递能量，收入=支出，且不随时间变化适用于任何工质，稳态稳流热力经过二技术功在热力经过中可被直接利用来作功的能量，称为技术功。技术功=膨胀功+流动功十分的：对可逆经过：考虑：为什么注意：技术功是经过量公式：swqdh-=适用于任何工质稳态稳流经过，忽略工质动能和位能的变化。三、理想气体焓的计算对于理想气
14、体()TfRTuh=+=dTcdhp=，dTchp?=?21适用于理想气体的一切热力经过或者实际气体的定压经过适用于理想气体的一切热力经过或者实际气体的定压经过，用定值比热计算用平均比热计算把()Tfcp=的经历公式代入?=?21dTchp积分。考虑题：1门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉快。于是有人就想通过敞开冰箱大门到达降低室内温度的目的,你以为这种想法可行吗2.既然敞开冰箱大门不能降温，为什么在门窗紧闭的房间内安装空调器后却能使温度降低呢3对工质加热，其温度反而降低，有否可能4对空气边压缩边进行冷却，如空气的放热量为1kJ，对空气的压缩功为6k
15、J，则此经过中空气的温度是升高，还是降低。5空气边吸热边膨胀，如吸热量Q=膨胀功，则空气的温度怎样变化。6讨论下列问题：1)气体吸热的经过能否一定是升温的经过。2)气体放热的经过能否一定是降温的经过。3)能否以气体温度的变化量来判定经过中气体是吸热还是放热。7试分析下列经过中气体是吸热还是放热(按理想气体可逆经过考虑)1)压力递降的定温经过。2)容积递减的定压经过。3)压力和容积均增大两倍的经过。第3章气体和蒸汽的性质31理想气体状态方程一、理想气体与实际气体定义：气体分子是一些弹性的，忽略分子互相作用力，不占有体积的质点,注意：当实际气体p0v的极限状态时，气体为理想气体。二、理想气体状态方
16、程的导出状态方程的几种形式1RTpv=适用于1千克理想气体。式中：p绝对压力Pav比容m3/kg，T热力学温度K2mRTpV=适用于m千克理想气体。式中V质量为mkg气体所占的容积3TRpVM0=适用于1千摩尔理想气体。式中VM=Mv气体的摩尔容积，m3/kmol；R0=MR通用气体常数，J/kmolK4TnRpV0=适用于n千摩尔理想气体。式中VnKmol气体所占有的容积，m3；n气体的摩尔数，Mmn=，kmol5222111TvPTvP=6222111TVPTVP=仅适用于闭口系统32理想气体的比热一、比热的定义与单位定义：单位物量的物体，温度升高或降低1K1所吸收或放出的热量，称为该物体
17、比热。单位：式中c质量比热，kJ/Kgkc容积比热，kJ/m3kMc摩尔比热，kJ/Kmolk换算关系：04.22cMcc=注意：比热不仅取决于气体的性质，还于气体的热力经过及所处的状态有关。二、定容比热和定压比热定容比热：vvvvTudTdudTqc?=表示：明单位物量的气体在定容情况下升高或降低1K所吸收或放出的热量定压比热：dTdhdTqcpp=表示：单位物量的气体在定压情况下升高或降低1K所吸收或放出的热量。迈耶公式：Rccvp=-Rccvp0=-比热比：三、定值比热、真实比热与平均比热1、定值比热：凡分子中原子数目一样因此其运动自由度也一样的气体，它们的摩尔比热值都相等，称为定值比热。2、真实比热：相应于每一温度下的比热值称为气体的真实比热。常将比热与温度的函数关系表示为温度的三次多项式3平均比热考虑题：1某内径为的金属球抽空后放后在一精细的天平上称重，当填充某种气体至后又进行了称重，两次称重的重量差的，当时的室温为27，试确定这里何种理想气体。2通用气体常数和气体常数有何不同3混合气体处于平衡状态时，各组成气体的温度能否一样，分压力能否一样。4混合气体中某组成气体的千摩尔质量小于混合气体的千摩尔质量，问该组成气体在混合气体中的质量成分能否一定小于容积成分，为什么。