工程热力学大总结 - 第五版

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。 比容：单位质量工质所具有的容积，称为工质的比容。 密度：单位容积的工质所具有的质量，称为工质的密度。 绝对压力：气体真正的压力

相对压力：气体的绝对压力与当地大气压的差值

强度性参数：系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同，与质量多少无关，没有可加性，如温度、压力等。在热力过程中，强度性参数起着推动力作用，称为广义力或势。 广延性参数：整个系统的某广延性参数值等于系统中各单元体该广延性参数值之和，如系统的容积、内能、焓、熵等。在热力过程中，广延性参数的变化起着类似力学中位移的作用，称为广义位移。 强度型参数：比体积，密度，压力、温度、压强等

广延型参数：质量，体积，热力学能，动能，位能等。 准静态过程：过程进行得非常缓慢，使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够的时间恢复到新的平衡态，从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近平衡状态，整个过程可看作是由一系列非常接近平衡态的状态所组成，并称之为准静态过程。

准静态过程进行条件：工质自身有恢复平衡的能力，并且系统偏离平衡状态的量无限小。

可逆过程：当系统进行正、反两个过程后，系统与外界均能完全回复到初始状态，这样的过程称为

1

可逆过程。

实现可逆过程的具体条件：1过程没有势差2没有耗散效应。 准静态过程与可逆过程的异同：

对热力系统而言，两者都是有一系列平衡状态所组成，在P-V图上都能用连续的曲线来表示，但是又有区别：可逆过程要求与外界随时保持力平衡和热平衡，并且不存在任何耗散效应，在过程中没有任何能量的不可逆损失，而准静态过程的条件仅限于系统内部的力平衡和热平衡。准静态过程在进行中系统与外界之间可以又不平衡势差，也可能有耗散效应，只要系统内部能量及时恢复平衡，其状态变化还可以是准静态的。可逆过程必然是准静态过程，准静态过程只是可逆过程的条件之一。 主要差别：有无耗散效应。

膨胀功：由于系统容积发生变化（增大或缩小）而通过界面向外界传递的机械功称为膨胀功，也称

2容积功。（系统体积增大为正功w??pdv（j/kg）

1热量：通过热力系边界所传递的除功之外的能量。

热力循环：工质从某一初态开始，经历一系列状态变化，最后又回复到初始状态的全部过程称为热力循环，简称循环。 2.常用公式 状态参数:

21?dx?x2?x1

?dx?0

状态参数是状态的函数，对应一定的状态，状态参数都有唯一确定的数值，工质在热力过程中发生状态变化时，由初状态经过不同路径，最后到达终点，其参数的变化值，仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。 温 度 ：

mw2?BT 1．2式中

mw2—分子平移运动的动能，其中m是一个分子的质量，w是分子平移运动的均2

B—比例常数；

T—气体的热力学温度。

方根速度；

2．T?273?t

压 力 ：

2mw22?nBT 1．p?n323式中 P—单位面积上的绝对压力；

n—分子浓度，即单位容积内含有气体的分子数n?2．p?N，其中N为容积V包含的气体分子总数。 VF f 式中F—整个容器壁受到的力，单位为牛（N）； f—容器壁的总面积（m2）。 3．p?B?pg

（P>B）

2

p?B?H （P

式中 B—当地大气压力 Pg—高于当地大气压力时的相对压力，称表压力； H —低于当地大气压力时的相对压力，称为真空值。

比容:

1．v?V mm3/kg V—工质的容积 m—工质的质量 式中 2．?v?1 式中 热力循环:

?—工质的密度 kg/m3 v—工质的比容 m3/kg ??q???w

或??u?0，?du?0

循环热效率: ?t?式中

制冷系数： ?1?w0q1?q2q??1?2 q1q1q1q1—工质从热源吸热；

q2—工质向冷源放热；

w0—循环所作的净功。

q2q2? w0q1?q2式中q1—工质向热源放出热量； q2—工质从冷源吸取热量； w0—循环所作的净功。

供热系数： ?2?q1q1? w0q1?q2式中q1—工质向热源放出热量；q2—工质从冷源吸取热量； w0—循环所作的净功

3.重要图表 图1-14 任意循环在 p?v图上的表示 (a)正循环 ； (b)逆循环

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第二章 气体的热力性质

1.基本概念

理想气体：气体分子是由一些弹性的、忽略分子之间相互作用力（引力和斥力）、不占有体积的质点所构成。

理想气体实质上是实际气体的压力P趋近于0,或比体积V趋近于无穷时的极限状态的气体。 比热：单位物量的物体，温度升高或降低1K（1℃）所吸收或放出的热量，称为该物体的比热。 定容比热：在定容情况下，单位物量的物体，温度变化1K（1℃）所吸收或放出的热量，称为该物体的定容比热。

定压比热：在定压情况下，单位物量的物体，温度变化1K（1℃）所吸收或放出的热量，称为该物体的定压比热。

定压质量比热：在定压过程中，单位质量的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定压质量比热。

定压容积比热：在定压过程中，单位容积的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定压容积比热。

定压摩尔比热：在定压过程中，单位摩尔的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定压摩尔比热。

定容质量比热：在定容过程中，单位质量的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定容质量比热。

定容容积比热：在定容过程中，单位容积的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定容容积比热。

定容摩尔比热：在定容过程中，单位摩尔的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定容摩尔比热。

混合气体的分压力：维持混合气体的温度和容积不变时，各组成气体所具有的压力。 道尔顿分压定律：混合气体的总压力P等于各组成气体分压力Pi之和。

混合气体的分容积：维持混合气体的温度和压力不变时，各组成气体所具有的容积。 阿密盖特分容积定律：混合气体的总容积V等于各组成气体分容积Vi之和。 混合气体的质量成分：混合气体中某组元气体的质量与混合气体总质量的比值称为混合气体的质量成分。

混合气体的容积成分：混合气体中某组元气体的容积与混合气体总容积的比值称为混合气体的容积成分。

混合气体的摩尔成分：混合气体中某组元气体的摩尔数与混合气体总摩尔数的比值称为混合气体的摩尔成分。

对比参数：各状态参数与临界状态的同名参数的比值。

对比态定律：对于满足同一对比态方程式的各种气体，对比参数pr、Tr和vr中若有两个相等，则第三个对比参数就一定相等，物质也就处于对应状态中。 2.常用公式

理想气体状态方程：

1．pv?RT

式中 p—绝对压力Pa； v—比容m3/kg； T—热力学温度K； 适用于1千克理想气体。

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