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力即为相对压力。
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。
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。
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。
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，这样的过程称为可逆过程。
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，也称容积功。
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:
121
2x x dx -=?
?=0dx
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 ：
1．BT w m =2
2
式中
2
2
w m —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方根速度；
B —比例常数；
T —气体的热力学温度。
2．t T +=273
压 力 ：
1．nBT w m n p 3
2
2322==
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V
N
n =
，其中N 为容积V 包含的气体分子总数。
2．f
F p =
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（m 2）。
3．g p B p +=
（P >B ）
H B p -= （P
式中 B —当地大气压力 P g —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．m
V v =
m 3/kg 式中 V —工质的容积
m —工质的质量
2．1=v ρ 式中 ρ—工质的密度 kg/m 3
v —工质的比容 m 3/kg
热力循环: ??=w q δδ
或∑=?0u ，?=0du
循环热效率: 1
2121101q q q q q q w t -=-==
η 式中 q 1—工质从热源吸热； q 2—工质向冷源放热；
w 0—循环所作的净功。
制冷系数： 2
12
021q q q w q -=
=
ε 式中
q 1—工质向热源放出热量；
q 2—工质从冷源吸取热量；
w 0—循环所作的净功。
供热系数： 2
11
012q q q w q -=
=
ε 式中
q 1—工质向热源放出热量
q 2—工质从冷源吸取热量
w 0—循环所作的净功
3.重要图表
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。
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P i 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V i 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r p 、r T 和r v 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．RT pv
式中
p —绝对压力 Pa
v —比容
m 3/kg
T —热力学温度
K
适用于1千克理想气体。 2．mRT pV =
式中
V —质量为m kg 气体所占的容积
适用于m 千克理想气体。 3．T R pV M 0=
式中 V M =M v —气体的摩尔容积，m 3/kmol ；
R 0=MR —通用气体常数， J/kmol ·K
适用于1千摩尔理想气体。 4．T nR pV 0=
式中
V —nKmol 气体所占有的容积，m 3；
n —气体的摩尔数，M
m
n =
，kmol
适用于n 千摩尔理想气体。
5．通用气体常数：R 0
83140=R
J/K ·K
R 0与气体性质、状态均无关。 6．气体常数：R
M
M R R 8314
0=
=
J/kg ·K R 与状态无关，仅决定于气体性质。 7．1122
12
p v p v T T = 比热：
1．比热定义式：dT
q
c δ=
表明单位物量的物体升高或降低1K 所吸收或放出的热量。其值不仅取决于物质性质，还与气体热力的过程和所处状态有关。
2．质量比热、容积比热和摩尔比热的换算关系：04
.22'ρc Mc
c == 式中 c —质量比热，kJ/Kg ·k 'c —容积比热，kJ/m 3·k
M c —摩尔比热，kJ/Kmol ·k
3．定容比热：v
v v
v T u dT du dT
q c ???
????==
=
δ 表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。 4．定压比热：dT
dh dT q c p
p =
=
δ
表明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。
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 道尔顿分压定律： V T n
i i n p p p p p p ,1321??????=++++=∑=
阿密盖特分容积定律： P
T n
i i n V V V V V V ,1321??????=++++=∑= 质量成分：
i
i m g m
=
121
1n
n i
i g g g g
=+++=
=∑
容积成分： i
i V r V
=
121
1n
n i i r r r r r ==++==∑
摩尔成分： i
i n x n
=
121
1n
n i
i x x x x x
==+++=
=∑
容积成分与摩尔成分关系：
i
i i n r x n
=
= 质量成分与容积成分：
i i i i i i i i m n M M M g x r m nM M M
=
===
i i i i
i i i M R
g r r r M R ρρ
=== 折合分子量： 1
1
1
n
i i
n n
i i i i i i i n M
m
M x M r M n
n
=======∑∑∑
121121
1
n
n i i n
i
M g g g
g M M M M ==
=
+++∑ 折合气体常数：0
1
00
1
n
n
i
i n
i i i
i i i R m
n R R nR M R g R M m
m m
======
=
=∑∑∑
0012112211211n
n i
n n
i n
i
R R R r M r M r M r M R R R R ==
===
++++++∑
分压力的确定 i
i i V p p r p V
=
= i i i i i i i R M
p g p g p g p M R
ρρ===
混合气体的比热容：121
n
n n i i i c g g c g c ==+=
∑ 12c +g c +
混合气体的容积比热容：121
'''n
n n i
i
i c r r c rc ==+=
∑ 12c'+r c'+
混合气体的摩尔比热容：1
1
n
n
i i
i
i i
i i Mc M
g c x M c ====∑∑
混合气体的热力学能、焓和熵 1
n
i
i U U
==
∑ 或 1
n
i i i U m u ==∑
1
n i i H H ==∑ 或 1
n
i i i H m h ==∑
1
n
i
i S S
==
∑ 或 1
n
i i i S m s ==∑
范德瓦尔(Van der Waals)方程
()2a p v b RT v ?
?
+
-= ???
对于1kmol 实际气体
()02M
M a p V b R T V ??
+
-= ???
压缩因子：
id v pv
z v RT
==
对比参数： r c T T T =
， r c p p p =， r c
v v v = 3.重要图表
常用气体在理想状态下的定压摩尔比热与温度的关系
23123(/())p o Mc a a T a T a T kJ kmol k =+++
几种气体在理想气体状态下的平均定压质量比热容
几种气体的临界参数和范德瓦尔常数
几种气体的临界压缩因子
图2-5 通用压缩因子图
第三章 热力学第一定律 1.基本概念
热力学第一定律:能量既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一种形式转换成另一种形式，或从一个系统转移到另一个系统，而其总量保持恒定，这一自然界普遍规律称为能量守恒与转换定律。把这一定律应用于伴有热现象的能量和转移过程，即为热力学第一定律。
第一类永动机：不消耗任何能量而能连续不断作功的循环发动机，称为第一类永动机。 热力学能：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。
外储存能：也是系统储存能的一部分，取决于系统工质与外力场的相互作用（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）。这两种能量统称为外储存能。 轴功：系统通过机械轴与外界传递的机械功称为轴功。
流动功（或推动功）：当工质在流进和流出控制体界面时，后面的流体推开前面的流体而前进，这样后面的流体对前面的流体必须作推动功。因此，流动功是为维持流体通过控制体界面而传递的机械功，它是维持流体正常流动所必须传递的能量。
焓：流动工质向流动前方传递的总能量中取决于热力状态的那部分能量。对于流动工质，焓=内能+流动功，即焓具有能量意义；对于不流动工质，焓只是一个复合状态参数。
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。 技术功：在热力过程中可被直接利用来作功的能量，称为技术功。 动力机：动力机是利用工质在机器中膨胀获得机械功的设备。 压气机：消耗轴功使气体压缩以升高其压力的设备称为压气机。
节流：流体在管道内流动，遇到突然变窄的断面，由于存在阻力使流体压力降低的现象。
2.常用公式
外储存能：
1．
宏观动能：
22
1
mc 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
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 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 5．)(12T T c h p -=?
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，用定值比热计算 6．10
20
121
2
2
1
t c t c dt c dt c dt c h t pm
t pm
t p t p t t p ?-?=-==????
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用平均比热计算
7．把
()T f c p =的经验公式代入?=?2
1
dT c h p 积分。
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，用真实比热公式计算 8．∑∑====+++=n
i i i n
i i n h m H H H H H 1
1
21
由理想气体组成的混合气体的焓等于各组成气体焓之和，各组成气体焓又可表示为单位质量焓与其质量的乘积。
9．热力学第一定律能量方程
CV S dE W m gz C h m gz C h Q ++??
? ?
?++-??? ?
?
++=δδδδ11211222222
12
1
适用于任何工质，任何热力过程。
10．s w gdz dc q dh δδ---
=2
2
1 适用于任何工质，稳态稳流热力过程
11．s w q dh δδ-=
适用于任何工质稳态稳流过程，忽略工质动能和位能的变化。 12．?-=?2
1vdp q h
适用于任何工质可逆、稳态稳流过程，忽略工质动能和位能的变化。 13．?-=?2
1vdp h
适用于任何工质可逆、稳态稳流绝热过程，忽略工质动能和位能的变化。 14．q h =?
适用于任何工质可逆、稳态稳流定压过程，忽略工质动能和位能的变化。 15．0=?h
适用于任何工质等焓或理想气体等温过程。
熵的变化：
1．?
=?2
1
T
q
s δ
适用于任何气体，可逆过程。
2．g f s s s ?+?=?
f s ?为熵流，其值可正、可负或为零；
g s ?为熵产，其值恒大于或等于零。 3．1
2
ln
T T c s v =?（理想气体、可逆定容过程）
4．1
2
ln
T T c s p =?（理想气体、可逆定压过程） 5．2
112ln ln
p p
R v v R s ==?（理想气体、可逆定温过程）
6．0=?s （定熵过程）
1
21212121
212ln ln
ln ln
ln ln
p p c v v c p p R T T c v v R T T c s v p p v +=-=+=?
适用于理想气体、任何过程 功量：
膨胀功（容积功）： 1．pdv w =δ
或?=2
1pdv w
适用于任何工质、可逆过程 2．0=w
适用于任何工质、可逆定容过程 3．()21w p v v =-
适用于任何工质、可逆定压过程 4．1
2
ln
v v RT w = 适用于理想气体、可逆定温过程 5．u q w ?-=
适用于任何系统，任何工质，任何过程。 6．q w =
适用于理想气体定温过程。 7．u w ?-=
适用于任何气体绝热过程。 8．dT C w v ?-=2
1
适用于理想气体、绝热过程
9．
()()???
??????????? ??--=--=--=
?-=-k k p p k RT T T R k v p v p k u
w 1
121212211111
111
适用于理想气体、可逆绝热过程 10．
()()
()1111
1
11
1
121212211≠???
??????????? ??--=--=--=
-n p p n RT T T R n v p v p n w n n 适用于理想气体、可逆多变过程 流动功:
1122v p v p w f -=
推动1kg 工质进、出控制体所必须的功。 技术功:
1．s t w z g c w +?+?=
2
2
1 热力过程中可被直接利用来作功的能量，统称为技术功。 2．s t w gdz dc w δδ++=
2
2
1 适用于稳态稳流、微元热力过程 3．2211v p v p w w t -+=
技术功等于膨胀功与流动功的代数和。 4．vdp w t -=δ
适用于稳态稳流、微元可逆热力过程 5．?-=2
1vdp w t
适用于稳态稳流、可逆过程 热量：
1．TdS q =δ
适用于任何工质、微元可逆过程。 2．?=2
1Tds q
适用于任何工质、可逆过程 3．W U Q +?=
适用于mkg 质量任何工质，开口、闭口，可逆、不可逆过程 4．w u q +?=
适用于1kg 质量任何工质，开口、闭口，可逆、不可逆过程 5．pdv du q +=δ
适用于微元，任何工质可逆过程。 6．?+?=2
1pdv u q
适用于任何工质可逆过程。
7CV S dE W m gZ C h m gZ C h Q ++??
?
??++-??? ??++=δδδδ11211222222121
适用于任何工质，任何系统，任何过程。 8．
s w gdz dc dh q δδ+++=22
1
适用于微元稳态稳流过程 9．t w h q +?= 适用于稳态稳流过程 10．u q ?=
适用于任何工质定容过程 11．()12T T c q v -= 适用于理想气体定容过程。 12．h q ?=
适用于任何工质定压过程 13．()12T T c q p -= 适用于理想气体、定压过程 14． 0=q
适用于任何工质、绝热过程 15． ()()11
12≠---=
n T T c n k
n q v 适用于理想气体、多变过程
3.重要图表
第四章 理想气体的热力过程及气体压缩
1.基本概念
分析热力过程的一般步骤：1.依据热力过程特性建立过程方程式，p=f(v)； 2.确定初、终状态的基本状态参数；
3.将过程线表示在p-v 图及T —s 图上,使过程直观，便于分析讨论。
4.计算过程中传递的热量和功量。
绝热过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的状态变化过程，即0=q δ或0=q 称为绝热过程。 定熵过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程，称为定熵过程。 多变过程：凡过程方程为=n pv 常数的过程，称为多变过程。 定容过程：定量工质容积保持不变时的热力过程称为定容过程。 定压过程：定量工质压力保持不变时的热力过程称为定压过程。 定温过程：定量工质温度保持不变时的热力过程称为定温过程。
单级活塞式压气机工作原理：吸气过程、压缩过程、排气过程，活塞每往返一次，完成以上三个过程。 活塞式压气机的容积效率：活塞式压气机的有效容积和活塞排量之比，称为容积效率。
活塞式压气机的余隙：为了安置进、排气阀以及避免活塞与汽缸端盖间的碰撞，在汽缸端盖与活塞行程
终点间留有一定的余隙，称为余隙容积，简称余隙。
最佳增压比：使多级压缩中间冷却压气机耗功最小时，各级的增压比称为最佳增压比。
压气机的效率：在相同的初态及增压比条件下，可逆压缩过程中压气机所消耗的功与实际不可逆压缩过
程中压气机所消耗的功之比，称为压气机的效率。
热机循环：若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为机械能，则此循环称为热
机循环。
2.常用公式
气体主要热力过程的基本公式
多变指数n ：
z 级压气机，最佳级间升压比：
β
3.重要图表
图4－1绝热过程
工程热力学与传热学课 程总结与体会 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
工程热力学与传热学 题目：工程热力学与传热学课程总结与体 会 院系：水利建筑工程学院给排水科学与工 程 班级：给排水科学与工程一班 姓名：张琦文 指导老师：姚雪东 日期:2016年5月1日 认识看法地位作用存在问题解决措施未来 发展展望 传热学在高新技术领域中的应用 摘要: 热传递现象无时无处不在【2】它的影响几乎遍及现代所有的工业部门【1】也渗透到农业、林业等许多技术部门中。本文介绍了航空航天、核能、微电子、材料、生物
医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等诸多高新技术领域在不同程度上应用传热研究的最新成果。可以说除了极个别的情况以外,很难发现一个行业、部门或者工业过程和传热完全没有任何关系。不仅传统工业领域,像能源动力、冶金、化工、交通、建筑建材、机械以及食品、轻工、纺织、医药等要用到许多传热学的有关知识【1】而且诸如航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等很多高新技术领域也都在不同程度上有赖于应用传热研究的最新成果,并涌现出像相变与多相流传热、(超)低温传热、微尺度传热、生物传热等许多交叉分支学科。在某些环节上,传热技术及相关材料设备的研制开发甚至成为整个系统成败的关键因素。 前言：通过对传热学这门课程的学习,了解了传热的基本知识和理论。发现传热学是一门基础学科应用非常广泛,它会解决许许多多的实际问题更是与机械制造这门学科息息相关。传热学是研究由温度差异引起的热量传递过程的科学。传热现象在我们的日常生活中司空见惯。早在人类文明之初人们就学会了烧火取暖。随着工业革命的到来，蒸汽机、内燃机等热动力机械相继出现，传热研究更是得到了飞速的发展，被广泛地应用于工农业生产与人们的日常生活之中。当今世界国与国之间的竞争是经济竞争，而伴随着经济的高速发展也带来了资源、人口与环境等重大国
《工程热力学》期末总结 一、闭口系能量方程的表达式有以下几种形式： 1kg 工质经过有限过程：w u q +?= （2-1） 1kg 工质经过微元过程：w du q δδ+= （2-2） mkg 工质经过有限过程：W U Q +?= （2-3） mkg 工质经过微元过程：W dU Q δδ+= （2-4） 以上各式，对闭口系各种过程（可逆过程或不可逆过程）及各种工质都适用。 在应用以上各式时，如果是可逆过程的话，体积功可以表达为： pdv w =δ （2-5） ? = 2 1 pdv w （2-6） pdV W =δ （2-7） ? = 2 1 pdV W （2-8） 闭口系经历一个循环时，由于U 是状态参数，?=0dU ，所以 W Q ??= δδ （2-9） 式（2-9）是闭口系统经历循环时的能量方程，即任意一循环的净吸热量与净功量相等。 二、稳定流动能量方程 t s w h w z g c h q +?=+?+?+?=2 21 （2-10） （适用于稳定流动系的任何工质、任何过程） ? - ?=2 1 vdp h q （2-11） （适用于稳定流动系的任何工质、可逆过程） 三、几种功及相互之间的关系（见表一） 表一 几种功及相互之间的关系
四、比热容 1、比热容的种类（见表二） 。 )/3 kg m 2、平均比热容：1 21 1221 20 t t t t c t t c t t c - -= （2-12） 3、利用平均比热容计算热量：11220 t t c t t c q -= （2-13） 4、理想气体的定值比热容（见表三）
其中：M M R R g 83140= = [J/(kg ·K)] M —气体的摩尔质量，如空气的摩尔质量为28.96kg/kmol 。 空气的kmol /kg 96.28K)kmol /(J 83140?= = M R R g =287[J/(kg ·K)]，最好记住空气的气体常数。 引入比热容比k 后，结合梅耶公式，又可得： g p R k k c 1 -= （2-14） g V R k c 1 1-= (2-15) 五、理想气体的热力学能、焓、熵（见表四） （焓的定义：pv u h += kJ/kg , 焓是状态参数） 六、气体主要热力过程的基本计算公式（见表五）
第一章基本概念 1、基本概念 热力系统:用界面将所要研究得对象与周围环境分隔开来,这种人为分隔得研究对象,称为热力系统,简称系统。 边界:分隔系统与外界得分界面,称为边界。 外界:边界以外与系统相互作用得物体,称为外界或环境。 闭口系统:没有物质穿过边界得系统称为闭口系统,也称控制质量。 开口系统:有物质流穿过边界得系统称为开口系统,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与物质交换,称为孤立系统。 单相系:系统中工质得物理、化学性质都均匀一致得系统称为单相系。 复相系:由两个相以上组成得系统称为复相系,如固、液、气组成得三相系统。 单元系:由一种化学成分组成得系统称为单元系。 多元系:由两种以上不同化学成分组成得系统称为多元系。 均匀系:成分与相在整个系统空间呈均匀分布得为均匀系。 非均匀系:成分与相在整个系统空间呈非均匀分布,称非均匀系。 热力状态:系统中某瞬间表现得工质热力性质得总状况,称为工质得热力状态,简称为状态。 平衡状态:系统在不受外界影响得条件下,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得与力得平衡,这时系统得状态称为热力平衡状态,简称为平衡状态。 状态参数:描述工质状态特性得各种物理量称为工质得状态参数。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:在工质得状态参数中,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:就是描述系统热力平衡状况时冷热程度得物理量,其物理实质就是物质内部大量微观分子热运动得强弱程度得宏观反映。 热力学第零定律:如两个物体分别与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得力,称为压力,也称压强。 相对压力:相对于大气环境所测得得压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质得压力即为相对压力。 比容:单位质量工质所具有得容积,称为工质得比容。 密度:单位容积得工质所具有得质量,称为工质得密度。 强度性参数:系统中单元体得参数值与整个系统得参数值相同,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:整个系统得某广延性参数值等于系统中各单元体该广延性参数值之与,如系统得容积、内能、焓、熵等。在热力过程中,广延性参数得变化起着类似力学中位移得作用,称为广义位移。
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力即为相对压力。 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。
工程热力学(第五版_)课后 习题答案 本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March
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 28 83140==M R R ＝)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 1013252739.296?==p RT v ＝kg m /3 v 1= ρ＝3/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝kmol m /3 2-3．把CO 2压送到容积3m 3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CO 2的质量。当地大气压B ＝ 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CO 2的质量 1 111RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2222RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝ B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO 2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= 2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m 3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少 解：同上题 1000)273 325.1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝ 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为的空气3 m 3，充入容积 m 3的储气罐内。设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到设充气过程中气罐内温度不变。 解：热力系：储气罐。 使用理想气体状态方程。 第一种解法： 首先求终态时需要充入的空气质量 288 2875.810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 ==m m t 2 第二种解法 将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为一定量的空气压缩为的空气；或者说、 m 3的空气在下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程 const pv = 、 m 3的空气在下占体积为 5.591 .05.87.01221=?==P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩的空气3 m 3，则要压缩 m 3的空气需要的时间 == 3 5.59τ 2－8 在一直径为400mm 的活塞上置有质量为3000kg 的物体，气缸中空气的温度为18℃
工程热力学大总结 '
… 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。
7-1当水的温度t=80℃，压力分别为、、、及1MPa时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。 解：查表知道t=80℃时饱和压力为。 因此在、、、及1MPa时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。焓值分别为kg，kJ/kg，335 kJ/kg，kJ/kg，kJ/kg。 7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa干度x=。试分别用水蒸气表和h-s图求出hx，vx，ux，sx。解：查表得：h``＝2777kJ/kg h`= kJ/kg v``＝kg v`＝m3/kg u``= h``－pv``= kJ/kg u`＝h`－pv`= kJ/kg s``= kJ/ s`＝kJ/ hx＝xh``+(1-x)h`= kJ/kg vx＝xv``+(1-x)v`= m3/kg ux＝xu``+(1-x)u`=2400 kJ/kg sx＝xs``+(1-x)s`= kJ/ 7-3在V＝60L的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t＝210℃，干饱和蒸汽的含量mv=，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。 解：t＝210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为： v``＝kg v`＝m3/kg h``＝kg h`= kJ/kg 湿饱和蒸汽的质量： 解之得： x= 比容：vx＝xv``+(1-x)v`= m3/kg 焓：hx＝xh``+(1-x)h`=1904kJ/kg 7－4将2kg水盛于容积为的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200℃试求容器中（1）压力；（2）焓；（3）蒸汽的质量和体积。 解：（1）查200℃的饱和参数 h``＝kg h`= kJ/kg v``＝kg v`＝kg 饱和压力。 刚性容器中水的比容： ＝m3/kg 2011/6/1 第一部分：绪论 1、工程热力学 工程热力学是研究热能有效利用及其热能与其他形式能量转换规律的科学。 2、热力学分类 工程热力学（热能与机械能），物理热力学，化学热力学等 3、热力装置的共同特点 热源和冷源、工质、容积变化功、循环 4、热效率 1 W Q η= =收益 代价 5、工程热力学研究内容 能量转换的基本定律，工质的基本性质和热力过程，热工转换设备及其工作原理，化学热力学基础。 6、工程热力学研究方法 （1）宏观方法：连续体(continuum)，用宏观物理量描述其状态，其基本规律是无数经验的总结（如：热力学第一定律）。 特点：可靠，普遍，不能任意推广 经典 （宏观,平衡）热力学 （2）微观方法：从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象及规律 特点：揭示本质，模型近似 微观（统计）热力学 第一章：基本概念 1、热力系统 （1）热力系统(热力系、系统)：人为指定的研究对象（如：一个固定的空间）； （2）外界：系统以外的所有物质； （3）边界(界面)：系统与外界的分界面； （4）系统与外界的作用都通过边界； （5）以系统与外界关系划分： 有无 是否传质开口系闭口系 是否传热非绝热系绝热系 是否传功非绝功系绝功系 是否传热、功、质非孤立系孤立系 （6）简单可压缩系统 只交换热量和一种准静态的容积变化功； 2、状态和状态参数 （1）状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 （2）状态参数：描述热力系状态的物理量 （3）状态参数的特征： ●状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 ●状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关 ●状态参数的微分特征：全微分 （4）强度参数与广延参数 ●强度参数：与物质的量无关的参数，如压力p、温度T ●广延参数：与物质的量有关的参数可加性,如质量m、容积V、内能（也称之 为：热力学能）U、焓H、熵S 3、基本状态参数 （1）压力p ( pressure ) ●物理中压强，单位: Pa (Pascal), N/m2。 ●绝对压力与环境压力的相对值——相对压力； ●只有绝对压力p 才是状态参数； ●大气压随时间、地点变化； 第二章热力学第一定律 1.热力学能就是热量吗? 答：不是，热是能量的一种，而热力学能包括内位能，内动能，化学能，原子能，电磁能，热力学能是状态参数，与过程无关，热与过程有关。 2.若在研究飞机发动机中工质的能量转换规律时把参考坐标建在飞 机上，工质的总能中是否包括外部储能？在以氢氧为燃料的电池系统中系统的热力学能是否包括氢氧的化学能？ 答：不包括，相对飞机坐标系，外部储能为0； 以氢氧为燃料的电池系统的热力学能要包括化学能，因为系统中有化学反应 3.能否由基本能量方程得出功、热量和热力学能是相同性质的参数 结论？ 答：不会，Q U W ?为热力学能的差值，非热力学能，热=?+可知，公式中的U 力学能为状态参数，与过程无关。 4.刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-1 所示。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？若隔板上有一小孔，气体泄漏入 B 中，分析A、B 两部分压力相同时A、B 两部分气体的热力学能如何变化？ 答：将隔板抽去，根据热力学第一定律q u w w=所以容 =?+其中0 q=0 器中空气的热力学能不变。若有一小孔，以B 为热力系进行分析 2 1 2 2 222111()()22f f cv j C C Q dE h gz m h gz m W δδδδ=+++-+++ 只有流体的流入没有流出，0,0j Q W δδ==忽略动能、势能c v l l d E h m δ=l l dU h m δ=l l U h m δ?=。B 部分气体的热力学能增量为U ? ，A 部分气体的热力学能减少量为U ? 5.热力学第一定律能量方程式是否可以写成下列两种形式： 212121()()q q u u w w -=-+-，q u w =?+的形式，为什么？ 答:热力学第一定律能量方程式不可以写成题中所述的形式。对于 q u w =?+只有在特殊情况下，功w 可以写成pv 。热力学第一定律是一个针对任何情况的定律，不具有w =pv 这样一个必需条件。对于公式212121()()q q u u w w -=-+-，功和热量不是状态参数所以不能写成该式的形式。 6.热力学第一定律解析式有时写成下列两种形式： q u w =?+ 2 1 q u pdV =?+? 分别讨论上述两式的适用范围. 答： q u w =?+适用于任何过程，任何工质。 2 1 q u pdV =?+? 可逆过程，任何工质 7.为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量 第一部分 (第一章～第五章) 一、概念 （一）基本概念、基本术语 1、工程热力学：工程热力学是从工程的观点出发，研究物质的热力性质、能量转换以及热能的直接利用 等问题。 2、热力系统：通常根据所研究问题的需要，人为地划定一个或多个任意几何面所围成的空间作为热力学 研究对象。这种空间内的物质的总和称为热力系统，简称系统。 3、闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统。系统内包含的物质质量为一不变的常量，所以有 时又称为控制质量系统。 4、开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统。开口系统总是一种相对固定的空间，故又称开口 系统为控制体积系统，简称控制体。 5、绝热系统：系统与外界之间没有热量传递的系统，称为绝热系统。 6、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的系统，称为孤立系统。 7、热力状态：我们把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。 8、状态参数：我们把描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。 9、强度性状态参数：在给定的状态下，凡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，没有可加性的状态参数称为强度性参数。 10、广延性状态参数：在给定的状态下，凡与系统内所含物质的数量有关的状态参数称为广延性参数。 11、平衡状态：在不受外界影响（重力场除外）的条件下，如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统 所处的状态称为平衡状态。 12、热力过程：把工质从某一状态过渡到另一状态所经历的全部状态变化称为热力过程。 13、准静态过程：理论研究可以设想一种过程，这种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，于是整个过程就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。14、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，而不留下任何痕迹， 这样的过程称为可逆过程。 15、热力循环：把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。 16、循环热效率：正循环中热转换功的经济性指标用循环热效率表示，循环热效率等于循环中转换为功的 热量除以工质从热源吸收的总热量。 17、卡诺循环：由两个可逆定温过程与两个可逆绝热过程组成的，我们称之为卡诺循环。 18、卡诺定理：卡诺定理可表达为：①所有工作于同温热源与同温冷源之间的一切热机，以可逆热机的热 效率为最高。②在同温热源与同温冷源之间的一切可逆热机，其热效率均相等。 19、孤立系统熵增原理：孤立系统的熵只能增大（不可逆过程）或不变（可逆过程），决不可能减小，此 为孤立系统熵增原理，简称熵增原理。 （二）与工质性质有关的概念 工程热力学与传热学 题目：工程热力学与传热学课程总结与体会院系：水利建筑工程学院给排水科学与工程班级：给排水科学与工程一班 姓名：张琦文 指导老师：姚雪东 日期:2016年5月1日 认识看法地位作用存在问题解决措施未来 发展展望 传热学在高新技术领域中的应用 摘要: 热传递现象无时无处不在【2】它的影响几乎遍及现代所有的工业部门【1】也渗透到农业、林业等许多技术部门中。本文介绍了航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等诸多高新技术领域在不同程度上应用传热研究的最新成果。可以说除了极个别的情况以外,很难发现一个行业、部门或者工业过程和传热完全没有任何关系。不仅传统工业领域,像能源动力、冶金、化工、交通、建筑建材、机械以及食品、轻工、纺织、医药等要用到许多传热学的有关知识【1】而且诸如航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等很多高新技术领域也都在不同程度上有赖于 应用传热研究的最新成果,并涌现出像相变与多相流传热、(超)低温传热、微尺度传热、生物传热等许多交叉分支学科。在某些环节上,传热技术及相关材料设备的研制开发甚至成为整个系统成败的关键因素。 前言：通过对传热学这门课程的学习,了解了传热的基本知识和理论。发现传热学是一门基础学科应用非常广泛,它会解决许许多多的实际问题更是与机械制造这门学科息息相关。传热学是研究由温度差异引起的热量传递过程的科学。传热现 象在我们的日常生活中司空见惯。早在人类文明之初人们就学会了烧火取暖。随着工业革命的到来，蒸汽机、内燃机等热动力机械相继出现，传热研究更是得到了飞速的发展，被广泛地应用于工农业生产与人们的日常生活之中。当今世界国与国之间的竞争是经济竞争，而伴随着经济的高速发展也带来了资源、人口与环境等重大国际问题。传热学在促进经薪发展和加强环境保护方面起着举足轻重的作用。20世纪以前传热学是作为物理热学的一部分而逐步发展起来的。20世纪以后，传热学作为一门独立的技术学科获得迅速发展，越来越多地与热力学、流体力学、燃烧学、电磁学和机械工程学等一些学科相互渗透，形成多相传热、非牛顿流体传热、燃烧传热、等离子体传热和数值计算传热等许多重要分支。现在，机械工程仍不断地向传热学提出大量新的课题。如浇铸和冷冻技术中的相变导热，切削加工中的接触热阻和喷射冷却，等离子工艺中带电粒子的传热特性。核工程中有限空间的自然对流，动力和化工机械中超临界区换热，小温差换热，两相流换热，复杂几何形状物体的换热湍流换热等。随着激光等新的实验技术的引入和计算机的应用，为传热学的发展提供了广阔前景。 传热学是研究热量传递规律的一门学科，生产部门存在的多种多样的热量传递问题都可以用传热学来解决，这些部门包括能源、化工、冶金、建筑、机械制造、电子、制冷、 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 （u ）或密度（p ）、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力即为相对 压力。 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。 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 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力即为相 对压力。 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 28 8314 0== M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 101325 2739.296?== 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CO 2压送到容积3m 3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CO 2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CO 2的质量 11 11RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2 2 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CO 2的质量 )1 122(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 m 3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 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题 1000)273 325 .1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝41.97kg 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa 的空气3 m 3，充入容积8.5 m 3的储气罐内。设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到0.7MPa ？设充气过程中气罐内温度不变。 解：热力系：储气罐。 使用理想气体状态方程。 第一种解法： 首先求终态时需要充入的空气质量 288 2875 .810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 == m m t 2 19.83min 第二种解法 将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为0.1MPa 一定量的空气压缩为0.7MPa 的空气；或者说0.7MPa 、8.5 m 3的空气在0.1MPa 下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程 const pv = 0.7MPa 、8.5 m 3的空气在0.1MPa 下占体积为 5.591 .05 .87.01221=?== P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩0.1MPa 的空气3 m 3 ，则要压缩59.5 m 3的空气需要的时间 == 3 5 .59τ19.83min 2－8 在一直径为400mm 的活塞上置有质量为3000kg 的物体，气缸中空气的温度为18℃，质量为2.12kg 。加热后其容积增大为原来的两倍。大气压力B ＝101kPa ，问：（1）气缸中空气的终温是多少？（2）终态的比容是多少？（3）初态和终态的密度各是多少？ 解：热力系：气缸和活塞构成的区间。 使用理想气体状态方程。 工程热力学与传热学 题目:工程热力学与传热学课程总结与体会院系:水利建筑工程学院给排水科学与工程班级:给排水科学与工程一班 姓名:张琦文 指导老师:姚雪东 日期:2016年5月1日 认识瞧法地位作用存在问题解决措施未来 发展展望 传热学在高新技术领域中的应用 摘要: 热传递现象无时无处不在【2】它的影响几乎遍及现代所有的工业部门【1】也渗透到农业、林业等许多技术部门中。本文介绍了航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等诸多高新技术领域在不同程度上应用传热研究的最新成果。可以说除了极个 别的情况以外,很难发现一个行业、部门或者工业过程与传热完全没有任何关系。不仅传统工业领域,像能源动力、冶金、化工、交通、建筑建材、机械以及食品、轻工、纺织、医药等要用到许多传热学的有关知识【1】而且诸如航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等很多高新技术领域也都在不同程度上有赖于 应用传热研究的最新成果,并涌现出像相变与多相流传热、(超)低温传热、微尺度传热、生物传热等许多交叉分支学科。在某些环节上,传热技术及相关材料设备的研制开发甚至成为整个系统成败的关键因素。 前言:通过对传热学这门课程的学习,了解了传热的基本知识与理论。发现传热学就是一门基础学科应用非常广泛,它会解决许许多多的实际问题更就是与机械制造这门学科息息相关。传热学就是研究由温度差异引起的热量传递过程的科学。传热现象在我们的日常生活中司空见惯。早在人类文明之初人们就学会了烧火取暖。随着工业革命的到来,蒸汽机、内燃机等热动力机械相继出现,传热研究更就是得到了飞速的发展,被广泛地应用于工农业生产与人们的日常生活之中。当今世界国与国之间的竞争就是经济竞争,而伴随着经济的高速发展也带来了资源、人口与环境等重大国际问题。传热学在促进经薪发展与加强环境保护方面起着举足轻重的作用。20世纪以前传热学就是作为物理热学的一部分而逐步 1、例题 例1：有一容积为23 m 的气罐（内有空气，参数为1bar ，20℃）与表压力为17bar 的20℃的压缩空气管道连接，缓慢充气达到平衡（定温）。求：1.此时罐中空气的质量 2.充气过程中气罐散出的热量 3.不可逆充气引起的熵产（大气压1bar ，20℃） 解：充气前1p =1bar 1T =20℃ 质量1m ，充气后2p =0p =17bar 2T =1T =20℃ 质量 2m ①2m = 22RgT V P =1 2RgT V P ②热力学第一定律：Q=E ?+?-)(12)(12τm m d e d e +tot W E ?=u ?=2u -1u =22u m -11u m ； ?-) (12)(12τm m d e d e =00dm u ?-τ =in m u 0=)(120m m u --； tot W =in m -00V p =)(1200m m P V --； 得：Q=22u m -11u m )(120m m u --)(1200m m P V --=22u m -11u m )(120m m h -- 由缓慢充气知为定温过程，1u =2u =0V C 1T ； 0h =0P C 0T ； Q=)(12m m -0V C 1T -)(12m m -0P C 0T =)(12m m -0V C （1T -0γ0T ）=（2p -1p ）V ) 1(010 01--γγT T T ③S ?=g f S S ++ ?-) (21)(21τ m m d S d S =2m 2S -1m 1S ； f S = T Q ； ?-) (21)(21τ m m d S d S =in S )(12m m -； g S =（2m 2S -1m 1S ）-in S )(12m m --0T Q =2m （2S -in S ）+1m （in S -1S ）-0 T Q ； S ?=2S -1S =P C 12ln T T -g R 1 2ln p p ； g S =2m （P C in T T 2ln -g R in p p 2ln ）+1m （P C 1ln T T in -g R 1ln p p in ）-0 T Q ； g L S T E 0= 例2：1mol 理想气体2o ，在（T ，V ）状态下，1S ，1Ω，绝热自由膨胀后体积增加到2V ，此时2S ，2Ω。 解：①2 1256ln .73/V V nR nRln J K S ===? (n=1mol)； S ?=K 1 2ln ΩΩ=nRln2=Kln A nN 2； 工程热力学结课课题报告 ——浅谈发动机的热效率问题 一、内燃机发动机 1.四冲程发动机的基本结构： 1—油底壳2—机油3—曲 轴4—曲轴同步带轮5— 同步带6—曲轴箱7—连 杆8—活塞9—水套10— 汽缸11—汽缸盖12—排 气管13—凸轮轴同步带轮 14—摇臂15—排气门 16—凸轮轴17—高压线 18—分电器19—空气滤清 器20—化油器21—进气管 22—点火开关23—点火线 圈24—火花塞25—进气 门26—蓄电池27—飞轮 28—启动机 2.四冲程发动机的基本工作原理 1.进气行程 活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启， 排气门关闭，曲轴转动180°。在活塞移动过程中，汽缸容积逐渐增 大，汽缸内气体压力从pr逐渐降低到pa，汽缸内形成一定的真空度， 空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸，并在汽缸内进一步混 合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力，进气终点(图中 a 点) 汽缸内气体压力小于大气压力0 p ，即pa= (0.80～0.90) 0 p 。进 入汽缸内的可燃混合气的温度，由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气 门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到 340～400K。 2.压缩行程 压缩行程时，进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点 运动，曲轴转动180°。活塞上移时，工作容积逐渐缩小，缸内 混合气受压缩后压力和温度不断升高，到达压缩终点时，其压力 pc可达800～2 000kPa，温度达600～750K。在示功图上，压 缩行程为曲线a～c。 3.做功行程 当活塞接近上止点时，由火花塞点燃可燃混合气，混合 气燃烧释放出大量的热能，使汽缸内气体的压力和温度迅速 提高。燃烧最高压力pZ达3 000～6 000kPa，温度TZ达2 200～2 800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点 运动，并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移， 汽缸容积增加，气体压力和温度逐渐下降，到达 b 点时， 其压力降至300～500kPa，温度降至1 200～1 500K。在 做功行程，进气门、排气门均关闭，曲轴转动180°。在示 功图上，做功行程为曲线c-Z-b。 4.排气行程 排气行程时，排气门开启，进气门仍然关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。排气门开启时，燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出，另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用，排气终点r 点的压力稍高于大气压力，即pr=(1.05～1.20)p0。排气终点温度Tr=900～1100K。活塞运动到上止点时，燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出，这部分废气叫残余废气。 二、发动机工作过程中的奥托循环 工程热力学大总结大全 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 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力即为相对压力。 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。 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，如系统的容工程热力学读书笔记
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