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；
1
2ΩΩ=A
nN 2
=23
108.110
?
② 1Ω=
A
nN 2
1=23
108.110
?-可以看出逆过程是可能的，但是概率很小，在宏观上仍表现为方向性，故过程
可逆（或熵增原理）完全是统计的量与热力学观点不同。
例3（1）：500kg 温度为20℃水，用电加热器加热到60 ℃，求这一过程造成的功损和可用能的损失，不考虑散热损失，大气温度20℃，水的P C =4.187kj/(kg*K)
解：Q X ，E =dQ T T ?-2
00)1(=dT mC T
T
p ?-200)1(=m p C 【（2T -0T ）0T 02ln T T 】=5241.4kJ
Q=m p C （T-0T ）=83740KJ ； L E =Q-Q X ，E =78498.6KJ ；
L W =g Q =m p C （T-0T ）=83740KJ ； 孤S ?=m p C 0
ln
T T
=267.8KJ/K ；可用能损失L E =0T 孤S ?=78500KJ 例3（2） 压力为1.2Mpa ，温度为320K 的压缩空气，从压气机输出，由于管道阀门的阻力和散热，压力降为0.8Mpa ，温度降为298K ，其流量为0.5KJ/S 。求每小时损失的可用能。（按定比热理想气体计算，大气温度20℃，压力为0.1Mpa ）
解：（21x x e e -）=m q [（1h -2h ）
-0T (1S -2S )]=(0.5*3600)Kg/h*[1.005KJ/(kg*K)*(320-298)-293.15*[(p C 21ln T T -Rg 2
1ln P P
)]=63451KJ/K
?
?S =大气?
?S +空气?
?S =m q （
T 大气Q ）+m q （0p C 2ln T T -Rg 21ln P P
）=m
q 0
02)
(0T T T C q p m --=216.446KJ/K*h ；
L E =0T （S ?）=293.15*216.446
例3（3）： 有一合用压缩空气驱动的小型车，已知压缩空气罐的容积为0.23
m ，压力为15Mpa （表压），问在平均功率为4PS 的情况下车子最多能行驶多长时间，用完这罐压缩空气最终造成的熵产为若干？已知
大气状况为0.1Mpa ，20℃
解：u x e ,=（u-0u ）-0T （S-u S ）+0p （V-0V ）=V C （T- 0T ）-0T （p C 0
ln
T T -Rg 0
ln
P P ）+0
p （
P RgT -00
P RgT ）空气看成理想气体T=0T ，得：u x e ,=Rg 0T 0
ln P P +Rg 0T 0p （011p p -）=338.67KJ/kg
M=
RgT PV =35.88Kg u X ，E =m u x e ,=12151kg=8
.264712151
=4589PS*h τ=4.589/4=1.147h=1小时9分钟，g S =
0T E L =0
,T E u
x =12151/293.15=41.45KJ/k
现40%甲醇，60%水的防冻液3
3102m -?，问20℃ 水V ，甲醇V 各多少？（甲醇M =32）
解：
V n =ρ? 摩尔体积m V =n
V
，m V =1χ1,m V +2χ2,m V )
1(183232χχχ-+=0.4， 2727.0=甲醇χ，水χ=0.7273；O H V 2=17.53
cm /mol
甲醇V =393cm /mol
m V =
n V =m V M =ρ
M , M =18*0.7273+0.2727*32=21.82, m V =23.353
cm /mol m V =0.2727*39+0.7273*17.5=23.363cm /mol n=
Vm V =36
.232000
=85.58mol 0.7273*85.5862.24n n mol χ===?水水,甲醇n =甲醇χ*n=0.2727*85.58=23.34mol
纯质：1,m V =18.043
cm /mol=18/0.9982 2,m V =40.463
cm /mol=32/0.785
O H V 2=1,m V *水n =18.04*62.24=1.122310-?3m ；甲醇V =2,m V *甲醇n =40.46*23.74=9345410-?3m
例5 在298K ，101325Pa 下，不同2n 的NaCl 溶于10003
cm 水（相应于水的物质的量1n =55.344mol ）
所成溶液体积V ，
从
所
得
数
据
确
定出V 与
2
n 的关系为V=｛1001.38+16.6253
（2n /mol)+1.7738(2n /mol 2
3
)+0.1198(2n /mol 2
)3
cm
2V 与2n 关系：2V =(2n V ??1..)n P T =｛16.6253+2.6607(21
2)mol n +0.2388(mol
n
2)}3cm /mol
1V 与2n 关系：1V =11n （V-2n 2V ）={18.094-0.01603（23
2)mol n -0.002157（22)mol
n
）3cm /mol
例6.对二元溶液，由Gibbs-DUhem 方程和逸度定义式证明：
证明：（1） 定温定压G-D 方程
01
=∑=r
i i
i du
n 02211=+du n du n 除（21n n +）
02211=+du x du x ；
又T
i i i f d RT G d du )?ln (== 所以 0)?ln ()?ln (2211=+T T f d RT X f d RT X 除以2
dx 得：P T P T dx f d X dx f d X ,2
2
2,211)?ln ()?ln (-= 121=+X X ；21dX dX -=
P T P T dx f d X dx f d X ,2
2
2,111)?ln ()?ln (=
（2） 0111?f a f = 02
22?f a f = 0111ln ln ?ln f a f += 0222ln ln ?ln f a f += 求导可得：P
T P T x a X x a X ,2
22,111)ln ()ln (??=?? （3）111a r x = ，222a r x = 取对数求偏导111ln ln ln a r x =+ ，222ln ln ln a r x =+
11,,111ln ln 1(
)()T p T p a r x x x ??=+??，22,,222
ln ln 1
()()T p T p a r x x x ??=+?? 结合（2）可推出（3）.
例7.○
1证明共沸溶液在相变过程中温度和压力遵守克-克方程。 ○
2证明共沸溶液的极值性质。 证明：○
1由Gibbs-Duhem 方程 2122(1)0
L L L L S dT V dp x du x du -+-+=，
2122(1)0V V V V
S dT V dp x du x du -+-+=
两式相减：2
2
12
2
()()()()0L
V
V
L
L V V L S S dT V V dp x x du x x ---+-+-=，V L
V L
dp S S dT V V -=-，
满足克—克方程。
○
2在等温1222222()()()()V
L
L V
T T
L L L u u p V V x x x x x ???-=--???，可得2
()0T L p x ?=? 等压下1222222()(
)()()V L
L V
p p
L L L u u T S S x x x x x ???-=---???，可得2
()0p L T x ?=? 例8：7.6g 某物质，溶解于1kg 苯中时，在101325Pa 下，其沸点从80.1℃升高到80.24℃，试计算溶质的相对分子量。纯苯在101325Pa 时汽化潜热m r =30.78kj/mol 。
解：22
32
(80.2480.1)30.78
8.31410(80.1273)b m g T r X R b
T -?-?=
=
??+； 又 2221122
///m M X m M m M =+，从而可得 2143/M kg kmol =
2.热力学第二定律的统计表述及其数学表达式？
表述：任何一个热力学体系的宏观态都有相应的微观状态参数Ω，它是体系宏观态的单值函数。对于
绝热封闭体系（进而推论到孤立体系），它在可逆过程中不变，在不可逆过程中变大，直至增到最大，过程停止，体系达到平衡态。
数学表达式：如体系宏观状态用N 1，N 2，……N ，V ，U 描述，则上述定律可用数学式表示为：Ω=Ω（N
1，N 2，……N ，V ，U ）
；Ωd ≥0。式中>是绝对封闭系或孤立系的不可逆过程，而=则表示可逆过程。 3.试写出并推导质点数目改变的均相体系的热力学基本方程组？
基本方程组：
1
r
i i i dU Tds Pdv dn μ==-+∑； 1
r
i i i dH Tds Vdp dn μ==++∑
1
r i i i dF SdT Pdv dn μ==--+∑； 1
r
i i i dG SdT Vdp dn μ==-++∑
推导：假设体系内包含各组分物质的量为n 1,n 2,……n r ,则体系状态可由T ，P ，n i 描述，依据封闭体系结果：
()12U=U S,V n ,,n i r n ，……n ； ()12H=H S,P n ,,n i r n ，……n ； ()12F=F T,V n ,,n i r n ，……n ； ()12G=G T,P n ,,n i r n ，……n ；
U 的全微分 ()1,,,,j
r
i i i V n S n S V n j i U U U dU dS dV dn S V n =≠?????????
=++ ? ? ?
?????????∑ 由封闭体系热力学基本方程知：,V n U T S ???=
????；,S n
U P V ???
=- ????
所以有：()1,,j
r
i i i S V n j i U dU
TdS PdV dn n =≠??
?
???=-+?∑…………………（1） 同理得：()1,,H H j r
i
i i S V n j i d TdS VdP dn n =≠???=++ ????∑；()1,,F F S T P V j
r i i i S V n j i d d d dn n =≠??
?=--+ ????∑； ()
1,,G G S T V P j r
i i i S V n j i d d d dn n =≠??
?=-++ ?
???∑； 下面证明化学式定义式：
()()()()
,,,,,,,,U H F G j j j j i i i i i S V n j i S V n j i S V n j i S V n j i n n n n μ≠≠≠≠????????????
? ? ? ?
??????==??=??=?? 因：H U PV =+，()
1,,H j r
i i i S V n j i TdS VdP dn n dH dU VdP PdV =≠??
?++
???+?=+=∑； 得：()1,,H j
r
i i i S V n j i TdS PdV dn n dU =≠??
?-+
??=??∑；………………………………（2） 由（1），（2）对比可知：()()11,,,,H j r
i i i j
r i i i S V n j i S V n j i dn n U dn n ==≠≠??
???= ? ?
???????∑∑；即：()()
,,,,H j i i j S V n j i S V n j i U n n ≠≠????
??= ? ?
??????； 同理由：F U TS =-；得：()()
,,,,F j i i j S V n j i S V n j i U n n ≠≠????
??=
? ?
??????；由G H TS =-；得：()()
,,,,H j i i j S V n j i S V n j i G n n ≠≠????
??= ? ?
??????； 得证：()()()()
,,,,,,,,U H F G j j j j i i i i i S V n j i S V n j i S V n j i S V n j i n n n n μ≠≠≠≠????????
????
? ? ? ?
??????==??=??=??； 4.给出化学势的定义式及其物理意义？ 化学势定义式： ()
,,i i j S V n j i G n μ≠??
?=
?
??? 物理意义：在恒温，恒压及定组分的均相体系中，加入极小量i 组分物质?i
n 后引起的体系Gibbs 能增
量与
?i
n 之比
()
?→i
n
0。
5.写出偏摩尔参数定义式，说明其物理意义？
定义式：
,,
L
i
j
i
i T P n n
L
n
≠
??
?
= ?
?
??
；（广度量L的偏摩尔量）；
物理意义：偏摩尔量表示温度，压力和出物质i外其他物质的量不变的情况下，再多组分均相系统中加入i组分无限小量
?
i
n
所引起系统的广延参数变化量?L与
?
i
n
的比值
()
?→
i
n0
。
6、写出偏摩尔加和定理？
表示恒温、恒压下，多组分均相系统的广延性质，r等于各组分的物质的量ni与其偏摩尔量的乘积之和
7、写出偏摩尔量微商的相关性公式？
微商相关性公式表明：在均相系统中，r个偏摩尔量，对任一物质i的量ni的微商，彼此不是完全独立的，而是符合相关性公式，其中只有r-1个是独立的
8.写出并推导广义的Gibbs-Duhem方程？
广义的Gibbs-Duhem方程：1
,,
r
m m
i i
i
P n T n
L L
dT dP X dL
T P=
??
????
--+=
? ?
??
????
∑
；
推导：均相体系任一广度量满足加和定律：1
r
i i
i
L n L
=
=∑
（Li为偏摩尔量）。
当体系微变后，有：
()
1
r
i i i i
i
dL n dL L dn
=
=+
∑
； (1)
又因
()
12
L L T,P n,,
r
n
=，…n
是状态参数，有
,1
,
L
r
i
P n T n
i
i
L L
d dT dP
T P
X dL
=
??
????
=++
? ?
??
????
∑ (2)
推出：
,1
,
P n T n
r
i i
i
L L
dT dP
T P
n dL
=
??
????
--+
? ?
??
????
=
∑；令
1
r
i
i
N n
=
=∑（总物质的量），m L
L
N
=，i
i
n
X
N
=
则有：
1
,,
r
m m
i i
i
P n T n
L L
dT dP X dL
T P=
??
????
--+=
? ?
??
????
∑（广义的Gibbs-Duhem方程）
9.写出并推导一般形式的Gibbs-Duhem方程（关于G的）？
一般形式的Gibbs-Duhem 方程：1
0r
i
i
i SdT VdP X d μ
=-+
=∑；
推导：由定义式可知，G H TS U PV TS =-=+-；则,P n G S T ???=-
????，,T n
G V P ???
= ????；
将此式带入广义的Gibbs-Duhem 方程，则有：1
0r
i
i
i SdT VdP X d μ
=-+
=∑（一般形式的Gibbs-Duhem
方程）。
10.写出纯质的逸度及逸度系数的定义式，并说明逸度的性质？
定义式：对于理想气体，(),ln T m T T d dG RTd P μ== 实际气体： m
PV Z RT
=
，()()ln ln T T d ZRTd P T RTd f μ==； 故定义：
(),0ln lim
1m T T
P dG RTd f f P
→==，其中f 为逸度，f
p
φ=
为逸度系数 ()(),0ln lim 1m T m T P G RT f G T f P
→=+=，其中f 为逸度，f
p
φ=
为逸度系数 逸度的性质：逸度可以理解为假想压力，它与压力具有相同的量纲，表示物质的逃逸势。系统中若存在逸度差，高逸度处的物将向低质逸度方向移动。随着实际气体接近理想气体，f 在数值上接近于P 。当系统
→P 0时，逸度等于压力，即0lim
1P f
P
→=。 11.写出多元系统i 组分逸度和逸度系数定义式？并说明用途？
定义式：（1），
(),0ln lim 1i T i i T
i P i
d dG RTd f f
X P μ→===（2）
()
()
ln f lim
1i
i i i T
i
P i G RT G T f X P
μ→==+=；其中i f 为逸度，
i
i f X P
φ=
逸度系数 用途：(1). 可利用i 组分逸度的关系式表达及计算其化学势；(2) 将逸度的定义扩展到液相及固相，
三相平衡时有：
f f f V L S
V L S i i i i i i μμμ==?==，可同样描述i 组分在液相，固相的逸度。
(3). i f 是溶液中i 组分的热力性质，且为强度性质，表示i 组分的假想分压，数值不仅决定于状态参数，与溶液组成相关。
12. 何谓理想溶液？理想溶液的广延量：V ，H ，S ，U ，G ，F 如何计算？
理想溶液：某种溶液如果在任何给定的温度和压力下，不论溶液成分如何，每种组分的逸度均与其摩尔百分数成正比，满足=id
0i
i i f X f ，则此溶液为理想溶液。
理想溶液广延量的计算： 1）,1
1
V r r
i i i m i
i i nV nV
===
=∑∑ 4.,1
1
1
S ln r
r
r
i i
i
m i
i i i i i n S n S
R n x ====
=-∑∑∑
2）,11H r r
i
i
i
m i
i i n H n H
===
=∑∑ 5.,111G ln r r
r
i
i
i
m i
i i i i i n G n G
RT n x ====
=-∑∑∑
3）,1
1
U r
r
i
i
i
m i
i i nU nU
===
=∑∑ 6.,1
1
1
F ln r
r
r
i i
i
m i
i i i i i n F n F
RT n x ====
=-∑∑∑
13.写出非理想溶液活度和活度系数的定义式，并说明其用途？
解：溶液中若有某种组分不满足0?id i i i f x f =关系，则此为非理想溶液。非理想溶液的组分可以按照0?i i i i f r x f =修正，i r 称为活度系数。令0?i i i
f a f =，i a 即为非理想溶液中i 组分的活度。 用途：○
10?i
i i
f a f =，即该组分逸度与其标准逸度之比，为无量纲数，数值与标准态的选取有关。○20???i i
i id
i i i f f r x f f ==，即同温、同压、同成分溶液，i 组分逸度与理想溶液逸度之比，表征偏离理想态的程
度。i r =1，理想溶液；i r <1，具有负偏差的实际溶液；i r
>1，具有正偏差的实际溶液。 14.试推导纯质和多元的简单可压缩系统的相平衡方程？
解：假定纯质由α相和β相两相组成 系统平衡时有
iso ds ds ds αβ=+=
由
T i
du Tds pdv U dn =-+，
可
得
1
()T i ds du pdv U dn T
=
+-；即
1
()ds du p dv U dn T ααααααα=
+-
1
()ds du p dv U dn T
βββββββ=
+-；
又
iso U const U U αβ
==+；
iso V const V V αβ
==+
n const n n α
β
==+
故 du du αβ=-,dv dv αβ=-,dn dn αβ
=-.
从而
1()()()0iso
p p u u ds du dv dn T T T T T T αβα
βα
αααβαβαβ=+---=-
所以可得 T T αβ=，p p αβ=，u u αβ= 即为纯质可压系统的相平衡方程。
15. 试述吉布斯相律的基本内容，并举例说明？
文字表述：P ，V ，T 平衡系统的自由度等于组分数减去相数再加上2。 2可以认为是来源于T ，P 两个度量。
表达式：f=k-Φ＋2.（f 表示系统独立强度性质的数目）
对单组分系统：单相区 f=2；两相区 k=1，Φ=2，f=1:；三相区 k=1，Φ=3，f=0， 二组分系统：单 f=3; 两 f=2
16.给出纯质两相平衡时的克劳修斯-克拉贝隆方程？
解：,,T p T p u u αβ
= du du αβ=
对α相 -S m m du dT V dp ααα
=+
对β相 -S m m du dT V dp βββ=+
从而可得
(S S )()0
m m m m dT V V dp αβαβ-++-=；
()()0S S dT V V dp αβαβ
-++-=
则克劳修斯-克拉贝隆方程：T dp S S d V V βαβα-=-，由Tds dh vdp dh =-=，则
h h S S T T βαβα
γ--== 17.给出弯曲界面气液平衡时的克劳修斯-克拉贝隆方程？
解：du du αβ=，m u G =
-S m m du dT V dp
αααα
=+，
-S m m du dT V dp βββ
β
=+
可得
()0S S dT V dp V dp αβααββ
-++-= 对球面 22dp dp dr r α
β
σ=-；对平界面
22()()v S S dT V V dp dr
r αβαβαβ
σ-=-+
18.何谓一阶相变，二阶相变，高阶相变？
一阶相变：两相化学势的一阶偏导数开始不完全相等，即，
)(2
1≠??-??=?p m T u T u T H 0)(21≠??-??=?T m p u p u V ，此类相变称为一阶相变。
二阶相变：两相化学势的以及偏导数相等，而二阶偏导数不等，即，
T T p p p u p u T u T u )()(;)()(2121??=????=??，0)(2)2(22)1(2≠??-??p T u T u T ，
)()
2(222)1(2≠??-??T p u p u 此
类相变称为二阶相变。
余此类推，三阶偏导数不等为三阶相变，二阶以上相变为高阶相变。
19、解释“泡点” “露点” “共沸溶液”及“非共沸溶液”。
泡点即对定压加热过程出现第一个气泡的临界点；此时继续加热，液体不断气化，直至剩余最后一滴液体的临界点，即露点。
共沸溶液（二元）：溶液加热至沸点后，整个相变过程中，气，液两相始终具有相同的成分，此则为共沸溶液。
非共沸溶液：相变过程中，气，液两相成分不同，且随时间变化，则为非共沸溶液。
20.化学热力学相关概念：化学反应度、反应热、热效应、定容热效应Q1与定压热效应Qp 间的关系，标准热效应，标准生成焓、盖斯定律、焓基准、熵基准、离解度、及其计算、亥姆霍兹函数判决和吉布斯函数判决、化学反应过程的一般判据、平衡常数及其计算。
答：
化学反应度：表示反应中每1mol 主要反应物起反应的百分数，用ε表示。 反应热：表示反应过程中，系统与外界交换的热量。
热效应：指反应过程中，系统不做有用功生成物的温度与反应物温度相同时，系统所吸收或放出的热量。
标准热效应：不同T 、P 下热效应不同，为比较定义化学标准态，25℃、1atm 下的热效应为标准热效应。
焓基准：化学热力学规定稳定单质在标准状态下的焓值为零。,m f 251atm
(,)m T P
H T P H H =+?℃，
熵基准：稳定单质及化合物在0K 时熵值为零。
00(,)(,)m m S T P S T P S
=+?
离解度及其计算：指的是电解质达到平衡时，已解离的分子数和所有分子数之比。
平衡稳定的亥姆霍兹自由能函数判据和吉布斯函数判据：
等温等容只有体积为外参量的封闭系统，0
G G <，或
0,()0
T P G G G ?=-> ==>
1,()0
T P G δ=同时
2,()0
T P G δ≥，
,()0
m T P G δ>。亥姆霍兹自由能为严格极小的充足体系的稳定平衡态0
F F <，或
0,()0T V F F F ?=-> ==>
1,()0T V F δ=同时
2,()0
T V F δ>。
化学反应过程的一般判据：
,m (
)(,,)T P B B B G
v rG A T P μεε?==?=-?∑小于零为正向自动进行，等于零为平衡或可逆，大于零为逆
向自动进行。
化学平衡时反应物化学势与生成物化学势相等，此时反应物与生成物的浓度（或分压）之间必存在一定比例关系。
平衡常数及其计算：表示一定条件下化学反应平衡（限度）的特征物理量。
理想气体反应：
B
B B
v
μ=∑，平衡时
(,,)0
B B B
A T P v εμ=-=∑，
(,,)()ln B B e B P T P T RT P θ
θμεμ=+(P=A,B,C)，()ln ()B Y B B B B B P V T RT P θ
θ
μ-=∑∏，标准平衡常数
m ()()rG T RT
P T e
θ
θ
κ?-
=。
理想溶液反应：
(,,)0
B B
e B
V T P μ
ε=∑，
11(,,)(,)ln B
e B B
T P T P RT x μεμ=+
*m (,)ln B
V T B
B
G T P RT x ?=-∏。
固/液与气反应：
(,)(
)B
V B B
P k T P P θ=∏。
定容热效应与定压热效应的关系：()()P V PR RE
Q Q H U PV PV -=?-?=-。若参与反应的为理想气
体，则：
()P V PR RE Q Q n n RT
-=-。
标准生成焓：标准状态下由稳定单质每生成1mol 产物的反应热应称为产物的标准生成焓。
盖斯定律：当反应前后物质的种类和量给定时，化学反应的热效应与中间过程无关，只取决与反应过程的初始和终了过程。
二．论述题
1 简述最小熵产原理的内容。
体系处于非平衡态的稳态时，热力学力变化调整到使熵产生速率最小，此为最小熵产生原理。平衡态是熵产生为零的状态，而稳态是熵产生最小的状态。从某种意义上可以说，在非平衡态热力学中的稳态相当于经典热力学中的平衡态。
最小熵产生原理的成立条件是，即体系的流-力关系处于线性范围，昂萨格倒易关系成立以及唯像系数不随时间变化。
2 线性不可逆过程热力学的基本假设和主要内容。
局域平衡假设：体系的整体是非平衡态的，但可以将其看成是由无数个局部平衡的子系统构成，此即为局部平衡假设。即空间上，体系的局部微元在宏观上足够小可以用其中任一点的性质来代表该单元的性质；在微观上仍然包含大量粒子，能表达宏观统计的性质（如温度、压力、熵等）。时间上，微元体经过极短的dt 时间即可达到平衡，且可用t+dt 时刻微元体系平衡的性质来代表t 时刻非平衡的性质，就是说，处于非平衡态系统的热力学量可以用局域平衡的热力学量来描述。
线性不可逆热力学主要内容：
1局域平衡假设，加入了非平衡态热力学函数，在平衡局域内应用经典热力学描述体系的状态
2多元系Gibbs 方程演变的熵产率方程提供选择热力学流和热力学力的依据，即
1
T n
i i
i J Y σ==∑
3唯象定律在近平衡态线性非平衡区建立了热力学流和热力学力之间的线性本构关系：Ji=LijXj
4居里定律反映体系物质空间的对称性对不可逆过程的影响，给出热力学流与热力学力之间的耦合原则，从而简化了唯象方程（因为不相耦合的流与力之间的唯像系数Lij=0）
5昂萨格倒易关系Lij=Lji 沟通互唯象系数间的联系，表明各个倒易的不可逆过程之间的互相影响呈现出对称性，据此建立起不可逆过程宏观特性参数间的联系。 3流动与传热过程的基本熵产计算公式。
流动与传热过程的熵产：t S S S S q
x y z T
ρ????????（
+u +v +w ）=div()+SD+SC
其中流动过程熵产（若已知速度场及温度场）
2222222()()()()()()u u v w u v u w v w T x y z y x z x z y ?????????????=
++++++++?????????????????
SD 传热过程熵产（已知温度场分布）2222
()()()k
T T T T x y z ?????=++???????
SC 4耗散结构的特点及其热力学解释。
1）不是任何涨落都能得到放大，只有适应系统动力学性质的那些涨落，才能得到系统中绝大多数微观客体的响应，从而波及整个系统，将系统推向新的有序结构形成的条件；开放系统；远离平衡态；
涨落；正反馈；非线性抑制因素；（特点）
2）远离平衡态热力学：外界的影响强烈，它引起系统状态的变化，已不是简单的线性关系，有它自己特有的规律，这时有可能出现自组织现象。
3）非平衡的不稳定态在一个细小的扰动下，就可以引起系统状态的突变，使状态远离（b ）线沿着另外两个稳定的分差（c ）、（c1）发展，这成为分叉现象。分叉现象表明，系统在临界点附近的微小变化（涨落）可以从根本上改变系统的性质，这叫做突变现象。
自组织总是通过某种突变过程来实现的。c λ是我存在时伴随耗散结构现象的特征，系统处于不同状态，涨落的作用可以很不同。C 点附近------微观客体协同作用------客观有序宏观状态（耗散结构）。
5 简述互唯象系数的物理含义。
1) 互唯象系数为正时，其物理意义是交叉干扰效应，是逆着共轭过程的梯度方向进行，表明交叉干扰效应有利于单一可逆的共轭效应，此时共轭效应被强化了。
2) 当互唯象系数为负时，其物理意义是交叉干扰效应也是可以顺着梯度方向进行的，表明交叉干扰效应不利于单一可逆的共轭效应，此时共轭效应被削弱了。
3) 举例来说，对传热、传质相互干扰的不可逆过程来说，浓度梯度引起的扩散热也可以从低温传向高温而顺着温度梯度方向进行传递。而温度梯度引起的热扩散可以从低浓度传向高浓度而顺着浓度梯度进行。
4) 交叉干扰效应到底逆着还是顺着被干扰与共轭效应的梯度进行，取决于外界条件。 5) 交叉(干扰)效应既可以加速不可逆过程的进行，也可以滞迟或延缓不可逆过程的进行
6. 实际气体的状态方程具有哪些特征
对比理想气体的状态方程g pv R T =
Van der Waals 方程
2RT a
p v b v
=
-- RK 方程 0.5
()
RT a
p v b T v v b =
--+ Wilson 方程 ()
RT a
p v b v v b =
-
-+ PR 方程 ()()RT a
p v b v v b b v b =
-
-++- PT 方程 ()()
RT a
p v b v v b c v b =
-
-++- 实际气体状态方程考虑到了气体分子具有一定的体积，所以用分子可自由活动的空间-b
ν来取代理想气体状态方程中的体积v ，考虑到气体分子间的引力作用，气体对容器壁面所施加的压力要比理想气体的小，用内压力修正压力项。
7. 实际流体如何对压缩因子进行通用化关联
对多种流体的实验数据分析显示，接近各自的临界点时，所有流体都显示出相似的性质，因此产生了用相对于临界参数的对比值，代替压力、温度和比体积的绝对值，并用它们导出普遍适用的实际气体状态方程的想法。
实际流体的压缩因子是温度和压力的函数，在没有足够多的p-v-T 数据关联状态方程的条件下，可以用对比态原理估算压缩因子。
对比态原理：当用一组无量纲的对比参数表示流体性质时，所有流体具有同样的函数关系，它们的p-v-T 几何图形几乎重叠；
对于能满足同一对比状态方程式的同类物质，如果它们的对比参数r p 、r ν、r T 中有两个相
同，则第三个对比参数就一定相同，物质也就处于对应态中。这一结论称为对应态定律（或对应态原理）。服从对应态原理，并能满足同一对比状态方程的一类物质称为热力学上相似的物质，经验指出，方式临界压缩因子相近的气体，可看出彼此热相似。
如果用流体在临界点的性质为参照点，则对比态原理表示为：
(,)r r r r p T νν=
8. 昂色格（Onsager ）倒易定律的主要内容
在近离平衡态的不可逆过程中，只要对共扼的热力学流i J 和热力学力i X 作一满足熵产率方程的适当选择，则联系流与力的唯象系数矩阵就是对称的，即有：
ij ji L L = (,1,2,
,)i j n =
昂色格倒易关系揭示：在一个复杂的有多种热力学力推动的不可逆过程中，一种力对它一
种流的作用等于它一种力对该种流的反作用；
由同时发生的两个不可逆过程相互干扰引起的现象称为倒易现象，而昂色格定律告诉我们两个倒易现象之间存在着一种对称关系。
9. 统计热力学与经典热力学的异同点
研究对象相同：大量粒子构成的宏观平衡系统。 研究方法不同：
经典热力学：三大基本定律
统计热力学：粒子微观结构与运动、力学规律、统计方法等。
10. 粒子各种典型运动形式的能级及能级简并度
能级：粒子各运动形式的能量都是量子化的不连续的，就像台阶一样，称为能级。
能级简并度：某一能级有多个相互独立量子态与之对应，这种现象称为简并；某一能级所对应的不同量子态的数目称为该能级简并度（或统计权重），以g 表示。
1）三维平动子：在空间作平动的粒子即三维平动子(Translation) 。根据量子理论，质量为m 的粒子在边长分别为a ，b ，c 的矩形箱中平动时，其能级公式为：
22
222228y x z t n n h n m a b c ε??
=++ ? ???
(,,1,2,)x y z n n n = ()222223
8t x y z h n n n mV ε=++ ()a b c ==
x n 、y n 、z n 称为平动量子数，确定粒子运动状态需要确定一组量子数，这组量子数就
构成一个量子状态(Quantum State)；
平动能与粒子的质量及活动空间V 有关； 普朗克常数h=6.626×10-34J·s ；
对于()2222
23
8t x y z h n n n mV ε=++
2）刚性转子(Rotation)：转动时保持形状和大小不变双原子分子可视为刚性转子。 量子理论得出刚性转子的能级公式：
22
(1)
8r h J J I
επ=+
(0,1,2,)J =
转动惯量2
0I R μ=
折合质量12
012
,m m R m m μ=
+为分子平衡键长
J 为转动量子数，只能取 0、1、2、…，故转动能是量子化的（不连续）; 转动能级简并度：(21)r g J =+
3）一维谐振子：作一维简谐运动的粒子即一维谐振子（Vibration) ；
双原子分子中原子沿化学键方向的振动可近似为一 维简谐运动。 一维谐振子的能级公式：12v h ευν??
=+ ???
(0,1,2,)υ= 分子振动基频12k
νπ
μ
=
υ为振动量子数，只能取0、1、2、3……， 故振动能是量子化的（不连续）； 一维谐振子的振动能级是非简并的，1v g =；
4）电子和原子核运动：核运动相邻能级差更大，量子化效应更显著。
系统中各粒子的电子运动及原子核运动一般均处于基态，此两种情况通常只考虑基态能。
,0e g =常数 n,0g =常数
11. 特定宏观体系的微观状态数计算总体流程
首先, 对所研究的粒子以及由大量粒子组成的系统作如下相应的假设:
(1) 系统由N 个可区别的近独立的粒子所组成, 处在体积为V 和能量为E 的某个状态。不同粒子可用坐标q 、动量P 的不同数值加以区别。准经典统计法则认为,理想气体分子是不可区别的,各个分子既没有优先的位置, 也没有优先的速度, 就无法在q-P 图中定位。然而, 晶体的粒子是可以区别的, 因为它们被强制地围绕着固定位置而振动, 所以可以根据粒子的位置把它与其余粒子区别开。前已提出, 近独立粒子是粒子间相互作用力可以忽略、但仍会发生碰撞,所以系统的总能量将等于各个粒子的能量之和, 即
1122i i i
E N N N εεε=++
=∑
(2 ) 每个粒子的能量都由哈密顿函数确定, 所以能量是连续变化的。这就为以积分代替求和创造了条件。
(3 ) 占据同一个能级i ε, 具有同一个微观态的粒子数可以不止一个, 而有Ni 个。也就是说, 可用不同方式把所有粒子组合成不同能级, 但总能量为E 不变的各微观态的集合体。这一条当然对受泡利原理限制的那些粒子系统并不适用。泡利原理指明, 波函数是反对称的全同粒子系统, 例如电子系统不能有两个电子占据同一个量子态。
(4 ) 与固定的N 、E 和V 相关的一切可能的微观态都是等几率的, 或者说, 系统是孤立的, 但并未限定系统处在平衡状态还是非平衡状态, 系统中各个粒子总是在不断地热运动, 所以能量为1ε的粒子数1N 和能量为2ε的粒子数2N 等都将是可变的, 只是总能量E 和总粒子数N 保持不变, 即
1122i i i
E N N N const εεε=++==∑
12i i
N N N N const =++
==∑
在给定的N, E 和V 下, 如果某瞬间有N1个粒子处在能量为1ε,简并度为1
g , N2 个粒子
能量为
2ε , 简并度为2g , ??, Ni 个粒子能量为i ε, 简并度为i
g , 那么, 从N1 个粒子中任
取一个粒子其可选择微观态方式有
1g 种, 所以, N1 个可区别粒子选微观态方式有
1111N g g g ??
=种, N2 个可区别粒子选微观态方式有2
222
N g g g ??=种, ?? , Ni 个可区别粒子选微观态方式有i N i i i g g g ??
= 种。N 个粒子同时可供选择微观态方式数就应是
12
12i N N N i i
g g g ??
=∏
虽然N1 个粒子的能量各为
1ε , N2 个粒子的能量各为 2ε, ??
, 但因粒子是可识别的,
故可以采用不同的组合方式, 将N1 , N2 , ? 重新组合。
如果总粒子数是N, 能级为 1ε,2ε, ? 的粒子数分别是N1 , N2 , ? ,将有
总组合数12!
!
!
!
i i
N N C N N N =
=
∏！
按麦-玻统计法, 给定N 、E 和V 的宏观状态所可能实现的微观态总数MB Ω应是上面二式的乘积, 即
12
1212!!!
!i N i N N i
MB i i
g
N g g N N N N Ω=
??
=∏∏
！
若认为粒子全同而不可分辨时, 采用准经典统计法, 给定N 、E 和V 的宏观状态所可实现的微观态总数Ω为：
1212
12!
!i N N N i i
i i
g g g
N N N Ω=
??=∏∏
！
12. 微观状态数计算中，费米（Fermi ）子和玻色（Bose ）子各自的特点与步骤
玻色系统：粒子不可分辨；且处在一个个体量子态的粒子数不受限制； 一般说来, 如粒子数为i N , 第i 能级是i g 度简并的, 则将i N 个粒子放置在第i 能级上的
方式数是:
()()1!!1!
i i i i N g N g +-- N 个粒子分布在所有能级上的方式数是用上式为代表的各项之积:
()(),1!!1!
i i B E i
i i N g N g +-Ω=-∏
通常()1i i N g +>>, 则上式可简化为
(),!!!
i i B E i
i i N g N g +Ω=∏
费米系统：粒子不可分辨；且一个个体量子态上最多能容纳一个粒子。 如果第i 能级的简并度是
i g , 粒子数i N 分布在i g 个量子态上, 每个量子态最多容纳一
个粒子时, 尚有()i i g N -个量子态空着, 并且由于粒子全同, 放置方式数为
(1)(2)(1)!
!!()!
i i i i i i i i i i g g g g N g N N g N ---+=
- N 个粒子分布在所有能级上的方式数是每个能级的方式数之积, 即
,!
!()!
i F D i
i i i g N g N Ω=-∏
三．推导题
1. 根据线性不可逆过程热力学的基本理论，合适的流与力，推导粘性流动、电流、导热及扩散过程的熵产率。
○
1、粘性系统过程熵产率：ds=des+dis 设系统绝热，则机械能经由粘性流动所转换成的热量均被工质自身吸收，des=0；dis=
w
T
熵产率1dS w i dt T t δδ??=
???；
1T dS w T i V dt V t δσδ??== ??? ○
2、电流过程熵产率： 1dS w i dt T t δδ??= ???
，其中w t δδ=—IdE, 若导体处于稳态，电能消耗变为热量，散失于外界。熵产率1dS w i dt T t
δδ??
=
?
??=-IdE T 体积熵产率：1IdE IdE 1dE dS i Ji V dt TV TFdx T dx σ??=
=-=-=- ?
??，（I Ji F =电流通量）；I dE
T F dx
σ=- ○3、导热过程熵产率：（纯导热，无物质交换，无对外做功，物质密度均匀）
→Jq,x+T
x
??dx
Jq,x → dy
dx 取如图所示微元体，因热量流通；x ：dt 时间内，微元体内能增量t
u
ρ
??dvdt ； 其中，进热量Jq,xdxdydz
； 出热量（Jq,x+T x ??dx ）dxdydz ； 净热量-Jq,x x ??dxdydzdt=-Jq,x
x ??dvdt ；y ，z ：同理；总净热量：-（Jq,x Jq,Jq,x
y z
y z ???++
???）dvdt=-divJqdvdt 由能量守恒，得t u ρ
??dvdt=-divJqdvdt ； t u
ρ
??+divJq=0
纯导热时，对单位质量定容系统：du=Tds
1
divJq 0t s T ρ
?+=?
矢量与标量的运算关系1divJq t s T ρ?+?=-21T Jq gradT ；t s ρ??=-1
divJq T -2
1T Jq gradT
t s ρ??系统单位体积，单位时间内熵增；-1
divJq T 传热引起的单位之内熵增；-2
1T Jq gradT 容积熵产
率；
-21T Jq gradT=1V dS i
dt ?? ???=σ
若各向同性，Jq=-λgradT 故有σ=2
T λ（gradT ）2，或T σ=-
Jq gradT T 流：J=Jq ；力：x=-gradT
T ；
或为 流：J=Jq
T ；力：x=- gradT
2 以Benard 流的传热过程为例，简述耗散结构的形成。
Benard 实验如图所示：一层流体上、下各与一恒温热源板接触。起初上、下板温度相同，△T=0，流体处于均匀而静止的平衡态与环境相适应。现从底部加热使T1>T2，△T>0，液体层中出现自下而上的温度梯度，此时液体仅出现稳定的导热现象为保持近平衡态，仍与环境相适应。随着温差加大直到某临界值△TC ，仅有导热的近平衡态不能再与环境相适应，必须对液体分子进行宏观尺度上的组织，
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
第3章 热力学第一定律 本章基本要求 深刻理解热量、储存能、功的概念，深刻理解内能、焓的物理意义 理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的联系与区别 本章重点 熟练应用热力学第一定律解决具体问题 热力学第一定律的实质: 能量守恒与转换定律在热力学中的应用 收入-支出=系统储能的变化 = +sur sys E E 常数 对孤立系统：0=?isol E 或 0=?+?sur sys E E 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。 3．1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：克服分子间的作用力所形成 u=f (T,V) 或u=f (T,P) u=f (P,V)
注意: 内能是状态参数. 特别的: 对理想气体u=f (T) 问题思考: 为什么? 外储存能：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）。 宏观动能：2 2 1mc E k = 重力位能：mgz E p = 式中 g —重力加速度。 系统总储存能：p k E E U E ++= 或mgz mc U E ++ =2 2 1 gz c u e ++ =2 21 3．2 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。 规定: 系统吸热热量为正，系统放热热量为负。 单位：kJ kcal l kcal=4.1868kJ 特点: 热量是传递过程中能量的一种形式，热量与热力过程有关,或与过程的路径有关. 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：l J=l Nm 规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。
《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）
一．是非题 （10分） 1．系统的平衡状态是指系统在无外界影响的条件下，不考虑外力场作用，宏观热力性质 不随时间而变化的状态。（ ） 2．不管过程是否可逆，开口绝热稳流系统的技术功总是等于初、终态的焓差。 （ ） 3．工质经历一可逆循环，其∮d s =0，而工质经历一不可逆循环，其∮d s ＞0。（ ） 4．理想气体在绝热容器中作自由膨胀，则气体温度与压力的表达式为 k k p p T T 1 1212-???? ??= （ ） 5．对一渐放型喷管，当进口流速为超音速时，可做扩压管使用。 （ ） 6．对于过热水蒸气，干度1>x （ ） 7．在研究热力系统能量平衡时，存在下列关系式：sur sys E E += 恒量， △S s y s +△S s u r = 恒量。（ ） 8．对于渐缩喷管，若气流的初参数一定，那么随着背压的降低，流量将增大，但最多 增大到临界流量。（ ） 9．膨胀功、流动功和技术功都是与过程路径有关的过程量 （ ） 10．在管道内定熵流动过程中，各点的滞止参数都相同。（ ） 二．选择题 （10分） 1．湿蒸汽经定温膨胀过程后其内能变化_________ （A ）△U = 0 （B ）△U ＞0 （C ）△U ＜0 （D ）△U ＜0或△U ＞0 2．压气机压缩气体所耗理论轴功为_________ （A ） pdv 12? （B ）d pv ()12? （C ）pdu 1 2 ?＋p 1v 1－p 2v 2 3．多级（共Z 级）压气机压力比的分配原则应是_________ （A ）βi = （P Z+1 +P 1）/ Z （B ）βi = （P Z+1 / P 1）1 / Z （C ）βi = P Z+1/P 1 （D ）βi =（P Z+1 / P 1）/ Z 4． 工质熵减少的过程_________ （A ） 不能进行 （B ） 可以进行 （C ） 必须伴随自发过程才能进行
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。
第二章 热力学第一定律 思 考 题 1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何？ 答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h pv =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？ 答：尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者的数学本质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+??? 因为 0du =?，()0d pv =? 所以 0dh =?， 因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说，其循环积分： 虽然： 0du =? 但是： 0pdv ≠? 所以： 0q δ≠? 因此热量q 不是状态参数。 4. 用隔板将绝热刚性容器分成A 、B 两部分（图2-13），A 部分装有1 kg 气体，B 部分为高度真空。将隔板抽去后，气体热力学能是否会发生变化？能不能用 d d q u p v δ=+ 来分析这一过程？
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。
第二章 热力学第一定律 思 考 题 1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何？ 答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h pv =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？ 答：尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者 的数学本质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+???蜒? 因为 0du =??，()0d pv =?? 所以 0dh =??， 因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说，其循环积分： q du pdv δ=+???蜒?
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8章 湿 空 气 本章基本要求 理解绝对湿度、相对湿度、含湿量、饱和度、湿空气密度、干球温度、湿球温度、露点温度和角系数等概念的定义式及物理意义。 熟练使用湿空气的焓湿图。 掌握湿空气的基本热力过程的计算和分析。 8.1 湿空气性质 一、湿空气成分及压力 湿空气=干空气+水蒸汽 v a p p p B +== 二、饱和空气与未饱和空气 未饱和空气=干空气+过热水蒸汽 饱和空气=干空气+饱和水蒸汽 注意：由未饱和空气到饱和空气的途径： 1．等压降温 2．等温加压 露点温度：维持水蒸汽含量不变，冷却使未饱和湿空气的温度降至水蒸汽的饱和状态，所对应的温度。 三、湿空气的分子量及气体常数 B p M r M r M v v v a a 95.1097.28-=+= B p R v 378.01287 -=
结论：湿空气的气体常数随水蒸汽分压力的提高而增大 四、绝对湿度和相对湿度 绝对湿度：每立方米湿空气终所含水蒸汽的质量。 相对湿度：湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度的比值， s v ρρφ= 相对湿度反映湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度。 思考：在某温度t 下，φ值小，表示空气如何，吸湿能力如何； φ 值大，示空气如何，吸湿能力如何。 相对湿度的范围：0<φ<1。 应用理想气体状态方程 ，相对湿度又可表示为 s v p p = φ 五、含温量(比湿度) 由于湿空气中只有干空气的质量，不会随湿空气的温度和湿度而改变。定义： 含湿量(或称比湿度)：在含有1kg 干空气的湿空气中，所混有的水蒸气质量称为湿空气的)。 V v P B p d -=622 g/kg(a) 六、焓 定义：1kg 干空气的焓和0.001dkg 水蒸汽的焓的总和 v a dh h h 001.0+= 代入：)85.12501(001.001.1t d t h ++= g/kg(a) 七、湿球温度
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。
2015年秋季学期《高等热力学》复习题及思考题（张昊春讲授部分） 一. 论述题 1. 简述最小熵产原理的内容。 2. 线性不可逆过程热力学的基本假设和主要内容。 3. 流动与传热过程的基本熵产计算公式。 4. 耗散结构的特点及其热力学解释。 5. 简述互唯象系数的物理含义。 6. 实际气体的状态方程具有哪些特征。 对比理想气体的状态方程g pv R T = Van der Waals 方程 2RT a p v b v = -- RK 方程 0.5 ()RT a p v b T v v b = --+ Wilson 方程 () RT a p v b v v b = - -+ PR 方程 ()()RT a p v b v v b b v b = - -++- PT 方程 ()()R T a p v b v v b c v b = - -++- 实际气体状态方程考虑到了气体分子具有一定的体积，所以用分子可自由活动的空间-b ν来取代理想气体状态方程中的体积v ，考虑到气体分子间的引力作用，气体 对容器壁面所施加的压力要比理想气体的小，用内压力修正压力项。 7. 实际流体如何对压缩因子进行通用化关联。 对多种流体的实验数据分析显示，接近各自的临界点时，所有流体都显示出相似的性质，因此产生了用相对于临界参数的对比值，代替压力、温度和比体积的绝对值，并用它们导出普遍适用的实际气体状态方程的想法。 实际流体的压缩因子是温度和压力的函数，在没有足够多的p-v-T 数据关联状态方程的条件下，可以用对比态原理估算压缩因子。 对比态原理：当用一组无量纲的对比参数表示流体性质时，所有流体具有同
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
绪论 (2学时) 一、基本知识点 基本要求 理解和掌握工程热力学的研究对象、主要研究内容和研究方法 ·理解热能利用的两种主要方式及其特点 ·了解常用的热能动力转换装置的工作过程 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。 电能一一机械能 锅炉一一烟气一一水一一水蒸气一一(直接利用) 供热 锅炉一一烟气一一水一一水蒸气一一汽轮机一一 (间接利用)发电 冰箱一一-(耗能) 制冷 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、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过程 5．热能利用的方向性及能量的两种属性 过程的方向性：如：由高温传向低温 能量属性：数量属性、,质量属性 (即做功能力) 注意： 数量守衡、质量不守衡 提高热能利用率：能源消耗量与国民生产总值成正比。 6．本课程的研究对象及主要内容 研究对象：与热现象有关的能量利用与转换规律的科学。 研究内容： （1）．研究能量转换的客观规律，即热力学第一与第二定律。
（2）．研究工质的基本热力性质。 （3）．研究各种热工设备中的工作过程。 （4）．研究与热工设备工作过程直接有关的一些化学和物理化学问题。 7．.热力学的研究方法与主要特点 （1）宏观方法：唯现象、总结规律，称经典热力学。 优点：简单、明确、可靠、普遍。 缺点：不能解决热现象的本质。 （2）微观方法：从物质的微观结构与微观运动出发，统计的方法总结规律,称统计热力学。 优点：可解决热现象的本质。缺点：复杂，不直观。 主要特点：三多一广，内容多、概念多、公式多。 联系工程实际面广。条理清楚，推理严格。 二、重点、难点 重点：热能利用的方向性及能量的两种属性 难点：使学生认识到学习本课程的重要性，激发学生的学习兴趣和学习积极性，教会学生掌握专业基础课的学习方法。 四、德育点
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
1).工质经历一热力循环，吸热过程吸热40kJ，膨胀过程对外作功80kJ，放热过程对外放热20kJ，压缩过程外界对工质作功50kJ；该循环不违背热力学基本定律,可以实现。（）2).有一制冷循环,工质从温度为－20℃的恒温冷物体吸热180kJ,向温度为20℃的环境放热200kJ,该循环违背热力学基本定律,不能实现。（） 3).对于开口系统，引起系统熵增的因素是系统吸热和过程的不可逆性二项。（） 4).水蒸气的焓熵图上,湿蒸气区的等温线既为等压线，是一组斜率相同的倾斜直线。（） 5).压缩比相同时，活塞式内燃机定容加热循环的热效率比定压加热循环的热效率高。（） 6).mkg理想气体从压力P1(bar),容积V1(m3)，以可逆定温过程膨胀到V2(m3),过程的容积功 为：W=102mP1V1 n V V 2 1 kJ。 （） 7).不可逆过程无法在T-s图上表示,也无法计算其熵的变化。（） 8).定比热理想气体CO2(绝热指数K=1.29)进行n=1.35的膨胀过程时，吸热,熵增加。（） 9)理想气体的定压比热C P和定容比热C V的差值和比值在任何温度下都是常数。（） 10).因为实际滞止过程是不可逆绝热过程，实际滞止温度一定高于定熵滞止温度。（） 11).某制冷机消耗功率为5kw，每分钟可从0℃的恒温冷库中取出3600kJ的热量排给30℃的恒温环境。（） 12)空气进行一多变过程，当多变指数n=1.2时,空气的比热为负值。（） 13).在给定的初终态之间有一热力过程，过程中工质与环境发生热交换。已知一切过程均为可逆时耗功400kJ，若实际过程耗功380kJ，则依热力学知识可判明该实际过程可以实现。 （） 14).水蒸气h-s图(焓熵图)上湿蒸气区域的等压线为倾斜直线，压力越高，斜率越大。（） 15)若物体吸热，则该物体熵一定增加；反之,一物体放热，则该物体熵一定减少。（） 16).理想气体从同一初态绝热滞止，一为可逆，一为不可逆，则不可逆滞止温度要比可逆高些。（） 17).对湿空气加热,湿空气的相对湿度和含湿量都减少。（） 18).容积为V(m3)的容器内盛有某种工质，容器上压力表的读数为P(bar)，若工质的内能为U(kJ)，则容器内工质的焓，H=U+PV(kJ)。（） 19).实际气体节流后温度可能升高。（） 20).喷管的背压越低，流量越大。（） 21).一热力系统经历一不可逆过程，其熵可能会减少。（） 22).等容过程加热量计算式dq V=C V dT可适用于任何气体。（） 23).若容器内气体的压力不变，则容器上压力表的读数就不会改变。（） 24)在相同温限间工作的一切可逆热机，其热效率均相等。（） 25).工质经历一可逆循环，其熵变为零；经历一不可逆循环，其熵变大于零。（） 26)高于临界温度的气体,不可能通过压缩使其变为液体。（） 27)如果从同一初态到同一终态有两条途径、一为可逆，一为不可逆，那么不可逆过程的熵变一定大于可逆过程的熵变。（） 28)如果在活塞式压气机内可以实现等温压缩,则在任何情况下也不用采用分级压缩。（） 29)蒸汽动力装置采用再热的根本目的是提高循环的热效率。（） 30).理想气体绝热节流前后的h1=h2，t1=t2，P1=P2（） 31).制冷系数ε不可能大于1。（） 32).不管是理想气体还是实际气体,当其对真空作绝热膨胀时,内能的变化?U=0。（） 33)燃气轮机定压加热实际循环内部效率ηi随增压比π的增加总是增大的。（） 34).活塞式内燃机定容加热循环的热效率总是大于定压加热循环的热效率。（） 35).气体工质吸热一定膨胀。（） 36).气体工质的定温过程Q=W。（） 37).使系统熵增大的过程一定是不可逆过程。（） 38)系统的熵只能增大不能减少。（）