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1、工程热力学知识点1.什么是工程热力学从工程技术现点出发，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、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、煨炼（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1过程的方
2、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。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：与系统相互作用的环境。界面：假想的、实际的、固定的、运动的、变形的。依据：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用口系挑：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，可认为绝热）孤立系统：系统与外界既无能量传
3、递也无物质交换=系统+相关外界=各相互作用的子系统之和=一切热力系统连同相互作用的外界四、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：与外界只有热量及准静态容积变化均匀系统：内部各局部化学成分和物理性质都均匀一致的系统，是由单相蛆成的。非均匀系统：由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。1.2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
4、某瞬间表现的工质热力性质的总状况。状态参数：描述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u或密度P）、内能U、燃h、嫡s、自由能f）、自由端g等。状态参数的数学特性：21.d=X2-x说明：状态的路径积分仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。2.，公=O说明：状态参数的循环积分为零根本状态参数：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，是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量。微现上，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。%中:F整个容器壁受到的力,单位为牛顿N）;f-容器壁的总面积
5、m2。微现上：分子热运动产生的垂直作用于容器壁上单位面积的力。压力测量依据：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，也称表压力。Bi*CPBP=B-HP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。注意：只有绝对压力才能代表工质的状态参数3.比容：比容：单位质量工质所具有的容积。密度：单位容积的工质所具有的质量。V=-m3kgm关系：pv-式中：P-工质的密度kgm3,V-工质的比容m3kg例：表压力或真空度为什么不能当作工质的压力？工质的压力不变化，测
6、量它的压力表或真空表的读数是否会变化？解：作为工质状态参数的压力是绝对压力，测得的表压力或真空度都是工质的绝对压力与大气压力的相对值，因此不能作为工质的压力；因为测得的是工质绝对压力与大气压力的相对值，即使工质的压力不变，当大气压力改变时也会引起压力表或真空表读数的变化。1.3准静态过程与可逆过程热力过程：系统状态的连续变化称系统经历了一个热力过程。一、准静过程：如果造成系统状态改变的不平衡势差无限小，以致该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态，这样的过程称为准静态过程。注意：准静态过程是一种理想化的过程，实际过程只能接近准静态过程。二、可逆过程：系统经历一个过程后，如令过程逆行而使系统与外界
7、同时恢复到初始状态，而不留下任何痕迹，那么此过程称为可逆过程。实现可逆过程的条件：过程无势差（传热无温差，作功无力差）过程无耗散效应。三、可逆过程的膨胀功（容积功）系统容积发生变化而通过界面向外传递的机械功。w=PdyJZkg规定：系筑对外做功为正，外界对系统作功为负.问题：比拟不可逆过程的膨胀功与可逆过程膨服功四、可逆过程的热量：系统与外界之间依靠温差传递的能量称为热量。2可逆过程传热量：q=/TWsqJ/kg1规定：系统吸热为正，放热为负。1.4热力循环：定义：工质从某一初态开始，经历一系列状态变化，最后由回复到初态的过程。，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-
8、工质从热源吸热：q2-工质向冷源放热：w0-循环所作的序功Q二、逆循环以获取制冷量为目的。制冷系数：=区=_式中：q1-工质向热源放出热量；q2-工质从冷源吸取热量：w-循环所作的净功。供热系数：)=I=叫马一牝式中：q1-工质向热源放出热量，q2-工质从冷源吸取热量，w-循环所作的净功热力学第一定律2.1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,.内能热力系处于宏现静止状态时系统内所有微现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+分子住能分子动能包括：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
9、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.将别的：对理想气体u=f(T)二外储存能：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)。J,宏观动能：Ek=-me2重力位能：E*=mgz式中g一重力加速度。三系统总储存能：或E=U+；mc+mgze=u+-c2+gz2.2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。系统吸热热量为正，系统放热热量为负。单位：kJkcalIkcal=4.1868kJ特点：热量是传递过程中能量的一种彩式
10、，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，：在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。单住：IJ=INm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M: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.流开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Ikg工质进、出控制体所必须的功wfP2v2-Pivi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
11、泵风机等提供四、增的定义：垮=内能+流动功对于m千克工质：=U+pV对于1千克工质：h=u+pv五、：的物理意义：对流开工质（开口系统），表示沿流动方向传递的总能量中，取决于热力状态的那局部能量.对不流开工质（闭口系统），膝只是一个复合状态参数2.3闭口系统能量方程一、能量方程表达式U=Q-W适用于mkg质量工质Au=q-WIkg质量工质注意：该方程适用于闭口系统、任何工质、任何过程。由于反映的是热量、内能、膨胀功三者关系，因而该方程也适用于开口系统、任何工质、任何过程.特别的：对可逆过程n=q-PdV1二、.循环过程第一定律衰达式结论：第一类永动机不可能制造出来三、理想气体内能变化计算由qv
12、=duv=CvtZT得：dcvd,AN=JcfZ适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程或：u=cv(T27)用定值比热计算用平均比热计算q=/(T)的经验公式代入m=jc,积分。1理想气体组成的混合气体的内能：U=Ul+U2+-+Un=Ui=mlui/=1T1-T2所以：.1二卡诺定理：1、所有工作于同温热源、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.压气机的热力过程1压气机的理论压缩功压气机：用来压缩气体的设备一、单机活塞式压气机工作过程吸气过程、压缩过程、排气过程。理想化为可逆过程、无阻力损失.1.定温压缩轴功的计算W
13、”=叫=jVdP-1v1In口按稳态稳流能量方程，压气机所消耗的功，一局部用于增加气体的增，一局部转化为热能向外放出.对理想气体定温压缩，表示消耗的轴功全部转化成热能向外放出.wslQ2.定靖压缩轴功的计算，按稳态稳流能量方程，绝热压缩消耗的轴功全部用于增加气体的增，使气体温度升高，该式也适用于不可逆过程3.多变压缩轴功的计算按稳态稽流能量方程，多变压缩消耗的轴功局部用于增加气体的熔，局部对外放热，该式同样适用于不可逆过程结论：一用LT27可见定温过程耗功最少，绝热过程耗功最多8.2多级压缩及中间冷却由即：压力比越大，其压缩终了温度越高，较高压缩气体常采用中间冷却设备，称多级压气机.最正确增压
14、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正确增压比。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.挣点：.1.减小功的消耗，由P-V图可知2.降低气体的排气温度，减少气体比容3.每一级压缩比降低,压气机容积效率增高中间压力确实定：原那么：消耗功最小。以两级压缩为例，得到：/p1=%/p2结论：两级压力比相等，耗功最小。推广为Z级压缩推理:1.每级进口、出口温度相等.2.各级压气机消耗功相等.3.各级气缸及各中间冷却放出和吸收热量相等.8.5活塞式压气机余隙影响一、余隙对排气量的影响命隙：为
15、了安置进、排气阀以及防止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，简称余隙活塞式压气机的容积效率：活塞式压气机的有效容积和活寒排量之比，结论：余隙使一局部汽缸容积不能被有效利用，压力比越大越不利。二余隙对理论压缩轴功的影响式中：VZ=X-%为实际吸入的气体体积。结论：不管压气机有无余隙，压缩每kg气体所需的理论压缩轴功都相同，所以应减少余隙容积。气体动力循环9.2活塞式内燃机实际循环的简化开式循环(OPeneyeIe);燃烧、传热、排气、膨胀、压缩均为不可逆；各环节中工质质量、成分稍有变化。9.3活塞式内燃机的理想循环一、混合加热理想循环OTl吸气1-2压
16、缩23喷油、燃烧34燃烧4-5膨胀作功50排气蒸汽动力装置循环热机：将热能转换为机械能的设备叫做热力原动机。热机的工作循环称为动力循环。动力循环可分：蒸汽动力循环和燃气动力循环两大类。10.1蒸汽动力根本循环一朗肯循环朗肯循环是最荷单的蒸汽动力理想循环，热力发电厂的各种较复杂的蒸汽动力循环都是在朗肯循环的根底上予以改良而得到的。一、装置与流程蒸汽动力装置：锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵等四局部主要设备。工作原理：p-v、T-S和h-s。朗肯循环可理想化为：两个定压过程和两个定靖过程。二、朗肯循环的能量分析及热效率取汽轮机为控制体，建立能量方程：三、提高朗肯循环热效率的根本途径依据：卡诺循环热故率
17、1、提高平均吸热温度直接方法式提高蒸汽压力和温度。制冷循环11.1空气压缩制冷循环空气压缩式制冷：将常温下较高压力的空气进行绝热膨胀，会获得低温低压的空气。原那么：实现逆卡诺循环工作原理如图：注意：空气的热物性决定了空气压缩致冷循环的致冷系数低和单位工质的致冷能力小。11.2蒸汽压缩制冷循环一、实际压缩式制冷循环蒸气压缩致冷装置：压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器组成。原理：由蒸发器出来的致冷剂的干饱和蒸气被吸入压缩机，绝热压缩后成为过热蒸气（过程1-2）,蒸气进入冷凝器，在定压下冷却（过程2-3）,进一步在定压定温下凝结成饱和液体（过程3-4）。饱和液体继而通过一个膨胀阀（又称节流阀或减压阀）经
18、绝热节流降压降温而变成低干度的湿蒸气.注意：工业上，用节流阀取代膨胀机。二、制冷剂的压给图（Igpf图）原理：以致冷剂熔作为横坐标，以压力对救为纵坐标，共绘出致冷剂的六种状态参数线簇：定燃（h）、定压力（p）、定温度（T）、定比容（V）、定靖（三）及定干度（x）线.蒸气压缩式致冷循环各热力过程在lgp-h图上的表示：1-2表示压缩机中的绝热压缩过程。2-3-4是冷凝器中的定压冷却过程4-5为膨胀阀中的绝热节流过程。5-1表示蒸发器内的定压蒸发过程。三、制冷循环能量分析及致冷系擞实际蒸气压缩致冷循环整个装置的能量分析。其致冷系数为与=X丈获/消耗I叫制冷剂质量流量：?n=-心压缩机所需功率：P=心里3600冷凝器热负荷：01=Af(A2-A1)四、影响制冷系数的主要因素降低制冷剂的冷凝温度提高蒸发温度
