工程热力学1详解

工程热力学（上）工程热力学（上）是热力学的一个分支领域，主要研究能量与物质的传递过程，以及它们与环境之间的关系。

理解工程热力学是工程师的基本素养之一，它对于各种工程领域的应用具有不可替代的作用。

能量转化和能量守恒定律是工程热力学的基本原理之一。

能量转化指的是物质可以通过传导、对流、辐射等方式在系统中传递能量，并且能量的形式可能会发生变化，例如热能可以转化为电能或机械能等。

能量守恒定律是指在封闭系统内，能量的总量是不会改变的，只会出现在不同形式的转换中。

对于控制能量传递的系统来说，了解和应用上述原理至关重要。

热力学参数是工程热力学的基础概念。

物质的温度、压力、体积和物态等热力学参数直接影响着它们的性质和行为。

例如，热传导和热对流各自取决于材料的热导率和流体的温差和速度，因此掌握热力学参数对于预测和优化能量传递过程非常重要。

热力学模型是研究工程热力学的重要工具。

它们可以描述物质在不同温度、压力和密度条件下的行为，从而预测物理现象。

例如，热力学模型可以用于研究热交换器中热量传递的效率，或者为制造高温熔融金属提供参数。

热力学模型也可以应用于分析工程系统中的能量转换和工作流程，从而提高其效率和优化工艺。

热平衡是工程热力学的一项核心概念。

在封闭系统内，热平衡是指物质之间相等的热能交换，也就是说，物质之间达到了同温度状态。

热平衡是保证系统正常工作的关键因素，无论是热机还是化工系统，都需要维护热平衡，使其高效地运作。

熵是热力学的重要参数之一。

它定义了系统的无序度，当它增加时，系统的无序度会增加。

熵是一个重要的概念，因为它用于解释自然过程的方向和属性。

例如，熵增加可将热能转化为机械能，但同时也会增加物质的无序度。

因此，对系统中的熵进行控制和优化是减少能量浪费的关键措施。

最后，工程热力学还涉及到热力学第一定律和第二定律，它们分别描述了能量守恒和热传递的方向性。

热力学第一定律是对能量守恒定律的概括，描述了系统中能量转化的过程。

第一章工程热力学基础第一节工质热力状态的基本参数一、状态与状态参数状态：热力系统中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（υ）或密度（ρ）、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:1．1212x x dx 表明：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．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。

如：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。

微观上,是大量分子热运动强烈程度的量度BTwm 22式中22wm —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。

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。

摄氏度与热力学温度的换算：tT 2732．压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。

f Fp 式中：F —整个容器壁受到的力，单位为牛顿（N ）；f —容器壁的总面积（m 2）。

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。

nBTwm n p 322322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。

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。

g p B p （P>B ）H B p （P<B ）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。

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。

工程热力学第一讲第一章：绪论1. 热力学的概念热力学是研究热能转换、热效率、热平衡和热性质等方面的学科。

热力学的主要研究对象是热力学系统，包括封闭系统、开放系统和孤立系统等。

2. 热力学系统的分类封闭系统封闭系统是指物质不能从其中进出的系统。

封闭系统的热力学性质由体积、温度和内能等物理量描述。

开放系统开放系统是指物质可以从系统中进出的系统。

开放系统的热力学性质由流量、温度和内能等物理量描述。

孤立系统孤立系统是指不能与外界交换物质和能量的系统。

孤立系统的热力学性质由内能等物理量描述。

3. 热力学基本量温度温度是物质分子平均热运动的速度和能量大小的一种度量。

温度的单位是开尔文（K）或摄氏度（℃）。

压力压力是单位面积上的力的大小，单位为帕斯卡（Pa）或标准大气压（atm）等。

体积体积是物质占据的空间大小的一种度量，单位为立方米（m³）或升（L）等。

质量质量是物体所具有的惯性量的大小，单位为千克（kg）。

能量能量是物体所具有的做功能力的大小，单位为焦耳（J）或卡路里（cal）等。

4. 热力学过程热力学过程是指热力学系统在不同状态之间的变化，可分为四类：等温过程、等压过程、等容过程和绝热过程。

等温过程等温过程是指系统在恒定温度下进行热力学变化的过程，其内能恒定不变。

等压过程等压过程是指系统在恒定压力下进行热力学变化的过程，其体积恒定不变。

等容过程等容过程是指系统在恒定容积下进行热力学变化的过程，其压力恒定不变。

绝热过程绝热过程是指系统在无热交换的情况下进行热力学变化的过程，其熵不变。

5. 热力学第一定律热力学第一定律描述的是能量守恒原理，即在热力学系统进行热力学过程中，系统所吸收的热量等于系统所做的功加上内能的变化。

6. 热力学第二定律热力学第二定律描述的是热力学过程的方向性原理，即热量只能从温度高的物体向温度低的物体流动，热力学系统不可逆过程的熵增。

7. 热力学基本方程热力学基本方程描述的是热力学系统状态变化过程中所涉及的热力学函数之间的相互关系。

习题及部分解答第一篇 工程热力学 第一章 基本概念1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量： 答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。

2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。

3.用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。

若水柱高mm 200，水银柱高mm 800，如图2-26所示。

已知大气压力为mm 735Hg ，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ？解：根据压力单位换算kPap p p p kPaPa p kPap Hg O H b Hg O H 6.206)6.106961.1(0.98)(6.10610006.132.133800.96.110961.180665.92002253=++=++==⨯=⨯==⨯=⨯=4.锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。

若已知斜管倾角 30=α，压力计中使用3/8.0cm g =ρ的煤油，斜管液体长度mm L 200=，当地大气压力MPa p b 1.0=，求烟气的绝对压力（用MPa 表示）解：MPaPa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin -⨯==⨯⨯⨯==αρMPa p p p v b 0992.0108.7841.06=⨯-=-=-5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C 为压力表，读数为kPa 110，B 为真空表，读数为kPa 45。

若当地大气压kPa p b 97=，求压力表A 的读数（用kPa表示）kPa p gA 155=6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。

（1）.取水为系统；（2）.取电阻丝、容器和水为系统； （3）.取图中虚线空间为系统。

答案略。

7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为MPa 4.13；冷凝器的蒸汽压力用真空表测量，其读数为mmHg 706。

工程热力学复习提纲1.热能的利用通常有两种形式：热利用和热能的动力利用。

绪论2.热能动力装置：从燃料燃烧中得到热能以及利用热能得到动力的整套设备（包括辅助设备），可分为蒸汽动力装置和燃气动力装置。

热能动力装置的工作过程：工质循环着，自热源吸热，将其中一部分转化为机械能，并把余下部分传给低温热源；在制冷装置中，工质消耗外部机械功，使热能由低温热源向高温热源转移，所消耗的机械功也能转换成热能并排向高温热源。

P93.工质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质叫工质。

P94.热源：与工质进行热交换的物质系统称为热源（工质从中吸取热能的物质叫热源）。

P95.冷源：接受工质排除热能的物质叫冷源。

P96.热力系统：被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫热力系统，热力系统可以分为以下几类：P9（1）闭口系统：和外界只有能量交换而无物质交换；（2）开口系统：和外界不仅有能量交换而且有物质交换；（3）绝热系统：热力系统和外界间无热量交换；（4）孤立系统：和外界既无能量交换又无物质交换（孤立系必定是绝热的，但绝热系不一定是孤立系）。

自然界没有孤立系统，孤立系统的一切相互作用都发生在系统内部。

注：（1）闭口和开口系统的区分关键：有无质量越过边界，并不是系统质量发生变化。

（2）无论是开口系还是闭口系，只要无热量越过边界就是绝热系。

7.简单可压缩系：在热力工程中，最常见的热力系是有可压缩流体构成，这类热力系若与外界可逆功交换只有体积变化功一种形式，则该系统称为简单可压缩系。

P11&状态参数：描述工质所处平衡状态的宏观物理量称为状态参数。

P11（1）常用的状态参数：压力（p）温度（T）体积（V）热力学能（U）'焙（H）炳（S）；（2）基本状态参数：压力、温度、体积（3）强度量：参数与系统质量的多少无关。

压力和温度（4）广延量：参数与系统质量成正比，具有可加性。

体积、热力学能、焙、炳压力：（1）绝对压力：工质的真实压力；作为工质状态参数的压力（2）表压力（真空度）：工质的真实压力与环境介质压力之差9.比体积及密度：P15（1）比体积：单位质量物质所占的体积为比体积v=V|m（2）密度：单位体积物质的质量称为密度P=m/v10.平衡状态：一个热力系统在不受外界影响的条件下系统的状态能够始终保持不变，则系统的这种状态称为平衡状态。