热工基础-期末总复习-重点(张学学)复习课程
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第一章小结1、平衡状态2、状态参数及其性质(掌握压力表与真空度测量的使压力的差值)3、准平衡过程4、可逆过程5、热力过程6、功和热量(过程参数)7、热力循环(重点掌握正向循环的热效率计算)重点:例题1-3,图1-13,公式1-17第二章小结1、热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质就是能量守恒。
表明当热能与其他形式的能量相互转换时,能的总量保持不变。
2、储存能系统储存的能量称为储存能,包括内部储存能和外部储存能。
(1)内部储存能——热力学能(2)外部储存能(3)系统的总储存能(简称总能)系统的总储存能为热力学能、宏观动能和重力位能的总和。
3、转移能——功量和热量功量和热量是系统与外界交换的能量,其大小与系统的状态无关,而是与传递能量时所经历的具体过程有关。
所以功量和热量不是状态参数,而是与过程特征有关的过程量,称为转移能或迁移能。
4、闭口系能量方程热力学第一定律应用于(静止的)闭口系时的能量关系式即为闭口系能量方程。
其表达式有以下几种形式,它们的使用条件不同:=∆+Q U W(适用条件:任意工质、任意过程)5、热力学第二定律的实质热力过程只能朝着能量品质不变(可逆过程)或能量品质降低的方向进行。
一切自发过程的能量品质总是降低的,因此可以自发进行,而自发过程的逆过程是能量品质升高的过程,不能自发进行,必须有一个能量品质降低的过程作为补偿条件才能进行,总效果是能量品质不变或降低。
6、卡诺循环、卡诺定理及其意义卡诺循环是为方便热力循环分析而提出的一种循环,实际上无法实现,但是利用卡诺循环分析得到的提高循环经济性的方法却具有普遍实用意义。
卡诺定理提供了两个热源间循环经济性的最高界限,给一切循环确定了一个判断其热、功转换完善程度的基础,因而具有普遍的指导意义。
而且利用卡诺定理可判断循环是否可以进行以及是否可逆。
掌握卡诺循环的热效率计算公式:211C T T η=-1:C η<η,则此热机不能实现2:C η>η则此热机可以实现5、孤立系统的熵增原理(重点理解)重点:例题2-1,图2-11,公式2-28,例题2-4,习题2-2。
总复习题型:填空2⨯9=18分,选择2⨯12=24分,简答6⨯3=18分,计算10⨯4=40分。
请考试时准备铅笔、橡皮、直尺!第一章基本概念1.热力系统的类型、边界的概念;2.可逆过程与准平衡过程;3.可逆过程功量的计算;第二章热力学第一定律1.热力学第一定律的表达式及其简单应用;2.技术功、膨胀功、轴功之间的关系;第三章理想气体性质与热力过程1.理想气体状态方程式;2.理想气体的热力学能、焓;3.理想混合气体:成分、分压力计算;4.定熵过程:初、终态参数间的关系;5.多变过程:多变指数、膨胀功与技术功的关系;6.多变过程分析:在p-v图和T-s图上表示某膨胀或压缩过程,并分析该过程q、w、w t和∆u的正负。
1.气缸中装有0.3m3氧气,初态为t1=45℃、p1=1.032bar,先在定压条件下对氧气加热,然后再定容冷却到初温45℃。
已知氧气的最终压力为0.588bar,气体常数为259.8J/(kg⋅K),比定压热容为0.91kJ/(kg⋅K),试分别求两个过程中加入的热量、热力学能和焓的变化及所作的功。
2.如图所示,气缸壁和活塞均由绝热材料制成,活塞可在气缸中无摩擦地自由移动。
初始时活塞位于气缸中间,A、B两侧各有1kg空气,压力均为0.45MPa,温度均为900K。
现利用冷却盘管对A侧进行冷却,使A侧压力逐渐降低,求当压力降低到0.3MPa时两侧的体积、冷却水从系统带走的热量。
已知空气气体常数为287J/(kg⋅K),κ=1.4,c v=0.717kJ/(kg⋅K)。
3.空气由p1=2bar,V1=2m3,t1=40︒C,压缩到p2=10bar,V2=0.5m3,空气的比热容为c v=0.7174kJ/(kg⋅K),气体常数R g=287 J/(kg⋅K),求过程的多变指数、压缩功、交换的热量以及熵的变化。
第四章热力学第二定律1.卡诺循环与逆卡诺循环的经济性指标;2.利用克劳休斯积分不等式来判断热力循环的可行性和可逆性;3.利用熵变来判断热力过程的可行性和可逆性;4.孤立系统熵增原理、作功能力的损失;5.有两个质量均为100kg、比热均为1kJ/(kg K)、但温度不同的物体A和B,物体A的温度为1000K,物体B的温度为500K。
第二章思考题绝热刚性容器,中间用隔板分为两部分,左边盛有空气,右边为真空,抽掉隔板,空气将充满整个容器。
问:⑴空气的热力学能如何变化?⑵空气是否作出了功?⑶能否在坐标图上表示此过程?为什么?答:(1 )空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。
(2)空气对外不做功。
(3)不能在坐标图上表示此过程,因为不是准静态过程。
2.下列说法是否正确?⑴气体膨胀时一定对外作功。
错,比如气体向真空中的绝热自由膨胀,对外不作功。
⑵气体被压缩时一定消耗外功。
对,因为根据热力学第二定律,气体是不可能自压缩的,要想压缩体积,必须借助于外功。
⑶气体膨胀时必须对其加热。
错,比如气体向真空中的绝热自由膨胀,不用对其加热。
⑷气体边膨胀边放热是可能的。
对,比如多变过程,当n大于k时,可以实现边膨胀边放热。
⑸气体边被压缩边吸入热量是不可能的。
错,比如多变过程,当n大于k时,可以实现边压缩边吸热。
⑹对工质加热,其温度反而降低,这种情况不可能。
错,比如多变过程,当n大于1,小于k时,可实现对工质加热,其温度反而降低。
4. “任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确?答:不正确,因为外功的含义很广,比如电磁功、表面张力功等等,如果只考虑体积功的话,那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。
5. 试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各量的大小:⑴ W i2与W la2;(2) U12与U 1a2;⑶图2-6思考题4附图Q12 与Q1a2答:(1 )Wg2大。
(2)一样大。
( 3) Q1a2 大。
6. 说明下列各式的应用条件:⑴ q u w闭口系的一切过程⑵q u pdv闭口系统的准静态过程⑶q u (p2v2 p1v1)开口系统的稳定流动过程,并且轴功为零⑷q u p(v2 v1)开口系统的稳定定压流动过程,并且轴功为零;或者闭口系统的定压过程。
7. 膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系?流动功的大小与过程特性有无关系?答:膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功;轴功是指工质流经热力设备开口系统) 时,热力设备与外界交换的机械功,由于这个机械功通常是通过转动的轴输入、输出,所以工程上习惯成为轴功;而技术功不仅包括轴功,还包括工质在流动过程中机械能宏观动能和势能)的变化;流动功又称为推进功,1kg 工质的流动功等于其压力和比容的乘积,它是工质在流动中向前方传递的功,只有在工质的流动过程中才出现。
热工基础总复习第一章1.系统:在工程热力学中,通常选取一定的工质或空间作为研究的对象,称之为热力系统,简称系统。
2.系统内部各处的宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为平衡状态。
3.状态参数:用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数,如温度、压力、比体积等。
工程热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体积、比热力学能、比焓、比熵等,其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、比体积,称为基本状态参数。
4.可逆过程:如果系统完成了某一过程之后可以沿原路逆行回复到原来的状态,并且不给外界留下任何变化,这样的过程为可逆过程。
准平衡过程:所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。
可逆过程的条件:准平衡过程+无耗散效应。
5.绝对压力p、大气压力p b、表压力p e、真空度p v只有绝对压力p 才是状态参数第二章1.热力学能:不涉及化学变化和核反应时的物质分子热运动动能和分子之间的位能之和(热能)。
热力学能符号:U,单位:J 或kJ 。
热力系统储存能=宏观动能、宏观位能+热力学能储存能:E,单位为J或kJ2.热力学第一定律实质就是热力过程中的能量守恒和转换定律,可表述为:a.在热能与其它形式能的互相转换过程中,能的总量始终不变。
b.不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。
c.进入系统的能量-离开系统的能量= 系统储存能量的变化3.闭口系统:与外界无物质交换的系统。
系统的质量始终保持恒定,也称为控制质量系统闭口系统的热力学第一定律表达式对于微元过程对于可逆过程对于单位质量工质对于单位质量工质的可逆过程4.开口系统稳定流动实现条件1)系统和外界交换的能量(功量和热量)与质量不随时间而变;2)进、出口截面的状态参数不随时间而变。
开口系统的稳定流动能量方程对于单位质量工质:对于微元过程5.技术功:在工程热力学中,将工程技术上可以直接利用的动能差、位能差及轴功三项之和称为技术功,用W t 表示对于单位质量工质6.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的压力降低的现象称为节流。
热工基础-期末总复习-重点(张学学)热工基础总复习第一章1.系统:在工程热力学中,通常选取一定的工质或空间作为研究的对象,称之为热力系统,简称系统。
2.系统内部各处的宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为平衡状态。
3.状态参数:用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数,如温度、压力、比体积等。
工程热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体积、比热力学能、比焓、比熵等,其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、比体积,称为基本状态参数。
4.可逆过程:如果系统完成了某一过程之后可以沿原路逆行回复到原来的状态,并且不给外界留下任何变化,这样的过程为可逆过程。
准平衡过程:所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。
可逆过程的条件:准平衡过程+无耗散效应。
5.绝对压力p、大气压力p b、表压力p e、真空度p v只有绝对压力p 才是状态参数第二章1.热力学能:不涉及化学变化和核反应时的物质分子热运动动能和分子之间的位能之和(热能)。
热力学能符号:U,单位:J 或kJ 。
热力系统储存能=宏观动能、宏观位能+热力学能储存能:E,单位为J或kJ2.热力学第一定律实质就是热力过程中的能量守恒和转换定律,可表述为:a.在热能与其它形式能的互相转换过程中,能的总量始终不变。
b.不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。
c.进入系统的能量-离开系统的能量 = 系统储存能量的变化3.闭口系统:与外界无物质交换的系统。
系统的质量始终保持恒定,也称为控制质量系统闭口系统的热力学第一定律表达式对于微元过程对于可逆过程对于单位质量工质对于单位质量工质的可逆过程4.开口系统稳定流动实现条件1)系统和外界交换的能量(功量和热量)与质量不随时间而变;2)进、出口截面的状态参数不随时间而变。
开口系统的稳定流动能量方程对于单位质量工质:对于微元过程5.技术功:在工程热力学中,将工程技术上可以直接利用的动能差、位能差及轴功三项之和称为技术功,用W t 表示对于单位质量工质6.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的压力降低的现象称为节流。
工程上由于气体经过阀门等流阻元件时,流速大时间短,来不及与外界进行热交换,可近似地作为绝热过程来处理,称为绝热节流。
注意:绝热节流过程不是定焓过程第三章1.理想气体是一种经过科学抽象的假想气体,它具有以下3个特征:(1)理想气体分子的体积忽略不计;(2)理想气体分子之间无作用力;(3)理想气体分子之间以及分子与容器壁的碰撞都是弹性碰撞。
理想气体状态方程式R g为气体常数,单位为J/(kg·K)质量为m 的理想气体物质的量为n 的理想气体的状态方程式2.比热容:物体温度升高1K(或1℃)所需要的热量称为该物体的热容量,简称热容比热容(质量热容):单位质量物质的热容,c ,J/(kg·K)理想气体迈耶公式理想气体的热力学能与焓都是温度的单值函数。
理想气体的熵3.理想混合气体:由相互不发生化学反应的理想气体组成混合气体,其中每一组元的性质如同它们单独存在一样,因此整个混合气体也具有理想气体的性质。
混合气体的性质取决于各组元的性质与份额分压力与道尔顿定律分压力:某组元i单独占有混合气体体积V并处于混合气体温度T 时的压力称为该组元的分压力。
用p i表示道尔顿定律:混合气体的总压力等于各组元分压力之和(仅适用于理想气体)分体积与分体积定律分体积:混合气体中第i 种组元处于与混合气体压力和温度时所单独占据的体积称为该组元的分体积,用V i 表示分体积定律:理想混合气体的总体积等于各组元的分体积之和理想混合气体的成分:成分:各组元在混合气体中所占的数量份额质量分数:某组元的质量与混合气体总质量的比值称为该组元的质量分数。
摩尔分数:某组元物质的量与混合气体总物质的量的比值。
体积分数:某组元分体积与混合气体总体积的比值称为该组元的体积分数。
各成分之间的关系:理想气体的热力过程第四章1.自发过程:不需要任何外界作用而自动进行的过程自发过程是不可逆的!2.热力学第二定律表述:克劳修斯表述:不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。
开尔文-普朗克表述:不可能从单一热源取热,并使之完全转变为功而不产生其它影响3.热力循环:工质经过一系列的状态变化,重新回复到原来状态的全部过程。
正向循环:将热能转变为机械能的循环,也称为动力循环或热机循环。
正向循环的循环热效率:循环热效率ηt用来评价正向循环的热经济性。
显然,ηt < 1。
逆向循环:消耗功将热量从低温热源转移到高温热源的循环,如制冷装置循环或热泵循环制冷系数:制冷装置工作系数供热系数:热泵工作系数4.卡诺循环:由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成卡诺循环热效率:卡诺定理:一、在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆热机具有相同的热效率,与工质的性质无关。
二、在相同高温热源和低温热源间工作的任何不可逆热机的热效率都小于可逆热机的热效率。
5.克劳修斯积分等式克劳修斯积分不等式合写6.孤立系统的熵增原理对于孤立系统:上式表明:孤立系统的熵只能增大,或者不变,绝不能减小。
这一规律称为孤立系统熵增原理第五章1.水蒸气的产生过程:蒸气是由液体汽化而产生的。
2.湿饱和蒸气(湿蒸气)的干度xm v-湿蒸气中干饱和蒸气的质量m w-湿蒸气中饱和水的质量3.水蒸气的基本热力过程:4.湿空气:含有水蒸气的空气。
露点:湿空气中的水蒸气分压力p v对应的饱和温度T d称为露点温度,简称露点。
结露:定压降温到露点,湿空气中的水蒸气饱和,凝结成水结霜:5.湿度:湿空气中水蒸气的含量绝对湿度:1m3的湿空气中所含水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度,即湿空气中水蒸气的密度:饱和湿空气的绝对湿度达到最大值之比称为相对湿度:湿空气的绝对湿度与同温度下饱和湿空气的绝对湿度s湿空气的相对湿度。
相对湿度越小,空气越干燥,吸水能力越强;相对湿度越大,空气越湿润,吸水能力越低。
含湿量:在湿空气中,与单位质量干空气共存的水蒸气的质量,称为湿空气的含湿量或比湿度。
第六章1.朗肯循环的净功:在朗肯循环中,每千克蒸汽对外所作出的净功朗肯循环的热效率为a.提高吸热平均温度或降低放热平均温度都可以提高循环的热效率b.为了提高蒸汽动力循环的热效率,应尽可能提高蒸汽的初压和初温,并降低乏汽压力c.再热可以增加蒸汽的干度,以便在初温限制下采用更高的初压,从而提高循环热效率d.回热循环提高了吸热平均温度,提高了循环热效率2.内燃机的混合加热循环(萨巴德循环)1-2:可逆绝热压缩过程;2-3:可逆定容加热过程;3-4:可逆定压加热过程;4-5:可逆绝热膨胀;5-1:可逆定容放热过程混合加热循环的热效率表达式由上式可见,混合加热循环的热效率与多种因素有关,当压缩比ε增加、升压比λ增加以及预胀比ρ减少时,都会使混合加热循环的热效率提高。
3.定容加热循环(奥图Otto循环)定压预胀比:汽油机和煤气机的理想循环循环热效率:4.定压加热循环(狄塞尔循环)定容升压比:循环热效率:5.影响内燃机理想循环热效率的主要因素(1)压缩比ε的影响提高压缩比是提高内燃机循环热效率的主要途径之一(2)绝热指数κ的影响κ值大小取决于工质的种类和温度(3)升压比λ和预胀比ρ的影响当压缩比ε和绝热指数κ一定时,第八章1.热传导(简称导热):在物体内部或相互接触的物体表面之间,由于分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。
2.λ: 材料的热导率(导热系数):表明材料的导热能力,W/(m·K)3. 导热热阻:表示物体对导热的阻力,单位为K/W4.热流密度q:单位时间通过单位面积的热流量5.热对流:由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象牛顿冷却公式:Φ = Ah(t w– t f)q = h(t w– t f)Φ = Ah(t w– t f)h 称为对流换热的表面传热系数(习惯称为对流换热系数),单位为W/(m2⋅K) 对流换热热阻:Φ = Ah(t w– t f)称为对流换热热阻,单位为 W/K。
6.热辐射:由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象。
特点:(1)所有温度大于0 K的物体都具有发射热辐射的能力,温度愈高,发射热辐射的能力愈强。
发射热辐射时:内热能辐射能;(2)所有实际物体都具有吸收热辐射的能力物体吸收热辐射时:辐射能内热能(3)热辐射不依靠中间媒介,可以在真空中传播;(4)物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双向的7.传热过程的热阻网络第九章1.温度场:在 时刻,物体内所有各点的温度分布称为该物体在该时刻的温度场。
2.温度梯度:自然界中气温、水温或土壤温度随陆地高度或水域及土壤深度变化而出现的阶梯式递增或递减的现象等温面法线方向的温度变化率矢量:温度梯度是矢量,指向温度增加的方向。
n—等温面法线方向的单位矢量,指向温度增加的方向3.傅里叶定律表达式:傅里叶定律表明, 导热热流密度的大小与温度梯度的绝对值成正比,其方向与温度梯度的方向相反4.导热微分方程的单值性条件:几何条件、物理条件、时间条件、边界条件。
5.单层及多层平壁的稳态导热计算及圆筒壁的计算(参考PPT)。