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第1章基本概念1．1 本章基本要求深刻理解热力系统、外界、热力平衡状态、准静态过程、可逆过程、热力循环的概念，掌握温度、压力、比容的物理意义，掌握状态参数的特点。
1．2 本章难点1．热力系统概念，它与环境的相互作用，三种分类方法及其特点，以及它们之间的相互关系。
2．引入准静态过程和可逆过程的必要性，以及它们在实际应用时的条件。
3．系统的选择取决于研究目的与任务，随边界而定，具有随意性。
选取不当将不便于分析。
选定系统后需要精心确定系统与外界之间的各种相互作用以及系统本身能量的变化,否则很难获得正确的结论。
4．稳定状态与平衡状态的区分：稳定状态时状态参数虽然不随时间改变，但是靠外界影响来的。
平衡状态是系统不受外界影响时，参数不随时间变化的状态。
二者既有所区别，又有联系。
平衡必稳定,稳定未必平衡。
5．注意状态参数的特性及状态参数与过程参数的区别。
名词解释闭口系统、开口系统、绝热系统、孤立系统、热力平衡状态、准静态过程、可逆过程、热力循环第2章理想气体的性质2.1 本章基本要求熟练掌握理想气体状态方程的各种表述形式，并能熟练应用理想气体状态方程及理想气体定值比热进行各种热力计算。
并掌握理想气体平均比热的概念和计算方法。
理解混合气体性质，掌握混合气体分压力、分容积的概念。
2.2 本章难点1．运用理想气体状态方程确定气体的数量和体积等，需特别注意有关物理量的含义及单位的选取。
2．考虑比热随温度变化后，产生了多种计算理想气体热力参数变化量的方法，要熟练地掌握和运用这些方法，必须多加练习才能达到目的。
3．在非定值比热情况下,理想气体内能、焓变化量的计算方法，理想混合气体的分量表示法，理想混合气体相对分子质量和气体常数的计算 2.5 自测题一、是非题1．当某一过程完成后,如系统能沿原路线反向进行回复到初态,则上述过程称为可逆过程。
( )2．只有可逆过程才能在p-v 图上描述过程进行轨迹。
( )3．可逆过程一定是准静态过程,而准静态过程不一定是可逆过程。
第一篇工程热力学第一章基本概念一．基本概念系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：二、习题1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？错2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。
（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为ＭＰａ，而当地大气压力为，当航行至另一海域，其真空度变化为，而当地大气压力变化为。
试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。
试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交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）取虚线内空间为系统。
（1）不考虑水的蒸发，闭口系统。
（2）绝热系统。
注：不是封闭系统，有电荷的交换（3）绝热系统。
图1-15．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。
耗散效应（2）在大气压力为时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
可逆（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。
可逆（4）100℃的水和15℃的水混合。
有限温差热传递6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。
大气压力为760mmHg。
试求:（1）真空室以及I室和II室的绝对压力；（2）表C的读数；（3）圆筒顶面所受的作用力。
图1-2第二章 热力学第一定律一．基本概念功： 热量： 体积功： 节流：二．习题1．膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？ 2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。
第一章判断对错1.系统与外界可以交换。
2.外界就是环境介质。
3.边界必定是固定的或是有形的。
4.系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统。
5.绝热系统可以与外界交换功。
6.开口系可以是绝热系。
7.宏观状况不随时间变化的物系一定处在平衡状态。
8.不均匀系统可以处在平衡状态。
9.状态参数是宏观物理参数，意味着一个气体分子或几个分子不能用状态参数描述。
10.简单可压缩系统有两个独立的状态参数。
11.用常温的水放入冷库制冰，这个过程不是准静态过程。
12.不可逆过程就是指工质不能恢复原来状态的过程。
13.系统经可逆循环后系统各参数均回复到原来值，经不可逆循环后不能回复到原值。
14.循环净功愈大，循环的热效率就愈高。
15.热泵的供暖系数总是大于1不违反能量守衡定律。
16.在热工计算中压力应使用绝对压力。
17.在某地测得密封绝热的钢瓶中气体压力为=0.1MPa，运送到海拔相去甚远的另一地后发现测压表上的读数下降，就此可判定钢瓶在运输过程中发生了泄漏。
18.一杯热水的热量比一杯冷水的热量多。
19.平衡一定稳定，而稳定不一定平衡。
20.平衡一定是均匀的。
21.若容器中气体的压力没有改变，则压力表上的读数就一定不会改变。
22.经不可逆循环，系统和外界均无法完全恢复原态。
23.单元系统平衡态时各点的状态参数必定是均匀一致的。
可逆过程判断：⑴定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸和活塞中被慢慢压缩(可逆)⑵100o C的蒸汽流与25o C的水流绝热混合(不可逆)⑶在水冷摩托发动机气缸中的热燃气随活塞迅速移动而膨胀(不可逆)⑷气缸中充有水，水上面有无摩擦的活塞，缓慢地对水加热使蒸发(可逆或不可逆)⑸对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发(可逆或不可逆)⑹对刚性容器内的水作功，使其在恒温下蒸发(不可逆)⑺对刚性容器中的空气缓慢加热，使其从50o C升温到100o C (可逆或不可逆)。
工程热力学的公式大全1.热力学第一定律：ΔU=Q-W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统所吸收的热量，W表示系统所做的功。
2.理想气体状态方程：PV=nRT其中，P表示气体的压力，V表示气体的体积，n表示气体的物质的分子数，R表示气体常数，T表示气体的温度。
3.等温过程：Q=W在等温过程中，系统所吸收的热量等于所做的功。
4.绝热过程：P1V1^γ=P2V2^γ在绝热过程中，气体的压强与体积之积的γ次方是一个常数，γ为气体的绝热指数。
5.等容过程：ΔU=Qv在等容过程中，系统内能的变化等于吸收的热量。
6.等压过程：Q=ΔH在等压过程中，系统所吸收的热量等于焓的变化。
7.等焓过程：ΔH=Qp在等焓过程中，焓的变化等于吸收的热量。
8.热机效率：η=1-，Qc，/，Qh热机效率表示热机从高温热源吸收的热量减去放出的低温热量占高温热量的比例。
9.士温定理：η=1-(Tc/Th)士温定理是热力学第二定律的一种表述，表示热机效率与高温热源温度和低温热源温度的比值有关。
10.开尔文恒等式：η=1-(Tc/Th)=1-(，Qc，/，Qh，)开尔文恒等式是士温定理的另一种形式，表示任何热机的效率都不可能达到100%。
11.准静态过程：ΔS=∫(dQ/T)准静态过程中，系统的熵变等于系统吸收的微小热量除以系统的温度积分得到。
12.绝热可逆过程：ΔS=0在绝热可逆过程中，系统的熵不发生变化。
13.熵的增加原理：ΔS总=ΔS系统+ΔS环境≥0根据熵的增加原理，系统与环境的熵的变化之和大于等于0。
14.卡诺循环效率：η=1-(Tc/Th)卡诺循环是理想热机，其效率由高温热源温度和低温热源温度决定。
15.等温膨胀系数：β=(1/V)*(∂V/∂T)p等温膨胀系数表示单位温度升高时体积的变化与体积的比值。
16.等压热容量：Cp=(∂Q/∂T)p等压热容量表示在等压条件下单位温度升高吸收的热量与温度的比值。
17.等容热容量：Cv=(∂Q/∂T)v等容热容量表示在等容条件下单位温度升高吸收的热量与温度的比值。
3-1膨胀功，流动功，轴功和技术功有何差别？相互有无关系试用p-v图说明之。
答：膨胀功（W）是工质体力变化产生的功，是热能转换的基本功。
推动功(pv)是工质在流动过程中所传递的功。
膨胀功和推动功的代数和为技术工(Wt)，它是工程上可以利用的功量。
轴功(Ws)是指从机器轴端输出的有用功，它等于技术与流动工质的动，位能变化量的代数和即Wt=W-(p2v2-p1v1) Wt=½(c²2-c¹1)+g(Z2-Z1)+Ws膨胀功和压缩功是过程功。
轴功及动能变化和位能变化统称技术功。
从工程应用来看，技术功中轴功所占的比例大、占据能量转换的主流形式，所以技术功即轴功。
流动功开口系统存在，闭口系统没有。
p-v图上过程线在v轴上投影面积可表示膨胀功的大小，过程线在p轴上的投影面积可表示技术工的大小。
3-2 下列各式，适用于何种条件？答：δq=du+δw，闭口系统，可推广至稳态稳流开口系统；任何工质；任何过程δq=du+pdv，闭口系统，可推广至稳态稳流开口系统；任何工质；可逆过程δq=cvdT+pdv，闭口系统，可推广至稳态稳流开口系统；理想气体；可逆过程（思考为何不用于实际气体的定容过程）δq=dh，稳态稳流开口系统；可逆定压过程；任何工质，δq=cpdT−vdp，稳态稳流开口系统，理想气体，可逆过程（思考为何不用于实际气体的定压过程）3-3 任何没有容积变化的过程就一定不对外做功，这种说法对吗？为什么答：不对，气体发生体积变化时要对外做功,固体做功多引起动能和势能变化,与体积没关系. 3-4 说明一下论断是否正确：答：（1）气体吸热后一定膨胀，热力学能一定增加。
都不正确，根据δq=du+δw，系统吸热，可以同时用以增加内能和对外做功，也可以只增加其中一项，而另一项减少。
可用反例，刚性系统，吸热后无法膨胀，全用于增加热力学能。
（2）气体膨胀时一定对外做功。
不正确，典型的例子比如用隔板将一刚性容器分隔成两部分（其中一部分有气体，另一部分是真空），抽去隔板后气体进行不可逆膨胀，并没有对外做功（刚性容器嘛）。
第一章 基本概念1-1 英制系统中采用华氏温标，它规定在标准大气压（101325Pa ）下纯水的冰点是32F °，汽点是212F °，试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。
解：C F {}0{}32212321000t t °°−−=−−F C C 1809{}{}32{}321005t t t °°°=+=+1-2 英制系统中朗肯温度与华氏温度的关系为R F {}{}459.67T t °°=+。
已知热力学绝对温标及朗肯温标在纯水冰点的读数分别是273.15K 和491.67R °；汽点的读数分别是373.15K 和671.67R °。
（1）导出朗肯温度和开尔文温度的关系式；（2）开尔文温标上绝对零度在朗肯温标上是多少度？解：（1）若任意温度T 在朗肯温标上读数为(R)T °在热力学绝对温标上读数为T （K ）， 则671.67491.67(R)491.67373.15273.15(K)273.15T T −°−=−−解得R K{} 1.8{}T T °=（2）据上述关系K {}0T =时，R {}0T °=1-3 设一新温标，用符号N °表示温度单位（它的绝对温标是用Q °表示温度单位）。
规定纯水的冰点和汽点100N °和1000N °。
试求：（1）该新温标与摄氏温标的关系；（2）若该温标的绝对零度与热力学温标零度相同，则该温标读数为0N °时，其绝对温标读数是多少Q °？解：（1）N C {}100{}010001001000t t °°−−=−−N C {}9{}100t t °°=+（2） Q N C K {}{}9{}1009[{}273.15]100T t C t C T C °°°=+=++=−++据题意，当K {}0T =时，Q {}0T °=，解得上式中2358.35C =，代回原式得Q N {}{}2358.35T t °°=+N {}0T °=时，2358.385Q T =°。
工程热力学例题与习题
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第1章 基本概念
1．1 本章基本要求
深刻理解热力系统、外界、热力平衡状态、准静态过程、可逆过程、
热力循环的概念，掌握温度、压力、比容的物理意义，掌握状态参数的特
点。
1．2 本章难点
1．热力系统概念，它与环境的相互作用，三种分类方法及其特点，
以及它们之间的相互关系。
2．引入准静态过程和可逆过程的必要性，以及它们在实际应用时的
条件。
3．系统的选择取决于研究目的与任务，随边界而定，具有随意性。
选取不当将不便于分析。 选定系统后需要精心确定系统与外界之间的各
种相互作用以及系统本身能量的变化,否则很难获得正确的结论。
4．稳定状态与平衡状态的区分：稳定状态时状态参数虽然不随时间
改变，但是靠外界影响来的。平衡状态是系统不受外界影响时，参数不随
时间变化的状态。二者既有所区别，又有联系。平衡必稳定,稳定未必平
衡。
5．注意状态参数的特性及状态参数与过程参数的区别。
1．3 例题
例1：绝热刚性容器内的气体通过阀门向气缸充气。开始时气缸内没
有气体,如图1.1所示。气缸充气后,气体推动气缸内的活塞向上移动,如图
1.2所示。设管道阀门以及气缸均可认为是绝热的。若分别选取开口系统
与闭口系统,试说明它们的边界应该如何划定?这些系统与外界交换的功量
与热量又如何?
解：(1)若以容器内原有的气体作为分析对象，属于闭口系统。容器放
气前，边界如图1.1中的虚线所示。放气后边界如图1.2中的虚线所示。
气体对活塞作的功W是闭口系统与外界交换的功量。气体通过活塞与外
工程热力学例题与习题
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界交换的热量Q是此闭口系统的传热量。
图1.1 图1.2
图1.3 图1.4
（2）若以容器放气后残留在容器内的气体作为分析对象，同样也是
闭口系统。这时放气前的边界如图1.3中的虚线所示。放气后的边界如图
1.4的虚线表示。残留气体对离开容器的那部分放逸气体所作的功，是本
闭口系统与外界交换的功，残留气体与放逸气体之间交换的热量是本系统
的传热量。
（3） 类似地若以放逸气体为分析对象，同样也是闭口系统。其边界
将如图1.3和图1.4中的点划线所示。此闭口系统与外界交换的功量除了
与残留气体之间的功量(大小与第二种情况的相同，方向相反)外，还应包
括对活塞所作的功。同样，除了与残留气体之间的传热量(大小与第二种
情况的相同，方向相反)外，还应包括通过活塞与外界交换的热量。
工程热力学例题与习题
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图1.5
（4）若以容器或气缸为分析对象，则均属开口系统，容器的壁面或
气缸与活塞的壁面为其边界。前者以对放逸气体作出的流动功与传热量为
系统与外界交换的功量与热量，后者以对活塞及管道内气体的功量与热量
为系统与外界交换的功量与热量。
例2：温度为100℃的热源，非常缓慢地把热量加给处于平衡状态下
的0℃的冰水混合物，试问：1、冰水混合物经历的是准静态过程吗？2、
加热过程是否可逆？
解：此热力过程为准静态过程，因为此热力过程的弛豫时间很短，热
源非常缓慢地把热量加给冰水混合物，则冰水混合物重建热力平衡的时间
远远小于传热过程对冰水混合物平衡状态的破坏，所以可以近似地把此热
力过程看作是准静态过程。分析此热力过程，取为系统的冰水混合物和作
为外界的热源之间存在有温差，100℃的高质能通过传热过程转换为0℃
的低质能，有能量的耗散，所以此热力过程不能被假设为可逆过程。
例3: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。
例4：一刚性绝热容器内充有水和水蒸气混
合物，它们的温度与压力分别相等，不随时间
变化。试问汽水混合物是否已处于平衡态？汽
水混合物的各种参数量是否到处均匀？
解：如图1.5所示的刚性绝热容器内，水和
水蒸气的压力相同，温度相等，均不随时间变
化，而且不受外界的影响，因此该汽水混合物
汽
水
p
t
p
T
工程热力学例题与习题
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已处于平衡态。
处于平衡态的汽水的混合物中，汽相与液相的密度显然不同。因此即
使处于平衡态的系统内部，各种参数并不一定均匀。
说明：系统内部各种参数均匀的必定平衡；反之平衡时未必各种参数
都是均匀，即均匀必平衡，平衡未必均匀。
1.4 思考及练习题
1．名词解释
闭口系统、开口系统、绝热系统、孤立系统、热力平衡状态、准静态
过程、可逆过程、热力循环
2．判断下列过程是否为可逆过程：
1)对刚性容器内的水加热使其在恒温下蒸发。
2)对刚性容器内的水作功使其在恒温下蒸发。
3)对刚性容器中的空气缓慢加热使其从50℃升温到100℃
4)定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸和活塞中被慢慢压缩
5)100℃的蒸汽流与25℃的水流绝热混合。
6)锅炉中的水蒸汽定压发生过程（温度、压力保持不变）。
7)高压气体突然膨胀至低压。
8)摩托车发动机气缸中的热燃气随活塞迅速移动而膨胀。
9)气缸中充有水，水上面有无摩擦的活塞，缓慢地对水加热使之蒸
发。
3．试判断下列叙述是否正确,说明理由。
1)平衡态是系统的热力状态参数不随时间变化的状态。
2)不可逆的热力过程是指工质逆过程无法恢复到初始状态的过程。
3)由于准静态过程都是微小偏离平衡态的过程，故从本质上说属于可
逆过程。
4)工质发生热量交换,状态参数中只有一个参数必然要发生变化,这个
参数就是温度。
5)任何可逆过程都是准静态过程。
6)封闭系统是指系统内的工质不发生宏观位移的那些系统。
工程热力学例题与习题
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容 器
图1.6
4．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程。这种说法对吗？
5．铁棒一端浸入冰水混合物中，另一端浸入沸水中，经过一段时间，铁
棒各点温度保持恒定，试问，铁棒是否处于平衡状态？
6．知道两个参数就可以确定气体的状态，从而可决定其它参数，例如，
已知压力和比容就可确定内能和焓，但理想气体的内能和焓只决定于温
度，与压力、比容无关，前后是否矛盾，如何理解？
7．表述状态参数的特性。
8．某容器中气体压力估计在3MPa左右，现只有两只最大刻度为2MPa
的压力表。试问，能否用来测定容器中气体的压力？
9．容器自压缩空气总管充气（如图1.6），若要分析充气前后容器中气体
状态的变化情况，首先要选取系统。
（a）按开口系统考虑如何选取系统？
（b）按闭口系统考虑如何选取系统？
（c）什么情况下可抽象为绝热充气过程？
（d）能否抽象为孤立系统？
10．平衡状态有什么特征？平衡状态是否是均匀状
态？
11．平衡态与稳态（稳态即系统内各点的状态参数均不随时间而变）有何
异同？热力学中讨论平衡态有什么意义？
12．外界条件变化时系统有无达到平衡的可能？在外界条件不变时，系统
是否一定处于平衡态？
