工程热力学总复习课件.ppt
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- 工程 热力学 复习 课件
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1、工 程 热 力 学 总复习第一章基本概念第一章基本概念v热力系统:热力系统:人为地分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。v外界:外界:系统周围物质的统称。v边界边界(界面界面):热力系与外界的分界面。界面可以是真实,也可以是虚拟的;可以是固定,也可以是变化(运动)的。v闭口系统闭口系统:与外界无物质交换,又称控制质量。v开口系统开口系统:与外界有物质交换,又称控制体积。v绝热系统绝热系统:与外界无热量交换。v孤立系统孤立系统:与外界无能量交换又无物质交换。可以理解成闭口+绝热,但是实际上孤立系统是不存在的。v状态:状态:把系统中某一瞬间表现的工质热力性质的宏观状况,称为工质的热力状态,简称
2、状态。v状态参数:状态参数:描述工质状态特性的一些宏观物理量称为工质的状态参数。具有以下特征:1.状态确定,则状态参数也确定,反之亦然单值函数。2.状态参数的变化量与路径无关,只与初终态有关点函数。3.其微元差是全微分。常用的状态参数:P、T、V、U、H和S;基本状态参数,需要掌握基本状态参数,需要掌握温标转换温标转换压力测量(转换)压力测量(转换)比体积与密度的转换。比体积与密度的转换。系统在不受外界的影响的条件下,如果宏观热力性质不随时间而变化,这时系统的状态称为热力平衡状态热力平衡状态,简称平衡状态。系统内部及系统与外界之间的一切不平衡势差(力差、温差、化学势差)消失是系统实现热力平衡状
3、态的充要条件充要条件。平衡与稳定平衡与稳定:如果系统是在外界作用下保持状态不变,则不属于平衡状态,如稳态导热。稳定不一定平衡,但平衡一定稳定稳定不一定平衡,但平衡一定稳定。平衡与均匀平衡与均匀:侧重点不一样,平衡强调时间上稳定不变,均匀强调空间各点的参数值相同。平衡不一定均匀,单相平衡态则一定均匀平衡不一定均匀,单相平衡态则一定均匀。准平衡过程无摩擦和其它任何损耗准平衡过程无摩擦和其它任何损耗sT1s1T12s2T2vp1v1p12v2p221 21qTds2121pdvw动力循环动力循环:热效率热效率1WQ制冷循环:制冷系数制冷循环:制冷系数2QW1QW=制热循环:制热系数制热循环:制热系数
4、第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律QUWtQHW21WpdV21tWV dp quwtqhw21wpdv21twvdp 热力学第一定律的能量方程式在工程上应用很广,但首先要对热力学第一定律的能量方程式在工程上应用很广,但首先要对其不同的形式进行有较为全面的认识:其不同的形式进行有较为全面的认识:wuq).1(从闭口系推导,与开口系方程形式不同,实质相同从闭口系推导,与开口系方程形式不同,实质相同:ifwzgchq2).2(2在闭口、开口系均成立,应用于闭在闭口、开口系均成立,应用于闭口系时,不存在推动功口系时,不存在推动功p p1 1v v1 1、p p2 2v v2 2,轴功轴功w
5、wi i要变为膨胀功要变为膨胀功w w,iffCVWdmgzchdmgzchdEQ112112222222).3(开口、闭口系统;稳定、不稳定开口、闭口系统;稳定、不稳定流动;可逆、不可逆过程。流动;可逆、不可逆过程。第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律一、动力机:一、动力机:w wi i=-=-h=hh=h1 1-h-h2 2=w=wt t工质在其中膨胀,其对外输出的净功等于工质进出口焓降二、压气机:二、压气机:w wC C=-w wi i=h=hh=h2 2h h1 1=w wt t工质在其中被压缩,外界对其做功全部转变为工质焓增。三、换热器:三、换热器:q q=h h=h h2 2
6、-h-h1 1工质与外界交换的热量主要用于改变其的焓值。四、管道:四、管道:1/21/2(c cf2f22 2c cf1f12 2)=h h1 1-h-h2 2工质的焓降用于增加其自身动能。五、节流:五、节流:h h1 1=h h2 2节流前后工质的焓值保持不变。第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律第三章第三章 气体和蒸汽性质气体和蒸汽性质 比热定义比热定义dqcTVVucTpphcTpVgccR()pVcTc.pVckconstc,2222p mV mp mV mCiiiCRCRCi迈耶公式迈耶公式比热容比比热容比(绝热指数绝热指数),按分子运动理论按分子运动理论非定值非定值第三章第三
7、章 气体和蒸汽性质气体和蒸汽性质gpR Tv21VucTT 21phcTT 8.3 1 4 5gJm o lKRRMMVduc dTpdhc dTerqdsTv2211grQSSST cncn2211pVs vpvpcn2211VgTsRT vvn2211pgTpscnRTp 第四章第四章 气体和蒸汽的热力过程气体和蒸汽的热力过程定容过程定容过程:过程方程式过程方程式p,v,Tp,v,T关系关系u,h,su,h,s计算计算能量交换能量交换V=Constant1212TTpp1212/ln/ln,ppcTTcsTchTcuVVpVTRpvwgt0wTcuqVVn 第四章第四章 理想气体的热力过程
8、理想气体的热力过程定压过程定压过程:过程方程式过程方程式p,v,Tp,v,T关系关系u,h,su,h,s计算计算能量交换能量交换p=Constant1212TTvv1212/ln/ln,vvcTTcsTchTcuVVpV0twTRvpwgTchqpP0n 第四章第四章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程定温过程定温过程:过程方程式过程方程式p,v,Tp,v,T关系关系u,h,su,h,s计算计算能量交换能量交换T=Constant2112vvpp1221/ln/ln,0,0vvRppRshugg)()/ln()/ln(12211112ssTppvpvvTRqwwgtT1n 第四章第四章 理想
9、气体的热力过程理想气体的热力过程定熵过程定熵过程:过程方程式过程方程式p,v,Tp,v,T关系关系u,h,su,h,s计算计算能量交换能量交换n0,sTchTcupV0q常数kpv1 122kkp vp vS12211()nnTpTp12112()nTTvv第四章第四章 理想气体的热力过程理想气体的热力过程多变过程多变过程:过程方程式过程方程式p,v,Tp,v,T关系关系u,h,su,h,s计算计算能量交换能量交换)/ln(,12TTcsTchTcunpVTcqn常数npv1 122nnp vp vVncnknc1要会求多变过程比热容要会求多变过程比热容0n sTvp0n n n 1n 1n
10、nknk四个基本热力四个基本热力过程在p-v,T-s图上的表示各种特征多变过程在多变过程在p-vp-v和和T-sT-s图上表示图上表示在T-s图上用图形面积表示u和和h和和w,wt加热汽化过程在加热汽化过程在pv图和图和Ts图上可归纳为:图上可归纳为:一点:临界点 二线:饱和水线和饱和蒸汽线;三区:过冷水区、湿蒸汽区及过热蒸汽区;五态:过冷水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽及过热蒸汽。pTabcdeabcdeabcdeabcdeabcdeabcde饱和水线饱和水线饱和水线饱和水线饱和蒸汽线饱和蒸汽线饱和蒸汽线饱和蒸汽线临界点临界点临界点临界点pcr=22.064MPaTcr=647.14K第五
11、章第五章 热力学第二定律热力学第二定律开尔文表述开尔文表述克劳修斯表述克劳修斯表述卡诺定理卡诺定理211qWQq mLLmHH11cTTTT 开尔文普朗克说法开尔文普朗克说法不可能制造出从单一热源吸热、不可能制造出从单一热源吸热、使之全部转化为功而不留下其他任何使之全部转化为功而不留下其他任何变化的循环工作的热力发动机。变化的循环工作的热力发动机。克劳修斯说法克劳修斯说法热不可能自发地、不付代价地热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。从低温物体传至高温物体。卡诺定理卡诺定理定理一:定理一:在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的
12、一切可逆循环,其热效率都相等,与可逆循环的工作的一切可逆循环,其热效率都相等,与可逆循环的种类无关,与采用哪种工质也无关。种类无关,与采用哪种工质也无关。定理二:定理二:在温度同为在温度同为T T1 1的热源和同为的热源和同为T T2 2的冷源间工作的一切不的冷源间工作的一切不可逆循环,其热效率必小于可逆循环。可逆循环,其热效率必小于可逆循环。在两个热源间工作的一切可逆循环,它们的热效率相同,在两个热源间工作的一切可逆循环,它们的热效率相同,与工质的性质无关,只决定于热源和冷源的温度,且都与工质的性质无关,只决定于热源和冷源的温度,且都等于卡诺循环的热效率等于卡诺循环的热效率t;温度界限相同,
13、但具有多于两个热源的可逆循环,其热温度界限相同,但具有多于两个热源的可逆循环,其热效率低于卡诺循环;效率低于卡诺循环;不可逆循环的热效率小于同样条件下的可逆循环。不可逆循环的热效率小于同样条件下的可逆循环。克劳修斯积分克劳修斯积分0 0,可逆可逆循环循环 0,0,0,不可能不可能,可逆可逆,不可逆不可逆,不可能不可能熵的影响因素有:换热、不可逆损耗、物流熵的影响因素有:换热、不可逆损耗、物流rTQ01 2rQdST0addS循环过程循环过程闭口系统闭口系统绝热闭口系绝热闭口系第五章第五章 热力学第二定律热力学第二定律第五章第五章 热力学第二定律热力学第二定律2211grQSSST 熵变熵变熵流
14、熵流熵产熵产 0 0不可逆不可逆可逆可逆disoS 0不可能不可能00gIT S第七章第七章 气体和蒸汽的流动气体和蒸汽的流动气体在绝热流动过程中,因某种物体的阻碍而使流速降低为气体在绝热流动过程中,因某种物体的阻碍而使流速降低为零的过程称为零的过程称为绝热滞止过程绝热滞止过程。22222221022fffchchchh滞止焓滞止焓 滞止温度:滞止温度:202fpcTTc第七章 气体和蒸汽的流动压力波的传播过程作定熵过程处理压力波的传播过程作定熵过程处理:TkRkpvcg因此,音速不是一个固定不变的常数,它与气体的性质及其因此,音速不是一个固定不变的常数,它与气体的性质及其状态有关,也是状态参
15、数。在喷管中,各个截面上气体的状状态有关,也是状态参数。在喷管中,各个截面上气体的状态是在不断变化着的,所以各个截面上的音速也在不断变化态是在不断变化着的,所以各个截面上的音速也在不断变化-当地音速当地音速ccMaf马赫数马赫数第七章 气体和蒸汽的流动图图8-3 喷管喷管 (dp0,dcf0)Ma1Ma1Ma1dA0 渐扩渐扩dA0 缩放缩放Ma1 Ma1喷管喷管dA0dA0dcf0渐缩渐缩临界截面临界截面 渐扩渐扩缩放(拉伐尔)缩放(拉伐尔)扩压管是使工质流过后,速度降低而压力升高扩压管是使工质流过后,速度降低而压力升高的设备。气体的设备。气体在扩压管中的能量转换过程,正好和喷管中的过程相反
16、在扩压管中的能量转换过程,正好和喷管中的过程相反喷管的计算(状态判断、出口面积、出口速度)和选型喷管的计算(状态判断、出口面积、出口速度)和选型10)12(kkcrcrkvppcr=0.528双原子理想气体,若比热容取定值双原子理想气体,若比热容取定值k=1.4cr=0.546过热蒸汽过热蒸汽k=1.3cr=0.577干饱和蒸汽干饱和蒸汽k=1.135关键:状态判断关键:状态判断(习题习题8-2)流量按流量按最小截面最小截面(即收缩喷管的出口截面,(即收缩喷管的出口截面,缩放喷管的喉部截面)来计算缩放喷管的喉部截面)来计算002ppaq mcb1412143图图8-7 8-7 喷管流量喷管流量
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