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1、第一章基本概念 1 ?基本概念 热力系统:用界面将所耍研究的对象与周围环境分隔开来,这种人为分隔的研究对彖,称 为热力系统,简称系统。 边界:分隔系统与外界的分界面,称为边界。 外界:边界以外与系统相互作用的物体,称为外界或环境。 闭口系统:没有物质穿过边界的系统称为闭口系统。开口系统:有物质流穿过边界的系统 称为开口系统。 绝热系统:系统与外界Z间没有热量传递,称为绝热系统。 孤立系统:系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换,称为孤立系统。热力状态: 系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况,称为工质的热力状态,简称为状态。 平衡状态:系统在不受外界影响的条件下,如果宏观热力性质不随时间而
2、变化,系统内外 同时建立了热的和力的平衡,这时系统的状态称为热力平衡状态,简称为平衡状态。 状态参数:描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度(卩) 、 压力(P)、 比容(或密度(门)、内能()、焙(力)、嫡( $)、 自由能( / )自由焰(g)等。 基本状态参数:在工质的状态参数中,其屮温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用 仪表测量出来,称为基本状态参数。 温度:是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量,其物理实质是物质内部大量微观分 子热运动的强弱程度的宏观反映。 注:热力学温标和摄氏温标,T=273+t。 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
3、彼此Z 间也必然处于 热平衡。 压力:垂直作用于器壁单位面积上的力,称为压力,也称压强。 相对压力:和对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力 即为相对压力。 注:课本中如无特殊说明,则所说压力即为绝对压力。 比容:单位质量工质所具有的容积,称为工质的比容。 密度:单位容积的工质所具有的质量,称为工质的密度。 强度性参数:系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同,与质量多少无关,没有可 加性,如温度、压力等。在热力过程中,强度性参数起着推动力作用,称为广义力或势。 广延性参数:整个系统的某广延性参数值等于系统屮各单元体该广延性参数值之和,如系 统的容积、内能、焰、嬌
4、等。在热力过程中,广延性参数的变化起着类似力学中位移的作 用,称为广义位移。 准静态过程:过程进行得菲常缓慢,使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够的时间恢复 到新的平衡态,从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近平衡状态,整个过程可 看作是由一系列非常接近平衡态的状态所组成, 并称之为准静态过程。 可逆过程:当系统进行正、反两个过程后,系统与外界均能完全回复到初始状态,这样的 过程称为可逆过程。 膨胀功:由于系统容积发生变化(增大或缩小)而通过界而向外界传递的机械功称为膨胀 功,也称容积功。 热量:通过热力系边界所传递的除功之外的能量。 热力循环:工质从某一初态开始,经历一系列状态变化,最
5、后乂回复到初始状态的全部过 程称为热力循环,简称循环。 2 ?常用公式 温度:7 = 273 + / 压力: 式中F整个容器壁受到的力,单位为牛(N); 尸容器壁的总面积(m?)。 p = B-H 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; 低于当地大气压力时的相对压力,称为真空值。 热力循环 : 或工“ = 0 , R/w = 0 循环热效率:几=巴=鱼二金 “一玺 式中Q1工质从热源吸热; 0工质向冷源放热; wo循环所作的净功。 制冷系数:严生 =!_ % n n-1 N级压气机所需的轴功:叱”二N?丄 n-1 n n- w0 图4 3多变过程p-v图 (定爛线比定
6、温线陡。) 图4 6单级活塞式压气机图4 7理论压气过程示功图 图43多变过程T-s图 (定容线比定压线陡。) 例题: 1、 活塞式压气机的余隙容积增大使() A 、 C 、 2、 Ws增大,T|.减小 仏不变,r)v不变 理想气体过程方程PV5=常数, B、Ws不变,?减小 D、Ws减小,%减小 当n= 时,其热力过程是( A 、 等压过程B、等温过程C、等容过程D 、 绝热过程 3、压缩机压缩过程实际上是(过程 A 、 定温B、绝热C、多变D 、 定压 4、 为降低活塞式压气机的耗功, 应尽量采用()压缩过程 A 、 等容B、绝热C、等温D 、 多变 5、对于一定质量的理想气体,不可能发生
7、的过程是 A 、 气体绝热压缩,温度降低B、气体放热,温度升高 第五章热力学第二定律 热力学第二定律:(方向性) 开尔文说法:只冷却一个热源而连续不断作功的循环发动机是造不成功的。克劳修斯说法: 热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。 第二类永动机:从单一热源取得热量,并使之完全转变为机械能而不引起其他变化的循环 发动机,称为第二类永动机。 孤立系统:系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换,称为孤立系统。 : 绝热闭口系统或孤立系统的爛只能增加(不可逆过程) 或保持不变(可逆过程),而绝不能减少。任何实际过程都是不可逆过程, 只能沿着使孤立系统爛增加的方向进行。(P95) 定爛
8、过程:系统与外界没有热量交换情况下所进彳亍的可逆热力过程,称为定爛过程。 热机循环:若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为机械能,则 此循环称为热机循环。 制冷:对物体进行冷却,使其温度低于周围环境温度,并维持这个低温称为 制冷。 制冷机:从低温冷藏室吸取热量排向大气所用的机械称为制冷机。 热泵:将从低温热源吸取的热量传送至高温暖室所用的机械装置称为热泵。理想热机:热 机内发生的一切热力过程都是可逆过程,则该热机称为理想热机。 卡诺循环:在两个恒温热源间,由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成的循环,称 为卡诺循环。(P88) 卡诺定理: 1.所有工作于同温热源与同温冷源
9、之间的一切可逆循环,其热效率都相等, 与采用哪种工 质无关。 2.在同温热源与同温冷源Z间的一切不可逆循环,其热效率必小于可逆循环。 C、气体绝热膨胀,温度降低D、气体吸热,温度升高 fin I?基本概念 自由膨胀:气体向没有阻力空间的膨胀过程,称为自由膨胀过程。 2?常用公式 炳的定义式 : 工质爛变计算: Av = $2 _ $i,j ds = 0 工质爛变是指工质从某一平衡状态变化到另一平衡状态爛的差值。因为 爛是状态参数, 两状态间的爛差对于任何过程,可逆还是不可逆都相等。 1.Av = c., In + 7? In 理想气体、己知初、终态T、u值求AS。 2.Av = cP In -
10、 RIn A P、 理想气体已知初、终态T、P值求AS。 3 ? A1 任何循环的克劳修斯积分永远小于零,可逆过程时等于零。 图5?4卡诺循环的p-v图和T-s图 图5-4逆卡诺循环的“V图和T-s图 3 ?重要图表 热源7 | 冷源丁2 (方) 图5-7爛变、爛流与爛产 例题: 1、 卡诺循环是由()组成的 A、等温过程和定压过程B、等温过程和定容过程 C、等温过程和可逆绝热过程D、定炳过程和定容过程 2、 卡诺循环的热效率仅与()有关 A、热源温度B、冷源温度C、循环过程D、冷热源温度 3、 卡诺循环是在()过程从外界吸热。 A、等温过程B、绝热膨胀过程C、绝热压缩过程D、定容过程 第七章
11、水蒸气 I.基本概念 未饱和水 *水温低于饱和温度的水称为未饱和水(也称过冷水). 饱和水 *当水温达到压力P所对应的饱和温度人 ?时,水将开始沸腾,这时的水称为饱和 水。 湿饱和蒸汽:把预热到厶?的饱和水继续加热,饱和水开始沸腾,在定温下产生蒸汽而形 成饱和液体和饱和蒸汽的混合物, 这种混合物称为湿饱和蒸汽,简称湿蒸汽。 干饱和蒸汽:湿蒸汽的体积随着蒸汽的不断产牛而逐渐加大,直至水全部变为蒸汽,这时 的蒸汽称为干饱和蒸汽(即不含饱和水的饱和蒸汽)。 一点、两线、三区、五种状态。 蒸发:液体表面的汽化过程,通常在任何温度下都可以发生。 沸腾:液体内部的汽化过程,它只能在达到沸点温度吋发生。汽化
12、潜热:将lkg饱和液体 转变成同温度的干饱和蒸汽所需要的热量。过热度:过热蒸汽的温度超过饱和温度之值。 2.常用公式 干度: 干度兀 =湿烝汽川含干烝汽的质車(湿蒸气饱和水加饱和蒸汽)湿蒸汽的总质量 湿蒸汽的参数 : vx=兀/ + (1- x)vz =)/ + 兀(/ 一vz) vx(当P不太大 ,X不太小吋) Ax = xh“ 4-(1- x)!z = h + 兀(/ 一 /) = / + “ 5x = XS + (1- X)5Z = $ + -5Z) = 5Z+X 叭=饨-PS 过热蒸汽的焙: h = h“ + Cpm(t - O 其中cpm(r-O是过热热量,f为过热蒸汽的温度,Cpm
13、为过热蒸汽由 / 到A的平均 比定压热容。 过热蒸汽的热力学能: u-h-pv 过热蒸汽的嫡: 水蒸气定压过程: q = A/? = h2hi Au = h2-hA- p(y2 - V,) w = q-Auw= p(v2 - V,) r P wt = - vdp = 0 水蒸气定容过程: w = j pdv = 0 q - An = h2一片-v(p2 -pj Wi=-vdp = v(pl-p2) 水蒸气定温过程 : B; = q A/7 Aw = /x2-/i1-(p2v2-p1v1) 水蒸气绝热过程 : q 二0 T, Pm 7 ; w = -Aw w = -A/? u = h2-hi-(
14、p2v2-plvi) (a)(A) (c) (d) (e) 图7?4水蒸气定压发生过程示意图 Pi 图7-6水蒸气的T?s图 图7?5水蒸气的“V图 图7-7水蒸气的T?s图 加 kJ/kg) 5(kj/(kg-K)J 图7-8水蒸气的h?s图 图7-9水蒸气的定压过程 图7-12水蒸气的定爛过程 图7-10水蒸气的定容过程 图7?11水蒸气的定温过程 图7-13水蒸气的不可逆绝热过程 例题: 1、 过热蒸汽的温度与该压力下的饱和温度Z差称为() A、过热度B、干度C、饱和热D、比潜热 2、 水在定压下的汽化过程中,下列四个状态里,除()夕卜,另外三个状态的温度是相同的 A、饱和水B、过热蒸汽
15、C、干饱和蒸汽D、湿蒸汽 3、 在水蒸气的P?V图中,饱和水线和饱和蒸汽线Z间的区域称为() A、过冷水状态区B、湿蒸汽状态区C、过热蒸汽状态区D、固体 状态区 4、 湿蒸汽的状态由()决定。 A、压力与温度B、压力与干度C、过热度与压力D、过冷度与 温度 5、 干度x=0的工质是指() A、未饱和度B、饱和液C、湿饱和液D、过热蒸汽 第八章湿空气 I?基本概念 湿空气:干空气和水蒸气所组成的混合气体。 图7-14 例7-3 饱和绝对湿度 相对湿度: Ps Ps R、 T 饱和空气:干空气和饱和水蒸气所组成的混合气体。 未饱和空气:干空气和过热水蒸气所组成的混合气体。 绝对湿度:每立方米湿空气
16、中所含有的水蒸气质量。 饱和绝对湿度:在一定温度下饱和空气的绝对湿度达到最大值,称为饱和绝对湿度。 相对湿度:湿空气的绝对湿度几与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度2的比值。含湿量(比湿 度):在含有lkg干空气的湿空气中 , 所混有的水蒸气质量。 饱和度:湿空气的含湿量与同温下饱和空气的含湿量厶的比值。 湿空气的比体积:在一定温度厂和总压力p下,lkg T空气和o.ooid水蒸气所占湿空气的lkg 干空气的焰和O.OO16/kg水蒸气的焰的总和。 2 ?常用公式 湿空气的总压力P : P = X + Pv 湿空气的平均分子量: M = raMa + rvMv =M“厶M J = 28.97-(2
17、8.97-18.02)厶 B B 湿空气的气体常数 : 8314 _ 8314 M 28.97-10.95 B 绝对湿度 : B心¥心警心詁 Pa 287 1-0.378 B 相对湿度。反映了湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度。在某温度/ 下,。值 小,表示空气 干燥,具有较大的吸湿能力;0值大,表示空气潮湿,吸湿能力小。当0 = 0时为干空气,0 = 1 时则为饱和空气。未饱和空气的相对湿度在0到1之 间(0略小于相对湿度,即D W(p,如p_ P. = p_ p$,贝G o 湿空气比体积:v =匕(/? / kg ( ) ma 丿左 (4o.ooid) ma P Ra v = (l + 0.
18、001606) /kg(a) P 含湿量 ( 或称比湿度 )d: ma Pa 湿空气的焙:h = ha+0.001dhv (kJ./kg(a) /? = 1 .Olr + 0.001J(2501 + 1.85r) (kJ/kg(a) 3?重要图表 图8 3干、湿球温度计图84湿空气的仏图 ( ( 2 爲 i f ( o r l + ? i O 图8 5 /z-d图四个区域的特征 图86露点在h-d图上的表示 喷淋室 ; 状态1 状态2 图8-11湿空气的绝热加湿过程 1、 大气屮()时的温度称为露点 A、水蒸气开始凝聚B、水蒸气开始结冰C、水珠开始汽化D、水开始结冰 2、 饱和水蒸气和干空气的
19、混合物称为() A、过热空气B、干饱和空气C、饱和空气D、未饱和空气 3、 在空调系统中加湿或除湿,其主要的目的是调节空气中的(),给人们以舒适感。 A、相对湿度B、过热度C、干度D、过冷度4、液面上饱和蒸汽 压力所对应的沸腾温度称为() 例题: A、露点B、饱和温度C、沸点D、B或C 第九章气体和蒸汽的流动 1.基本概念 稳态稳流:稳态稳流是指开口系统内每一点的热力学和力学参数都不随时间而变化的流动, 但在系统内不同点上,参数值可以不同。为了简化起见,可认为管道内垂直于轴向的任一截面 上的各种参数都均匀一致,流体参数只沿管道轴向或流动方向发生变化。 定爛滞止参数:将具有一定速度的流体在定嫡条
20、件下扩压,使其流速降低为零,这时气体 的参数称为定爛滞止参数。 减缩喷管:当进入喷管的气体是的亚音速气流时,这种沿着气体流动方向喷管截面积逐渐 缩小的喷管称为渐缩喷管。 渐扩喷管:当进入喷管的气体是M1的超音速气流吋,这种沿气流方向喷管截面积逐渐 扩大的喷管称为渐扩喷管。 缩放喷管:如需要将的亚音速气流增大到M1的超音速气流,则喷管截面积应由df 0,即喷管截面积应由逐渐缩小转变为逐渐扩大,这种喷管称为渐缩渐扩喷管, 或简称缩放喷管,也称拉伐尔(Laval)喷 管。 节流:节流过程是指流体(液体、气体)在管道中流经阀门、孔板或多孔堵塞物等设备时, 由于局部阻力,使流体压力降低的一种特殊流动过程
21、。这些阀门、孔板或多孔堵塞物称为节流 元件。若节流过程中流体与外界没有热量交换,称为绝热节流,常常简称为节流。在热力设备 中,压力调节、流量调节或测量流量以及获得低温流体等领域经常利用节流过程,而且由于流 体与节流元件换热极少,可以认为是绝热节流。 冷效应区:在转回曲线与温度纵轴围成的区域内所有等焙线上的点恒有川 0,发生在这个 区域内的绝热节流过程总是使流体温度降低,称为冷效应区。 热效应区:在转冋曲线之外所有等熔线上的点,其刈1, 称为超音速。 气体流速变化与状态参数间的关系: cdc = -vdp 在管道内作定爛流动时,de与dp的符号相反;即气流速度增加(de 0), 必导致气体的压力
22、下降(dp 0),这是扩压管中的气体流动特性。 管道截面变化的规律: df / 入” de f c 理想气体的当地音速: 3.重要图表 图9?1喷管屮个参数沿轴向变化的示意图图9-2定爛滞止过程 图9?3质量流量随压力比的变化图9-4水蒸气h-s图上的定嫡过程 图9?10绝热节流前后参数变化图9?11气体绝热节流过程 图9?12水蒸气绝热节流过程 图9-14绝热节流的T-p图 图9?13焦耳一汤姆逊绝热节流试验装置 严I严朋 判断题: 1、 用压力表可以直接读出绝对压力值。() 2、 热力学第二定律指出能量在转换中是有方向性的。() 3、 单一热源的热机,乂称为第二类永动机,它违反了热力学第一
23、定律。() 4、 当空气被视为理想气体时,其内能只由温度决定。() 5、 可逆过程必是准静态过程,准静态过程不一定是可逆过程。() 6、 卡诺循环的热效率仅与高温热源的温度和低温热源的温度有关。() 7、 制冷系数是大于1的数。 () 8、 技术功为轴功和流动功之和。() 9、 任何过程的爛只增不减。() 10、 热力学平衡态是指系统同时处于压力平衡和温度平衡。() 11、 在刚形容器屮,一定质量的空气被300 C的热源从100 C加热到300 C,此 过程是可逆的。() 12、 不可能从单一热源取热使之完全变为功。() 13、 湿空气的相对湿度越高,吸收水分的能力越强。() 14、 在相同的热源与冷源之间,卡诺循环的热效率最高。() 15、 干度x=l的工质是指饱和水蒸气。() 16热力学平衡态是指系统同时处于压力平衡和温度平衡。() 17、 混合气体中的质量成分较大的组分,其摩尔成分不一定较大。() 18、 活塞式压气机采用多级压缩和级间冷却方法可以提高它的容积效率。() 19、 热力学第一定律适用于任意的热力过程,不管过程是否可逆。() 20、 理想气体不可能进行吸热而降温的过程。() 21、在温嫡图上,准静态过程可以用一条连续曲线表示,但可逆过程不可以。()
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