工程热力学复习.pptx
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工程热力学复习第一章基本概念第一章基本概念第二章第一定律第二章第一定律第三章理想气体的热力过程第三章理想气体的热力过程第四章理想气体的性质和过程第四章理想气体的性质和过程第六章气体的压缩过程第六章气体的压缩过程第七章气体动力循环第七章气体动力循环第八章(第八章
(2)水蒸气动力循环)水蒸气动力循环热力学基本概念和基本理论热力学基本概念和基本理论工质性质工质性质基本热力过程以及应用基本热力过程以及应用第八章(第八章
(1)水和水蒸气的性质)水和水蒸气的性质工程热力学工程热力学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。
有无有无是否传质开口系是否传质开口系闭口系闭口系是否传热非绝热系是否传热非绝热系绝热系绝热系是否传功非绝功系是否传功非绝功系绝功系绝功系是否传热、功、质非孤立系孤立系是否传热、功、质非孤立系孤立系v状态:
状态:
把系统中某一瞬间表现的工质热力性质对外的宏观状况,称为工质的热力状态,简称状态。
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,需要掌握温标转换压力测量(转换)12ab当当ppbbgpppvbppp当当ppb表压力pg真空度Pv注意:
只有绝对压力才能代表工质的状态参数u背压、表压、真空度和绝对压力如果大气压力为83kPa,试求:
(1)绝对压力为0.15MPa时的表压力;
(2)真空计读数为70kPa时的绝对压力;(3)绝对压力为50kPa时的真空度;(4)表压力为0.25MPa时的绝对压力。
解:
(1)Pg0.15-0.083=0.067MPa
(2)P=83-70=13kPa(3)Pv=83-50=33kPa(4)P0.25+0.083=0.333MPa系在不受外界的影的件下,如果宏力性不而化统响条观热质随时间变,系的这时统状态称为热力平衡状态,平衡。
简称状态系部及系外界之的一切不平衡差(力差、差、化统内统与间势温学差)消失是系力平衡的势统实现热状态充要条件。
平衡与稳定:
如果系是在外界作用下保持不,不于平衡统状态变则属,如。
状态稳态导热稳定不一定平衡,但平衡一定稳定。
平衡与均匀:
重点不一,平衡强上定不,均强空侧样调时间稳变匀调各点的相同。
间参数值平衡不一定均匀,单相平衡态则一定均匀。
v热力过程:
热力系从一个稳定状态到另一个稳定状态的过程热力过程:
热力系从一个稳定状态到另一个稳定状态的过程v准平衡过程:
热力系经历过程中的每一点都非常接近于平衡准平衡过程:
热力系经历过程中的每一点都非常接近于平衡状态(实际过程足够缓慢,工质有恢复平衡的能力)。
状态(实际过程足够缓慢,工质有恢复平衡的能力)。
v可逆准平衡过程无摩擦和其它任何损耗可逆准平衡过程无摩擦和其它任何损耗v只有准平衡过程才能在坐标图中用连续的曲线表示。
只有准平衡过程才能在坐标图中用连续的曲线表示。
v功和热是过程量功和热是过程量,其在状态参数坐标图上的表示。
,其在状态参数坐标图上的表示。
sT1s1T12s2T2vp1v1p12v2p22121qTds-=2121pdvw第二章热力学第一定律第二章热力学第一定律QUWD=+tQHWD=+21WpdV=21tWVdp=-quwD=+tqhwD=+21wpdv=21twvdp=-第一定律表述热是能的一种,机械能变热能,或热能变机械能的时候,他们在相互转变时能的总量是不变的。
(能量守恒)外部储存能内部储存能宏观动能:
Ek=mc2/2宏观势能:
Ep=mgzUUthUk平移动能转动动能振动动能Tf1UpvTf,2),(vTfUUchUnu系统储存能总能热力学能(内部储存能)外部储存能宏观动能宏观位能E=Ek+Ep+U对于准静态过程:
w=pdvq=du+pdvq=u+pdv闭口系方程解析式WUQ热一律数学表达式WQU适用任何工质、任何过程u随物质进出系统而传递的能量
(2)推动功微元体dm的运动,需上游工质的推动以克服系统内工质的反力:
外界对系统做了功。
Wf=pAdl=pdV=pvdm1kg工质:
wf=pv设微元体在推力(pA)作用下移动了dl,则:
推动功:
推动工质进行宏观位移所做的功。
=pv
(1)流动工质本身携带的能量:
u+c2/2+gz开口系pApVdlu焓(Enthalpy)定义:
pvuhpVUH单位:
J,比焓的单位:
J/kg焓的说明:
焓是状态量,H为广延参数H=U+pV=m(u+pv)=mh,h为比参数对流动工质,焓代表能量(内能+推动功)对静止工质,焓不代表能量,理解为状态参数组合物理意义:
焓是物质进出开口系统时带入或带出的热力学能U与推动功Wf之和,是随物质一起转移的能量。
工程实际多为开口系,u和pv同时出现,h比u应用更广。
iffCVWmgzchmgzchdEQ112112222222此式为开口系能量方程的一般表达式系统储存能量的增加量系统对外做功量系统吸热量控制容积系统:
进出口物质能量差1kg工质稳定流动:
swzzgcchhq12212212212s12qhcgzw=D+D+D+动能轴功位能稳流能量方程技术功wttwhq流过开口系1kg流体的稳定流动的能量方程:
开口系方程解析式一、动力机:
wi=-h=h1-h2=wt工在其中膨,其外出的功等于工出口降质胀对输净质进焓二、压气机:
wC=-wi=h=h2h1=wt工在其中被,外界其做功全部工增。
质压缩对转变为质焓第二章热力学第一定律第二章热力学第一定律热能机械能的效率最大能达到多少?
又与哪些因素有关?
第三章热力学第二定律第三章热力学第二定律自发过程的方向性自然界的一切自发过程有方向性功量摩擦生热热量100%热量发电厂功量40%放热自发过程的反方向过程并非不可进行,而是要有附加条件可逆过程:
系统经历某一过程后,若能使系统按原来路径逆行回到初始状态,而不留下任何痕迹,则此过程为可逆过程。
理解:
可逆:
系统回到初态,且外界同时恢复到初态。
实现可逆过程的条件:
准静态过程+无耗散效应=可逆过程不平衡势差为无限小使功变热的效应(摩阻,电阻,非弹性变性,磁阻等)耗散效应准静态过程是实际过程的理想化过程,但并非最优过程,可逆过程是最优过程。
u卡诺循环理想可逆热机循环理想气体为工质四个可逆过程组成-一个可逆热机在二个恒温热源间工作高温热源低温热源热机工作过程1-2定温吸热过程,2-3绝热膨胀过程,对外作功3-4定温放热过程,4-1绝热压缩过程,对内作功2t,C11TTh=-卡诺循环热效率:
u卡诺定理定理1:
在相同温度的高温热源和相同的低温热源之间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。
定理2:
在同为温度T1的热源和同为温度T2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热效率。
理论意义:
1)提高热机效率的途径:
可逆、提高T1,降低T2;2)相同热源下,提高热机效率的极限。
当当T1=T2,t,c=0,单热源热机不可能单热源热机不可能实现实现T1,T20K,t,c可逆时0Qd系统吸热,熵为正0Qd系统放热,熵为负0Qd=无热交换,熵为零0dS不可逆不可能针对过程0TQ可逆“=”不可逆“0,熵增,熵增0adS熵的影响因素有:
换热、不可逆损耗、物质流动熵产:
dSg不可逆因素(摩擦、温差传热)引起的熵变熵流:
熵方程:
gdSTQdSTQdSf系统与外界交换热量引起的熵变gfdSdSdS热二律表达式之一其中:
0gdS熵产不可能为负值结论:
熵产是过程不可逆性大小的度量。
第三章热力学第二定律第三章热力学第二定律gSTQmsmsS2211熵方程:
系统熵变=流入系统熵-流出系统熵+熵流+熵产熵的影响因素有:
换热、不可逆损耗、物质流动熵产:
不可逆因素(摩擦、温差传热)引起的熵变熵流:
系统与外界交换热量引起的熵变其中:
0gdS熵产不可能为负值结论:
熵产是过程不可逆性大小的度量。
第三章热力学第二定律第三章热力学第二定律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、使之全部转化为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变化的循环工作的热力发动机。
功而不留下其他任何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、不付代价地从低温物体传至高热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。
温物体。
孤立系熵增原理:
孤立系的熵只增不减比热定义比热定义dd=qcT骣=琪桫VVucT骣=琪桫pphcT-=pVgccR=.pVckconstc迈耶公式迈耶公式比热容比比热容比(绝热指数绝热指数),第四章理想气体的性质和过程第四章理想气体的性质和过程1.质量分数i、摩尔分数xi、体积分数ji及其转换关系2.折合摩尔质量和折合气体常数3.分压力定律和分体积定律4.理想气体的比热容、热力学能、焓和熵热力学能、焓和熵是广延性参数,具有可加性。
理想气体混合物eqeqeqgMKmolJMRR3145.8,iiiieqMxnMnMipp=iVV=,eqgiiiiigeqMRxMRww=gpRT=v()=-21VucTTDD()=-21phcTTDD()8.3145gJmolKRRMM=VducdT=pdhcdT=理想气体方程理想气体方程第四章理想气体的性质和过程第四章理想气体的性质和过程erqdsTd=v-=+2211grQSSSTddcncn=+2211llpVsDDvpvpcn=+2211lVgTsRTDDvvn=-2211llpgTpscnRTpDD第四章气体和蒸汽的热力过程第四章气体和蒸汽的热力过程定容过程:
过程方程式p,v,T关系u,h,s计算能量交换V=Constant1212TTpp1212/ln/ln,ppcTTcsTchTcuVVpVTRpvwgt0wTcuqVVn=饱第四章理想气体的热力过程第四章理想气体的热力过程定压过程:
过程方程式p,v,T关系u,h,s计算能量交换p=Constant1212TTvv1212/ln/ln,vvcTTcsTchTcuVVpV0twTRvpwgTchqpP0n=第四章理想气体的热力过程第四章理想气体的热力过程定温过程:
过程方程式p,v,T关系u,h,s计算能量交换T=Constant2112vvpp1221/ln/ln,0,0vvRppRshugg)()/ln()/ln(12211112ssTppvpvvTRqwwgtT1n=第四章理想气体的热力过程第四章理想气体的热力过程定熵过程:
过程方程式p,v,T关系u,h,s计算能量交换nk=0,sTchTcupV0q常数kpv1122kkpvpv=S12211()nnTpTp-=12112()nTT-=vv第四章理想气体的热力过程第四章理想气体的热力过程多变过程:
过程方程式p,v,T关系u,h,s计算能量交换)/ln(,12TTcsTchTcunpVTcqn常数npv1122nnpvpv=平均多变指数的确定方法等端点多变指数等端点多变指数已知过程线上两端点已知过程线上两端点(p1,v1)、()、(p2,v2):
):
nnvpvp2211)ln()ln(1212vvppn适用:
初、终参数计算适用:
初、终参数计算多变过程vp实际过程120n=sTvp0n=n=饱n=饱1n=1n=nk=nk=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图上表示图上表示两个极限的压气过程:
即绝热压缩和等温压缩。
+多变压缩过程(1nk),压缩过程有热量传出,气体温度也有所升高。
特点:
vpP11P22T2s2nsTP11P22s2n2T压缩过程的压缩过程的p-v图和图和T-s图图TnsTnsTCnCsCvvvTTTwww,2,2,2,2,2,2,第六章压气机的热力过程压缩比(compressionratio)12vv32pp定容增压比(pressureratio)第七章气体动力循环第七章气体动力循环定容加热循环绝热膨胀绝热压缩定容放热绝热膨胀绝热压缩定容吸热定容放热定容吸热2t11111qqkhe-=-=-第七章气体动力循环第七章气体动力循环压缩比(compressionratio)12vv32pp定容增压比(pressureratio)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第八章水和水蒸气性质第八章水和水蒸气性质朗肯循环在卡诺循环的基础上构建的朗肯循环;po48p1p26172v3
(2)5To43
(2)856127s12:
汽轮机中绝热膨胀:
汽轮机中绝热膨胀23:
冷凝器中定压冷凝:
冷凝器中定压冷凝34:
给水泵中绝热压缩:
给水泵中绝热压缩456:
锅炉中定压加热:
锅炉中定压加热61:
过热器中定压加热:
过热器中定压加热第八章蒸汽动力循环第八章蒸汽动力循环11、初温、初温T1T1对热效率的影响。
对热效率的影响。
T43
(2)O5611a22as图图11-3初温初温t1对对t的影的影响响优点:
优点:
循环吸热温度,循环吸热温度,有利于汽机安全。
,有利于汽机安全。
缺点:
缺点:
对耐热及强度要求高,目前最高初温一般在对耐热及强度要求高,目前最高初温一般在550左右,很少超过左右,很少超过600;汽机出口尺寸大汽机出口尺寸大1T2ax2avth2、初压p1对热效率的影响T5a6a1a15643
(2)2a2s98O图图11-4初压初压p1对对t的影响的影响7缺点:
缺点:
对强度要求高对强度要求高不利于汽轮机安全。
一般不利于汽轮机安全。
一般要求出口干度大于要求出口干度大于88。
提高初压将使绝热膨胀终点的干度下降。
提高初压将使绝热膨胀终点的干度下降。
因为提高初温能提高乏汽的干度因为提高初温能提高乏汽的干度,所以提高初所以提高初压和提高初温应同步进行。
压和提高初温应同步进行。
th2av2ax1T优点:
优点:
循环吸热温度,循环吸热温度,汽轮机出口尺寸小,汽轮机出口尺寸小
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