系统工程热力学大总结第五版文档格式.docx
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平衡状态:
系统在不受外界影响的条件下,如果微观热力性质不随时间而变化,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(T)、压力(P)、比容(υ)或密度(ρ)、内能(u)、焓(h)、熵(s)、自由能(f)、自由焓(g)等。
基本状态参数:
在工质的状态参数中,其中温度、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微观反映。
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,则它们彼此之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:
相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。
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中各单元体该广延性参数值之和,如系统的容积、内能、焓、熵等。
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:
过程进行得非常缓慢,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)而通过界面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,最后又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
状态参数:
状态参数是状态的函数,对应一定的状态,状态参数都有唯一确定的数值,工质在热力过程中发生状态变化时,由初状态经过不同路径,最后到达终点,其参数的变化值,仅与初、终状态有关,而与状态变化的途径无关。
温度:
1.
式中—分子平移运动的动能,其中m是一个分子的质量,是分子平移运动的均方根速度;
B—比例常数;
T—气体的热力学温度。
2.
压力:
式中P—单位面积上的绝对压力;
n—分子浓度,即单位容积内含有气体的分子数,其中N为容积V包含的气体分子总数。
式中F—整个容器壁受到的力,单位为牛(N);
f—容器壁的总面积(m2)。
3.(P>
B)
(P<
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;
H—低于当地大气压力时的相对压力,称为真空值。
比容:
1.m3/kg
式中V—工质的容积
m—工质的质量
式中—工质的密度kg/m3
—工质的比容m3/kg
热力循环:
或,
循环热效率:
式中q1—工质从热源吸热;
q2—工质向冷源放热;
w0—循环所作的净功。
制冷系数:
式中q1—工质向热源放出热量;
q2—工质从冷源吸取热量;
w0—循环所作的净功。
供热系数:
式中q1—工质向热源放出热量
q2—工质从冷源吸取热量
w0—循环所作的净功
3.重要图表
图1-1热力系统
图1-2边界可变形系统
图1-3开口系统
图1-4孤立系统
图1-5U形压力计测压
图1-6各压力间的关系
图1-14任意循环在图上的表示
(a)正循环;
(b)逆循环
第二章气体的热力性质
理想气体:
气体分子是由一些弹性的、忽略分子之间相互作用力(引力和斥力)、不占有体积的质点所构成。
比热:
单位物量的物体,温度升高或降低1K(1℃)所吸收或放出的热量,称为该物体的比热。
定容比热:
在定容情况下,单位物量的物体,温度变化1K(1℃)所吸收或放出的热量,称为该物体的定容比热。
定压比热:
在定压情况下,单位物量的物体,温度变化1K(1℃)所吸收或放出的热量,称为该物体的定压比热。
定压质量比热:
在定压过程中,单位质量的物体,当其温度变化1K(1℃)时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定压质量比热。
定压容积比热:
在定压过程中,单位容积的物体,当其温度变化1K(1℃)时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定压容积比热。
定压摩尔比热:
在定压过程中,单位摩尔的物体,当其温度变化1K(1℃)时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定压摩尔比热。
定容质量比热:
在定容过程中,单位质量的物体,当其温度变化1K(1℃)时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定容质量比热。
定容容积比热:
在定容过程中,单位容积的物体,当其温度变化1K(1℃)时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定容容积比热。
定容摩尔比热:
在定容过程中,单位摩尔的物体,当其温度变化1K(1℃)时,物体和外界交换的热量,称为该物体的定容摩尔比热。
混合气体的分压力:
维持混合气体的温度和容积不变时,各组成气体所具有的压力。
道尔顿分压定律:
混合气体的总压力P等于各组成气体分压力Pi之和。
混合气体的分容积:
维持混合气体的温度和压力不变时,各组成气体所具有的容积。
阿密盖特分容积定律:
混合气体的总容积V等于各组成气体分容积Vi之和。
混合气体的质量成分:
混合气体中某组元气体的质量与混合气体总质量的比值称为混合气体的质量成分。
混合气体的容积成分:
混合气体中某组元气体的容积与混合气体总容积的比值称为混合气体的容积成分。
混合气体的摩尔成分:
混合气体中某组元气体的摩尔数与混合气体总摩尔数的比值称为混合气体的摩尔成分。
对比参数:
各状态参数与临界状态的同名参数的比值。
对比态定律:
对于满足同一对比态方程式的各种气体,对比参数、和中若有两个相等,则第三个对比参数就一定相等,物质也就处于对应状态中。
2.常用公式
理想气体状态方程:
式中p—绝对压力Pa
—比容m3/kg
T—热力学温度K
适用于1千克理想气体。
式中V—质量为mkg气体所占的容积
适用于m千克理想气体。
3.
式中VM=Mv—气体的摩尔容积,m3/kmol;
R0=MR—通用气体常数,J/kmol·
K
适用于1千摩尔理想气体。
4.
式中V—nKmol气体所占有的容积,m3;
n—气体的摩尔数,,kmol
适用于n千摩尔理想气体。
5.通用气体常数:
R0
J/Kmol·
R0与气体性质、状态均无关。
6.气体常数:
R
J/kg·
R与状态无关,仅决定于气体性质。
7.
1.比热定义式:
表明单位物量的物体升高或降低1K所吸收或放出的热量。
其值不仅取决于物质性质,还与气体热力的过程和所处状态有关。
2.质量比热、容积比热和摩尔比热的换算关系:
式中c—质量比热,kJ/Kg·
k
—容积比热,kJ/m3·
Mc—摩尔比热,kJ/Kmol·
3.定容比热:
表明单位物量的气体在定容情况下升高或降低1K所吸收或放出的热量。
4.定压比热:
表明单位物量的气体在定压情况下升高或降低1K所吸收或放出的热量。
5.梅耶公式:
6.比热比:
质量成分:
容积成分:
摩尔成分:
容积成分与摩尔成分关系:
质量成分与容积成分:
折合分子量:
折合气体常数:
分压力的确定
混合气体的比热容:
混合气体的容积比热容:
混合气体的摩尔比热容:
混合气体的热力学能、焓和熵或
或
或
范德瓦尔(VanderWaals)方程
对于1kmol实际气体
压缩因子:
,,
常用气体在理想状态下的定压摩尔比热与温度的关系
气体
分子式
温度范围
(K)
最大误差
%
空气
氢
H
28.106
28.10
1.9665
-1.9159
4.8023
-4.0038
-1.9661
-0.8704
273~1800
0.72
1.01
氧
O2
25.177
15.2022
-5.0618
1.3117
1.19
氮
N2
28.907
-1.5713
8.0805
-28.7256
0.59
一氧化碳
CO
28.260
1.6751
5.3717
-2.2219
0.89
二氧化碳
CO2
22.257
59.8084
-35.0100
7.4693
0.647
水蒸气
H2O
32.238
1.9234
10.5549
-3.5952
0.53
乙烯
C2H2
4.1261
155.0213
-81.5455
16.9755
298~1500
0.30
丙烯
C3H4
3.7457
234.0107
-115.1278
21.7353
0.44
甲烷
CH4
19.887
50.2416
12.6860
-11.0113
273~1500
1.33
乙烷
C2H6
5.413
178.0872
-69.3749
8.7147
0.70
丙烷
C3H8
-4.233
306.264
-158.6316
32.1455
0.28
几种气体在理想气体状态下的平均定压质量比热容
t(℃)
H2
0.915
1.039
14.195
1.040
1.004
0.815
1.859
100
0.923
14.353
1.042
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- 系统工程 热力学 总结 第五
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