熱工基礎前三章的重點知識點總結
第一章
1、平衡狀態
關於平衡狀態的定義、實現條件、以及平衡與均勻、平衡與穩定的概念區別已在相應章節中進行了詳細敘述。平衡狀態具有確定的狀態引數，這是平衡狀態的特點。平衡狀態概念的提出，使整個系統可用一組統一的、並具有確定數值的狀態引數來描述其狀態，使熱力分析大為簡化，這也是工程熱力學只研究系統平衡狀態的原因所在。
2、狀態引數及其性質
狀態引數是定量描述工質狀態的狀態量。其性質是狀態引數的變化量只取決於給定的初、終狀態，與變化過程的路徑無關。如果系統經歷一系列狀態變化又返回初態，其所有狀態引數的變化量為零。
在學過第二章之後，可與過程量—功量和熱量進行對比，進一步加深對狀態量的理解。
3、準平衡過程
準平衡過程將“平衡”與“過程”這一對矛盾統一了起來。
定義：由一系列連續的準平衡態組成的過程稱為準平衡過程，又稱準靜態過程。
實現條件：（1）推動過程進行的勢差（壓差、溫差）無限小；（2）馳豫時間短，即系統從不平衡到平衡的馳豫時間遠小於過程進行所用的時間。這樣系統在任意時刻都無限接近於平衡態。
特點：系統內外勢差足夠小，過程進行得足夠慢，而熱力系恢復平衡的速度很快，所以工程上的大多數過程都可以作為準平衡過程進行分析。
建立準平衡過程概念的好處：(1) 可以用確定的狀態引數描述過程；（2）可以在引數座標圖上用一條連續曲線表示過程。
4、可逆過程
準平衡過程概念的提出只是為了描述系統的熱力過程，但為了計算系統與外界交換的功量和熱量，就必須引出可逆過程的概念。
定義：過程能沿原路徑逆向進行，並且系統與外界同時返回原態而不留下任何變化。 實現條件：在滿足準平衡過程條件下，還要求過程中無任何耗散效應（透過摩擦、電阻、磁阻等使功變為熱的效應）
建立可逆過程概念的好處：(1) 由於可逆過程系統內外的勢差無限小，可以認為系統內部的壓力、溫度與外界近似相等，因此可以用系統內的引數代替複雜、未知的外界引數，從而簡化問題，使實際過程的計算成為可能，即先把實際過程當作可逆過程進行分析計算，然後再用由實驗得出的經驗係數加以修正；（2）由於可逆過程是沒有任何能量損失的理想過程，因此，它給出了熱力裝置和裝臵能量轉換的理想極限，為實際過程的改善指明瞭方向。
上述概念的引出體現了熱力學研究問題和處理問題的方法，是熱力學中重要的概念，希望深刻理解這些概念，為後面章節的'學習打好基礎，同時從中學習對實際問題進行分析簡化的方法。
第二章小結
1、熱力學第一定律的實質
熱力學第一定律的實質就是能量守恆。表明當熱能與其他形式的能量相互轉換時，能的總量保持不變。
2、儲存能
系統儲存的能量稱為儲存能，包括內部儲存能和外部儲存能。
（1）內部儲存能——熱力學能
它與系統內工質粒子的微觀運動和粒子的空間結構有關。應牢牢記住熱力學能是狀態參
數。
在簡單可壓縮系中，不涉及化學反應、核反應和電磁場作用，可認為工質的熱力學能僅包括分子的內動能和內位能。分子的內動能與工質的溫度有關，溫度越高，分子的內動能越大；分子的內位能與工質的比容有關，比容越大，分子的內位能越小。
理想氣體遠離液態點，分子間距（比容）較大，分子的內位能忽略不計，其熱力學能僅包括分子的內動能，因此，理想氣體的熱力學能是溫度的單值函式。
（2）外部儲存能
外部儲存能是系統整體相對於外界參考座標系的宏觀能量，包括系統整體作宏觀運動時的宏觀動能和相對於外界參考基準點的重力位能。
（3）系統的總儲存能（簡稱總能）
系統的總儲存能為熱力學能、宏觀動能和重力位能的總和。
3、轉移能——功量和熱量
功量和熱量是系統與外界交換的能量，其大小與系統的狀態無關，而是與傳遞能量時所經歷的具體過程有關。所以功量和熱量不是狀態引數，而是與過程特徵有關的過程量，稱為轉移能或遷移能。
4、閉口系能量方程
熱力學第一定律應用於（靜止的）閉口系時的能量關係式即為閉口系能量方程。其表示式有以下幾種形式，它們的使用條件不同：
（1）quw或 QUW （適用條件：任意工質、任意過程）
（2）qupdv或QUpdV （適用條件：任意工質、可逆過程）
（3）qcVTpdv或QmcVTpdV （適用條件：理想氣體、可逆過程）
5、穩流系能量方程
熱力學第一定律應用於穩流系時的能量關係式即為穩流系能量方程。其表示式也有以下幾種形式，它們的使用條件也不同：
（1）qhwt或 QHWt （適用條件：任意工質、任意過程）
（2）qhvdp或QHVdp （適用條件：任意工質、可逆過程）
（3）qcpTvdp或QmcpTVdp （適用條件：理想氣體、可逆過程）
6、穩定流動過程中幾種功量的關係
在穩流系中，隱含的膨脹功等於流動功和技術功之和，即1w(pv)c2gzwswfwt 2
其中，技術功為出口與進口處的動能差、位能差和軸功之和，即wt12cgzws 2
7、焓的定義及其物理意義
焓是在研究流動能量方程時，為工程應用方便而引出的一個狀態引數。由於在流動過程中，工質必定攜帶的能量除熱力學能U外，還有推動功（推進功）pV，所以為工程應用方便起見，把二者組合為焓H，所以說焓是流動工質攜帶的基本能量，或者說是流動工質所攜帶的總能量中與熱力狀態有關的那部分能量。焓的定義式為HUpV或hupv
焓作為一個宏觀存在的狀態引數，在開口系和閉口系中都存在，但在分析開口系時的作用更大。在分析閉口系統時，通常使用熱力學能引數，只是在分析閉口系的定壓過程時，焓可以表示
閉口系在定壓過程中與外界交換的熱量，此時焓具有特殊作用。不必太深究焓的物理意義，只要能熟練掌握焓的計算即可。關於焓的計算將在第三章學習。
焓的物理意義可簡單總結如下：
（1）對非流動工質，焓僅是狀態引數。
（2）對流動工質，焓既是狀態引數，也是工質流動時攜帶的取決於熱力狀態的那部分能量（或基本能量）。
理想氣體的焓和熱力學能一樣，也僅是溫度的單值函式。
第三章
1、理想氣體的熱力性質
（1）理想氣體的狀態方程
狀態方程不是難點，但卻是本章的重點。應用理想氣體狀態方程時，應注意以下幾點：
狀態方程（3.1）反映的是同一平衡狀態下基本狀態引數之間的關係，只能用於同一平公式中的壓力為絕對壓力，溫度為絕對溫度 狀態方程（3.1a）——（3.1d）是針對不同物量單位的表達形式，使用時注意各物理量衡狀態，不能用於過程計算。注意不要把狀態方程和過程方程混淆。 的單位與氣體常數Rg或通用氣體常數R協調一致。
（2）比熱容
學習比熱容時應注意以下幾點：
容積比熱容c的單位為：J/(Nm3〃K)，其物量單位必須是標準立方米（Nm3），即氣體在標準狀態時的體（容）積，這是因為氣體在不同狀態時的體積不同，1kmol理想氣體也只是在標準狀態時才具有22.4 m3的容積。計算時必須注意非標準狀態時的容積與標準狀態下容積的換算，如例3.1。
在查取平均比熱容表時，首先應注意是哪種比熱容，如教材附表2是平均定壓質量比平均比熱容表的自變數是攝氏溫標，千萬不要將t化為T。如果所查取的溫度值沒有列熱容，其他比熱容可利用它們之間的換算公式計算，如例3.2。 出，如要查150C 時的平均定壓質量比熱容，可在附表2中利用100C和200C的比熱容用線性內插法求得。
（3）理想氣體熱力學能、焓和熵的計算
首先要牢記理想氣體的熱力學能和焓僅是溫度的函式，而熵則與2個獨立的基本狀態引數有關。利用定值比熱容計算理想氣體的熱力學能、焓和熵是本章的重點之一，需熟練掌握。應當注意：儘管計算公式是利用可逆過程的公式推導得到，但由於熱力學能、焓和熵都是狀態引數，其計算公式適用於理想氣體的任意過程。
2、理想氣體的熱力過程
在本章的學習中，同學們很容易產生公式太多，難以記憶的感覺，為了便於公式的查取，各種過程的計算公式已列於表3.2。但是，如何記憶和運用這些公式仍是一個難點，為此進行以下分析，以幫助大家理解性地記憶和靈活運用這些公式。
（1）4種基本熱力過程及多變過程的特點和過程方程
首先要理解過程方程描述的是過程的特點，即整個過程遵循相應的過程方程的規律變化。4種基本熱力過程的特點是定容、定壓、定溫和定熵，也就是說這4種過程中總有一個狀態引數保持不變；對於多變過程，則過程中所有的狀態引數都在變。關於過程方程，應記住基本方程
pvnconst，可認為理想氣體在可逆過程中都遵循該關係式。多變指數n的取值範圍為從0之間的任一實數，所以該過程方程適用於所有的可逆過程。而4種基本熱力過程則是所有可逆多變過程中的幾個特例，根據過程特點分別為定容過程：n=±∞，定壓過程：n=0，定溫過程：n=1，定熵過程：n=，所以4種基本熱力過程的過程方程不需要死記硬背就可以推出。
（2）過程中任意兩狀態間p、v、T引數之間的關係由克拉貝龍方程p1v1p2v2p3v3Rg T1T2T3
可以很容易地推得定容、定壓和定溫過程中任意兩狀態間p、v、T引數之間的關係式。而對於多變過程和定熵過程，可以利用其狀態方程和過程方程聯立求出，也無需死記硬背。而且多變過程與定熵過程狀態引數之間的關係式結構相同，只是多變指數不同，所以推出一個就可得出另一個。
（3）過程中系統與外界交換的功量和熱量
功量 ○
對於定容和定壓過程，選用以下可逆過程的基本積分式計算功量很方便，即
容積功：w21pdv
技術功：wtvdp
顯然，定容過程：w0，wtv(p1p2)vp
定壓過程：wp(v2v1)pv， wt0
定容過程容積功為零，定壓過程技術功為零，可作為一種概念牢記，根本不必計算。
對於定溫過程，仍可以用可逆過程的基本積分式計算功量，只需利用理想氣體狀態方程將p化為v的函式形式計算w，或將v化為p的函式形式計算wt。如下所示：
wpdv 1 2 2RgTv 1dvRgTlnv2pRgTln1 v1p2
wtvdp1 1 2 2RgTpdpRgTlnp1vRgTln2 p2v1
比較以上兩式，有w＝wt，即定溫過程的容積功等於技術功。
定溫過程計算功量的另一種方法是利用能量方程式，結合閉口系和穩流系的能量方程式，可進一步得出w＝wt＝q。因此，對可逆等溫過程，利用下式計算功量更方便。
2v2p1qTdsTsTRlnTRw＝wt＝ gg 1v1p2
定溫過程的容積功、技術功、以及換熱量均相等，只需求出一個即可。
對於絕熱過程，利用能量方程式計算功量較方便，即：
wucV(T1T2)
wthcp(T1T2)Rg1(T1T2) Rg(TT)w 112
注意：以上兩式對可逆絕熱（定熵）和不可逆絕熱過程都適用，這是由於在q=0的條件下，容積功等於狀態引數熱力學能的變化量，技術功等於狀態引數焓的變化量，而狀態引數與過程是
否可逆無關。當然，如果可逆絕熱和不可逆絕熱過程的初始狀態相同，那麼它們的終了狀態一定不同，實際計算出的w和wt也不同。所以只是w和wt的計算表示式相同。
對於多變過程，其功量計算公式同定熵過程結構相同，只需將公式中的換成n即可，即與公式（3.51）和（3.52）相同，因此，利用絕熱過程求出功量計算公式後再用n代替的方法得到多變過程功量計算公式，是一種捷徑。具體公式在此不再列出。
除定容過程外，各種過程的技術功都是容積功的n倍，即wt＝nw，因此，只要計算出其中一個，另一個也就很容易得到。
2 熱量 ○
對於定容和定壓過程，選用以下公式計算熱量很方便，即qcpdT 12
定容過程： qcV(T2T1)cVT
定壓過程： qcp(T2T1)cpT
對於定溫過程，則選用以下公式計算熱量很方便，即2vpqTdsTsTRgln2TRg11v1p2
對於絕熱過程，直接有：q＝0
對於多變過程，可利用能量方程計算熱量，即
RgRg(T2T1)cV(T2T1) 1nn1
利用邁耶公式cpcVRg及cp/cV，可得quwcV(T2T1)
ncV(T2T1) n1
以上分別針對各種不同過程，給出了計算功量和熱量的簡便方式及其相應的公式，並對各公式的來歷和推導過程進行了分析，說明表3.2中的許多公式無需死記硬背，而只需記住重要的基本概念和幾個重要的基本公式即可。 q
（4）4種基本熱力過程及多變過程在p-v圖、T-s圖上的表示及特點
過程線在p-v圖和T-s圖上的分佈規律：
1）基本過程線是區域的分界線；
2）以定容線為界分為2個區域，n沿順時針方向從－∞→0→＋∞。
此部分內容對分析過程非常重要，需要較好地掌握。建議詳細閱讀教材相關章節，具體內容在此不再重複。
【熱工基礎前三章的重點知識點總結】相關文章：