高等工程热力学复习01

第1章 基本概念

1.1 热力系·边界·外界

1.热力系 闭口系/开口系/绝热系/孤立系
2.边界
3.外界

1.2 状态·状态参数

1.状态 热力系在某一瞬间的宏观物理状况成为系统的热力状态，简称状态。
2.状态参数 系统状态的单值函数或点函数，即状态参数的变化只取决于系统给定的起始和最终状态，而与系统变化过程中所经历的一切中间过程无关。
强度量/广延量

1.3 热力学第零定律·温度测定与温度计·温标

1.热力学第零定律 若两个热力系分别与第三个热力系热平衡，那么这两个热力系彼此也处于热平衡
2.温度测定与温度计 -测温参数
3.经验温标
4.理想气体温标
5.热力学温标
6.国际实用温标

1.4 相·组分·相律

1.相—热力系中具有相同强度状态的一切均匀部分的总体叫相，如气相、液相和固相。
2.组分—热力系的物质集合体以化学性质区分的组成种类成组分。
3.相律–相律是确定一个有$\gamma$组分$\phi$相的多组分体系需要多少个独立变量来描述的计算式。
相律关系式

1.5 平衡态·稳定平衡态·状态方程

平衡态式热力系可进行描述的前提。
1.平衡态–在不受外界影响的条件下，系统宏观性质不随时间改变的状态称为平衡态
稳定平衡态–系统内部各部分间的平衡和系统与外界的平衡，系统的强度参数处处相同且可长时间维持不变
经典热力学的各种唯象规律都是建立在对热力系统稳定平衡态描述的基础上的
2.稳定动平衡态–在受外界稳定影响的条件下，运动系统的宏观性质处于不随时间改变的状态
与稳定平衡态的不同：系统各微元系的强度参数可以不相同，且其平衡状态随外界影响而定，不是唯一的，只要外界的影响不改变，系统内部的各子系统总会找到一个合适的状态，并且长时间保持不变。
3.状态方程
理想气体的状态方程形式：
$$pv=R_{g}T$$ $$pv=nRT$$

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第2章 热力学第一定律

2.1 作用·功·热量·传质能·传递势

1.作用–能量交换–做功、传热和传质
发生在热力系与外界之间，会造成系统状态变化的相互作用
2.功W–系统与外界交换的一种有序能，由强度参数和广延参数组成
规定：系统对外界做功为正功
简单可压缩系统抵抗外力做功–体积功，也称膨胀功（压缩功）：$$\delta W=p\mathrm{d}V$$其中$\delta$表示过程量的微小变化量，区别全微分符号$\mathrm{d}$
3.热量Q-过程量，是系统以分子无规则运动的热力学能的形式与外界交换的能量，是一种无序热能
规定：系统吸收外界的热量为正值
对于可逆过程，外界热源温度时时都与系统温度相等，则系统与外界交换的微小热量为：$$\delta Q=T\mathrm{d}S$$
4.传质能–系统与外界进行质量交换过程中所伴随交换的能量，记作$E_m$
同功和热量一样，传质能$E_m$也可以看成是由强度参数和广延参数组成的量
规定：系统吸收外界的物质使系统总能增加的传质能为正值
可逆过程，开口系的传质能$E_m$的变化，也表示为：$$\Delta E_m=h_{in}\Delta m_{in}-h_{out}\Delta m_{out}$$
5.传递势

2.2 过程·准静态过程·可逆过程

1.过程–将热力系的状态随时间发生变化的过程称为热力过程，简称过程
不平衡$\Rightarrow$平衡
平衡1$\Rightarrow$平衡2
2.准静态过程–由一系列连续的无限接近于平衡态的状态所组成的过程（理想过程）
准静态过程不在于它能否实现，其实用意义有三点：
(1)性质的计算
(2)现实过程的评价
(3)现实过程的预测
3.可逆过程–系统在状态变化时，将能使系统和外界能都完全复原而不留下任何变化的过程
实际过程的不可逆因素主要有两方面：
一是与系统状态有关的非平衡不可逆损失，如温差、压力差、化学势差
二是与系统物性有关的耗散损失，如摩擦、电阻、磁阻

2.3热力学第一定律

1.热力学第一定律的一般表述
热力系与外界交换的能量—功$W$、热量$Q$、传质能$\Delta E_m$之和等于系统总能的变化量
$$\Delta E=Q-W+\Delta E_m$$ 式中$\Delta E$为外界与系统交换质量的传质能，由两种原因引起：质量和化学势（组分）
其中，系统的总能$E$表示为：$$E=U+E_{\omega }+E_z=m(u+e_{\omega }+e+z)=m(u+\frac{1}{2}{\omega }^2+gz)$$式中，$g$为重力加速度；$z$为控制体内工质重心对基准面的高度；$\omega$为控制体内工质的平均速度；$m$为控制体内工质的质量
ΔE=E2−E1=m(u+eω+e+z)=m2(u2+12ω22+gz2)−m1(u1+12ω12+gz1)\Delta E=E_2-E_1=m(u+e_\omega+e+z)=m_2(u_2+\frac{1}{2}