热力循环焓、熵概念及其应用

热力循环焓、熵概念及其应用

焓熵图在热力循环中占有重要地位，焓熵图是通过水、蒸汽试验和理论计算获得的热力特性图，揭示了能量转换规律，主要用于研究化学能热能、机械能等不同类型能量转化和热力学过程。

在热力学中，焓和熵是两个核心概念，而焓熵图则是用于可视化这些概念和研究热力学过程的强大工具之一。

焓的概念和计算单位

焓是热力学中的一个重要物理量，通常表示为H。

它的定义如下：H=U+PVH=U+PV其中，H代表焓，U代表内能，P代表压力，V代表体积。

焓是内能和对外界的做功的总和，因此可以看作是系统的总能量。

焓的单位通常使用焦耳（J）或卡路里（cal）。

计算焓的变化通常采用以下公式：

ΔH=H2−H1ΔH=H2−H1

其中，ΔH代表焓的变化，H1和H2分别代表两个状态点的焓值。

焓的单位：千焦/千克 - kJ/kg

熵的概念和计算单位

熵（Entropy）是热力学中另一个重要的物理量，通常表示为S。

熵是一个人造的物理量，用于揭示能量转化的规律，熵增是现代人经常提起的词汇，就能量转化而言，更像是能量利用的一种代价，类似于损失。

在不做功的情况下向物质转移能量，就能增强物质的混乱程度。这叫做物质的熵。混乱程度越高，熵就越大。在不施加功的情况下，这种混乱状态是不可逆的（即无法回到原来的次序）。

熵的定义如下：ΔS=QTΔS=TQ其中，ΔS代表熵的变化，Q代表吸收或释放的热量，T代表温度。熵的单位通常使用焦耳每开尔文（J/K）或（cal/K）。

熵的单位 千焦/千克·开氏度 - kJ/kg.K英国热量单位/磅。

热力学图表的解析

1、压力-温度图（P-T 图）压力-温度图是一种常见的热力学图表，用于描述物质在不同压力和温度条件下的相变关系。图中通常包含相变曲线，如气液相变曲线和固液相变曲线。

最常见的是水的压力温度图。

这些曲线帮助我们理解物质的相变过程，例如液体变气体、固体变液体的条件。

下图为CO2 的压力 – 温度图

2、温度-熵图（T-S图）温度-熵图是热力学中另一个重要的图表，用于描述系统在不同温度和熵条件下的行为。

在这个图中，等熵线表示熵不变的过程，而等温线表示温度不变的过程。这有助于我们分析可逆和不可逆过程，以及系统的效率。

水的温度 – 焓图

水是一种特殊的工质，在加热相变过程中存在汽化潜热、固化潜热等物理特性。自然界中的晶体均有类似的一种性质。

常温汽化潜热在2400KJ/Kg左右，固化潜热在330KJ/Kg左右。

3、温度-焓图（T-h 图）温度-焓图是用于描述工程系统中的热力学过程的图表。它显示了系统在不同温度和焓条件下的状态。

这个图对于研究蒸汽循环、制冷循环等工程应用非常有用。

通过温度-焓图，可以优化系统的性能并进行热力学分析。

4、压力-焓图（P-h 图）压力-焓图是另一种在工程领域广泛使用的热力学图表。它显示了系统在不同压力和焓条件下的状态。

这对于研究汽轮机、燃气轮机和其他工程设备的性能至关重要。

通过压力-焓图，可以确定最佳操作条件并进行性能评估。

1.压力-焓图是纯物质的特性图。

2.图中包含物质的一些更为重要的特性，例如温度、压力、比容、密度、比热、焓或熵。

详解压焓图

在热力循环教材中，最常见的是压力温度图、温熵图和焓熵图，其实压焓图也很重要，在水蒸汽热力循环、二氧化碳循环和制冷循环中有着重要应用，为研究新型热力循环具有现实意义。

1.压焓图概述

1） 图中有三个区域，分别表示液体-混合物- 蒸气

2）这些区域用蓝色的半圆形曲线隔开，这条曲线叫做饱和曲线。在半圆形区域内，制冷 剂达到热平衡，以蒸气和液体的混合物形式存在。

3）混合物中的蒸气含量从 0%（饱和半圆的左侧） 变为 100%（半圆的右侧）。

4）在饱和曲线的左外侧，制冷剂仅以液体形式存在。在饱和曲线的右外侧，制冷剂仅以蒸气形式存在。

2.压焓图与制冷循环 现在我们用 Log(P)-h 图来表现一个制冷循环。

3.详细理解压焓图

R134a 制冷剂的压焓图

1）等温线的绘制

2）等容线的绘制

3）等熵线的绘制

4）等湿线的绘制

5）最后来看看完整的压焓图

在热力学研究和工程应用中，理解焓和熵的概念以及热力学图表是非常重要的。焓代表系统的总能量，而熵描述了系统的无序度。压力-温度图、温度-熵图、温度-焓图和压力-焓图是用于可视化和分析热力学过程的强大工具。通过深入理解这些概念和图表，我们能够更好地理解自然界中的热力学现象，并在工程领域中优化系统性能。