-热学

热力学定律

1热力学第一定律——△U ＝ Q ＋ W

1）表示内能的改变、做功、热传递之间的关系

2）第一类永动机——不消耗能量，持续对外做功（违反能量守恒定律，不能制成）

。如果在一定的过程中，当温度B 做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此对物体做功就是对物体传热

C 热量是在热传递中，从一个物体向另一个物体或物体一部分向另一部分转移的内能的多少

D 高温的物体具有热量多，低温的物体具有热量少

【例3】如图所示，上端开口的足够高的绝热气缸直立于地面上，光滑绝热的活塞把一定质量的气体（气体分子间的作用力忽略不计）封闭在气缸中，活塞上堆放细沙，并处于静止状态。现在不断取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走，则在此过程中（ ）

A 气体的压强不变

B 气体单位体积内分子数减少

C 气体的内能不变

D 气体分子的平均动能增加

【例4】一定质量的理想气体在某一过程中，气体向外界放出热量210J ，气体内能减少了100J ，

A 气体对外界做功110J

B 气体对外界做功310J

C 外界对气体做功110J

D 外界对气体做功310J

【例5】如图9所示，直立容器内部有被隔板隔开的A 、B 体积相同两部分气体，A 的密度小，B 的密度大，抽去隔板，加热气体使两部分气体均匀混合，设在此过程气体吸热Q ，气体的内能增加为E ?,则（ ） A Q E =? B Q E ? D 无法比较

【例6】一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回一开始的状态，用W 1表示外界对气体做的功，W 2表示气体对外界做的功，Q 1表示气体吸收的热量，Q 2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有（ ）

A Q 1—Q 2=W 2—W 1

B Q 1=Q 2

C W 1=W 2

D Q 1>Q 2

【例7】一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104J,气体内能减少1.3×105J ，则此过程（ ） A 气体从外界吸收热量2.0×105J B 气体向外界放出热量2.0×105J

C 气体从外界吸收热量2.0×104J

D 气体向外界放出热量6.0×104J

【例8】一定量的理想气体在某一过程中,从外界吸收热量2．5×104J,气体对外界做功1．0×104J,则该理想气体的（ ）（填选项前的字母）

A 温度降低,密度增大

B 温度降低,密度减小

C 温度升高,密度增大

D 温度升高,密度减小

【例9】（2007 联考真题 16）一位滑冰运动员在某段时间在冰面上沿直线匀速滑行。若一双冰刀与冰之面的摩擦使冰刀滑过处有深h=0.030mm 、宽d=2.0mm 的冰溶解为与冰同温度的水，求这双冰刀与冰之间的摩擦力。已知

该温度下冰的熔解热λ=3.3×105J ·Kg -1，冰的密度ρ=0.90× 103kg ·m 3

。冰刀与冰之间的摩擦力可视为恒力。

分子动态理论

1.1物质是由大量的分子组成的（注意包括阿伏伽德罗常数 油膜法测量半径等等）

图9

1.1.1物质是由大量分子构成的

分子是具有各种物质的化学性质的最小微粒，在热学中，原子、离子、分子这些微粒做热运动时，遵从相同的规律，所以，统称为“分子”

1.1.2分子的大小：直径的数量级 10 －10

m ①单分子油膜法 粗测：s

v

d =

（1）单层（2）球形（3）空隙 1+1≠2 ②离子显微镜 （200万倍）3、扫描隧道显微镜（几亿倍） 1.1.3 几个常用的等式

①

即：分子质量摩尔质量

③V

M ＝

ρ

【例1其数量级是

【例20.6mL ，

【例3（mol -1

）.A 1 kg C 1

【例4需时间最接近(阿伏加德罗常数N A 取6×1023 mol －1

)( )

A 10年

B 1千年

C 10万年

D 1千万年

【例5】已知地球半径约为6.4×106m ，空气的摩尔质量约为29×10-3kg/mol ，一个标准大气压约为1.0×105

Pa 。利用以上数据可估算出地球表面大气在标准状况下的体积为( )

【例6】有一位同学作一次深呼吸，吸进448cm 3

的空气，据此估算他所吸进的空气分子的总数约为_____________个。已知空气的密度约为1.4kg/m 3

。

水

【例7】利用单分子油膜法可以粗测分子的大小和阿伏加德罗常数.如果已知体积为V的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，这种油的密度为ρ，摩尔质量为M，则阿伏加德罗常数的表达式为____________________.

1.2分子永不停息地做运动（扩散与布朗运动）

1.2.1扩散：不同物质相互接触时彼此进入对方的现象

意义：分子永不停息的做无规则的运动，而且温度越高，扩散越快。固体、液体也有扩散现象

1.2.2 布朗运动1827年（英）布朗首先用显微镜观察水中的花粉时发现的，称为布朗运动。

观察的现象：①运动是无规则的②颗粒体积越小越明显，质量越小越明显

③温度越高越明显④气体中没有布朗运动

原因：颗粒足够小时，来自各方向受到液体分子的撞击作用是不平衡的，颗粒越小，分子数越少，不平衡性越显著

1.2.3

【例1

A

C

【例2

A

C

【例3

A

B

C

D

【例4

A

B

C

D

【例5】如图所示，用显微镜观察到的悬浮在水中的一花粉微粒的布朗运动路线，以微粒在A点开始计时，每隔30s记下一个位置，得B、C、D、E、F、G各点，求在第75s时微粒所在的位置：（）

A 一定在CD连线的中点

B 不一定在CD连线的中点

C 可能在CD连线上，但不一定在CD的中点

D 以上说法都不对

1.3分子间存在相互作用力

1.3.1为什么分子不能紧贴在一起：分子间有斥力

1.3.2为什么有空隙还能形成固体和液体：分子间有引力

1.3.3分子间的引力和斥力如何变化？

快，半径r减小，引力和斥力同时增加，斥力增加的快

1.3.4 分子力何时表现出引力、斥力？

分子间作用力（指引力和斥力的合力）随分子间距离而变的规律是：注：取斥力的方向为正方向

①rr0时表现为引力；

④r>10r0以后，分子力变得十分微弱，可以忽略不计。对比弹簧振子的振动（类似）

1.3.5 从本质上来说，分子力是电场力的表现。因为分子是由原子组成的，原子内有带正电的原子核和带负电的电子，分子间复杂的作用力就是由这些带电粒子间的相互作用而引起的。（也就是说分子力的本质是四种基本基本相互作用中的电磁相互作用）。

【例1】如图所示，设有一分子位于图中的坐标原点O处不动，另一分子可位于x轴

上不同位置处，图中纵坐标表示这两个分子间某种作用力的大小，两条曲线分别表示

斥力和吸力的大小随两分子间距离变化的关系，e为两曲线的交点。则：（）

A ab表示吸引力，cd表示排斥力，e点的横坐标可能为10-15m

B ab表示排斥力，cd表示吸引力，e点的横坐标可能为10-10m

C ab表示吸引力，cd表示排斥力，e点的横坐标可能为10-10m

D ab表示排斥力，c d表示吸引力，e点的横坐标可能为10-15m

【例2】如下图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于r轴上距原点为r3的位置.

虚线分别表示分子间斥力f斥和引力f引的变化情况，实线表示分子间的斥力与引力的合

力f的变化情况.若把乙分子由静止释放，则乙分子（）

A从r3到r1做加速运动，从r1向O做减速运动

B从r3到r2做加速运动，从r2到r1做减速运动

C从r3到r1，分子势能先减少后增加

D从r3到r1，分子势能先增加后减少

【例3】A、B二分子的距离等于分子直径的10倍,若将B分子向A分子靠近，直到不能再靠近的过程中，关于分子力做功及分子势能的变化说法正确的是（）

A 分子力始终对B做正功，分子势能不断减小

B B分子始终克服分子力做功，分子势能不断增大

C 分子力先对B做功，而后B克服分子力做功，分子势能先减小后增大

D B分子先克服分子力做功，而后分子力对B做功，分子势能先增大后减小

【例4】关于分子间的作用力，下列说法正确的有(r0为分子的平衡位置) （）

A 两个分子间距离小于r o时，分子间只有斥力

B 两个分子间距离大于r o时，分子力表现为引力

C 两个分子间距离由较远逐渐减小到r=r0的过程中，分子力先增大，后减小，为引力

D 两个分子间距离由极小逐渐增大到r=r0的过程中，引力和斥力都同时减小，分子力表现为斥力

【例5】设有甲、乙两分子，甲固定在0点，ro为其平衡位置间的距离，今使乙分子由静止开始只在分子力作用下由距甲0.5ro处开始沿x方向运动，则（）

A 乙分子的加速度先减小，后增大

B 乙分子到达ro处时速度最大

C 分子力对乙一直做正功，分子势能减小

D 乙分子一定在0.5ro～l0ro间振动

课后作业：

1 一个内壁光滑与外界不发生热传递的气缸固定在地面上，缸内活塞下方封闭着空气（活塞与外界也不发生热传递），若突然用竖直向上的力F将活塞向上拉一些，如图所示，缸内封闭着的气体。（）

A分子平均动能不变

B单位时间内缸壁单位面积上受到的气体分子碰撞的次数减少

C每个分子对缸壁的冲力都会减小

D 若活塞重力不计，拉力F 对活塞做的功等于缸内气体内能的改变量

2 如图所示，A 、B 两点表示一定质量的某种气体的两个状态。气体自状态A 变化到状态B 的过程中（ ） A 气体吸热，同时对外界做功 B 气体吸热，同时外界对气体做功 C 气体放热，同时对外界做功 D 气体放热，同时外界对气体做功

3 温度恒定的水池中，有一气泡缓缓上升，在此过程中，气泡的体积会逐渐增大，若不考虑气泡内气体分子间的相互作用力，则下列说法中不正确的是（ ） A 气泡内的气体对外做功 B 气泡内的气体内能不变

C D

4 用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容器口后（ ）A B C D

5 如图11欲使玻璃管

6 如图所示410J （1）ACB （2）BDA

7 如图1所示的A 、B 、C 、D 表示《用油膜法估测分子的大小》实验中的4个步骤：

（1）它们按操作顺序的先后来排列是______________；

（2）若滴入盛水盘子中的溶液中所含纯油酸的体积为1.0×10-6mL ，水面上散开的油膜轮廓如图1（B ）所示（图中每一个小格的边长为1cm ），则油膜面积约为_______cm2；由此可估算出油酸分子的直径约为______m.（结果保留两位有效数字）

8 已知某物质的摩尔质量和密度分别为M和ρ，则该物质单位体积的分子数和单位质量的分子数分别是

和 (已知阿伏加德罗常数为N A)．

9 已知地球表面积为S，空气的平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为N A，大气压强为p0，写出地球周围大气层的空气分子数的表达式.若S=5.1×1014 m2，M=2.9×10-2 kg/mol，N A=6.0×1023 mol-1，p0=1.0×105 Pa，则地球周围大气层的空气分子数约为多少个？（取两位有效数字）

10 已知水的密度ρ=1.0×103kg /m3,水的摩尔质量M=1.8×10-2kg /mol.

求：（1）1g水中含有多少水分子？

（2）水分子的质量是多少？

（3）估算水分子的直径。（保留两位有效数字）

11 一个房间的地面面积是15m2,高3m，试估算出该房间内空气的质量。已知空气的平均摩尔质量是2.9×10-2kg / mol.

12 A、B二分子的距离等于分子直径的10倍,若将B分子向A分子靠近，直到不能再靠近的过程中，关于分子力做功及分子势能的变化说法正确的是（）

A 分子力始终对B做正功，分子势能不断减小

B B分子始终克服分子力做功，分子势能不断增大

C 分子力先对B做功，而后B克服分子力做功，分子势能先减小后增大

D B分子先克服分子力做功，而后分子力对B做功，分子势能先增大后减小

A 当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大

B 当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小

C 当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大

D当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小

14 如图所示，甲分子固定在坐标系原点O，只在两分子间的作用力下，乙分子沿轴方向运动，两分子间的分子势能与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示，设分子间所具有的总能量为0，则（）

A 乙分子在P点时加速度为零

B 乙分子在P点时动能最大

C 乙分子在Q点时处于平衡状态

D 乙分子在Q点时分子势能最小

15 如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示．F>0表示斥力，F<0表示引力，A、B、C、D为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从A处由静止释放，则下列选项中的图分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系，其中大致正确的是()

固体

【知识点一】晶体和非晶体

1.固体及其分类

固体可分为晶体和非晶体两大类

例如各种金属、食盐、明矾、云母、硫酸铜、雪花、方解石、石

英等都是晶体；玻璃、松香、沥青、蜂蜡、橡胶、塑料等都是非

晶体。

2. 晶体与非晶体的区别主要表现在：

【例1】下列对“晶体都有一定的熔点”的理解正确的是哪个? （）

A 不论什么晶体的熔点都相同

B 晶体都在一定的温度下熔化，不同的晶体熔化时的温度一般不相同

C 晶体都在一定的温度下熔化，且不同的晶体熔化温度一样

D 晶体只要达到它的熔点，就一定会熔化

【例2】冰的熔点是。在图所示的图象中，反映冰熔化情况的是

【例3】铅的熔点是327 ℃，把铅放在铁锅里加热，当温度为327 ℃时，铅的状态为（）A固态 B液态 C固液共存态 D都有可能

【例4】关于晶体和非晶体，下列说法中不正确的是（）

A 单晶体具有各向异性

B 多晶体也具有各向异性

C 非晶体的各种物理性质，在各个方向上都是相同的

D 晶体的各种物理性质，在各个方向上都是不同的

【例5】在样本薄片上均匀地涂上一层石蜡，然后用灼热的金属针尖点在样本的另一侧面，结果得到如图所示的两种图样，则( ).

A 样本A一定是非晶体

B 样本A可能是非晶体

C 样本B一定是晶体

D 样本B不一定是晶体

【例6】判断物质是晶体还是非晶体，比较可靠的方法是（）

A 从外形上判断

B 从导电性能来判断

C 从各向异性或各向同性来判断

D 从有无确定的熔点来判断

【知识点二】固体的微观结构

1.晶体的结构

单晶体和非晶体性质上的不同，可以从它们的微观结构不同做出说明。组成单晶体的微粒（分子、原子或离子）在空间是按照一定的规律排列的。彼此相隔一定的距离排列成整齐的行列。另外晶体内部还存在着很强的相互作用力。

2.晶体的结合类型

2.1由正负离子通过离子键结合而成的晶体叫做离子晶体

2.2相邻原子通过共价键结合而成的晶体叫做原子晶体

2.3物质微粒通过金属键结合而成的晶体叫做金属晶体

3.固体特征的围观解释

金刚石、石墨

【例1】天于晶体的空间点阵，下列说法中止确的是( ).

A 同种物质其空问点阵结构是惟一的

B 晶体有规则的外形是由晶体的空间点阵决定的

C 晶体的各向异性是由晶体的空间点阵决定的

D 组成空间点阵的物质微粒足电子

【例2】关于石墨与金刚石的区别，下列说法中正确的是（）

A 石墨与金刚石是由不同物质生成的不同晶体

B 石墨和金刚石是由同种物质生成的不同微观结构的晶体

C 金刚石中原子间作用力比石墨的大，金刚石有很大的硬度

D 金刚石是单晶体，石墨是多晶体

【例3】某物体表现出各向异性是由于组成物体的物质微粒( ).

A 在空间的排列不规则

B 在空间按一定的规则排列

C 数目较多的缘故

D 数目较少的缘故

【例4】晶体和非晶体的区别在于看其是否具有（）

A 规则的外形

B 各向异性

C 一定的熔点

D 一定的硬度

物态变化

1 六种物态变化及吸放热情况（吸热过程有降温作用，放热过程有升温作用）

◆熔化和凝固

【例1】沥青路面在烈日下变软；盐放入水中，水变成了盐水；冰化成了水；

蜡烛燃烧时出现了蜡液。以上四种现象中，属于熔化现象的是

___________________________。

【例2】我们在冬天睡觉时会盖上被子，但夏天卖冰棍的人也会用被子把冰棍盖上，这其中的主要理由是（）A防止冰棍被破坏; B防止冰棍因吸热而熔化;

C防止冰棍的冷气跑掉而熔化; D防止外界的温度传给冰棍

◆杂质对熔点凝固点的影响

【例1】南方雪灾中，当路面结冰汽车无法行驶时，护路工人在路面上撒大量的盐，路面上的冰会在0℃以下熔化，从而使交通畅通。请你解释雪熔化的原因是：。

【例2】小明想从酒精和水的混合液中把酒精分离出来。他想，水的凝固点是0℃，酒精的凝固点是﹣117℃。于是他把混合液放入温度为﹣5℃的冰箱的冷冻室中，经过相当长的时间后，水并没有凝固，酒精没能分离出来。水为什么在0℃以下还没凝固呢请你就此问题提出合理的猜想：。

◆汽化和液化

汽化分为:蒸发和沸腾

【例1

下汽油容易

A升华

【例2】

【例3

【例1

和液体表面的空气_______________有关。

【例2

◆沸腾

（1

（2

（3）沸点与气压的关系：一切液体的沸点都是气压减小时降低，气压增大时升高

【例1】小明开着锅盖煮鸡蛋。第一次水烧开后继续用急火加热；第二次水烧开后，将火焰调小，但仍保持锅中的水沸腾。则（）

A 第一次熟得快，因为此时水的温度高

B 第二次熟得快，因为此时水的温度低

C 熟得一样快，因为水在沸腾后温度保持不变

D 无法比较，因为无法知道哪次水温高

【例2】要使水的沸点超过100℃，要（）

A 将水量减少写

B 给容器加密封盖

【例3】西藏地区海拔高。关于西藏地区的气压与水的沸点，下列说法正确的是（）

A 气压低、水的沸点高

B 气压高、水的沸点高

C 气压低、水的沸点低

D 气压高、水的沸点低

【例4】如右图所示，容器底部放水，水上面浮有一层沸点比水高的油，如果对容器底部加热，则下列说法正确的是（）

A 水先沸腾，油后沸腾，但水和油同时蒸发

B 开始油蒸发，水不蒸发，然后同时沸腾

C油蒸发，水不蒸发，然后同时沸腾

D油蒸发，水不蒸发，直到水全汽化后，油沸腾

【例5】

、窗户上

【例1】

A

C

【例2

_________现象；冬天口中呼出的“白气”是

【例3，【例4

【例1

【例2

温下用的方法把石油气液化装入钢瓶里去的。

◆升华与凝华

升华：衣柜里的樟脑丸或者卫生丸过几个月慢慢变小消失；固体清新剂用久了慢慢变少；北方寒冷的严冬，一直冰冻的衣服也会干；

用久的灯泡灯丝变细；干冰人工降雨；加热碘，可以看到有紫红色的碘蒸气出现；舞台烟雾等。

凝华：北方寒冷的冬天，窗户上的冰花；霜；雾凇；雪；冰棍上的白色粉末；用久的灯泡变黑等。

【例1】下列现象中利用了升华吸热的是（）

A向地上洒水会使周围更凉快 B加冰块会使饮料变得冰凉

C利用干冰降温防止食品变质 D游泳完上岸后感到有点冷

【例2】2008年1月份，我国南方出现了50年一遇的冰雪天气，有些地方雪的厚度达到40㎝以上，图中的汽车被积雪所覆盖，雪是空气中的水蒸气发生了（）

A 凝固

B 液化

C 凝华

D 升华

【例3】水嘉县四海山森林公园出现雾淞，非常美丽．雾淞是由雾凝结而成附于树枝上的白色

散冰晶，雾淞在形成时（）

A 吸收热量

B 放出热量

C 既不吸收热，也不放热

D 条件不足无法判断

【例4】现在有一种叫“固体清新剂”的商品，把它放置在厕所、汽车、饭店内，能有效的清新空气、预防感冒等，“固体清新剂”发生的

物态变化是（）

A 熔化

B 凝华

C 汽化

D 升华

【例5】白炽灯丝是由钨丝制成的，长期使用灯泡会变黑，这种现象属于（）

A 先凝华后升华

B 先蒸发后凝固

C 先升华后凝华

D 先汽化后液化

【例6】文艺演出时，舞台上常要用到弥漫的烟雾，这是人造烟雾，这种烟雾实际上是由下列哪个制造成的呢？（）

A 向舞台喷射真实烟雾

B 利用干冰升华成的二氧化碳

C 利用干冰升华吸热，使空气里的水蒸气放热液化成的“雾”

D 利用干冰熔化吸热，使空气里的水蒸气放热液化成的“雾”

3 比热容

（1）定义：单位质量的某种物质温度升高（降低）所吸收（放出）的。它是物体一种特性，与和有关。

（2）单位：，符号：。

（3）公式：。

【例1】质量相等、初始温度相同的水和煤油各一杯，用相同的酒精灯同时加热相同的时间，这时（）

A 水的温度比煤油的温度高

B 水的温度比煤油的温度低

C 它们的温度相同·

D 无法确定

【例2】铁块和铝块互相接触后没有发生热传递，这是因为它们有相间的（）

A热量 B温度 C内能 D比热容

【例3】物体温度发生变化时(物态不变)，会发生变化的物理量是（）

A质量 B物重 C密度 D比热容

【例4】将一壶水从20℃加热到50℃它所吸收的热量是Q1，再从50℃加热到100℃所吸收的热量是Q2，则Q1，Q2为（）

A 1:2

B 3:5

C 5:3

D 1:1

【例5】水的比热容较大，下列做法中不是利用这一特点的是（）

B 用水做内燃机的冷却液

C 在城市里修建人工湖，除了美化环境外，还能调节周围的气候

D 供暖系统使用热水循环供暖

【例6】质量相同的铁块和铜块，初温相同，如果它们放出了相同的热量，那么它们的末温度(C铁＞C铜) （）

A 一样高

B 铜块高

C 铁块高

D 无法确定"

【例7】用两个相同的加热器，分别对质量相等的甲、乙两种液体加热，其温度随时间变化的图线如图2所示，由图线可以看出（）

A甲的比热容比乙大

B甲的比热容比乙小

C甲和乙的比热容相同

D刚加热时，甲、乙初温相同

【例8】汽车发动机工作时，缸体的温度很高，为确保发动机正常工作，需对缸体进行冷却。汽

车发动机常用水作为冷却剂，这主要利用了水的的特性。若汽车的水箱中

装有10kg水，当水温升高50℃时吸收的热量是 J[ c水=4.2×103J/（kg·o C）]。

【例9】质量相等的三种不同液体A、B、C，初始温度分别为10℃、20℃和30℃。A、B混合后温度为16℃，B、C混合后温度为25℃，则A、C混合后温度将是℃。

基于ANSYS有限元的热学力模拟分析全文

基于ANSYS有限元的热学力模拟分析全文 第1章绪论 1.1选题背景及意义 随着时代的发展，现代各个领域包括船舶，航天等对于新型高分子纳米材料的诉求越来越高，基于这种背景下，石墨烯（G）和碳纳米管（CNTs）诞生了。虽然二种材料从发明开始，就受到了极大的推崇，但是不能否认的是，它们也有一些缺陷，比如团聚现象；这一种现象在某些特殊的背景下应用，缺陷暴露的就更加明显了。因此，必众多学者从本质上出发，根据二种材料的最外层电子为4的特性，从共价非共价改性进行探索，进而拓宽了二种材料的应用。 并且基于实际情况的需求，由于离子液体（ILs）一些优良性能，比如不易挥发等；完美的契合了这些实际情况的需求，并且ILs对于石墨烯材料以及碳纳米管材料有着很好地改良作用，进而进一步得到了推崇。 本文最大的创新就在于对于三者的综合应用，本文选用的离子液体是绿色溶剂离子液体，选用此溶剂是因为其对于石墨烯材料以及碳纳米管材料有着物理吸附作用，物理吸附可以不破外这些材料本身的化学结构，并且使得二种材料在基体中具有之前没有的特性：分散性，进而得到导电润滑脂。这一新的研究，是一种三种元素结合起来的新的研究方向。最后，把本文比较了ILs改性后和未改性后的二种高分子纳米材料作为润滑添加剂的各项性能。 1.2 石墨烯 1.2.1 石墨烯的结构与性质 对于石墨烯（G）这样一种新型高分子纳米材料而言，本质是碳原子组成的

二维晶体，其各个维面是六边形蜂窝状。首次发现是在21世纪初期，是由Novoselov[1]等通过胶带法首次获得的。石墨烯具有一个特殊的离域大π键，其穿透了只有一个碳原子厚度的石墨烯。这一特性使得石墨烯具有强度高，导电性好[2]、几乎完全透明、比表面积大[3]、载流子迁移率高[4]。 1.2.2石墨烯的制备方法 对于石墨烯（G）获得的方法划分可以分为三种、石墨烯超声研磨法制取、石墨烯热剥离法制取、、石墨烯电化学法制取，三种方法具体情况如下：（1）超声研磨法 第一种方法主要是根据超声波的原理，使得完整的石墨内部承受超过其承受能力的剪切应力，进而其二侧会造成缺陷，也就得到了石墨烯；该方法对于石墨的剥落产生了极大地便利。但是这种方法也是有着一定的缺陷的，由于巨大的剪切应力会造成所使用的石墨片层不完整[5]，进而影响生成的石墨烯的产量以及性能。 2010 年，Wang 等[6]最早采用超声进行剥离。从一种叫做三氟甲磺酰基形成的亚胺盐使用石墨烯超声研磨法制取得到，并且经过试验，最好的时候，获得了0.95 mgmL?1 的悬浮液，然后利用得到的悬浮液经过相应的离心干燥处理，就可以得到石墨烯片。基于Wang 等研究，著名学者Nuvoli 等[7]进一步改进，采用了改进的1-己基-3-甲基六氟磷酸盐，使用同样的方法，经过试验，最好的时候，获得了5.33 mgmL?1 的悬浮液。 Shang 等[8]在上面二者的研究基础上，直接物理层面的对于使用研钵和杵研磨，对于1-丁基-3-甲基咪唑六氟硼酸盐进行了处理，进而进一步得到了相应的凝胶。然后加入化学原料二甲基甲酰胺以及化学原料丙酮，继续进行离心操作，然后对于所得物进行改造，就得到了需要的石墨烯。Shang 等改进的方法在一定程度上来说，可以一定程度的降低成本，操作也变得更为简单了，但是制取的产品会变得隔更加容易破碎。 （2）热剥离法 对于石墨烯的制取的研究从未停止，在2012年的时候，著名学者Safavi 等[9]通过对于大于或者等于12个碳阳离子的烃基链进行研究，发现了烃基链如果

热力学作业

第三章 热力学作业 3-9 0.32kg 的氧气作如图3-36所示的循环，循环路径为abcda ， V 2＝ 2V 1， T 1＝ 300K ，T 2＝200K ，求循环效率。设氧气可以看做理想气体。 解： mol M M mol 10032 .032.0===ν 氧气为双原子分子， R c v 25= a-b 为等温过程，0=?E J V V RT A Q 412 11110728.12ln 30031.810ln ?=???===ν 此过程系统从外界吸热J 410728.1?，全部用来向外做功。 b-c 为等体过程，A ＝0 () J T T c E Q v 4122100775.2)300200(31.82 510?-=-???=-=?=ν 此过程系统向外放热J 4100775.2?，系统内能减少J 4100775.2?。 c-d 过程为等温过程，E ?＝0 J V V RT A Q 42 1 22310152.121ln 20031.810ln ?-=???===ν 此过程外界对系统做功J 410152.1?，系统向外放热J 410152.1? d-a 为等体过程，A ＝0 () ()J T T c E Q v 4214100775.220030031.82 510?=-???=-=?=ν 此过程系统从外界吸热J 4100775.2?，使内能增加J 4100775.2?。 热机效率为 ()()%14.150775 .2728.1152.10775.20775.2728.1＝＝－吸放吸++-+=Q Q Q η

3-14 一个卡诺致冷机从0℃的水中吸收热量制冰，向27℃的环境放热。若将 5.0kg 的水变成同温度的冰（冰的熔解热为 3.35×105J ／kg ），求：（l ）放到环境的热量为多少？（2）最少必须供给致冷机多少能量？ 解： 设高温热源温度为T 1，低温热源温度为T 2 T 1＝27+273＝300K ，T 2＝0+273＝273K （1） 设此致冷机从低温热源吸热为Q 2，则 J ＝＝Q 65210675.11035.30.5??? 设此致冷机致冷系数为ε，则 11.10273300273212 ＝＝ －T T T ＝-ε 由212 －Q Q Q ＝ε，可得放到环境中的热量为 J ＝＝Q Q ＝Q 666 22 110841.110675.111.1010675.1???＋＋ε （2） 设最少必须供给致冷机的能量为A ，则 J ＝－Q Q A 566211066.110675.110841.1???=-=

热力学在生活中的应用

本科课程论文 题目热力学在生活中的应用 学院工程技术学院 专业机械设计制造及其自动化 年级 学号 姓名 指导老师

2014年11月20日 目录 1.摘要 (3) 2.关键字 (3) 3.前言 (3) 4.正文 (3) 4.1热力学第一定律 (3) 4.2热力学第二定律 (4) 4.3生活中的热力学现象及应用 (4) 4.4 热机 (5) 4.5 结论 (6) 5.参考文献 (7)

热力学在生活中的应用 1.摘要：热力学第一和第二定律是热力学的最基本最重要的理论基础，其中热力学第一定律从数量上描述了热能与机械能相互转换时数量的关系。热力学第二定律从质量上说明热能与机械能之间的差别，指出能量转换是时条件和方向性。在工程上它们都有很强的指导意义。 2.关键字：热力学生活应用热机 3.前言：热机在人类生活中发挥着重要的作用。现代化的交通运输工具都靠它提供动力。热机的应用和发展推动了社

会的快速发展也不可避免地损失部分能量并对环境造成一定程度的污染。 4.正文： 4.1 热力学第一定律 热力学第一定律：热力学的基本定律之一。是能的转化与守恒定律在热力学中的表现。它指出热是物质运动的一种形式，并表明，一个体系内能增加的量值△E（=E末-E 初）等于这一体系所吸收的热量Q与外界对它所做的功之和，可表示为△E＝W＋Q。 对热力学第一定律应从广义上理解，应把系统内能的变化看作是系统所含的一切能量（如化学的、热的、电磁的、原子核的、场的能量等）的变化，而所作的功是各种形式的功，如此理解后，热力学第一定律就成了能量转换和守恒定律。在1885年，恩格斯把这个原理改述为“能量转化与守恒定律”，从而准确而深刻地反映了这一定律的本质内容。 同时热力学第一定律也可表述为：第一类永动机是不可能制造的。在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械,这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论，这种不需要外界提

热力学作业答案

热力学作业答案 The pony was revised in January 2021

第八章 热力学基 础 一、选择题 ［ A ］1.（基础训练4）一定量理想气体从体积V 1，膨胀到体积V 2分别经历的过程是：A →B 等压过程，A →C 等温过程；A →D 绝热过程，其中吸热量最多的过程 (A)是A →B. (B)是A →C. (C)是A →D. (D)既是A →B 也是A →C , 两过程吸热一样多。 【提示】功即过程曲线下的面积，由图可知AD AC AB A A A >>； 根据热力学第一定律：E A Q ?+= AD 绝热过程：0=Q ； AC 等温过程：AC A Q =； AB 等压过程：AB AB E A Q ?+=，且0 >?AB E ［ B ］2.（基础训练6）如图所示，一绝热密闭的容器，用隔板分成相等的两部分，左边盛有一定量的理想气体，压强为p 0，右边为真空．今将隔板抽去，气体自由膨胀，当气体达到平衡时，气体的压强是 (A) p 0． (B) p 0 / 2． (C) 2γp 0． (D) p 0 / 2γ．

【提示】该过程是绝热自由膨胀：Q=0，A=0；根据热力学第一定律Q A E =+?得 0E ?=，∴0T T =；根据状态方程pV RT ν=得00p V pV =；已知02V V =，∴0/2p p =. ［ D ］3.（基础训练10）一定量的气体作绝热自由膨胀，设其热力学能增量为 E ?，熵增量为S ?，则应有 (A) 0......0=???=?S E 【提示】由上题分析知：0=?E ；而绝热自由膨胀过程是孤立系统中的不可逆过程，故熵增加。 ［ D ］4.（自测提高1）质量一定的理想气体，从相同状态出发，分别经历等温过程、等压过程和绝热过程，使其体积增加1倍．那么气体温度的改变(绝对值)在 (A) 绝热过程中最大，等压过程中最小． (B) 绝热过程中最大，等温过程中最小． (C) 等压过程中最大，绝热过程中最小． (D) 等压过程中最大，等温过程中最小． 【提示】如图。等温AC 过程：温度不变，0C A T T -=； 等压过程：A B p p =，根据状态方程pV RT ν=，得： B A B A T T V V =，2B A T T ∴=，B A A T T T -=

生活中的热力学

生活中的热力学 摘要：生活中的热力学现象无处不在，热力学现象的本质和原理亦来自生活。其实我们身边经常可以看到很多和热力学有关的现象。热力学第零定律、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律是热力学的基本定律，高压锅、空调、电冰箱是生活中常见的用电器。 关键词：热力学定律 热力学第一定律也叫能量不灭原理，就是能量守恒定律。它指出，热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变。 热力学第一定律的另一种表述是：第一类永动机是不可能造成的。表征热力学系统能量的是内能，通过做功和传热，系统与外界交换能量，使内能有所变化。根据普遍的能量守恒定律，系统由初态Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后，内能的增量ΔE应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q和系统对外界做功W之差，即 EⅡ－EⅠ＝ΔE＝Q－W 或 Q＝ΔE＋W 这就是热力学第一定律的表达式。对于无限小过程，热力学第一定律的微分表达式为 dQ＝dE＋dW 其中，E是态函数，dE是全微分；Q、W是过程量，dQ和dW只表示微小量并非全微分，用符号d以示区别。又因ΔE或dE只涉及初、终态，只要求系统初、终态是平衡态，与中间状态是否是平衡态无关。 热力学第二定律一般有两个表述： 1.开尔文表述：不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其他影响。 2.克劳休斯表述：热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。 其实这两种表述是等价的，我们知道自然界中的各种不可逆过程都是互相关联的。而这两种表述的区别在，克氏表述指出：热传导过程是不可逆的；开氏表述指出：功变热（确切地说，是机械能转化为内能)的过程是不可逆的。两种表述均指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原，要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用，不可能做到“不引起其他变化”。热力学第二定律是一条关于方向性的定律，开尔文曾据此推测宇宙内所有的变化都会沿着有去无回的方向进展，他提出“时间是有

热力学在药学中应用

学院：信息科学与技术学院院系：电子信息工程 学号: 2014508260 姓名：宋亚男

热力学方法在药学中的应用 摘要 本文通过对热力学在药物研究中的应用，叙述了物理化学在药学领域内的应用前景，并提示了新的边缘学科的广阔空间。论述了热力学在药物制剂研究中的方法和思路。热力学与药理学中受体研究相结合的思维方法。介绍了热力学在药物相互作用研究中的应用和对细菌的热力学研究。并介绍了物理化学在骨组织愈合及肌肉组织中的应用。 关键词：热力学应用物理化学 Abstract In this paper, the application of physical chemistry in pharmaceutical field is described by the application of thermodynamics in drug research. This paper discusses the methods and ideas of thermodynamics in the study of pharmaceutical preparations. Thinking method of the combination of thermodynamics and pharmacology in receptor research. This paper introduces the application of thermodynamics in the study of drug interactions and the thermodynamics of bacteria. The application of physical chemistry in the healing of bone tissue and muscle tissue was introduced. Key words: thermodynamic application of Physical Chemistry 自然科学有若干分支，其中以大量基本粒子构成宏观体系为研究对象的科学之一就有物理化学。热力学第二定律指出，大量粒子构成的孤立体系中，自发变化朝着消除差别、均匀，混乱度增加，作功能力减小的方向进行。本文试图通过热力学在药物研究中的应用，以说明物理化学中的热力学在药学领域内的应用前景。 1. 药物制剂热力学研究 １.１药物晶型热力学特性与疗效 自19世纪20年代发现磷酸钠有两种晶型以来，药物多晶型现象引起了人们极大的兴趣。尤其是本世纪60年代以后，由于人们对晶型进行了结晶化学和热力学方面的研究，加之生物药剂学的发展，从而对于药物的晶型变化以及晶型对药品质量与临床药效影响的认识逐渐深入，其重要意义日益受到人们的重视。 １.2药物晶型热力学研究的实用价值 1.2.1晶型不同的药物其理化性质可能有所不同。且生物利用度也可能有 一差别。药物的各种晶型之间可发生相互的变型，可分为两种变型：一种为单变过程(不可逆变型)；另一种为双变过程(可边变型)。对于单变型的两种晶型，在常温下必有一种较为稳定。药物品型的转变过程是相变及相平衡的物理过程，这一过程与其热力学特性密切相关。因此，在药物多晶型的研究中，不仅要检测出其不同的晶型，而且还要搞洁多晶型在转型中

作业(热力学答案)

作业8（热力学） 一、选择题 [ ] 1. 有A 、B 两种不同的容器，A 中装有单原子理想气体，B 中装有双原子理想气体，若两种气体的压强相同，则这两种气体的单位体积内的内能之间的关系为： (A) A B E E V V ????< ? ?????； (B) A B E E V V ????> ? ?????；(C) A B E E V V ????= ? ?????；(D) 无法判定 [ ] 2. 对于室温下的双原子分子理想气体，在等压膨胀的情况下，系统对外所做的功与从外界吸收的热量之比W/Q 为： (A) 1/3； (B) 1/4； (C) 2/5； (D) 2/7 [ ] 3.“ 理想气体和单一热源接触作等温膨胀时，吸收的热量全部用来对外做功”。对此说法有如下几种评论，其中正确的是： (A) 不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律； (B) 违反热力学第一定律，但不违反热力学第二定律； (C) 不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律； (D) 违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律 [ ] 4.在给出的4个图像中，能够描述一定质量的理想气体在可逆绝热过程中密度随压强变化的图像为： (A) (B) (C) (D) [ ] 5. 一定质量的理想气体经过压缩过程后，体积减小为原来的一半，如果要使外界所做的机械功为最大，那么这个过程应是: (A) 绝热过程； (B) 等温过程；(C) 等压过程；(D) 绝热过程或等温过程均可 [ ] 6. 关于可逆过程和不可逆过程的判断：(1)可逆热力学过程一定是准静态过程；(2)难静态过程一定是可逆过程；(3)不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程；(4)凡有摩擦的过程，一定是不可逆过程。以上4种判断正确的是： (A) (1)(2)(3)； (B) (1)(2)(4)；(C) (2)(4)；(D) (1)(4) [ ] 7. 你认为以下哪个循环过程是不可能的： (A) 绝热线、等温线、等压线组成的循环； (B) 绝热线、等温线、等容线组成的循环； (C) 等容线、等压线、绝热线组成的循环； (D) 两条绝热线和一条等温线组成的循环 [ ] 8. 一绝热容器被隔板分成两半，一半是真空，另一半是理想气体．若把隔板抽出进行自由膨胀，达到平衡后： (A) 温度不变，熵增加； (B) 温度升高，熵增加； (C) 温度降低，熵增加； (D) 温度不变，熵不变

标准热力学数据

标准热力学数据（298.15K） https://www.sodocs.net/doc/694320113.html, 2005-6-7 20:58:37 来源：生命经纬 化学式（状态）H G S 氢（hydrogen） H2（g）0 0 130.57 H+（aq）0 0 0 锂（lithium） Li（s）0 0 29.12 Li+（aq）-278.49 -293.30 13.39 Li2O（s）-597.94 -561.20 37.57 LiCl（s）-408.61 -384.38 59.33 钠（sodium） Na（s）0 0 51.21 Na+（aq）-240.12 261.89 58.99 Na2O（s）-414.22 -375.47 75.06 NaOH（s）-425.61 -379.53 64.45 NaCl（s）-411.65 -384.15 72.13 钾（potassium） K（S）0 0 64.18 K+（aq）-252.38 -283.26 102.51 KOH（s）-424.76 -379.11 78.87 KCl（s）-436.75 -409.15 82.59 铍（beryllium） Be（s）0 0 9.50 BeO（s）-609.61 -580.32 14.14 镁（magnesium） Mg（s）0 0 32.68 Mg2+（aq）-466.85 -454.80 -138.07 MgO（s）-601.70 -569.44 27.91 Mg（OH）2（s）-924.54 -833.58 63.18 MgCl2（s）-641.32 -591.83 89.62 MgCO3（s）-1095.79 -1012.11 65.69 钙（calcium） Ca（s）0 0 41.42 Ca2+（aq）-542.83 -553.54 -53.14 CaO（s）-635.09 -604.04 39.75 Ca（OH）2（s）-986.09 -898.56 83.39

化学热力学应用

化学热力学应用 判断题 1、偏摩尔量就是化学势。(× ) 2、在一个多组分溶液中，只有溶质才有偏摩尔量。( × ) 3、两组分混合成混合物时，没有热效应产生，此时形成的混合物为理想液态混合物。( × ) 4、拉乌尔定律和亨利定律既适合于理想溶液，也适合于稀溶液。(√ ) 5、偏摩尔量因为与浓度有关，因此它不是强度性质。(× ) 6、化学势判据就是Gibbs 自由能判据。(× ) 7、定温、定压及W/=0时,化学反应达平衡,反应物的化学势之和等于产物的化学势之和。(√ ) 8、标准状态的活度等于1。( √ ) 9、活度等于1的状态必为标准态。(× ) 10、活度等于1的状态与标准态的化学势相等。(√ ) 11、活度为化学势的度量，体系处于一定的状态其化学势仅由状态所决定，与标准态的选择 无关，因而其活度也与标准态的选择无关。(× ) 12、气体的标准状态是压力为Pa 的状态。(× ) 13、气体标准态的逸度为Pa 。( √ ) 14、气体的标准状态是逸度等于Pa 的理想气体。(√ ) 15、实际气体的标准状态是不可以实现的状态。(√ ) 16、二元溶液中A 组分若在某浓度区间内服从拉乌尔定律，B 组分也必在该浓度区间内服从 拉乌尔定律。(× ) 17、理想溶液和理想气体一样，假定溶质与溶剂间无作用力。(× ) 18、混合理想气体中组分B 的标准态与混合非理想气体中组分B 的标准态相同 。(√ ) 19、对于放热反应C B A +=2，提高转化率的方法只能降低温度或减小压力。（ × ） 20、对化学反应dD cC bB aA +=+，当b a n n B A ::0,0,=时，产物的浓度最高。（ √ ） 21、下列反应的平衡常数22CO O C =+为0 1k ；2221CO O CO =+ 为0 2K ；CO O C =+22 1为0 3K ，则三个平衡常数间的关系为：0 20 10 3/k k k =。（ √ ） 22、某化学反应00K ，且随温度升高而

几种热力学模拟软件比较

Thermo-Calc 概述：（原产地:瑞典）热力学计算软件的开拓者，软件开发历史比较悠久，因此软件功能比较完善和强大，所涉及的领域比较广泛，包括冶金、金属合金、陶瓷、熔岩、硬质合金、粉末冶金、无几物等等，产品主要包括TCC、TCW、DICTRA、二次开发工具和数据库。 软件功能：1、热力学——相图、热力学性能、凝固模拟、液相面、热液作用、变质、岩石形成、沉淀、风化过程的演变、腐蚀、循环、重熔、烧结、煅烧、燃烧中的物质形成、CVD 图、薄膜的形成、CVM 计算，化学有序- 无序等等。2、动力学（DICTRA）——扩散模拟，如合金均匀化、渗碳、脱碳、渗氮、奥氏体/铁素体相变、珠光体长大、微观偏析、硬质合金的烧结等等。 数据库：TC的数据库比较多，甚至可以说杂来形容，呵呵，TC自己做的最好的数据库应该是Fe，当然现在也有像Ni等等的自己开发的数据库，但是大部分数据库都是利用第三方的，如有色金属（Al、Mg、Ti等）是英国ThermoTech的。当然TC的同盟战线非常广，所以相应可用的数据库也就非常多，包括众多无几物数据库、陶瓷数据库、硬质合金数据库、核材料数据库等等。 优势：软件功能强大、用户群较大方便交流、软件扩展性能好、灵活性强、适用范围广。 缺点：操作界面不是很友好，很难上手，动力学（扩散）数据目前不是很全，计算引擎技术滞后（主要表现在初始值方面）。 适用范围：适合于科学研究，尤其是理论研究，从行上来讲非常适合黑色金属行业，当然陶瓷、化工等行业也是首选（因为其他没有软件有这方面的数据库和功能）。 Pandat 概述：（原产地:美国，全是中国人开发，呵呵）热力学计算软件的后起者，或者说新秀吧，呵呵！主要是抓住竞争对手界面不友好和需要计算初值的弱点发展起来的，目前主要是在金属材料也就是合金行业中发展，产品包括Pandat、PanEngine和数据库。 软件功能：相图计算、热力学性能、凝固模拟、液相投影面、相图优化以及动力学二次开发（注意二次开发要在C++环境中进行）等。 数据库：Pandat的数据库主要的优势还在于有色金属方面，尤其是Mg和Al的数据应该是全球最优秀的，除此之外还有自己开发的Ti、Fe、Ni、Zr等，以及日本的Cu和Solder数据库。 优势：界面非常友好，容易上手不要很多的计算机知识，计算引擎先进（其实就是算法比较好），可二次开发。 缺点：功能不是很完善，适用面比较窄（暂时只能用于金属行业） 适用范围：适合于科学研究，工程应用，但目前只推荐用于金属行业。

热力学作业 答案

第八章 热力学基础 一、选择题 ［ A ］1.（基础训练4）一定量理想气体从体 积 V 1，膨胀到体积V 2分别经历的过程是：A →B 等压过程，A → C 等温过程；A → D 绝热过程，其中吸热量最多的过程 (A)是A →B. (B)是A →C. (C)是A →D. (D)既是A →B 也是A →C , 两过程吸热一样多。 【提示】功即过程曲线下的面积，由图可知AD AC AB A A A >>； 根据热力学第一定律：E A Q ?+= AD 绝热过程：0=Q ； AC 等温过程：AC A Q =； AB 等压过程：AB AB E A Q ?+=，且0 >?AB E ［ B ］2.（基础训练6）如图所示，一绝热密闭的容器，用隔板分成相等的两部分，左边盛有一定量的理想气体，压强为p 0，右边为真空．今将隔板 抽去，气体自由膨胀，当气体达到平衡时，气体的压强是 (A) p 0． (B) p 0 / 2． (C) 2γp 0． (D) p 0 / 2γ． 【提示】该过程是绝热自由膨胀：Q=0，A=0；根据热力学第一定律Q A E =+?得 0E ?=， ∴0T T =；根据状态方程pV RT ν=得00p V pV =；已知02V V =，∴0/2p p =. ［ D ］3.（基础训练10）一定量的气体作绝热自由膨胀，设其热力学能增量为E ?，熵增量为S ?，则应有 (A) 0......0=???=?S E 【提示】由上题分析知：0=?E ；而绝热自由膨胀过程是孤立系统中的不可逆过

哈工大-传热学虚拟仿真实验报告

哈工大-传热学虚拟仿真实验报告

Harbin Institute of Technology 传热学虚拟仿真实验报告 院系：能源科学与工程学院 班级：设计者： 学号： 指导教师：董士奎 设计时间：2016.11.7

传热学虚拟仿真实验报告 1 应用背景 数值热分析在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、以及日用家电等各个领域都有广泛的应用。 2 二维导热温度场的数值模拟 2.1 二维稳态导热实例 假设一用砖砌成的长方形截面的冷空气通道，其截面如图2.1所示，假设在垂直于纸面方向上冷空气及砖墙的温度变化很小，可以近似地予以忽略。 图2.1一用砖砌成的长方形截面的冷空气通道截面 2.2二维数值模拟 基于模型的对称性，简化为如图所示的四分之一模

型。 图2.2 二维数值模拟 2.3 建立离散方程 此时对于内部节点，如图2.3： ,1,,1,,,1,,1=? ? - +??-+??-+??--++-x y t t x y t t y x t t y x t t j t j i j t j i j t j i j t j i λ λ λ λ 对于平直边界上的节点，如图2.4： 2 22,,1,,1,,,1=?+Φ??+??-+??-+??-? -+-w j i j t j i j t j i j t j i yq y x x y t t x y t t y x t t λλλ 对于外部和内部角点，如图2.5： 2 43220 2422,,,1,1,,1,,,1,,1,,,1=?+?+Φ??+??-+??-+??-+??-=?+?+Φ??+??-+??-?+-+-?--w n m n m n m n m n m n m n m n m n m w n m n m n m n m n m q y x y x y x t t x y t t x y t t y x t t q y x y x x y t t y x t t λλλλλλ

使用Solidworks进行热设计仿真

使用Solidworks进行热设计仿真 1 引言 通常对电子设备进行热分析主要有4个步骤：建模、确定边界条件、网格划分及计算、后处理。其中建模的工作量最大，要进行准确的热分析，必须建立一个良好的热分析模型，但在实际工程中模型往往非常复杂，很难精确建模。 一般建模的流程是先由结构设计工程师建立设备的计算机辅助设计(CAD)模型，然后由热设计工程师在该CAD模型上进行适合热仿真软件的二次建模。二次建模的方法可以是由热仿真软件自带的转换程序进行CAD 模型导入，也可以在热仿真软件中手动重新建模。当模型热设计优化完成后还需要反馈CAD 模型修正信息给结构设计工程师，由结构设计工程师对CAD模型进行更改，完成整个设计闭环。在这个过程中，存在CAD模型的转换，不能完全重新利用，CAD模型需要修改乃至重新建模，这些都会占用设计人员相当多的时间和精力，且限制于热仿真软件的建模能力，某些CAD模型需要简化或变通才能使用，而这些改变往往会影响仿真精度。SolidWorks三维设计软件具有结构建模和热仿真分析同时进行的能力和优点，能够克服上述缺陷，简化设计过程。 2 FlOEFD流体分析工具 Solidworks软件是结构设计工程师们广泛使用的三维设计软件，其具有良好的人机操作界面，强大的在线帮助系统，同时还有数量众多的设计插件，利用其中的FlOEFD流体分析工具能够很方便地进行热分析和仿真。 FlOEFD流体分析工具是Flomerics公司的产品，是可以无缝集成于主流CAD 软件中的通用计算流体动力学分析软件，是针对工程师开发，因此工程师只需要很少的流体动力学以及热传导知识，无需更多理解数值分析方法，即可在熟悉的CAD 软件界面中完成热仿真分析。FlOEFD 流体分析工具在Solidworks软件中的嵌入式版本为流体仿真(FlowSimulation)，是Solidworks软件中的一款插件。FlOEFD流体分析工具的分析步骤包括CAD模型建立、自动网格划分、边界施加、求解和后处理等，这些都完全可以在CAD软件界面下完成，整个过程快速高效。FlOEFD流体分析工具直接应用CAD 实体模型，自动判定流体区域，自动进行网格划分，无需对流体区域再建模。在做CAD 结构优化分析时，对一个CAD 模型进行一次分析定义，同类结构的CAD 模型只需应用FlOEFD流体分析工具独有的项目克隆Project Clone)技术，即可马上进行不同配置下的计算。 3 应用实例

热力学作业(答案)

一、选择题 ［ A ］1.（基础训练4）一定量理想气体从体积V 1，膨胀 到体积V 2分别经历的过程是：A → B 等压过程，A → C 等温过程；A → D 绝热过程，其中吸热量最多的过程 (A)是A →B. (B)是A →C. (C)是A →D. (D)既是A →B 也是A →C , 两过程吸热一样多。 【提示】功即过程曲线下的面积，由图可知AD AC AB A A A >>； 根据热力学第一定律：E A Q ?+= AD 绝热过程：0=Q ； AC 等温过程：AC A Q =； AB 等压过程：AB AB E A Q ?+=，且0>?A B E ［ B ］2.（基础训练6）如图所示，一绝热密闭的容器，用隔板分成相等的两部分，左边盛有一定量的理想气体，压强为p 0，右边为真 空．今将隔板抽去，气体自由膨胀，当气体达到平衡时，气体的压强是 (A) p 0． (B) p 0 / 2． (C) 2γp 0． (D) p 0 / 2γ ． 【提示】该过程是绝热自由膨胀：Q=0，A=0；根据热力学第一定律Q A E =+?得 0E ?=，∴0T T =；根据状态方程pV RT ν=得00p V pV =；已知02V V =，∴0/2p p =. ［ D ］3.（基础训练10）一定量的气体作绝热自由膨胀，设其热力学能增量为E ?，熵增量为S ?，则应有 (A) 0...... 0=???=?S E 【提示】由上题分析知：0=?E ；而绝热自由膨胀过程是孤立系统中的不可逆过程，故熵增加。 ［ D ］4.（自测提高1）质量一定的理想气体，从相同状态出发，分别经历等温过程、等压过程和绝热过程，使其体积增加1倍．那么气体温度的改变(绝对值)在 (A) 绝热过程中最大，等压过程中最小． (B) 绝热过程中最大，等温过程中最小． (C) 等压过程中最大，绝热过程中最小． (D) 等压过程中最大，等温过程中最小． 【提示】如图。等温AC 过程：温度不变，0C A T T -=； 等压过程：A B p p =，根据状态方程pV RT ν=，得： B A B A T T V V =，2B A T T ∴=，B A A T T T -=

热力学原理在化学中的应用

热力学原理在化学中的应用 有两个很基本的问题贯穿着整个化学学科： 第一个问题可以通过下面这个例子说明：我已经知道水分子是由氢原子和氧原子构成的，那么我现在有一些氢气和一些氧气，我把它们混合后能否产生水呢？如果不能，那么在什么条件下是可以的？ 第二个问题可以沿用上面的例子：现在我有方法让氢气和氧气生成水了，那么我拿1mol氢气和0.5mol氧气就一定能产生1mol水么？ 用化学的语言概括：1、如何判断化学反应的方向。2、如何计算化学反应的限度。 下面就以上述的两个问题进行说明热力学原理在化学中的应用： 1.判断化学反应的方向： a)根据“熵变”判断 当我们已知有材料A、B，并需要C、D时，我们就希望下列反应能够进行： A+B C+D 能否自发地进行，如果不能，我们又需要给予怎样的条件才能使它们进行？ 熵变和吉布斯自由能函数给了我们衡量反应是否自发进行的标准。 在热力学中，我们赋予了反应物与产物“熵”这个概念，它的数值是一个状态函数，即无论在怎样的过程下，只要始态与终态确定了，那么这个过程的熵变就可以确定。

通过化学家反复实验论证，得到了克劳修斯不等式： 这个不等式说明了一个反应过程是否能自发进行，是由这个过程的热温商与其熵变的大小关系决定的。然而一个体系的熵变的测定是十分困难的，所以我们将体系与环境一并考虑： 这就是我们所熟知的热力学第二定律，孤立体系的熵变是恒大于或等于0的，特别的，自发过程的熵变总是大于0，因此它也被称作熵增原理。 于是，当我们需要判断一个反应是否自发发生时，就可以根据： 计算反应前后的系统熵变，并与0相比较即可。 b)根据“吉布斯自由能函数值”判断 事实上，孤立体系的熵变计算要同时考虑环境和体系的熵变，这很不方便，因此根据熵变判断反应方向仍然是有困难的。因此我们引入了一个新的量，叫做吉布斯自由能：

单、双级压缩空气源热泵的热力学仿真与研究对比分析

单、双级压缩空气源热泵的热力学仿真与研究对比分析 空气源热泵以其使用方便、能源利用率高、不产生环境污染等特点在我国广大地区得到了广泛的应用。而由于我国地域辽阔,东西和南北跨度较大,又受到海洋气流和西伯利亚寒流的交替影响,气候复杂多样。 面对复杂多样的气候,空气源热泵在冬季应用的过程中出现了一些问题。首先,在长江中下游等夏热冬冷地区,由于冬季环境湿度较高,室外蒸发器结霜较为严重,导致蒸发器的换热效果严重降低,进而导致空气源热泵的整体的热效率下降和供热能力衰减;其次,在我国北方寒冷地区,冬季室外环境温度很低,室外蒸发器的蒸发温度和蒸发压力也会变得很低,导致空气源热泵的压缩机的排气温度上升,使系统热效率下降和系统运行的不稳定性增加。 本文针对现在最为常用的单级压缩空气源热泵系统在寒冷地区供暖的应用中所出现的问题,研究了一种带有中间冷却器的双级压缩空气源热泵系统。基于传热学和热力学第二定律,建立单、双级压缩空气源热泵系统的热力学仿真模型,对比了双级压缩空气源热泵优于单级压缩空气源热泵的特点。 本次研究对于空气源热泵的更新换代和在寒冷地区的推广应用具有重要的意义。本此研究主要集中在以下几个方面:选取一种带有中间冷却器的双级压缩空气源热泵系统和普通的单级压缩空气源热泵为研究对象,分别建立他们的热力学仿真模型。 该仿真模型综合了空气的性能参数、制冷剂工质的热力学参数、部件的型号类别等方面,能够较为真实地反映出空气源热泵的工作原理和实际运行状况。在模型建立的方法上,采用动态分布参数法,使模型的计算精度更高。 同时引入PID控制算法,建立一种基于PID控制算法的全过程循环分布参数

模型,使模型的计算速度和精度大幅度提高。在制冷剂工质的状态参数和空气的状态参数的选取上,一方面在前人研究的基础上,采用经验公式,并对比已有的实验数据进行验证;另一方面利用已有的实验数据,通过matlab工具进行拟合出较为准确的计算模型。 以建立的单、双级压缩空气源热泵的热力学仿真模型为研究基础,分别改变模型运行的环境温度和蒸发温度等参数,使模型运行出计算的结果。通过对比单、双级压缩空气源热泵的COP、压缩机的排气温度、冷凝器的换热量、空气的出风温度等性能参数,进而对比得出单、双级压缩空气源热泵的性能。 通过调节双级压缩空气源热泵的中间压力、蒸发器的换热管的长度、中间换热器换热管的长度等参数,再次运行双级压缩空气源热泵的模型,分别得出双级压缩空气源热泵的运行结果参数,得出使双级压缩空气源热泵的运行在最佳状态的中间压力、蒸发器换热管的长度、中间换热器换热管的长度等参数。提出一种新型的空气源热泵系统,该系统能够根据不同的环境温度,调节空气源热泵的运行方式。 当夏季、过渡季运行和冬季室外环境温度较高的情况运行时,系统调整为单级压缩模式运行;当冬季室外环境温度变得很低时,系统调整为双级压缩模式运行。此运行模式能够很好地解决空气源热泵对环境的适应性较低的问题。 本次研究针对空气源热泵在冬季低温环境运行时出现的问题,建立了一种较为可靠的热力学仿真模型,提出了一种方便可靠的运行方法,对于解决空气源热泵的适应性差的问题会有很大的帮助。本次研究对空气源热泵的更新换代具有重要的指导意义,对空气源热的继续推广应用也会产生积极的影响。

热力学函数意义,应用

一、热力学函数： 1、热力学能（U）： 意义：反映了处于一定状态下的系统内部的能量总和。 应用：其本身无实际应用意义，但是热力学能变，即△U，可以反映系统变化前后的能量变化，其变化只与系统始终状态有关而与过程的具体途径无关。即△U等于系统与环境之间的能量传递。△U=W+Q。△U>0表明系统吸收了能量, △U<0表明系统放出了能量。 2、焓（H）： 意义：热力学中将（U+pV）定义为焓，其本身并无明确的物理意义。 应用：H= U+pV，因而，焓就和热力学能一样，无实际意义，但是焓变△H却很有应用意义，Q p =H2-H1 =△H反映了在恒温恒压只做体积功的封闭系统中，系统吸收的能量全部用于增加系统的焓。△H>0表明系统吸热，△H<0则表明系统放热。即可以用其表示恒压条件下系统放出的或吸收的热量多少，实践证明，即使有气体参加的反应，p△V也很小，即△H≈△U，因而，在没有△U数据时，可以暂时用△H代替。 3、熵（S）： 意义：熵反映了在一定状态下系统混乱度的大小。 应用：熵变△S却反映了系统变化前后混乱度的变化，0 K时，纯物质完美晶体的微观粒子熵为0，即S m* (B,0 K)=0，因而可以以此为基准，确定其他温度下物质的熵，△r S m（B）= S m（B，T）- S m* (B,0 K)= S m（B，T）。 4、吉布斯函数（G）： 意义：吉布斯函数和焓一样，本身没有明确的物理意义，热力学中将H-TS规定为吉布斯函数。 应用：其本身无实际用途，但是其变化，即△G=△H-T△S，反映了在恒温恒压非体积功等于零的自发过程中，其焓变、熵变和温度三者的关系。△G的大小可作为判断反应能否自发进行的判据。即： △G<0 自发进行 △G=0 平衡状态 △G>0 不能自发进行（其逆过程是自发的）即根据△H，T，△S可以计算出△G，用于判断反应的可行性。 二、解离常数（K）： 意义：反映了物质在溶液中电解能力的大小。 应用：常用的是电解质在水中的解离常数，如果是酸，跟据其解离常数可以计 算出溶液的解离常数大小，进而可以判断其酸碱性强弱或者直接换成pH的大小，碱也是如此。另外，只要知道弱电解质的解离度大小，根据其浓度，就能计算出其溶液中离子的浓度。跟据加入的电解子的离子，还可以计算出溶解平衡的移动方向，即同离子效应。 三、溶度积（K sp）： 意义：反映了难容电解质的饱和溶液中，个离子活度幂次方的乘积大小，从而反映出该物质溶解能力的大小。 应用：1、根据溶度积原理，可以判断沉淀平衡移动的方向。 Q i >K sp 溶液为过饱和溶液，平衡向生成沉淀的方向移动。

工程热力学作业

1-1 一立方形刚性容器，每边长1m ，将其中气体的压力抽至1000Pa ，问其真空度为多少毫米汞柱？容器每面受力多少牛顿？已知大气压力为0.1MPa 。 解：p = 1 000 Pa = 0.001 MPa 真空度mmHg Pa MPa MPa MPa p p p b V 56.74299000099.0001.01.0===-=-= 容器每面受力F ＝p V A = 9 900 Pa×1m 2 =9.9×104 N 1-2 试确定表压力为0.01 MPa 时U 形管压力计中液柱的高度差。(1)U 形管中装水，其密度为1 000 kg/m 3；(2) U 形管中装酒精，其密度为789 kg/m 3。 解： 因为表压力可以表示为p g =ρgΔz ，所以有 g p z g ρ= ? 既有（1）mm m s m m kg Pa g p z g 72.101901972.1/80665.9/10001001.0236==??=?＝水ρ （2） mm m s m m kg Pa g p z g 34.129729734.1/80665.9/7891001.02 36==??=?＝酒精 ρ 1-7 从工程单位制热力性质查得，水蒸气在500℃、100at 时的比体积和比焓分别为v =0.03347m 3/kg 、h =806.6kcal/kg 。在国际单位制中，这时水蒸气的压力和比热力学能各为多少？ 解： 水蒸气压力p =100at×9.80665×104Pa/at = 9.80665×106Pa=9.80665MPa 比热力学能u=h-pv=806.6kcal ×4.1868kJ/kcal)/kg-9806.65kPa ×0.03347m 3/kg = 3377.073kJ-328.228kJ =3048.845kJ 2-1 冬季，工厂某车间要使室内维持一适宜温度。在这一温度下，透过墙壁和玻璃等处，室内向室外每一小时传出0.7×106kcal 的热量。车间各工作机器消耗的动力为是500PS(认为机器工作时将全部动力转变为热能)。另外，室内经常点着50 盏100W 的电灯，要使该车间的温度保持不变，问每小时需供给多少kJ 的热量？ 解：要使车间保持温度不变，必须使车间内每小时产生的热量等散失的热量 Q = Q 机＋Q 灯＋Q 散＋Q 补 = 0 Q 机 = 500PSh = 500×2.647796×103 kJ = 1.32×106 kJ Q 灯 = 50×100W×3600s = 1.8×107J = 1.8×104 kJ Q 散 = -0.7×106kcal =- 0.7×106×4.1868kJ = -2.93×106 kJ Q 补 = -Q 机-Q 灯＋Q 散 = -1.32×106 kJ-1.8×104 kJ+2.93×106 kJ = 1.592×106 kJ