Re: [問題] 自學熱力學

[ottoli (世界的盡頭)]

這篇開始我稍微寫一下大學部工程熱力學的個人理解

版上有關機械系專業科目的討論少了點
所以我想簡單寫一下我理解的工程熱力學
主要參考Cengel工程熱力第八版, 並加了我的理解說明
最後會寫一些國營考題解題目(會解的才寫 XD)

文章如果理解有錯, 請多指正
希望我這塊平凡的磚能引出大家專業的玉

先寫一下各章簡介

首先, 翻開Cengel課本目錄, 全看一遍可以大略了解課本想講的東西
課本後面的索引則可當作觀念和專有名詞的字典, 複習時很好用

Cengel從CH1開始解釋常用名詞, 例如系統,性質, 狀態,過程/循環,壓力,等
以及第零定律(Ta=Tc, Tb=Tc,則Ta=Tb)和絕對溫標

有了這些名詞術語後
CH2開始就拿來說明能量傳遞與第一定律, 把能量傳遞的方法分類為功和熱兩種方式
說明第一定律就是能量守恆, 即能量可以轉換成不同形式, 但總量不變

CH3講解純物質以及如何查純物質性質(查表/內插法推估),
至於性質表怎麼來的..這章暫時不講(CH12會提), 只講使用方法
這章也順便提了一下P-v圖, P-T圖, v-T圖
講了一下物質三相

CH4和CH5開始討論封閉系統和開放系統, 以及計算第1章~第3章提到的性質
例如能量, 壓力, 溫度, 比容等, 並解釋與計算更多的性質, 例如比熱, 內能, 焓
這兩章教我們怎麼使用第一定律來算題目,
包括常見元件(如活塞、渦輪、噴嘴、擴散器、混合器)在特定狀況下的各種性質
正負判定, 會用少量微積分概念

CH6開始講第二定律, 並介紹可逆循環/不可逆循環
現實都是不可逆的, 但是可逆可以當作是一個理想值, 做設計參考
可由第二定律了解哪些希望的設計參數
不是妄想(例如超過100%的熱效率, 不可能達到)
而是理想(例如在特定溫度區間的熱效率, <100%, 可達到,可估算出最理想狀態下的值)
設計提供的參數若違反第二定律, 基本上都當作是不可能實現
本章順便說明了熱機和冷機的不同, 卡諾循環/逆卡諾循環

CH7講熵, 這章內容很多, 簡單說就是解釋熵這個性質, 以及衍生出來的各種計算
可推出熵增加原理, 計算熵的變化, 並推導壓縮機相關公式, 以及等熵效率

CH8講可用能, Cengel中文版翻譯成"火用"
可用能跟熵觀念應該算互補, 熵增加意味著可用能減少, 然後要算不可逆性,
及可用能的變化

講完這8章基本原理後
就開始討論如何運用前8章的內容來算不同的循環
包括CH9~CH10的
氣體動力循環(很多種)
蒸氣循環(主要講朗肯循環和改良,汽電共生,複循環)
(結合氣體循環和蒸氣循環,將然氣渦輪的廢熱再用作朗肯的熱源)

課本講的這幾類循環都是理想的, 但不是卡諾循環
是更貼近真實面的理想循環(熱效率比卡諾更低) 有假設(要記)
為了從燃料放出的熱榨出更多的功, 人類想盡了辦法改良各種循環
考試時便要記憶這些循環的細節, 圖, 假設

除了動力的循環外另外還介紹
CH11冷凍循環，包括蒸氣壓縮冷凍循環和氣體冷凍循環、吸收式冷凍循環

循環的計算需要前8章的運用

循環講完後再來
CH12說明我們用的表可從哪些量到的性質推出
介紹了
馬克斯威爾
克拉配龍
焦耳湯姆遜
最後講一下真實氣體的算法(有別於理想氣體)

CH13講氣體的混合
了解後就可以進行
CH14乾溼空氣的計算和CH15~CH16燃燒學(講個大概, 研所燃燒學是一本書..)

CH17介紹一下再生能源

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熱力我覺得算是半個背科, 很多東西課本講的很有道理, 似乎一看就懂
但考試還是得背出來, 尤其是各種假設條件和圖形
把課文念過去好像都會
寫題目就會有感覺卡卡不順, 所以練熟基本例題非常重要

接下來幾篇我試著依序解釋各章內容
並解題







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