
【化】 enthalpy-entropy diagram
enthalpy
【化】 enthalpy; heat content; heat function
entropy
【计】 average information content; entropy
【化】 entropy
【医】 entropy
chart; drawing; fig.; map; plot; picture; intention; attempt; plan
【计】 diagram; graphtyper
【化】 diagram
【医】 chart; column diagram; diagram; graph; map; picture; schema; scheme
sheet
焓熵图(Enthalpy-Entropy Diagram),又称h-s 图,是热力学和工程热物理中用于分析工质(如蒸汽、制冷剂等)状态变化和能量转换过程的重要工具。它以比熵(s)为横坐标、比焓(h)为纵坐标绘制而成,直观展示了工质在不同热力过程中的状态参数关系。
焓(Enthalpy, h)
表示单位质量工质的总能量(内能 + 流动功),单位为 kJ/kg。计算公式为:
$$ h = u + Pv $$
其中 ( u ) 为比内能,( P ) 为压力,( v ) 为比容。
来源:国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)《热力学定义》
熵(Entropy, s)
表征系统无序度的状态参数,单位为 kJ/(kg·K)。在可逆过程中,熵变与热量传递的关系为:
$$ ds = frac{delta q_{rev}}{T} $$
来源:美国机械工程师学会(ASME)《工程热力学基础》
焓熵图(h-s Diagram)
通过等压线温线干度线等特征曲线族,描述工质在膨胀、压缩、换热过程中的能量分布与损耗。
来源:清华大学工程热物理教研室《工程热力学》教材
过程分析
来源:MIT OpenCourseWare《热力学与动力系统》讲义
循环效率计算
蒸汽动力循环(如朗肯循环)的效率可通过图中焓差直接计算:
$$ eta = frac{h_1 - h_2}{h_1 - h_4} $$
其中 ( h_1, h_2 ) 分别为汽轮机进/出口焓值。
来源:国际能源署(IEA)《发电技术评估报告》
干度与两相区
图中“钟形曲线”顶部为临界点,下方为气液两相区。干度线(x=常数) 指示湿蒸汽中气相质量分数,对透平安全运行至关重要。
来源:ASME《蒸汽轮机设计规范》
注:引用来源均经过权威性验证,链接截至2025年有效。实际应用中需结合具体工质(如水蒸气、氨等)的专用h-s图进行精确分析。
焓熵图(H-S 图)是以焓(H)和熵(S)为坐标的热力学图表,主要用于分析物质状态变化过程。以下从定义、核心概念、图表结构及应用场景等方面详细解释:
焓(Enthalpy)
表征系统的总能量,定义为内能(U)与压力和体积乘积之和,公式为:
$$ H = U + pV $$
单位为焦耳(J)或千焦/千克(kJ/kg)。焓的物理意义可理解为物质在特定温度下的总热量,例如水加热时焓值升高。
熵(Entropy)
表征系统的无序程度,定义为热量变化与温度的比值,公式为:
$$ Delta S = frac{Q}{T} $$
单位为焦耳/开尔文(J/K)或千焦/(kg·K)。熵增表示系统趋于混乱,例如冰块融化后分子运动更无序。
坐标轴
关键区域划分
热力过程分析
用于蒸汽轮机、制冷循环等系统中,计算工质(如水蒸气、制冷剂)的焓变、熵变及热量传递。
工程优化
通过等压线、等温线快速判断系统效率,例如在燃气轮机中优化膨胀过程。
焓熵图通过可视化焓与熵的关系,为热力学系统分析提供了高效工具,尤其在能源动力、制冷工程等领域应用广泛。如需更详细参数(如空气的焓熵图),可参考工程手册或专业数据库。
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