熱力學(xué)圖氣象學(xué)常用的熱力學(xué)圖

熱力學(xué)圖斜溫圖

用于滑翔天氣分析和天氣預(yù)報(bào)。各地氣象站通過釋放氣象氣球獲取大氣的垂直信息，包括不同高度的溫度，露點(diǎn)，風(fēng)向和風(fēng)力。然后將這些信息輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，對(duì)未來天氣進(jìn)行預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)結(jié)果用斜溫圖表示。如圖3：

圖3中有2條曲線：紅線（右邊）是溫度線，藍(lán)線（左邊）是露點(diǎn)線。

通過背景的輔助線可以讀出飛行場(chǎng)地的云底高度，熱氣流的強(qiáng)度分布，可以直接判斷滑翔傘或三角翼的盤升高度。

右邊有一列風(fēng)矢，表示風(fēng)的垂直分布，可以直接觀察不同高度的風(fēng)況。

右上角有若干行參數(shù)，表示天氣狀況，包括惡劣天氣的可能性以及惡劣天氣的惡劣程度，可以幫助我們判斷飛行的風(fēng)險(xiǎn)程度。

左上角的同心圓表示風(fēng)切變的垂直分布。

該圖發(fā)明于1947年，隨即被美國(guó)空軍采納。已經(jīng)廣泛應(yīng)用航空天氣分析。

例如圖3紅線與藍(lán)線相碰的地方是云層的位置，高度在650百帕。紅線與藍(lán)線相距越遠(yuǎn)，表示空氣越干燥。

紅線的傾斜程度表示熱氣流上升趨勢(shì)的強(qiáng)弱。當(dāng)紅線與背景的藍(lán)線相平行的時(shí)候，熱氣流的上升趨勢(shì)最強(qiáng)。

藍(lán)線的傾斜程度表示對(duì)流層的混合程度。藍(lán)線與背景的紅線相平行的時(shí)候，表示大氣上下層混和一致，間接表示熱氣流會(huì)很好。

當(dāng)圖形底部藍(lán)線與紅線呈八字形的時(shí)候是熱氣流飛行的最好天氣。這個(gè)圖是云南景谷的天氣預(yù)報(bào)，日期和地理坐標(biāo)在圖上標(biāo)注。斜溫圖還傳遞各種天氣的信息，包括是降雨還是降雪，降水量有多少等等信息。它是滑翔天氣分析的有力工具。它反映出全世界任何一個(gè)地方的天氣概況。由全球天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)GFS提供所有的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)每3小時(shí)一次，不斷更新。可以預(yù)測(cè)未來一周的天氣情況。

熱力學(xué)圖?，攬D

?，攬D(emagram)又稱溫度-對(duì)數(shù)壓力圖。一種由溫度和對(duì)數(shù)氣壓組成的具有正交或外交坐標(biāo)的熱力學(xué)圖解。我國(guó)普遍采用正變坐標(biāo)系，橫坐標(biāo)為溫度，縱坐標(biāo)為對(duì)數(shù)氣壓。圖的面積表示能量，1平方厘米的面積表4.5J/kg的能量，因而它也是一種能量圖解。用它可以進(jìn)行大氣狀態(tài)的溫濕特征量、氣層厚度、不穩(wěn)定能量及特征高度的計(jì)算，是合站常用的一種輔助圖表。 2100433B

熱力學(xué)圖壓力溫度圖

即從某一壓力下的沸點(diǎn)值可以近似地推算出另一壓力下的沸點(diǎn)。可在B線上找到常壓下的沸點(diǎn)，再在C線上找到減壓后體系的壓力點(diǎn)，然后通過兩點(diǎn)連直線，該直線與A的交點(diǎn)為減壓后的沸點(diǎn)。

熱力學(xué)圖溫度熵圖

以T(氣溫)為縱坐標(biāo), lnθ(位溫對(duì)數(shù))或S(熵)為橫坐標(biāo)的熱力圖。在圖1中可以看出工質(zhì)在循環(huán)過程中放熱或者吸熱的情況。

在飽和區(qū)，等壓線是水平的，因?yàn)門和P同時(shí)都是不變的；在氣體區(qū)與液體區(qū)等壓線是稍微彎曲的上升曲線，而且由于液體的可壓縮性小，故液相區(qū)的等壓線與飽和液相線十分接近。因此，在液體等熵壓縮時(shí)，其溫度僅稍稍升高。另外，由液體區(qū)的等壓線還可看出，隨T增大，熵S變化并不大。（即S增加并不大）。

熱力學(xué)圖焓熵圖

在解決熱機(jī)、壓縮機(jī)、冷凍機(jī)與工質(zhì)的狀態(tài)變化時(shí)也常被使用。

圖上常畫出等壓線，等溫線，等干線和等內(nèi)能線，若知物質(zhì)任二個(gè)參變量，可很快讀出其它各參變量，如：已知某蒸氣的壓力和干度，即可在H-S圖上求出H、u、S等。圖2中的臨界點(diǎn)位于飽和區(qū)邊界曲線的左支上，而且在其最陡的部分。均勻狀態(tài)區(qū)中的等壓線是稍微彎曲的曲線，其斜率由條件

熱力學(xué)圖冷卻曲線

冷卻曲線又叫步冷曲線，是熱分析法繪制凝聚體系相圖的重要依據(jù)。步冷曲線上的平臺(tái)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)表征某一溫度下發(fā)生相變的信息，二元凝聚體系相圖可根據(jù)步冷曲線來繪制。常規(guī)的手工繪圖方法不僅繁瑣而且不可避免地會(huì)引入人為誤差，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在數(shù)據(jù)處理方面的應(yīng)用，可利用計(jì)算機(jī)編輯。

冷卻曲線(dynami continuouseoolingtransformationeurve)將不同變形條件下的金屬材料以不同的冷卻速度冷卻時(shí)相變開始和完成的時(shí)間和溫度關(guān)系記錄下來的溫度一時(shí)間曲線。顯示了材料無變形時(shí)的相變點(diǎn)與存在變形時(shí)的相變點(diǎn)。動(dòng)態(tài)相變點(diǎn)可以在熱模擬機(jī)上利用相變時(shí)體積有變化的原理測(cè)出曲線無應(yīng)變?cè)诓牧蠠峒庸r(shí)伴隨有溫度的變化，而變形對(duì)相變的產(chǎn)生是有影響的，因此，在這種動(dòng)態(tài)過程中所記錄下的溫度一時(shí)間的關(guān)系曲線，隨變形過程的連續(xù)進(jìn)行而有所變化，故稱為冷卻曲線。

在這類曲線上，一般標(biāo)明相變發(fā)生的條件與材料的名稱;利用這類曲線，可通過控制變形量、溫度及冷卻速度來獲取所需材料的組織與性能。在極端的加熱與冷卻速度下，或者在有變形同時(shí)存在的條件下，材料發(fā)生相變時(shí)的溫度和時(shí)間，稱為動(dòng)態(tài)相變點(diǎn)。借助專門設(shè)備，可獲得一般情況下用常規(guī)方法難以測(cè)得的極端條件下的相變。

熱力學(xué)圖飽和蒸氣壓曲線

飽和蒸氣壓（saturated vapor pressure）：在一定溫度下，與液體或固體處于相平衡的蒸氣所具有的壓力稱為飽和蒸氣壓。同一物質(zhì)在不同溫度下有不同的蒸氣壓，并隨著溫度的升高而增大。例如，在30℃時(shí)，水的飽和蒸氣壓為4132.982Pa，乙醇為10532.438Pa。而在100℃時(shí)，水的飽和蒸氣壓增大到101324.72Pa，乙醇為222647.74Pa。飽和蒸氣壓是液體的一項(xiàng)重要物理性質(zhì)，如液體的沸點(diǎn)、液體混合物的相對(duì)揮發(fā)度等都與之有關(guān)。

飽和蒸氣壓曲線：液體在不同溫度下的飽和蒸氣壓。

熱力學(xué)性質(zhì)表熱力學(xué)性質(zhì)

物體的熱力學(xué)性質(zhì)是指物質(zhì)處于平衡狀態(tài)下壓力P、體積V、溫度T、組成以及其他的熱力學(xué)函數(shù)之間的變化規(guī)律。一般將物體的壓力P、體積V、溫度T、內(nèi)能U、焓H、熵S、等統(tǒng)稱為物體熱力學(xué)性質(zhì)。

熱力學(xué)性質(zhì)表熱力學(xué)性質(zhì)圖表

是以簡(jiǎn)單曲線表示溫度（T）、壓力（P）、比容（V）、焓（H）和熵（S）之間關(guān)系的線圖。雖讀數(shù)不如數(shù)表準(zhǔn)確，但易于使用，且容易看出變化的趨勢(shì)，因而便于進(jìn)行過程的熱力學(xué)分析。通常的圖有：h-T圖、T-S圖、lnp-H圖、H-S圖。

熱力學(xué)是研究熱現(xiàn)象中，物質(zhì)系統(tǒng)在平衡時(shí)的性質(zhì)和建立能量的平衡關(guān)系，以及狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)與外界相互作用的學(xué)科。工程熱力學(xué)是關(guān)于熱現(xiàn)象的宏觀理論，研究的方法是宏觀的，它以歸納無數(shù)事實(shí)所得到的熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律和熱力學(xué)第三定律作為推理的基礎(chǔ)，通過物質(zhì)的壓力 、溫度、比容等宏觀參數(shù)和受熱、冷卻、膨脹、收縮等整體行為，對(duì)宏觀現(xiàn)象和熱力過程進(jìn)行研究。常用的三種熱力學(xué)分析方法，即焓分析、熵分析和火用分析。通過各種熱力學(xué)分析方法對(duì)能量轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行分析，改進(jìn)裝換裝置，能夠更加合理的利用能量，對(duì)人類社會(huì)發(fā)展有著重要的意義。

熱力學(xué)分析通常包括三方面的內(nèi)容：（1）確定過程中工質(zhì)狀態(tài)變化的規(guī)律以及相應(yīng)的狀態(tài)參數(shù)；（2）確定過程中能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系；（3）揭示過程中的不可逆程度，反映能量轉(zhuǎn)換與利用的完善性。

具體步驟為：（1）根據(jù)具體情況，劃定系統(tǒng)；（2）根據(jù)過程特性，確定過程中狀態(tài)變化的特定規(guī)律；（3）用圖表示意出熱力過程；（4）根據(jù)合適的熱力學(xué)定律，列出平衡式，求解未知量。

熱力學(xué)性質(zhì)表焓溫圖

比焓和溫度圖，簡(jiǎn)稱焓溫圖。h-T圖有兩相同時(shí)存在的區(qū)域。在飽和液和飽和汽之間的區(qū)域表示兩相同時(shí)存在的范圍。兩條飽和線之間的垂直距離表示汽化潛熱。如果存在狀態(tài)位于飽和液體線上點(diǎn)A的水，并且提供等同于汽化潛熱的熱量的話，水將在保持溫度不變的情況下從飽和液轉(zhuǎn)化成為飽和汽（點(diǎn)B）。在飽和線以外進(jìn)行熱量交換將產(chǎn)生過冷液體或者過熱蒸汽。

熱力學(xué)性質(zhì)表溫熵圖

圖1以T為縱坐標(biāo)、s為橫坐標(biāo)所作的表示熱力學(xué)過程的圖稱為T\s圖，或稱為溫-熵圖。

溫-熵圖的用處：(1)體系從狀態(tài)A到狀態(tài)B，在 T\S圖上曲線AB下的面積就等于體系在該過程中的熱效應(yīng)，一目了然。

(2)容易計(jì)算熱機(jī)循環(huán)時(shí)的效率: 圖2中ABCDA表示任一可逆循環(huán)。ABC是吸熱過程，所吸之熱等于ABC曲線下的面積；CDA是放熱過程，所放之熱等于CDA曲線下的面積。熱機(jī)所作的功W為閉合曲線ABCDA所圍的面積。

循環(huán)熱機(jī)的效率=ABCDA的面積/ABC曲線下的面積

溫-熵圖的優(yōu)點(diǎn)：1) 既顯示體系所作的功，又顯示體系所吸取或釋放的熱量。圖只能顯示所作的功。(2) 既可用于等溫過程，也可用于變溫過程來計(jì)算體系可逆過程的熱效應(yīng)；而根據(jù)熱容計(jì)算熱效應(yīng)不適用于等溫過程。

T-S圖對(duì)于恒溫或恒熵過程是十分方便的，因?yàn)檫@兩個(gè)過程在圖上都以直線表示。

熱力學(xué)性質(zhì)表lnP-H 圖

lnP-H圖在制冷工程中得到推廣應(yīng)用，為更好地表示高壓區(qū)，常采用對(duì)數(shù)壓力縱坐標(biāo)，這樣的圖稱lnP-H圖圖，該 圖具有等溫線和等熵線。

熱力學(xué)性質(zhì)表焓熵圖

H-S（焓-熵圖）在解決熱機(jī)、壓縮機(jī)、冷凍機(jī)與工質(zhì)的狀態(tài)變化時(shí)也常被使用。 2100433B