工程热力学第四章.ppt

第四章 理想气体的热力过程,教学目标：使学生熟练掌握气体的各种基本热力过程及多变过程的状态参数及过程参数的热力计算。 知识点：分析热力过程的目的及一般方法；气体的基本热力过程及多变过程。 重 点： 结合热力学第一定律，分析和导出各种基本热力过程及多变过程（包括压气过程）的相应计算式并进行计算，利用p-v、T-s图分析热力过程。 难 点： 使学生掌握理想气体热力过程的热力学计算的特殊性，并能利用状态坐标图表示各种过程及过程中能量转换的特点。,1、研究热力过程的目的,实施热力过程的目的：,达到预期的状态变化，如压气机中消耗功量使气体升压。,实现预期的能量转换，如锅炉中工质定压吸热，提高蒸汽的焓使之获得作功能力；,热力分析的目的：,揭示过程中工质状态参数的变化规律以及能量转化情况，进而找出影响转化的主要因素。,4-1 研究理想气体热力过程的目的与方法,2、研究热力过程的一般方法,(1) 根据实际过程的特点，将实际过程近似地概括为几种典型过程：定容、定压、定温和绝热过程； (2)不考虑实际过程中不可逆的耗损，视为可逆过程； (3)工质视为理想气体； (4)比热容取定值。,实际过程是一个复杂过程，很难确定其变化规律，一般需要作些假设：,3、分析热力过程的一般步骤,确定过程方程 p = f ( v )； 确定初态、终态参数的关系及热力学能、焓、熵的变化量； 确定过程中系统与外界交换的能量（热量和功量）； 在p-v图和T-s图画出过程曲线，直观地表达过程中工质状态参数的变化规律及能量转换。,4、分析热力过程的内容,（1） 确定过程方程；,（2） 确定状态参数的变化规律；,（3） 绘出过程曲线；,（4） 确定过程中内能、焓和熵的变化量：,分析热力过程的内容,熵的变化：,（5）确定过程中的功和热量：, 功,容积功,热量,用比热计算热量,用能量方程计算热量,技术功,续2,对可逆绝热过程,可逆绝热过程是定熵过程。,4-2 绝热过程,1.绝热过程的过程方程,过程方程可由下式导出,过程方程的其它推导方法,或,(3)、(4)两式相除,定值,整理出过程方程,两边进行不定积分得,方法 由,方法 由,而理想气体状态方程,或,定值,两边积分并整理得,其微分形式,将(2)代入(1)式,定熵过程的过程方程方法,2.状态参数关系式,3.定熵过程的过程曲线,定熵过程曲线的斜率是,由过程方程得,可知在p-v图上是一高次双曲线,定温过程曲线的斜率是,定熵过程的状态参数和过程曲线的斜率,问题：定熵过程曲线和定温过程曲线哪根更陡？,定熵过程的pv图和T-s图,p,v,T,s,1,2,1,2,T,4.内能、焓和熵的变化量,内能变化量,焓的变化量,容 积 功,热 量,熵的变化量,5. 功和热量,技术功,T,s,1,2,1、在T-s图上比容增大的方向,判断在T-s图上比容增大的方向,在T-s图上，等容线的右下侧为比容增大的方向。,总结：几种典型过程线在图中的比较,T,s,1,2,2、在T-s图上压力升高的方向,在T-s图上，等压线的左上侧为压力升高的方向,p,v,1,2,3、在p-v图上温度升高的方向,在p-v图上，等温线的右上侧为温度升高的方向。,p,v,1,2,4、在p-v图上熵增加的方向,在p-v图上，等熵线的右上侧为熵增加的方向。,p-v图和T-s图上的曲线簇,4-3 多变过程的综合分析,一、多变过程方程及多变比热容,定容过程,定压过程,定温过程,定熵过程,定值,定值,定值,定值,特例,定值,多边过程的过程方程,定值,2.状态参数关系式,从上面3个式子中的任何一个都可得到多变指数的值,如,多边过程的状态参数变化规律,1.多变过程的pv图和T-s图,p,v,T,s,n=0,n=,n=,n=0,n=0,n=0,n=k,n=k,n=k,n=k,n=1,n=1,n=1,n=1,1nk,1nk,1nk,1nk,n=,n= ,n= ,n=,n0,n0,n0,n0,二、多变过程分析,内能变化量,焓的变化量,多变过程中容积功的计算,2.内能、焓的变化量,3. 功和热量,容 积 功,技 术 功,多变过程中技术功的计算,容 积 功,技 术 功,热 量,称 cn为多变过程的比热容。,即,多变过程中热量的计算,例题1 有1kg空气，初始状态为 。假设气体从初态分别经历下列过程变化到终态2:,试求出上述各过程中的膨胀功及熵的变化，并将各过程的相应位置画在同一张p-v图和T-s图上。,1.可逆绝热膨胀到 ；,2.不可逆绝热膨胀到 ，,3.可逆定温膨胀到,4.可逆多变膨胀到 。,解：膨胀功及熵的变化,膨胀功,可逆绝热膨胀,不可逆绝热膨胀,可逆定温膨胀,可逆多变膨胀,例题,熵的变化,可逆绝热膨胀,不可逆绝热膨胀,可逆定温膨胀,可逆多变膨胀,绘在p-v图和T-s图上,p,v,T,s,1,1,例2：汽缸与活塞间封闭有1kg空气，经历一多变压缩过程，消耗压缩功300kJ，气体的比体积缩小为原来的1/7.5，压力增加到原来的9.3倍。已知该气体的k=1.4和Cv=0.716kJ/(kgK)。试按定比热容计算过程的多变指数、气体被压缩的终温、气体热力学能和熵的变化量，以及过程中气体与外界交换的热量。,2.计算终温,3.计算气体热力学能和熵的变化量,4.计算气体与外界的热交换量,4-4压气机的理论压缩功,型式结构,活塞式(往复式),离心式,轴流式,叶轮式连续流动,压力范围,通风机,鼓风机,压缩机,理论压气功(可逆过程),指什么功,目的：研究耗功，越少越好,一、单级活塞式压气机工作原理,技术功wt,一、单级活塞式压气机工作原理,二、单级活塞式压气机理论压气轴功的计算,(1)、特别快，来不及换热。,(2)、特别慢，热全散走。,(3)、实际压气过程是,可能的压气过程,三种压气过程功的计算,最小,重要启示,三种压气过程的参数关系,4-5活塞式压气机的余隙影响,避免活塞与进排气阀碰撞，留有空隙,余隙容积,活塞式压气机的余隙影响,活塞排量,研究VC对耗功和产气量的影响,新气量 产气量,有效吸气容积,余隙容积VC对理论压气功的影响,设12和43两过程n相同,余隙容积VC对理论压气功的影响,余隙对单位产气量耗功不影响,第六节 多级压缩及中间冷却,有一个最佳增压比,省功,最佳增压比的推导,省功,最佳增压比的推导,省功,欲求w分级最小值，,最佳增压比的