3-理想气体的热力过程.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 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 不考虑实际过程中不可逆的耗损 视为可逆过程 工质视为理想气体 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 4 2定容过程 1 过程方程 定值 2 状态参数关系式 3 定容过程的过程曲线 可知定容过程线在T s图上为一指数曲线 曲线的斜率是 3 定容过程的过程曲线 p v T s 1 2 1 2 4 功和热量 内能变化量 焓的变化量 容积功 热量 定容过程的功和热量的计算 4 3定压过程 1 过程方程 定值 2 状态参数关系式 3 定压过程的过程曲线 可知定压过程线在T s图上为一指数曲线 定压过程曲线的斜率是 定容过程曲线的斜率是 定压过程的p v图和T s图 p v T s 1 2 1 2 v 4 功和热量 内能变化量 焓的变化量 容积功 热量 技术功 定压过程的功和热量的计算 4 4定温过程 1 过程方程 定值 2 状态参数关系式 3 定温过程的过程曲线 曲线的斜率是 定值 由过程方程得 可知在p v图上是一等边双曲线 为什么 定温过程的p v图和T s图 p v T s 1 2 1 2 4 功和热量 内能变化量 焓的变化量 容积功 热量 技术功 因 可知定温过程的比热容 所以不能用定温过程的比热容来计算热量 定温过程的功和热量的计算 因为 所以 对可逆绝热过程 可逆绝热过程是定熵过程 4 5绝热过程 1 过程方程 过程方程可由下式导出 定熵过程为指数方程 定熵指数通常以k表示 对于理想气体k 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 为什么 定熵过程曲线和定温过程曲线哪根更陡 定熵过程的p v图和T s图 p v T s 1 2 1 2 T 4 功和热量 内能变化量 焓的变化量 容积功 热量 技术功 定熵过程的功和热量的计算 T s 1 2 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 T s 1 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 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 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 实际上在PV图上判断的TS变化时 可把PV坐标假设为TS坐标 在TS图上判断PV的变化时 可把TS坐标假设为PV坐标 4 6多变过程 1 过程方程 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 3 多变过程的p v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 1 n k 1 n k 1 n k 1 n k n n n n n 0 n 0 n 0 n 0 4 功和热量 内能变化量 焓的变化量 容积功 多变过程中容积功的计算 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