第三章(2)理想气体的热力过程ppt课件

.,第三章（2）理想气体的热力过程,.,熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变过程中状态参数p、v、T、u、h、s的计算，过程量Q、W的计算，以及上述过程在p-v、T-s图上的表示。,本章基本要求,二、理想气体的热力过程部分,.,热力过程的研究目的:,1.提高热力过程的热功转换效率,2.热力过程受外部条件影响,主要研究外部条件对热功转换的影响,利用外部条件,合理安排过程，形成最佳循环,对已确定的过程，进行热力计算,3.,3-4理想气体的热力过程,.,研究对象,研究方法,抽象分类,2)可逆过程(不可逆再修正),基本过程,3-4理想气体的热力过程,.,研究热力过程的依据,2)理想气体,3)可逆过程,1)第一定律,稳流,.,研究热力过程的步骤,1)确定过程方程-过程中参数变化关系,5)计算w,wt,q,4)求,3)用T-s与p-v图表示,2)根据已知参数及过程方程求未知参数,.,计算,计算w,wt,q,p=f(v),定值比热容时（理想气体）,v=f(p),.,基本过程的计算是我们的基础，要非常清楚，非常熟悉。,基本要求：拿来就会算,理想气体基本过程的计算,.,定容v过程:,v=定值,热一律,适用于任何工质,比体积保持不变的过程,.,斜率,理想气体过程的p-v,T-s图,上凸?下凹？,s,T,v,p,v,v,v,2,2,1,2,2,1,q0,吸热,放热,.,定压p过程,p=定值,适用于任何工质,.,斜率,理想气体过程的p-v,T-s图,上凸?下凹？,s,T,v,p,p,p,p,v,2,2,1,2,2,1,压缩,膨胀,放热,吸热,w0,q0,.,定温T过程,T=定值,任何工质,.,斜率,理想气体过程的p-v,T-s图,上凸?下凹？,s,T,v,p,T,T,T,1,定熵s过程,q=0,任何工质,.,s,T,v,p,T,s,s,理想气体s的p-v图和T-s图,2,2,1,2,2,1,压缩,膨胀,w0,.,多变过程,n,更接近实际的过程。,不同的多变过程，具有不同的n值。理论上，n可以是到之间的任何一个实数，相应的多变过程有无穷多种。当多变指数为某些特定的值时，多变过程便表现为某些典型的热力过程。如：,n多变指数,n=0时，p=常数，为定压过程；n=1时，pv=常数，为定温过程；n=时，pv=常数，为绝热过程；n=，v=常数，为定容过程。,.,(2)多变过程中状态参数的变化规律,多变过程的过程方程式及初、终状态参数关系式的形式与绝热过程完全相同。,.,(3)多变过程中的u、h、s的计算,u=cV(T2-T1),h=cp(T2-T1),.,(4)多变过程的功量,膨胀功:,pv=RgT,(n0,1),.,技术功:,(n),.,（5）多变过程的热量:,当n=1时，为定温过程，u=0,当n1时，若取比热容为定值，,称为多变热容。,则：,.,则多变过程比熵的变化:,即,.,.,n,斜率=？,从同一状态出发，p、v、T值相同，过程线的斜率取决于n的大小,.,过程线的分布规律,从定容线出发，n值按顺时针方向逐渐增大,01k,.,坐标图上过程特性的判定,在Ts图上，过程线位于定容线右方，w0，过程线位于定容线左方，w0。,膨胀功w的正负以过起点的定容线为分界线,在pv图上，过程线若位于定容线的右方，比体积增大，w0；反之，w0。,.,技术功wt的正负以过起点的定压线为分界线,在pv图上，过程线若位于定压线的下方，wt0；过程线若位于定压线的上方，wt0。,在Ts图上，过程线位于定压线下方，wt0，过程线位于定压线上方，wt0。,坐标图上过程特性的判定,.,热量q的正负以过起点的绝热线（即定熵线）为分界线,坐标图上过程特性的判定,在pv图上，吸热过程线位于绝热线的右方，放热过程线位于绝热线的左方。,在Ts图上，q0的过程线位于绝热线的右方，q0的过程线位于绝热线的左方。,.,热力学能（焓）的正负以过起点的定温线为分界线,坐标图上过程特性的判定,在pv图上，过程线位于定温线的上方，u0(h0)过程线位于定温线的下方，u0)过程线位于定温线的下方，u0(h0),.,例3-9初态为p1=0.1MPa、t1=40的空气，V1=0.052m3，在气缸中被可逆多变地压缩到p2=0.565MPa、V2=0.013m3，试求此多变过程的多变指数n，压缩后的温度t2，过程中空气与外界交换的功量和热量，压缩过程中气体热力学能、焓和熵的变化。,解（1）确定压缩气体的状态参数、质量和过程的多变指数,根据多变过程方程pvn=常数，有：p1v1n=p2v2n,对于一定量气体，有：p1V1n=p2V2n,代入数据，得到多变指数n为：,由于气体被压缩后质量不变，即m1=m2，,故应用理想气体状态方程pV=mRgT，有：,.,例3-9初态为p1=0.1MPa、t1=40的空气，V1=0.052m3，在气缸中被可逆多变地压缩到p2=0.565MPa、V2=0.013m3，试求此多变过程的多变指数n，压缩后的温度t2，过程中空气与外界交换的功量和热量，压缩过程中气体热力学能、焓和熵的变化。,解（1）确定压缩气体的状态参数、质量和过程的多变指数,p1V1=m1RgT1，p2V2=m2RgT2,两式相比得：T2=(p2V2p1V1)T1,=(273+40)(0.5650.013)(0.10.052)=442K,即：t2=169,而且，汽缸内压缩空气的质量为：,m=p1V1RgT1=0.11060.052(287313)=0.058kg,.,例3-9初态为p1=0.1MPa、t1=40的空气，V1=0.052m3，在气缸中被可逆多变地压缩到p2=0.565MPa、V2=0.013m3，试求此多变过程的多变指数n，压缩后的温度t2，过程中空气与外界交换的功量和热量，压缩过程中气体热力学能、焓和熵的变化。,（2）计算气体压缩过程中的热力学能、焓和熵的变化,取气缸内定量气体为闭口系统。,因：cV=718J/(kgK),cp=1005J/(kgK),故：压缩过程中热力学能、焓和熵的变化量为：,U=mcV(T2-T1)=0.058718(442-313)=5368J,H=mcp(T2-T1)=0.0581005(442-313)=7515J,S=mcpln(v2v1)+cVln(p2p1),=0.0581005ln(0.0130.052)+718ln(0.5650.1),=-8.70J/K,.,例3-9初态为p1=0.1MPa、t1=40的空气，V1=0.052m3，在气缸中被可逆多变地压缩到p2=0.565MPa、V2=0.013m3，试求此多变过程的多变指数n，压缩后的温度t2，过程中空气与外界交换的功量和热量，压缩过程中气体热力学能、焓和熵的变化。,（3）压缩空气与外界交换的热量,(放热),.,例3-9初态为p1=0.1MPa、t1=40的空气，V1=0.052m3，在气缸中被可逆多变地压缩到p2=0.565MPa、V2=0.013m3，试求此多变过程的多变指数n，压缩后的温度t2，过程中空气与外界交换的功量和热量，压缩过程中气体热力学能、焓和熵的变化。,（4）压缩空气与外界交换的功量,对汽缸内压缩气体用闭口系统能量方程Q=U+W得到：,W=Q-U=-3221-5368=-8589J（压缩功）,或者：,.,作图练习题（1）,比较：,.,作图练习题（2）,比较：,.,作图练习题（3）,比较：,.,作图练习题（4）,P77课后思考题5,将满足下列要求的多变过程表示在p-v图和T-s图上：(1)空气升压、升温又放热；(2)空气膨胀、升温又吸热；(3)n=1.6的膨胀过程，并判断的正负；(4)n=1.3的压缩过程，并判断的正负；,.,解:（1）定容加热后空气的压力p2，温度t2,4-1空气初态压力p1=3.6MPa，温度t1=550，定容加热到p2/p1=1.7，再定压加热到v3/v2=1.4。求：（1）定容加热后空气的压力p2，温度t2；（2）定压加热后空气的温度t3；（3）每千克工质吸收的总热量和热力学能的总变化量,本章习题,.,4-1空气初态压力p1=3.6MPa，温度t1=550，定容加热到p2/p1=1.7，再定压加热到v3/v2=1.4。求：（1）定容加热后空气的压力p2，温度t2；（2）定压加热后空气的温度t3；（3）每千克工质吸收的总热量和热力学能的总变化量,（2）定压加热后空气的温度t3,.,（3）每千克工质吸收的总热量和内能的总变化量,4-1空气初态压力p1=3.6MPa，温度t1=550，定容加热到p2/p1=1.7，再定压加热到v3/v2=1.4。求：（1）定容加热后空气的压力p2，温度t2；（2）定压加热后空气的温度t3；（3）每千克工质吸收的总热量和热力学能的总变化量,.,解：（1）定温膨胀时的终态压力、气体与外界交换的热量和气体作的膨胀功,4-21m3的空气p1=0.2MPa，定温膨胀到2m3，求：（1）终态压力、气体与外界交换的热量和气体作的膨胀功；（2）上述过程改为绝热膨胀到2m3，气体作功及热力学能变化各为多少？,.,（2）上述过程改为绝热膨胀到2m3，气体作功及热力学能变化,4-21m3的空气p1=0.2MPa，定温膨胀到2m3，求：（1）终态压力、气体与外界交换的热量和气体作的膨胀功；（2）上述过程改为绝热膨胀到2m3，气体作功及热力学能变化各为多少？,.,解：（1）各过程熵的变化量,4-31kg空气，初态为p1=0.1MPa，t1=27，当经历下列过程：（1）绝热压缩到p2=0.5MPa；（2）定温压缩到p2=0.5MPa；（3）多变压缩p2=0.5MPa，多变指数n=1.2。试将各过程画在p-v、T-s图上，并求出各过程熵的变化量、消耗的压缩功和技术功。,.,（2）各过程消耗的压缩功,4-31kg空气，初态为p1=0.1MPa，t1=27，当经历下列过程：（1）绝热压缩到p2=0.5MPa；（2）定温压缩到p2=0.5MPa；（3）多变压缩p2=0.5MPa，多变指数n=1.2。试将各过程画在p-v、T-s图上，并求出各过程熵的变化量、消耗的压缩功和技术功。,.,（3）各过程消耗的技术功,4-31kg空气，初态为p1=0.1MPa，t1=27，当经历下列过程：（1）绝热压缩到p2=0.5MPa；（2）定温压缩到p2=0.5MPa；（3）多变压缩p2=0.5MPa，多变指数n=1.2。试将各过程画在p-v、T-s图上，并求出各过程熵的