工程热力学课件第4章气体与蒸汽的热力过程

第四章气体与蒸汽的热力过程,引言,实施热力过程的目的：,2、达到预期的状态变化，如：定压吸热过程（锅炉：水的焓，液汽，获作功能力）定压放热过程（凝气器：乏汽焓，汽液，便于泵送）,1、实现预期的能量转换，如：绝热膨胀过程（热机：QW；喷管：Qc）绝热压缩过程（压缩机：Wp；泵：Wp）,研究热力过程的目的：,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。,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。为简化分析，假设：,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,4-1理想气体的热力过程,典型热力过程：定容、定压、定温、绝热过程。,假设：理想气体、可逆过程、定值比热容,基本公式：,一、定容过程,1、过程方程,2.初、终态参数的关系,3.能量转换,4.p-v图和T-s图,二、定压过程,1.过程方程,2.初、终态参数的关系,3.能量转换,4.p-v图和T-s图,定v线比定p线陡,Why?,定v：,三、定温过程,1.过程方程,2.初、终态参数的关系,3.能量转换,4.p-v图和T-s图,四、绝热过程,可逆的绝热过程是定熵过程,可逆过程：,ds=0,绝热过程：q=0,1.过程方程,即：定熵过程方程为指数方程,2.初、终态参数的关系,3.能量转换,绝热线比定T线陡,Why?,4.p-v图和T-s图,定T：,四种典型热力过程p-v图和T-s图,例1,分析安全阀起跳前：定v；起跳后：定p,氧气储罐上安全阀起跳压力为0.7MPa,问：加热到285时，加入的Q=？,判断安全阀是否起跳：,方法1：假设没有起跳，p：0.550.7，看t能否达到285,方法2：假设没有起跳，T：38285，看p是否大于0.7MPa,Qv=m1Cv(T2-T1)=56.3kJ,（2）定p：变质量，写出Qp的微分式：,=126.2kJ,需加热量：Q=Qv+Qp=56.3+126.2=182.5kJ,例2：1kg空气：t1=100、p1=2bar；t3=0、p3=1bar，其中1-2为不可逆绝热膨胀过程，其熵变为0.1kJ/kgK，2-3为可逆定压放热过程，求：1）s123；2）q123,分析：,理想气体、定比热容,1）求s123，s12已知，要求s23,要求T2,2）q123=+q12+q23,可逆定压,证,可逆：,例3：某气体的状态方程为p(v-b)=RT，热力学能u=cvT+u0，其中cv、u0为常数。试证明在可逆绝热过程中该气体满足下列方程式：,可逆绝热：ds=0,例4：将理想气体在可逆绝热过程中所作技术功的大小，表示在T-s图上。,分析：,绝热过程技术功：,面积1ba21,1,2,T,S,五、多变过程,工程实际中有些热力过程，p、v、T有明显变化，且系统与外界交换的Q不可忽略。则不能用上述4种基本热力过程来描述。,实验发现，这种过程p、v的关系依然保持近似的指数函数,因此提出了一种具有广泛代表性的过程-多变过程，其过程方程为：,n-多变指数，ntd）,td,露点,d,继续冷却到=100%：露点,含湿量值相同、状态不同的湿空气，具有相同的露点。,一、加热(或冷却)过程,二、绝热加湿过程,喷水加湿1-2：,tw查取方法：定h线与=100%线交点处的温度值,结果：（1）d、t,(2)h1h2,h值相同、状态不同的湿空气，具有相同的湿球温度,tw,(2)凝水量：,2,2,d2,d1,h2,三、冷却去湿过程,(1)过程曲线,空调工程常用方法,四、绝热混合过程,五、工程应用,（1）烘干过程,（2）冷却塔,作业,P113：思考题58P113：习题5,4.4绝热节流,节流：流体流经截面突缩的孔口时压力下降的现象。,原因(机理)：热力学、流体力学,一、绝热节流分析,节流过程不可逆,节流前后流体的焓不变,节流后压力下降、比体积增大,绝热节流过程为定焓过程？,孔口附近，动能不可忽略：,二、焦耳-汤姆逊效应,焦耳-汤姆逊效应（1852年）：绝热节流后流体的温度发生变化。也称为“节流温度效应”,对于理想气体：,多数气体的T；少数气体如H2、He的T,节流后，p,节流前、后：,节流系数(焦-汤系数):,因为节流过程压力下降，即dp0,定熵膨胀产生冷效应,结论：sJ,sJ,由p1=10MPa，t1=550膨胀到p2=1MPa，,节流膨胀：TJ=550-505=