第四章理想气体的基本热力过程解析.ppt

第四章气体与蒸汽的热力过程,本章主要内容1.理想气体的热力过程；2.蒸汽的热力过程；3.湿空气的热力过程；4.气体与蒸汽的绝热节流过程；5.压气机中的热力过程；6.锅炉生产蒸汽的热力过程,研究热力学过程的对象与方法,对象,方法,抽象分类,2)可逆过程(不可逆再修正),基本过程,研究热力学过程的依据,2)理想气体,3)可逆过程,1)热一律,稳流,研究热力学过程的步骤,1)确定过程方程-该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,4.1理想气体的定熵过程,(2)不仅,绝热,可逆,s,说明:(1)不能说绝热过程就是等熵过程,必须是可逆绝热过程才是等熵过程。,处处相等,s,理想气体s的过程方程,当,理想气体,理想气体s的过程方程,若已知p1,T1,T2,求p2,理想气体变比热s过程,理想气体变比热s过程,已知p1,T1,T2,求p2,若是空气，查附表6,理想气体变比热s过程,定义,相对压力,已知p1,T1,T2,查附表6，得pR(T1)和pR(T2)，求p2,内能变化,焓变化,熵变化,理想气体su,h,s,的计算,状态参数的变化与过程无关,膨胀功w,理想气体sw,wt,q的计算,技术功wt,热量q,4.2理想气体热力过程的综合分析,理想气体的多变过程,过程方程,n是常量，每一过程有一n值,n,n=k,s,理想气体nw,wt,q的计算,多变过程比热容,(1)当n=0,(2)当n=1,多变过程与基本过程的关系,(3)当n=k,(4)当n=,p,T,s,v,n,p,T,s,v,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,斜率,理想气体过程的p-v,T-s图,s,T,v,p,p,p,p,斜率,理想气体过程的p-v,T-s图,s,T,v,p,p,p,v,v,v,斜率,理想气体过程的p-v,T-s图,s,T,v,p,p,p,T,v,v,T,T,理想气体过程的p-v,T-s图,s,T,v,p,p,p,s,v,v,T,T,s,s,理想气体基本过程的p-v,T-s图,s,T,v,p,p,p,v,v,T,T,s,s,讨论题,4.2蒸气的热力过程,任务：确定初终态参数，计算过程中的功和热在p-v、T-s、h-s图上表示,注意理想气体过程的区别,第一定律与第二定律表达式均成立,理想气体特有的性质和表达式不能用,可逆,水蒸气的定压过程,q=hwt=0,3,4,2,1,例：锅炉中，水从30，4MPa,定压加热到450,q=h2-h1,ts(4MPa)=250.33,锅炉、换热器,水蒸气的定压过程,例：水从30，4MPa,定压加热到450,q=h2-h1,2,T,s,h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kg,1,3,4,=3201.4kJ/kg,水蒸气的绝热过程,p1,p2,汽轮机、水泵,1,2,q=0,水蒸气的绝热过程,汽轮机、水泵,q=0,1,2,p1,p2,水蒸气的定温过程,实际设备中很少见,C,远离饱和线，接近于理想气体,水蒸气的定温过程,1,2,T,s,可逆过程：,水蒸气的定容过程,实际设备中不常见,1,2,p,v,1,T,2,v,p,4.3湿空气的热力过程,一、单纯加热或冷却过程,d不变,d,h,1,2,2,加热,放热,二、绝热加湿过程（1）喷水加湿,d,h,1,2,d1,h1,d2,h2,d2-d1,h水,t1,t2,向空气中喷水，汽化潜热来自空气本身，t,蒸发冷却过程,4.3湿空气的热力过程,二、绝热加湿过程（2）喷蒸气加湿,d,h,1,2,hv,能量守恒,向空气中喷水蒸气,2,d1,h1,d2,h2,d2-d1,t1,t2,4.3湿空气的热力过程,三、冷却去湿过程,d,h,1,2,2,3,4,4.3湿空气的热力过程,四、绝热混合过程,空调工程常用方法,d1,d2,ma2,ma3,d3,4.3湿空气的热力过程,d,h,1,2,h3,h2,3,h1,ma1,ma2,d1,d2,ma2,ma1,ma3,d3,4.3湿空气的热力过程,4.4气体与蒸汽的绝热节流过程,绝热节流的特点：,理想气体：,实际气体：,Joule-Thomsoncoefficient,绝热节流与焦汤系数,绝热节流温度效应焦汤系数,由实验确定焦耳和汤姆逊分别做实验,热效应,零效应,冷效应,焦汤实验,保持p1,T1不变，改变开度，得到不同出口状态，连成定焓线，表示在p-T图上，曲线的斜率就是焦汤系数,焦汤实验,保持p1,T1不变，改变开度，得到不同出口状态，连成定焓线，表示在pT图上，曲线的斜率就是焦汤系数,p,T,h=Const,焦汤实验曲线,p,T,h=Const,转变曲线,Inversionline,Maximuminversiontemperature,焦汤系数的表达式,与p,v,T的关系,转变曲线方程,理想气体,焦汤系数的应用,p,T,h=Const,转变曲线,1、制冷,节流前,一般工质,Tmax,Tmin,焦汤系数的应用,2、建立状态方程,理想气体,焦汤系数的应用,3、制热,p1,T1,p2,T2,p3,T3,节流热效应,油,4.5压气机中的热力过程,压气机的作用,生活中：自行车打气。,工业上：锅炉鼓风、出口引风、燃气轮机、制冷空调等等,压力范围,通风机,鼓风机,压缩机,压气机：消耗外功，使气体升压的设备。,P350KPa,工作原理和构造,容积式压气机,速度式压气机,引射式压气机,直接通过改变气体容积实现压缩；活塞式压缩机,利用高速旋转的叶轮推动气体高速流动，再通过扩压管将动能转化为压力能实现压缩；叶轮式压气机,单级活塞式压缩机的工作原理一、结构简图主要部件：1、活塞2、气缸3、滤清器4、吸、排气阀5、散热肋片,单级活塞式压气机工作原理工作过程：（a）吸气（b）压缩（c）排气理想压气过程：活塞与气缸塞不存在余隙压缩过程可逆气流进出阀门时无阻力损失,P1,T1不变，dm0,P2,T2不变，dm0,dm=0,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,容积效率,单级压缩最大增压比是多少？,理论压气功(可逆过程),指什么功,目的：研究耗功，越少越好,活塞式压气机的压气过程,技术功wt,(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,三种压气过程的参数关系,三种压气过程功的计算,最小,重要启示,两级压缩中间冷却分析,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，,可证明若m级,最佳增压比,分级压缩的其它好处,润滑油要求t160180,高压压气机必须分级,分级压缩的级数,省功,分级,降低出口温,多级压缩达到无穷多级,(1)不可能实现,(2)结构复杂(成本高),一般采用24级压缩,1.空气初态为p1=0.1Mpa,t1=20，经三级压缩，压力达到12.5MPa。各级多变指数均为1.3，若压气机每小时产出压缩空气120kg，在最佳工作条件下求：（1）各级排气温度？（2）压气机的功率？（3）若经单级压缩达到相同的终态，压气机耗功率及压缩终温各为多少？,第一章1.基本概念：热力系统定义及分类；基本状态参数；平衡状态和准静态；状态方程；可逆过程与不可逆过程；热力循环。,第二章热力学基本定律重点：1.可逆过程功和热量2.闭口系能量方程3.稳定流动能量方程4.膨胀功、技术功、流动功和轴功之间的区别与联系5.利用卡诺定理、克劳修斯不等式和孤立系统熵增原理来判断循环是否可逆，是否可行,第三章气体与蒸汽的热力性质重点：1.理想气体状态方程2.比定容热容和容积比热容3.理想气体内能、焓、熵的计算4.实际气体与理想气体的偏离压缩因子5.水蒸气的定压发生过程6.湿蒸汽和湿空气的定义7.湿蒸汽状态参数的确定,第四章气体与蒸汽的热力过程重点：1.理想气体的基本热力过程和多变过程（pv