工程热力学-多媒体课建-4章

基本要求,熟练掌握3种基本过程（定容过程、定压过程、定温过程）的初终态基本状态参数p、v、T之间的关系。熟练掌握3种基本过程以及多变过程系统与外界交换的热量、功量的计算。能将各过程表示在pv图和Ts图上，并能正确地应用pv图和Ts图判断过程的特点，即u，h，q及w等的正负值。,第四章理想气体的基本热力过程,4-1研究热力基本过程的目的及一般方法,分析计算热力过程的目的：揭示过程中工质状态参数的变化规律及能量转换情况，找出影响转化的主要因素。热力学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。,工程目的：提高热力过程的热功转换效率。,利用外部条件,合理安排过程，形成最佳循环过程。对已确定的过程，进行热力计算。,4-1研究气体的基本热力过程的方法,研究热力学过程的对象与方法,对象,参数(p,T,v,u,h,s)变化2)能量转换关系,q,w,wt,方法,抽象分类,2)可逆过程(不可逆再修正),典型的基本过程,2)理想气体基本公式：,1)第一定律：,稳流方程式：,研究热力学过程的依据,函数形式：,4)可逆过程计算公式：,研究热力学过程的依据,3)理想气体计算公式：,研究热力学过程的步骤,1)据过程的特点，利用状态方程式，确定该过程方程式：,5)确定1kg工质对外作功和过程热量。计算可逆过程的w,wt,q。,3)用p-v和T-s图画出过程曲线，直观表示过程中工质状态参数的变化规律及能量转换情况。,2)借助过程方程式和理想气体状态方程式，由已知状态参数求未知状态参数。,4)确定工质状态参数的变化量，求：变比热容时按:（3-27）（3-28）；（3-29）（3-30）公式计算。定值比热容时，按书p70公式计算。下面讨论各过程均以定值比热容为例。,4-2理想气体的定容过程（p102）,定容过程即比体积保持不变的过程。即dv=0，其过程方程式：v=定值初、终态参数间的关系可根据v=定值及pv=RgT得出：v2=v1，p2/p1=T2/T1(4-16)定容过程中气体的压力与热力学温度成正比。定容过程的熵变量可简化为，在T-s图上是一条对数曲线。在p-v图上过程曲线是一条垂直直线。,加热,放热,（a),（b),加热,图4-2定容过程的二个状态图,理想气体定容过程v的过程曲线,曲线斜率=？,曲线形状？,曲线为正斜率凹向上曲线,且斜率随T上升而增大,斜率,定容过程，比体积不变：,理想气体定容过程v的热量和功,作为简单可压缩物质，对于气体的可逆定容过程，由于dv=0其过程功为：（4-17）过程热量为：qv=u2u1（4-18）结论：定容过程中工质不输出膨胀功，其获得的热量全部等于工质的热力学能的增量。它直接由热力学第一定律推出，适用于所有气体。qv的计算结果为正，是吸热过程，反之是放热过程。,对定容过程的热量，有（4-19）,4-3理想气体的定压过程(p104),定压过程是工质在状态变化过程中压力保持不变的过程。其过程方程式：p=定值初、终态参数间的关系可根据p=定值及pv=RgT得出：p2=p1，v2/v1=T2/T1(4-21)定压过程中气体的比体积与热力学温度成正比。在p-v图上定压过程线是一水平直线。定压过程的熵变量为为，在T-s图上也是一条对数曲线。,图4-3定压过程的（a)(b)2个状态图,定压过程,对于定容过程，有,对于定压过程，有,s,T,1,P=定值,v=定值,加热,放热,斜率：,斜率：,相同温度下,显然，过温度相同的同一点的定容线斜率恒大于定压线斜率。,理想气体的定压过程P的热量和功,对于气体的可逆定压过程，由于p=定值，其定压过程的过程功：,可逆定压过程的技术功：（4-26）它表明：定压过程中系统不对外作技术功。上述式(4-22)和(4-26)适用于任何工质,不限于理想气体。而式(4-23)和(4-24)只适用于理想气体,（4-22）,对于理想气体，定压过程的过程功可表示为w=Rg（T2-T1）或Rg=w/（T2-T1）（4-23）它表明：理想气体的气体常数Rg数值上等于1kg气体在定压过程中温度升高1K所作的膨胀功。定压过程的过程热量为：qp=h2-h1（4-24）即工质在定压过程中吸入的热量=焓增量。,(1)按定值比热容计算(续),=0.43997kJ/（kg*K）,本题（1）按定值比热容计算的结果误差比较大。,4-4理想气体的定温过程,定温过程是工质状态变化时温度保持不变的过程，T=定值。由pv=RgT，得出过程方程式：pv=定值(4-28)初、终态参数间的关系有：T2=T1，p2v2=p1v1定温过程中理想气体的压力与比体积成反比。,4-4定温过程,在Pv图上定温线为一条等腰双曲线，它有负的斜率。在T-s图上定温线是一水平直线。,理想气体定温过程T的参数关系,理想气体的定温过程即定热力学能过程和定焓过程。这时u=0，h=0定温过程的熵变量：,取定值比热容,求U、H、S,由热力学第一定律，定温过程的过程热量为,据理想气体状态方程有,定温过程的过程功：,（4-29）,（4-30）,因为u=0，h=0,所以过程热量：,过程技术功：,（4-31）,理想气体定温过程T的参数关系,4-5绝热过程（定熵过程）（p111）,绝热,可逆绝热时：,s=定值,说明:(1)不能说绝热过程就是定熵过程，必须是可逆绝热过程才是定熵过程。,熵的定义:,0,可逆绝热过程称为定熵过程。,一、绝热过程方程式(p112),三个条件:,当,ds=0,对于理想气体,(1)理想气体(2)可逆过程(3)k为常数,定值,定值,可逆绝热过程的过程方程是指数方程,定值,（4-32）,（a）,(a)积分有,理想气体s的过程方程,(4-34),(4-35),(4-36),二、初、终状态参数的关系,斜率=？,曲线上凸？下凹？,三、定温过程s在p