工程热力学课件4气体和蒸汽的基本的热力过程概要

1、第第 四四 章章 气体和蒸汽的基本的热力过程气体和蒸汽的基本的热力过程Basic thermodynamic process 目的：目的：揭示过程中工质状态参数的变化规律，揭示过程中工质状态参数的变化规律，以及该过程中热能与机械能之间的转换情况，以及该过程中热能与机械能之间的转换情况，进而找出影响它们转换的主要因素。进而找出影响它们转换的主要因素。方法：方法：讨论理想气体的可逆过程讨论理想气体的可逆过程1. 1. 过程方程过程方程 , ,一般写成一般写成 的形式。的形式。 2.2.利用状态方程和过程方程推出初、终状态参数之间的关系式。利用状态方程和过程方程推出初、终状态参数之间的关系式。3.

2、3. 在在p-vp-v 图和图和T-sT-s 图上表示出该过程曲线。图上表示出该过程曲线。4. 4. 该过程热力学能、焓、熵的变化以及功和热量。该过程热力学能、焓、熵的变化以及功和热量。)(vfp Constpvn)(12ttcuv)(12ttchp121212lnlnvvRTTcssgv21pdvw21vdpwt二、二、 定容过程定容过程1过程方程过程方程常数v2初、终状态参数关系初、终状态参数关系1212TTppTRpvg21vv 3p-v图及图及T-s图图pv122Ts212vvCTsT)(在在Ts图上，由于图上，由于 即即T随随s按指数曲线变化，斜率为按指数曲线变化，斜率为 12121

3、2lnlnvvRTTcssgv04、能量转换、能量转换1）过程功）过程功0dv210pdvwv2121,)(ppvvdpwvt2）热量）热量)(12ttCqvv21pdvuq0dvuqv，其中三、三、 定压过程定压过程1过程方程过程方程常数p2初、终状态参数关系初、终状态参数关系3p-v图及图及T-s图图1212TTvvTRpvg21pp pvTs212ppCTsT)(曲线斜率曲线斜率122vpccpvcTcT在在T-s图上，同一温度下定容线比定压线的斜率大。图上，同一温度下定容线比定压线的斜率大。4、能量转换、能量转换1）过程功）过程功0dp21,0vdpwpt2112)(vvppdvwp2

4、）热量）热量)(12ttcqmpp021dpvdphq，其中hqp四、四、 定温过程定温过程1过程方程过程方程常数常数，TTRpvg2初、终状态参数关系初、终状态参数关系2112ppvvTRpvg21TT 3p-v图及图及T-s图图pv122654312234Ts曲线斜率曲线斜率vpvpT)(等轴双曲线等轴双曲线4、能量转换、能量转换1）过程功）过程功2）热量）热量212121112112lnlnlnppvpppTRvvTRdvvTRpdvwgggTpv122654312234Ts21211221,lnlnvvTRppTRdppTRvdpwgggTtTtTww,0)(12ttcuvm0)(12

5、ttchpm21112112,lnlnlnppvpppTRvvTRwwqggTtTTTTwuq五、五、 绝热过程绝热过程1过程方程过程方程常数pvvpcc绝热指数，其数值随气体的种类和温度而变绝热指数，其数值随气体的种类和温度而变vpcc 1对于空气和燃气，4 . 12初、终状态参数关系初、终状态参数关系)(2112vvpp常数pvTRpvg12112)(vvTT11212)(ppTT3p-v图及图及T-s图图定温pv1226543122Ts曲线斜率vpVPvpvpTs)()(在在P-v图上，绝热线比定温线陡。图上，绝热线比定温线陡。 4能量转换能量转换 1）过程功）过程功)1 (1)(1 )

6、(11)11(112121221112111121112121TTTRTTRvpvpvvvpvdvvpvdvpvpdvwggsststvptpsvwwwwccqwTcqwTcq于是注意到,03）热量）热量0s 0q技术功是膨胀功的技术功是膨胀功的倍。倍。2）技术功）技术功1. 1. 过程方程：过程方程：、10n分别为定容、定压、定温、绝热过程分别为定容、定压、定温、绝热过程Constpvnn称为称为多变指数多变指数2. 2. 初、终状态参数间的关系：初、终状态参数间的关系：nvvpp)(211212112)(nvvTTnnppTT11212)(将绝热过程公式中的将绝热过程公式中的换成换成n即可

7、。即可。3. 3. 热力学能、焓、熵的变化热力学能、焓、熵的变化：)(1)(1212TTRTTcugv)(1)(1212TTkRTTchgp12121212121212lnlnlnlnlnlnvvcppcppRTTcvvRTTcsspvgpgv)(12TTchp)(12TTcuv1gvRc1gpRcgvpRccvpcc /4. 4. 功、热量：功、热量：)(121TTnRwgnwTTnnRwgt)(121多变指数为多变指数为n n的多变过程，技术功是体积功的的多变过程，技术功是体积功的n n倍倍)(112TTcnnqvn)(111 ( )(1()(1)(12122112TTncRcTTnRcT

8、TnRTTcwuqvgvgvgvnvncnnc1)(12TTcqnn（从绝热公式来）（从绝热公式来）pvTsnn+ - + - - + + - n=0n=0n=0n=0n= 1n= 1n= 1n= 1n= kn= kn= kn= knnnn三条分界线：三条分界线：定容线：右侧，体积功为正；右侧，体积功为正； 左侧，体积功为负。左侧，体积功为负。定温线：上方，温度增加；上方，温度增加； 下方，温度降低。下方，温度降低。绝热线：右侧，吸热；右侧，吸热； 左侧，放热左侧，放热 。npvnnn+ - + - n= 1n=n=0n=0n= 1n= kTsnnn= kn= kn= 1n= 1n=0n=0-

9、 + + - 已知某一膨胀过程的已知某一膨胀过程的n值为值为1n0，u0 例：例：汽缸与活塞间封闭有汽缸与活塞间封闭有1kg1kg空气，经历一多变压缩过程，空气，经历一多变压缩过程，消耗压缩功消耗压缩功300kJ300kJ，气体的比体积缩小为原来的，气体的比体积缩小为原来的1/7.51/7.5，压，压力增加到原来的力增加到原来的9.39.3倍。已知该气体的倍。已知该气体的=1.4=1.4和和C Cv v=0.716kJ/(kgK)=0.716kJ/(kgK)。试按定比热容计算过程的多变指数、。试按定比热容计算过程的多变指数、气体被压缩的终温、气体热力学能和熵的变化量，以及过气体被压缩的终温、气

10、体热力学能和熵的变化量，以及过程中气体与外界交换的热量。程中气体与外界交换的热量。解：解：1.1.计算多变指数计算多变指数nvvpp)(21122112lnlnvvnpp107. 15 . 7ln3 . 9ln)ln()ln(2112vvppn2.2.计算终温计算终温TRpvg24. 15 . 73 . 9112212vpvpTT1224. 1TT 11112172. 0)24. 1 (716. 0)(TTTTTcuv300172. 01Twuq11112471. 0)24. 1 (716. 01107. 14 . 1107. 1)(1TTTTTcnnqv300172. 0471. 011TT

11、KT56.4661KT53.57823.3.计算气体热力学能和熵的变化量计算气体热力学能和熵的变化量kgkJTTcuv34.80)56.46653.578(716. 0)(12kgkJvvcppcspv424. 05 . 7ln716. 04 . 13 . 9ln716. 0lnln12124.4.计算气体与外界的热交换量计算气体与外界的热交换量kgkJwuq66.21930034.80)(wuq目的目的：1 1）初、终状态参数；）初、终状态参数； 2 2）过程功、热量以及焓、熵的变化量。）过程功、热量以及焓、熵的变化量。wuqtwhqpvuhhqpuqv21pdvwpvdwt2121Tdsq

12、可逆过程可逆过程1）根据初态已知条件查图或表得到其他状态参数。）根据初态已知条件查图或表得到其他状态参数。2）根据过程特征和终态参数查图或表得其他终态参数。）根据过程特征和终态参数查图或表得其他终态参数。3）求解步骤：）求解步骤： 根据初、终状态参数求出功、热量以及焓、熵变化量。根据初、终状态参数求出功、热量以及焓、熵变化量。具有工程意义的具有工程意义的:一、定压过程一、定压过程（p = 常数常数 )1221vvppdvwp021,vdpwpt体积功体积功 技术功技术功122112hhvdphhqpqp二、绝热过程二、绝热过程（s = 常数常数 )()()(2221112112vphvphuu

13、uuqwss2112,)(hhhhqwsst体积功：体积功：技术功：技术功：stw,P P1 1=5Mpa=5Mpa，t t1 1=450=450 C CP P2 2= =0.005Mpa0.005Mpahsp2p1t112解：解：可逆过程可逆过程1-21-2：P1，t1h h1 1=3317kJ/kg=3317kJ/kg，s s1 1=6.8204kJ/(kg=6.8204kJ/(kg K)K)s2=s1= 6.8204kJ/(kg6.8204kJ/(kg K)K)P2s s2 2=0.4762kJ/(kg=0.4762kJ/(kg K)K)，s s2 2”=8.3952kJ/(kg”=8.3952kJ/(kg K)K)h h2 2=137.77kJ/kg=137