工程热力学第9讲-第二部分复习-工质热力性质及热力过程计算课件

1、工程热力学第十一讲山东大学机械工程学院过程装备与控制工程研究所过程装备与控制工程专业本讲内容1 复习Ch3 工质性质（理想气体、实际气体、水蒸汽、湿空气）Ch4 热力过程Ch5 火用分析基础Ch6 热力循环2 练习 3 测验复习CH3 工质性质1 掌握理想气体的状态方程2 掌握定压比热、定容比热3 掌握理想气体及其混合物的内能、焓、比热、熵的计算方法4 掌握实际气体的状态方程5 会用普遍化压缩因子和常用的状态方程计算实际气体的状态参数6 掌握水蒸汽的一点二线三区五态。7 能熟练使用水蒸汽图表。8 掌握湿空气的特性,会使用焓湿图计算。理想气体定义：理想气体是从实际气体抽象出来的物理模型。所谓理想

2、气体是一种经过科学抽象的假想气体，认为气体分子是完全弹性的、不占据体积的质点，分子之间不存在相互作用力。实质：实际气体在压力趋近于0，比容趋近于无穷时的极限状态。应用：理想气体实际上是不存在的。在温度不太低，压强不太大的情况下，可将实际气体看做是理想气体T常温，p0u,h (T ) w (v ) wt (p ) q (s )sTvpu0u0h0w0w0wt0q0q0wt0蒸气的热力过程分析方法理想气体的热力过程分析方法： 公式计算法蒸气的热力过程分析方法： 利用图表 (1).定性：p-v图 T-s图 p-T图 (2).定量：h-s图(热机) lgp-h图(制冷) 研究蒸气热力过程的依据1)第一

3、定律2)状态参数 查图、查表 3)过程参数（可逆过程）研究蒸气热力过程的步骤研究步骤： (1).利用图表，由已知的初态参数确定未知的初态参数； (2).利用图表，根据过程特点和已知的终态参数确定未知的终态参数； (3).由初态参数和代入有关公式计算过程中的能量传递、转换量：q，w，wt。水蒸气图、表的应用应用： 1.已知某状态任意两个独立参数（p，v，t，u，h，s，x） 就能查出其余各参数，并可判别工质的状态。 2.分析计算热力过程中工质状态变化及与外界的能量交换。分析计算的一般步骤： （1）已知任意两个初态参数，查出其它各初态参数（p1，v1，t1，u1，h1，s1，x1）。 （2）根据过

4、程条件（定压、定温、定熵、定容）及终态的一个参数，查得终态各参数（p2，v2，t2，u2，h2，s2，x2）。 （3）根据初终态参数及过程条件计算能量交换。 （4）将过程表示在状态图上（p-v，T-s，h-s）。湿空气的基本热力过程单纯加热或冷却过程 特点：含湿量不变冷却去湿过程 特点：凝析前含湿量不变，凝析后水蒸气饱和增压冷凝过程 特点：比较压力是否饱和以确定凝析情况绝热加湿过程 特点：绝热，近似定焓加热加湿过程 特点：能量守恒，吸热等于焓增，过程需补充条件绝热混合过程 特点：能量、质量守恒绝热节流概念：流体在管道中流过突然缩小的截面，而又未及与外界进行热量交换的过程。过程的基本特性等焓、压

5、降 h1h2推导： 根据 Q=0 + 第一定律焦耳汤姆逊效应时间：1852年实验装置：结论：节流前后，气流温度发生变化原因：h = f ( p , T )分析：理想气体：节流后，焓不变、温度不变、压力降低、比容增大，由于是不可逆绝热过程，节流后熵的值增大。实际气体：节流前后焓不变，但温度有三种可能，即升高、不变或降低。压气机压气机是生产压缩气体的设备，它不是动力机，而是用消耗机械能来得到压缩气体的一种工作机。压气机分类：按工作原理和构造：容积式（活塞式或往复式）压气机 、速度式（叶轮式或离心式）压气机、特殊引射式压缩器。按压缩气体压力范围：通风机（110 kPa) 、鼓风机（110400 kP

6、a) 、压气机（400 kPa)。（绝压）压气功的耗量可认为等于技术功。可能的压气过程特别快，来不及换热。 绝热过程特别慢，热全散走。 定温过程实际压气过程是 多变过程单级活塞式压缩机的理论耗功讨论：对压缩机而言，示功图 p-V 图所包围的面积表示压缩机的耗功，从 p-V图可以看出定温压缩耗功最少，而绝热压缩所消耗的机械功最大。因此对压缩机应加强冷却，不仅减少耗功，而且保证润滑条件。通常为多变压缩,1n0 Cp0恒大于零.CH5 火用分析基础火用是系统由任一状态经可逆过程变化到与给定环境状态相平衡时所做的最大理论功。符号：ExEx的基本含义是以环境为基准时系统的理论做功能力。Ex的本质是系统与

7、环境之间存在着不平衡势。凡是不能转换成火用的能量称为火无。符号：An在能量转换过程中，火用和火无的总和恒定不变。 E = Ex + An热一律和热二律的Ex含义热一律：一切过程， Ex+An总量恒定。 热二律：由An转换为Ex不可能；在可逆过程中，Ex保持不变 ；在不可逆过程中， 部分Ex转换为An。孤立系Ex减原理：任何一孤立系， Ex只能不变或减少，不能增加。能量贬值原理能不仅有数量，还有品质！能量贬值原理：在不可逆过程中，能量的数量不变，但Ex减小了，能量的品质下降，能级降低了，做功能力下降了。能级分析在大系统的能量匹配中有用。如果供能的能级与用户的用能能级差较小，则匹配就比较合理。技术

8、上可行、经济上合理一项工程能被人们所接受必须具备两个条件：一是技术上的可行性；二是经济上的合理性。经济效果可用效率型指标表示，如下式：经济效果收益/费用或用价值型指标表示：经济效果收益费用经济效果和技术效果是密不可分的，经济效果包含技术效果。CH6 热力循环熟练掌握朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电循环的组成。会利用蒸汽图表对循环进行热力分析和计算。掌握提高蒸汽动力循环热效率的方法和途径。熟悉热电联供循环。掌握空气和蒸汽压缩制冷循环的组成。掌握制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。 了解制冷剂的热力学要求和环保要求。了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷、热泵、空调原理。掌握气体液化循环的原理和特点

9、。动力循环动力循环：工质连续不断地将从高温热源取得的热量的一部分转换成对外的净功。研究目的：合理安排循环，提高热效率。动力循环的分类：按工质蒸汽动力循环：外燃机空气为主的燃气按理想气体处理水蒸气等实际气体气体动力循环：内燃机气体卡诺循环工质：气体效率：最高效率缺点：定温吸热和定温放热两个过程在实际上难以实现；在p-v图上，气体定温线与绝热线的斜率相差不大，所以每次完成的功较小。蒸汽动力循环蒸汽动力循环：以蒸汽为工质，在湿蒸汽区，可以克服气体卡诺循环的两个缺点。实际生产中不采用蒸汽卡诺循环。原因：湿蒸汽的绝热压缩难以实现，缺少压缩汽水混合物的合适设备；定熵膨胀的末期，蒸汽湿度较大，对汽轮机工作不

10、利；蒸汽比容比水大上千倍，压缩时设备庞大，耗功也大；由于上限温度受限于临界温度，温差不可能很大，因此热效率不高，每循环完成的功也不大。朗肯循环4321Ts1342pv朗肯循环功和热的计算 汽轮机作功凝汽器中的定压放热水泵绝热压缩耗功锅炉中的定压吸热hs1324提高朗肯循环热效率的途径改变循环参数提高初温度提高初压力降低乏汽压力改变循环形式回热循环再热循环改变循环形式热电联产燃气-蒸汽联合循环新型动力循环IGCCPFBC-CC.朗肯循环的改进朗肯循环热效率有限：乏汽的压力和温度受限于环境，降低的可能很小。提高初始压力虽然可以提高朗肯循环的效率，但是由于乏汽干度下降，对汽轮机的运行会产生不利后果。

11、提高蒸汽进入汽轮机的初温又会对锅炉、管道、阀门的材质、强度提出更高的要求。存在两个温差吸热造成朗肯循环效率变低。朗肯循环的改进：回热循环、再热循环等。蒸汽回热循环(1- )kg kg65as43211kgTa kg4(1- )kg51kg由于T-s图上各点质量不同，面积不再直接代表热和功蒸汽再热循环Ts65431b热电联产(供)循环用发电厂汽轮机后的乏汽的余热来满足低热用户的需要。原因：乏汽的能量数量多，但由于压力和温度低，可用能很少，无法得到充分的利用。生活和生产中需要耗费大量燃料以产生大量温度不太高的热能。热电联供将二者结合起来，一方面产生动力，另一方面提供低品位的热能。由此节约的能量比因

12、动力循环效率下降而损失的能量多，综合节能效果非常显著。制冷循环的计算内容1423T2TsT0制冷量q2耗净功w0 制冷量 循环放热量 循环耗净功 制冷系数性能系数 空气压缩制冷循环压气机膨胀机冷却器冷藏室 在 TL温度下冷介质q1q2winwout4123优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。 缺点：不能实现等温传热，空气比热很小，换热量小。以电能/机械能直接驱动的制冷循环回热空气压缩制冷循环膨胀机压缩机184回热器765q1q2冷却器蒸发器冷库（1）同样制冷系数下，增压比下降，这为采用大流量的叶轮式压气机和膨胀机提供可能；（2）增压比减小，使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小。以电能/机械能

13、直接驱动的制冷循环压缩蒸汽制冷循环压缩机膨胀阀1234冷凝器 蒸发器q2q1汽-水分离器以电能/机械能直接驱动的制冷循环吸收式制冷循环膨胀阀阀门泵加热 蒸发器冷凝器 蒸发器Q2吸收器Q1QQ1“压缩机”制冷剂(氨)吸收剂（水）优点：直接利用热能；可用低品质热；环境性能好。缺点：设备体积大；启动时间长。以热能直接驱动的制冷循环蒸汽喷射制冷循环泵冷凝器蒸汽锅炉1014267喷管混合室膨胀阀98蒸发器扩压管Q2QQ1“压缩机”以热能直接驱动的制冷循环制冷剂制冷剂是制冷机（包括电冰箱）用来实现能量转换的工作物质，又称制冷工质。制冷剂的分类根据制冷剂化学成份及组成可分为四类，即无机化合物、碳氢化合物、氟

14、里昂系列和混合共沸溶液。根据蒸发温度的高低，制冷剂可分为三大类:高温低压制冷剂_水、盐水溶液：适用于0以上的制冷循环，被广泛用于空调装置。中温中压制冷剂_氯化钠、氯化钙的水溶液：用于5-50制冷装置中。低温高压制冷剂_R11、三氯乙烯：适用于低于-50的制冷装置。选用制冷剂的基本原则1.安全性2.热力学特性: 蒸发潜热要大。 临界温度要高于环境温度。 凝固点要低。 操作压力要合适。 制冷剂的导热系数和放热系数要高。3.其它要求: 制冷剂的粘度和密度要尽量小。 在高温下不会分解，稳定。 无毒，没有明显的侵蚀作用。 易于与润滑油混合。 有一定的吸水能力。 价格便宜，易于购买 。 冷冻剂对环境应该无

15、公害。 热泵逆向循环不仅可以用来制冷，还可以把热能释放给某物体或空间，使其温度升高。作这一用途的逆向循环系统称为热泵。 用途：将热能从低温热源送往高温热源。热泵与制冷机在热力学原理上是完全相同的，它们的区别主要有两点：两者的目的不同。两者的工作温区往往有所不同。 热泵与制冷循环的比较1423T1T2TsT0制冷循环热泵循环制冷量q2耗净功w0耗净功w0吸热量q2供热量q1sT热泵循环的计算T1TsT0耗净功w0吸热量q2耗净功w0供暖量w0q2 供暖量 吸热量 循环耗净功 供暖系数深冷循环（气体液化循环） 深度冷冻循环的目的就是获得低温度液体。当气体温度高于其临界温度时，无论加多大的压力都不能

16、使其液化。因此，气体的临界温度越低，所需要的液化温度越低。如：氮气 Tc=126.2K(-146.95) 氢气 Tc=33.2K(-249.95)气体液化循环方式：节流膨胀(林德循环),定熵膨胀(克劳德循环) 。练习填空题理想气体的实质是实际气体在压力趋近于_，比容趋近于_时的极限状态。_是能发生气液相转变的最高温度。锅炉是将_转变为_的设备。判断题理想气体吸热后熵一定增大；理想气体吸热后温度一定升高；理想气体吸热后内能一定增大。简答题为什么工质的内能、焓、熵为0的基准可以任选？理想气体通常选哪个状态？水和水蒸气通常选哪个状态？理想气体内能和焓有何特点？道尔顿分压定律是否适用于实际气体？实际气

17、体性质与理想气体性质差异产生的原因是什么？在什么条件下才可以把实际气体作为理想气体处理？压缩因子Z的物理意义怎么理解？能否将其当作常数处理？范德瓦尔方程的精度不高，但在实际气体状态方程中它的地位却很高，为什么？作图题某一个由等熵压缩、等容加热、等压加热、等熵膨胀、等容放热过程组成的循环，若去掉其中某一过程（原过程先后顺序不变），由剩余四个过程组成循环，指出哪些循环是可能的，哪些循环是不可能的，并将原循环以及后来组成的可能和不可能的循环表示在p-v和T-s图上。作图题有1kg空气，在15C和0.5MPa的状态下，定压加热到200C，然后绝热膨胀，温度降低到100C，接着定容冷却到15C，最后等温

18、压缩到初始状态。所有过程都是可逆的，并已知空气的k=1.4，cp=1.004kJ/kg.K，cv=0.715kJ/kg.K，R=0.287kJ/kg.K，试将该循环画在p-v和T-s图上。计算题计算题题型1 状态参数计算2 过程参数计算3 效率计算计算要决工质性质（理想/实际） R k cp cv 状态方程（初态/终态）p v R T Z m V过程方程（简化）能量方程（功/热/内能）质量方程（ n m换算/守恒）（理想气体）焓、熵、内能/比热习题1试证：理想气体在T-s图上任意两条定压线间的水平距离相等。 分析： 要证明理想气体在T-s图上任意两条定压线间的水平距离相等，实际就是要证明 习题

19、1证： 由图可知，1-2为定温过程 ，3-4为定温过程 又故习题2习题3已知：氮气由初态p1，t1绝热膨胀到终态v2。分别按下列过程计算熵的变化量。可逆绝热膨胀；向保持恒外压p2的气缸膨胀。向真空膨胀。习题3解：计算熵的变化量：关键是确定初终状态。熵是状态量，其变化量只与初终状态有关，而与过程无关。可逆绝热膨胀；向保持恒外压p2的气缸膨胀。向真空膨胀。习题4一容积为0.15m3的储气罐内有氧气，初态温度t1=38，压力p1= 0.55MPa，罐上装有压力控制阀，压力超过0.7MPa时，阀门打开维持罐内压力为0.7MPa，对罐内氧气加热，问：当罐中氧气温度为285 时，对罐内共加入多少热量？R=

20、260J/(kgK)；cV=657J/(kgK)；cp=917J/(kgK)习题4过程分析：1到2为定体积过程，过程中m不变；2到3过程中气体压力不变，但质量改变。习题4初终状态质量计算：习题4过程计算：1到2为定体积过程，过程中m不变，所以2到3过程中气体压力不变，但质量改变习题4习题4本题也可以从基本能量方程着手，对2到3过程考虑 流入-流出=内增平衡态he=h习题4习题5试证明：刚性绝热容器的放气过程中容器内理想气体的状态参数服从：习题5证： 取容器为CV，列能量方程又习题5代入上式得整理，积分得思考：放气过程是否可逆？ 为何留在容器内理想气体的状态参数满足可逆规律？习题60.5kmol

21、某种单原子理想气体，由25、2m3可逆绝热膨胀到1atm，然后在此状态的温度下定温可逆压缩回到2m3。1）画出各过程的p-v图及T-s图；2）计算整个过程的Q，W，U，H及S。解：1）过程的p-v图及T-s图习题62）求各状态基本状态参数习题63）求各过程参数 绝热过程：热量=0 等温过程：热量=膨胀功=技术功习题64）求各状态其它参数习题7封闭气缸中气体初态p1=8MPa，t1=1300，经可逆多变膨胀过程变化到终态p2=0.4MPa，t2=400。已知该气体比热cV=0.716 kJ/(kgK)，气体常数R=0.287kJ/(kgK)。试判断气体在该过程中是放热还是吸热的？习题7解：1到2

22、是可逆多变过程，对初、终态用理想气体状态方程有 所以多变指数习题7多变过程膨胀功和热量所以是吸热过程。课后作业P112 1.说明下列各式的应用条件P114 4-11试证明理想气体在T-s图上的任意两条定容线之间的水平距离相等。测验综合练习题综合练习-1解：(1)由初态变化到安全阀刚刚开启为闭系定容过程 由热力学第一定律知 对理想气体有 故综合练习-2解：(2)由安全阀刚刚开启变化到终态为开系定压过程 由热力学第一定律知 对理想气体有 故(3)由初态变化到终态过程中，对罐内空气加入的热量为11醉翁亭记 1反复朗读并背诵课文，培养文言语感。2结合注释疏通文义，了解文本内容，掌握文本写作思路。3把握

23、文章的艺术特色，理解虚词在文中的作用。4体会作者的思想感情，理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹因参与改革被贬，于庆历六年写下岳阳楼记，寄托自己“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”的政治理想。实际上，这次改革，受到贬谪的除了范仲淹和滕子京之外，还有范仲淹改革的另一位支持者北宋大文学家、史学家欧阳修。他于庆历五年被贬谪到滁州，也就是今天的安徽省滁州市。也是在此期间，欧阳修在滁州留下了不逊于岳阳楼记的千古名篇醉翁亭记。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧！【教学提示】结合前文教学，有利于学生把握本文写作背景，进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新课目标导学一：认识作者，了解作品背景作者简介：欧阳修

24、(10071072)，字永叔，自号醉翁，晚年又号“六一居士”。吉州永丰(今属江西)人，因吉州原属庐陵郡，因此他又以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠，世称欧阳文忠公。北宋政治家、文学家、史学家，与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。关于“醉翁”与“六一居士”：初谪滁山，自号醉翁。既老而衰且病，将退休于颍水之上，则又更号六一居士。客有问曰：“六一何谓也？”居士曰：“吾家藏书一万卷，集录三代以来金石遗文一千卷，有琴一张，有棋一局，而常置酒一壶。”客曰：“是为五一尔，奈何？”居士曰：“以吾一翁，老于此五物之间，岂不为六一乎？

25、”写作背景：宋仁宗庆历五年(1045年)，参知政事范仲淹等人遭谗离职，欧阳修上书替他们分辩，被贬到滁州做了两年知州。到任以后，他内心抑郁，但还能发挥“宽简而不扰”的作风，取得了某些政绩。醉翁亭记就是在这个时期写就的。目标导学二：朗读文章，通文顺字1初读文章，结合工具书梳理文章字词。2朗读文章，划分文章节奏，标出节奏划分有疑难的语句。节奏划分示例环滁/皆山也。其/西南诸峰，林壑/尤美，望之/蔚然而深秀者，琅琊也。山行/六七里，渐闻/水声潺潺，而泻出于/两峰之间者，酿泉也。峰回/路转，有亭/翼然临于泉上者，醉翁亭也。作亭者/谁？山之僧/曰/智仙也。名之者/谁？太守/自谓也。太守与客来饮/于此，饮少

26、/辄醉，而/年又最高，故/自号曰/醉翁也。醉翁之意/不在酒，在乎/山水之间也。山水之乐，得之心/而寓之酒也。节奏划分思考“山行/六七里”为什么不能划分为“山/行六七里”？明确：“山行”意指“沿着山路走”，“山行”是个状中短语，不能将其割裂。“望之/蔚然而深秀者”为什么不能划分为“望之蔚然/而深秀者”？明确：“蔚然而深秀”是两个并列的词，不宜割裂，“望之”是总起词语，故应从其后断句。【教学提示】引导学生在反复朗读的过程中划分朗读节奏，在划分节奏的过程中感知文意。对于部分结构复杂的句子，教师可做适当的讲解引导。目标导学三：结合注释，翻译训练1学生结合课下注释和工具书自行疏通文义，并画出不解之处。【

27、教学提示】节奏划分与明确文意相辅相成，若能以节奏划分引导学生明确文意最好；若学生理解有限，亦可在解读文意后把握节奏划分。2以四人小组为单位，组内互助解疑，并尝试用“直译”与“意译”两种方法译读文章。3教师选择疑难句或值得翻译的句子，请学生用两种翻译方法进行翻译。翻译示例：若夫日出而林霏开，云归而岩穴暝，晦明变化者，山间之朝暮也。野芳发而幽香，佳木秀而繁阴，风霜高洁，水落而石出者，山间之四时也。直译法：那太阳一出来，树林里的雾气散开，云雾聚拢，山谷就显得昏暗了，朝则自暗而明，暮则自明而暗，或暗或明，变化不一，这是山间早晚的景色。野花开放，有一股清幽的香味，好的树木枝叶繁茂，形成浓郁的绿荫。天高气

28、爽，霜色洁白，泉水浅了，石底露出水面，这是山中四季的景色。意译法：太阳升起，山林里雾气开始消散，烟云聚拢，山谷又开始显得昏暗，清晨自暗而明，薄暮又自明而暗，如此暗明变化的，就是山中的朝暮。春天野花绽开并散发出阵阵幽香，夏日佳树繁茂并形成一片浓荫，秋天风高气爽，霜色洁白，冬日水枯而石底上露，如此，就是山中的四季。【教学提示】翻译有直译与意译两种方式，直译锻炼学生用语的准确性，但可能会降低译文的美感；意译可加强译文的美感，培养学生的翻译兴趣，但可能会降低译文的准确性。因此，需两种翻译方式都做必要引导。全文直译内容见我的积累本。目标导学四：解读文段，把握文本内容1赏析第一段，说说本文是如何引出“醉翁

29、亭”的位置的，作者在此运用了怎样的艺术手法。明确：首先以“环滁皆山也”五字领起，将滁州的地理环境一笔勾出，点出醉翁亭坐落在群山之中，并纵观滁州全貌，鸟瞰群山环抱之景。接着作者将“镜头”全景移向局部，先写“西南诸峰，林壑尤美”，醉翁亭坐落在有最美的林壑的西南诸峰之中，视野集中到最佳处。再写琅琊山“蔚然而深秀”，点山“秀”，照应上文的“美”。又写酿泉，其名字透出了泉与酒的关系，好泉酿好酒，好酒叫人醉。“醉翁亭”的名字便暗中透出，然后引出“醉翁亭”来。作者利用空间变幻的手法，移步换景，由远及近，为我们描绘了一幅幅山水特写。2第二段主要写了什么？它和第一段有什么联系？明确：第二段利用时间推移，抓住朝暮

30、及四季特点，描绘了对比鲜明的晦明变化图及四季风光图，写出了其中的“乐亦无穷”。第二段是第一段“山水之乐”的具体化。3第三段同样是写“乐”，但却是写的游人之乐，作者是如何写游人之乐的？明确：“滁人游”，前呼后应，扶老携幼，自由自在，热闹非凡；“太守宴”，溪深鱼肥，泉香酒洌，美味佳肴，应有尽有；“众宾欢”，投壶下棋，觥筹交错，说说笑笑，无拘无束。如此勾画了游人之乐。4作者为什么要在第三段写游人之乐？明确：写滁人之游，描绘出一幅太平祥和的百姓游乐图。游乐场景映在太守的眼里，便多了一层政治清明的意味。太守在游人之乐中酒酣而醉，此醉是为山水之乐而醉，更是为能与百姓同乐而醉。体现太守与百姓关系融洽，“政通人和”才能有这样的乐。5第四段主要写了什么？明确：写宴会散、众人归的情景。目标导学五：深入解读，把握作者思想感情思考探究：作者以一个“乐”字贯穿全篇，却有两个句子别出深意，不单单是在写乐，而是另有所指，表达出另外一种情绪，请你找出这两个句子，说说这种情绪是什么。明确：醉翁之意不在酒，在乎山水之间也。醉能同其乐，醒能述以文者，太守也。