理想气体的热力过程及气体压缩课件

第四章

理想气体的热力过程及气体压缩

第四章

理想气体的热力过程及气体压缩

1本章目录4.1

研究热力过程的目的及一般方法4.2定容、定压和定温过程4.3定熵过程4.4多变过程4.5压气机的热力过程4.6活塞式压气机余隙容积的影响4.7多级压缩及中间冷却

本章目录4.1

研究热力过程的目的及一般方法4.2定容、定2（1）过程方程、状态参数间的关系（2）热力过程在坐标图上表示（3）过程Δu、

Δh和Δs（4）过程中的功量和热量对每个热力过程，都是从以下几方面来分析的：（1）过程方程、状态参数间的关系（2）热力过程在坐标图上表示31、研究热力过程的目的实现预期的能量转化，合理安排热力过程，从而提高动力装置的热经济性。对确定的过程，也可计算热、功多少。4.1

研究热力过程的目的及一般方法1、研究热力过程的目的4.1

研究热力过程的目的及一般方法45

2、研究热力过程的步骤求出过程方程p=f(v)及计算各过程初、终态参数。确定过程中功和热转化的数量关系。画出过程的p-v图及T-s图，帮助直观分析过程中

参数间关系及能量关系。计算过程中的内能、焓、熵的变化3、研究热力过程的方法和依据热一律解析式，可逆过程理想气体性质52、研究热力过程的步骤求出过程方程p=f(v)及计算各过5(2)理想气体(1)热一律(2)理想气体(1)热一律6(3)可逆过程(3)可逆过程78

4.2

定容、定压和定温过程1、定容过程（v=常数）（1）状态参数间的关系（2）热力过程在坐标图上表示84.2

定容、定压和定温过程1、定容过程（v=常数）（89

（3）定容过程Δu、

Δh和Δs9（3）定容过程Δu、

Δh和Δs9（4）定容过程中的功量和热量（4）定容过程中的功量和热量1011

2、定压过程（p=常数）（1）状态参数间的关系（2）热力过程在坐标图上表示112、定压过程（p=常数）（1）状态参数间的关系（2）热1112

定容过程：定压过程：定容线的斜率大于定压线的斜率，即定容线比定压线陡。12定容过程：定压过程：定容线的斜率大于定压线的斜率，即定12（3）求定压过程Δu、

Δh和Δs（3）求定压过程Δu、

Δh和Δs13（4）求定压过程中的热量和功量（4）求定压过程中的热量和功量1415

3、定温过程（1）状态参数间的关系（2）热力过程在坐标图上表示？？？153、定温过程（1）状态参数间的关系（2）热力过程在坐标1516

（3）求定温过程Δu、

Δh和Δs16（3）求定温过程Δu、

Δh和Δs1617

（4）求定温过程中的热量和功量17（4）求定温过程中的热量和功量174.3定熵过程绝热可逆说明: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。1、定义S4.3定熵过程绝热可逆说明:不能说绝热过程就是定熵过程18三个条件:

(1)理想气体(2)可逆过程

(3)

k—比热容比或绝热指数，为常数。2定熵过程方程如果近似的把比热容当作定值，则比热容比也是定值。三个条件:2定熵过程方程如果近似的把比热容当作定值，则比193、理想气体s的各参数之间的关系3、理想气体s的各参数之间的关系2021

4、等熵过程在坐标图上表示理想气体可逆绝热膨胀时，p和T都降低。214、等熵过程在坐标图上表示理想气体可逆绝热膨胀时，p和2122

5、等熵过程Δu、

Δh和Δs225、等熵过程Δu、

Δh和Δs2223

6、等熵过程w，wt和q或0236、等熵过程w，wt和q或02324

02402425

4.4

多变过程1、过程方程n—多变指数，不同的多变过程有不同的n值，每个n值代表一个多变过程。其中当n取以下几种数值时，将代表理想气体的四个典型热力过程。(1)当n=0时，(2)当n=1时，(3)当n=k时，(4)当n=±∞时，pTSV254.4多变过程1、过程方程n—多变指数，不同的多变2526

2、多变指数n的求取已知多变过程线上两点,262、多变指数n的求取已知多变过程线上两点,2627

3、多变过程的分析（1）初、终参数关系式（2）多变过程膨胀功（3）多变过程技术功273、多变过程的分析（1）初、终参数关系式（2）多变过程2728

（4）多变过程的热量及多变比热容对于理想气体：——多变比热容任何工质、任何过程28（4）多变过程的热量及多变比热容对于理想气体：——多变2829

（5）在p-v图及T-s图上表示图4－3多变过程p-v图①四个基本热力过程是多变过程的特例，借助于其在坐标图上的相对位置，便可确定n为任意值的多变过程线的大致位置。TS比陡（在p-v上）。③n越大，在p-v图上，过程线的斜率的绝对值越大。②29（5）在p-v图及T-s图上表示图4－3多变过程p-v2930

（5）在p-v图及T-s图上表示图4－3多变过程T-s图在T-s图上，通过同一状态的定容线斜率大于定压线斜率，即定容线比定压线陡（前面已证明）。30（5）在p-v图及T-s图上表示图4－3多变过程T-s3031

（6）多变过程Δu、Δh和Δs

31（6）多变过程Δu、Δh和Δs

3132

（7）多变图4－3多变过程p-v图图4－3多变过程T-s图32（7）多变图4－3多变过程p-v图图4－3多变过程T32

将过程1－2－3表示在P-V图上，如图4－5所示。各状态点基本参数：将过程1－2－3表示在P-V图上，如图4－5所示。33

因为

所以又因为

所以氧气的质量：

氧气的定值比热容：

因为所以又因为34焓变化：定压过程1－2：热力学能变化：熵变化：热量：膨胀功：焓变化：定压过程1－2：热力学能变化：熵变化：热量35焓变化：热力学能变化：熵变化：热量：膨胀功：（2）定容过程2-3：由于理想气体热力学能和焓都是温度的单值函数，而过程1－2－3中所以焓变化：热力学能变化：熵变化：热量：膨胀功：（36（1）定温过程:

空气的气体常数:膨胀功:热量:终态温度：熵变化：（1）定温过程:空气的气体常数:膨胀功:热37（2）定熵过程:膨胀功:热量:终态温度：熵变化：（2）定熵过程:膨胀功:热量:终态温度：38多变指数:压缩功：多变指数:压缩功：3940

4.5

压气机的热力过程404.5压气机的热力过程4041

（1）压缩气体的用途：

1、概述（2)压气机分类（3）几个基本概念2、

单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量（1）工作原理(3)WC取决于初、终态及

过程特征（2）压气机耗功：(4)讨论41（1）压缩气体的用途：

1、概述（2)压气机分类（4142

（1）压缩气体的用途：

作为动力，可以驱动各种风动机械、风动工具冶金炉、锅炉中的鼓风大、中型柴油机的启动国防工业中某些武器如导弹、鱼雷的发射，潜水艇的沉浮、沉船打捞等。各种热能动力装置如内燃机、燃气轮机、航空发动机需要高压空气进行强化燃烧和做功。人工制冷：如氨或氟利昂的压缩。气体的分离，利用气体经压缩、冷却、膨胀而液化。

1、概述42（1）压缩气体的用途：

1、概述4243

（2压气机分类活塞式—压力高，流量小叶轮式—压力低，流量大压头高低

通风机—表压0.115MPa以下鼓风机—表压0.115~0.35MPa压气机—表压0.35MPa以上工作原理43（2压气机分类活塞式—压力高，流量小叶轮式—压力低，流4344

上止点、下止点，进气阀、排气阀、行程、内径（3）几个基本概念余隙容积：活塞处于上止点时，活塞顶面与缸盖之间的空隙。44上止点、下止点，进气阀、排气阀、行程、内径（3）几个基4445

2、

单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量（1）工作原理f-1：吸气，传输推动功p1v1

1-2：压缩，耗外功2-g：排气，传输推动功p2v2

（2）压气机耗功：452、单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量（1）工45因为所以至此：理论轴功取决于初、终态及过程特征因为所以至此：理论轴功取决于初、终态及过程特征4647

3、WC取决于初、终态及

过程特征①等温压缩出473、WC取决于初、终态及

①等温压缩出4748

(3)WC取决于初、终态及

过程特征②定熵压缩因为48(3)WC取决于初、终态及

②定熵压缩因为4849

(3)WC取决于初、终态及

过程特征③多变压缩因为49(3)WC取决于初、终态及

③多变压缩因为4950

，且终温最高改善压气机的工作性能：(4)讨论①②③50，且终温最高改善压气机的工作性能：(4)讨论①②③50也可以：也可以：51也可以：也可以：5253

4.6活塞式压气机余隙容积的影响1、余隙容积—clearance

volume

2、工作过程3、余隙容积对排气量的影响534.6活塞式压气机余隙容积的影响1、余隙容积—c5354

4.6活塞式压气机余隙容积的影响1、余隙容积—clearance

volume

原因：防止排气时，活塞壁与气缸壁碰撞，引起事故。压气机余隙容积的存在，则余隙容积残留气体在工作中产生气垫作用，增强压气机在运行中的平稳性。余隙容积：空气压缩机在排气时，活塞位于上死点位置，它和气缸壁保留一部分空间，这些空间叫作余隙容积。544.6活塞式压气机余隙容积的影响1、余隙容积—c5455

1-2质量m1气体压缩：p1p2

气体排向储气罐3-4气体膨胀p2

p14-1气体吸入气缸2、工作过程2-355

1-2质量m1气体压缩：p1p255活塞排量Vh=V1–V3

余隙容积Vc=V3有效吸气容积Ves=V1–V4余隙容积比C=Vc/Vh3、余隙容积对排气量的影响（1）几个概念活塞排量Vh=V1–V3

余隙容积Vc=5657

3、余隙容积对排气量的影响（1）容积效率—volumetric

efficiency（2）影响一般<10-12573、余隙容积对排气量的影响（1）容积效率—volume5758

4、余隙容积对理论耗功的影响但有584、余隙容积对理论耗功的影响但有5859

4.6多级压缩和级间冷却

(multistage

compression

and

intervening

cooling)

1、多级压缩和中间冷却2、级间压力确定3、讨论：594.6多级压缩和级间冷却

(multistage5960

4.6多级压缩和级间冷却

(multistage

compression

and

intervening

cooling)

1、多级压缩和中间冷却降低排气温度，

节省功耗。增大容积效率是指气体依次在几个气缸中连续压缩，同时为了避免过高的温度和减少气体的比容以降低下一级所消耗的功，在前一级压缩后，将气体引入中间冷却器进行定压冷却至初始温度，然后进行下一级继续压缩，直到所需要的压力为止。604.6多级压缩和级间冷却

(multistage602-5低压气缸向中间冷却器的排气过程5-2ˊ冷却后的气体被吸入高压气缸的过程2-5低压气缸向中间冷却器的排气过程5-2ˊ冷却后的气体被6162

2、级间压力确定设622、级间压力确定设6263

2、级间压力确定632、级间压力确定6364

646465

）3、讨论：因65）3、讨论：因6566

）3、讨论：66）3、讨论：6667

）4、压缩机的效率（1）67）4、压缩机的效率（1）6768

（2）68（2）6869

696970

707071

717172

7272总结四种典型热力过程：定压过程、定温过程定容过程、绝热过程多变过程应用：压气机的工作原理

理想压气机

实际压气机

多级压气机总结四种典型热力过程：定压过程、定温过程73

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：拿来就会算参见书上表4－1公式汇总理想气体基本过程的计算基本过程的计算是我们的基础，要非常清楚，非常74p-v,T-s图练习（1）sTvp压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？p-v,T-s图练习（1）sTvp压缩、升温、放热的过程，终75p-v,T-s图练习（2）sTvp膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？p-v,T-s图练习（2）sTvp膨胀、降温、放热的过程，终76p-v,T-s图练习（3）sTvp膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？p-v,T-s图练习（3）sTvp膨胀、升温、吸热的过程，终77本章作业P81:思考题4-3P82-83：习题4-2、4-6、4-8、4-10、4-13、4-15本章作业P81:思考题4-378第四章

理想气体的热力过程及气体压缩

第四章

理想气体的热力过程及气体压缩

79本章目录4.1

研究热力过程的目的及一般方法4.2定容、定压和定温过程4.3定熵过程4.4多变过程4.5压气机的热力过程4.6活塞式压气机余隙容积的影响4.7多级压缩及中间冷却

本章目录4.1

研究热力过程的目的及一般方法4.2定容、定80（1）过程方程、状态参数间的关系（2）热力过程在坐标图上表示（3）过程Δu、

Δh和Δs（4）过程中的功量和热量对每个热力过程，都是从以下几方面来分析的：（1）过程方程、状态参数间的关系（2）热力过程在坐标图上表示811、研究热力过程的目的实现预期的能量转化，合理安排热力过程，从而提高动力装置的热经济性。对确定的过程，也可计算热、功多少。4.1

研究热力过程的目的及一般方法1、研究热力过程的目的4.1

研究热力过程的目的及一般方法8283

2、研究热力过程的步骤求出过程方程p=f(v)及计算各过程初、终态参数。确定过程中功和热转化的数量关系。画出过程的p-v图及T-s图，帮助直观分析过程中

参数间关系及能量关系。计算过程中的内能、焓、熵的变化3、研究热力过程的方法和依据热一律解析式，可逆过程理想气体性质52、研究热力过程的步骤求出过程方程p=f(v)及计算各过83(2)理想气体(1)热一律(2)理想气体(1)热一律84(3)可逆过程(3)可逆过程8586

4.2

定容、定压和定温过程1、定容过程（v=常数）（1）状态参数间的关系（2）热力过程在坐标图上表示84.2

定容、定压和定温过程1、定容过程（v=常数）（8687

（3）定容过程Δu、

Δh和Δs9（3）定容过程Δu、

Δh和Δs87（4）定容过程中的功量和热量（4）定容过程中的功量和热量8889

2、定压过程（p=常数）（1）状态参数间的关系（2）热力过程在坐标图上表示112、定压过程（p=常数）（1）状态参数间的关系（2）热8990

定容过程：定压过程：定容线的斜率大于定压线的斜率，即定容线比定压线陡。12定容过程：定压过程：定容线的斜率大于定压线的斜率，即定90（3）求定压过程Δu、

Δh和Δs（3）求定压过程Δu、

Δh和Δs91（4）求定压过程中的热量和功量（4）求定压过程中的热量和功量9293

3、定温过程（1）状态参数间的关系（2）热力过程在坐标图上表示？？？153、定温过程（1）状态参数间的关系（2）热力过程在坐标9394

（3）求定温过程Δu、

Δh和Δs16（3）求定温过程Δu、

Δh和Δs9495

（4）求定温过程中的热量和功量17（4）求定温过程中的热量和功量954.3定熵过程绝热可逆说明: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。1、定义S4.3定熵过程绝热可逆说明:不能说绝热过程就是定熵过程96三个条件:

(1)理想气体(2)可逆过程

(3)

k—比热容比或绝热指数，为常数。2定熵过程方程如果近似的把比热容当作定值，则比热容比也是定值。三个条件:2定熵过程方程如果近似的把比热容当作定值，则比973、理想气体s的各参数之间的关系3、理想气体s的各参数之间的关系9899

4、等熵过程在坐标图上表示理想气体可逆绝热膨胀时，p和T都降低。214、等熵过程在坐标图上表示理想气体可逆绝热膨胀时，p和99100

5、等熵过程Δu、

Δh和Δs225、等熵过程Δu、

Δh和Δs100101

6、等熵过程w，wt和q或0236、等熵过程w，wt和q或0101102

0240102103

4.4

多变过程1、过程方程n—多变指数，不同的多变过程有不同的n值，每个n值代表一个多变过程。其中当n取以下几种数值时，将代表理想气体的四个典型热力过程。(1)当n=0时，(2)当n=1时，(3)当n=k时，(4)当n=±∞时，pTSV254.4多变过程1、过程方程n—多变指数，不同的多变103104

2、多变指数n的求取已知多变过程线上两点,262、多变指数n的求取已知多变过程线上两点,104105

3、多变过程的分析（1）初、终参数关系式（2）多变过程膨胀功（3）多变过程技术功273、多变过程的分析（1）初、终参数关系式（2）多变过程105106

（4）多变过程的热量及多变比热容对于理想气体：——多变比热容任何工质、任何过程28（4）多变过程的热量及多变比热容对于理想气体：——多变106107

（5）在p-v图及T-s图上表示图4－3多变过程p-v图①四个基本热力过程是多变过程的特例，借助于其在坐标图上的相对位置，便可确定n为任意值的多变过程线的大致位置。TS比陡（在p-v上）。③n越大，在p-v图上，过程线的斜率的绝对值越大。②29（5）在p-v图及T-s图上表示图4－3多变过程p-v107108

（5）在p-v图及T-s图上表示图4－3多变过程T-s图在T-s图上，通过同一状态的定容线斜率大于定压线斜率，即定容线比定压线陡（前面已证明）。30（5）在p-v图及T-s图上表示图4－3多变过程T-s108109

（6）多变过程Δu、Δh和Δs

31（6）多变过程Δu、Δh和Δs

109110

（7）多变图4－3多变过程p-v图图4－3多变过程T-s图32（7）多变图4－3多变过程p-v图图4－3多变过程T110

将过程1－2－3表示在P-V图上，如图4－5所示。各状态点基本参数：将过程1－2－3表示在P-V图上，如图4－5所示。111

因为

所以又因为

所以氧气的质量：

氧气的定值比热容：

因为所以又因为112焓变化：定压过程1－2：热力学能变化：熵变化：热量：膨胀功：焓变化：定压过程1－2：热力学能变化：熵变化：热量113焓变化：热力学能变化：熵变化：热量：膨胀功：（2）定容过程2-3：由于理想气体热力学能和焓都是温度的单值函数，而过程1－2－3中所以焓变化：热力学能变化：熵变化：热量：膨胀功：（114（1）定温过程:

空气的气体常数:膨胀功:热量:终态温度：熵变化：（1）定温过程:空气的气体常数:膨胀功:热115（2）定熵过程:膨胀功:热量:终态温度：熵变化：（2）定熵过程:膨胀功:热量:终态温度：116多变指数:压缩功：多变指数:压缩功：117118

4.5

压气机的热力过程404.5压气机的热力过程118119

（1）压缩气体的用途：

1、概述（2)压气机分类（3）几个基本概念2、

单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量（1）工作原理(3)WC取决于初、终态及

过程特征（2）压气机耗功：(4)讨论41（1）压缩气体的用途：

1、概述（2)压气机分类（119120

（1）压缩气体的用途：

作为动力，可以驱动各种风动机械、风动工具冶金炉、锅炉中的鼓风大、中型柴油机的启动国防工业中某些武器如导弹、鱼雷的发射，潜水艇的沉浮、沉船打捞等。各种热能动力装置如内燃机、燃气轮机、航空发动机需要高压空气进行强化燃烧和做功。人工制冷：如氨或氟利昂的压缩。气体的分离，利用气体经压缩、冷却、膨胀而液化。

1、概述42（1）压缩气体的用途：

1、概述120121

（2压气机分类活塞式—压力高，流量小叶轮式—压力低，流量大压头高低

通风机—表压0.115MPa以下鼓风机—表压0.115~0.35MPa压气机—表压0.35MPa以上工作原理43（2压气机分类活塞式—压力高，流量小叶轮式—压力低，流121122

上止点、下止点，进气阀、排气阀、行程、内径（3）几个基本概念余隙容积：活塞处于上止点时，活塞顶面与缸盖之间的空隙。44上止点、下止点，进气阀、排气阀、行程、内径（3）几个基122123

2、

单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量（1）工作原理f-1：吸气，传输推动功p1v1

1-2：压缩，耗外功2-g：排气，传输推动功p2v2

（2）压气机耗功：452、单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量（1）工123因为所以至此：理论轴功取决于初、终态及过程特征因为所以至此：理论轴功取决于初、终态及过程特征124125

3、WC取决于初、终态及

过程特征①等温压缩出473、WC取决于初、终态及

①等温压缩出125126

(3)WC取决于初、终态及

过程特征②定熵压缩因为48(3)WC取决于初、终态及

②定熵压缩因为126127

(3)WC取决于初、终态及

过程特征③多变压缩因为49(3)WC取决于初、终态及

③多变压缩因为127128

，且终温最高改善压气机的工作性能：(4)讨论①②③50，且终温最高改善压气机的工作性能：(4)讨论①②③128也可以：也可以：129也可以：也可以：130131

4.6活塞式压气机余隙容积的影响1、余隙容积—clearance

volume

2、工作过程3、余隙容积对排气量的影响534.6活塞式压气机余隙容积的影响1、余隙容积—c131132

4.6活塞式压气机余隙容积的影响1、余隙容积—clearance

volume

原因：防止排气时，活塞壁与气缸壁碰撞，引起事故。压气机余隙容积的存在，则余隙容积残留气体在工作中产生气垫作用，增强压气机在运行中的平稳性。余隙容积：空气压缩机在排气时，活塞位于上死点位置，它和气缸壁保留一部分空间，这些空间叫作余隙容积。544.6活塞式压气机余隙容积的影响1、余隙容积—c132133

1-2质量m1气体压缩：p1p2

气体排向储气罐3-4气体膨胀p2

p14-1气体吸入气缸2、工作过程2-355

1-2质量m1气体压缩：p1p2133活塞排量Vh=V1–V3

余隙容积Vc=V3有效吸气容积Ves=V1–V4余隙容积比C=Vc/Vh3、余隙容积对排气量的影响（1）几个概念活塞排量Vh=V1–V3

余隙容积Vc=134135

3、余隙容积对排气量的影响（1）容积效率—volumetric

efficiency（2）影响一般<10-12573、余隙容积对排气量的影响（1）容积效率—volume135136

4、余隙容积对理论耗功的影响但有584、余隙容积对理论耗功的影响但有136137

4.6多级压缩和级间冷却