热力学-工程第四章

第三章复习理想气体，其分子是弹性的、不具体积的质点，分子间相互没有作用力迈耶公式理想气体的热容、内能及焓都只是温度的单值函数，熵与温度、压力均有关按定值比热容计算水蒸气基本概念：三相点，饱和线、干度、过热度及相变过程水的定压汽化过程在p-v及T-s图上的表示三个区：过冷水区、湿蒸汽区和过热蒸汽区两条线：饱和水线和饱和蒸汽线五个状态：过冷水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽和过热蒸汽能根据热力学图或表确定及计算各个状态的状态参数的第四章理想气体的热力过程4-1研究热力过程的目的及一般方法基本热力过程定容过程：汽油机气缸中工质的燃烧加热过程定压过程：燃气轮机动力装置燃烧室内的燃烧加热过程定温过程：活塞式压气机中，气体的压缩过程绝热过程：燃气流过气轮机或空气流经叶轮式压气机时，流速很大，气体向外界散失的热量极少，近乎绝热这四种典型的可逆过程称为基本热力过程研究热力过程的一般方法工质热力状态的变化规律及能量转换状况与是否流动无关，对于确定的工质只取决于过程特征根据过程特点，利用状态方程式及第一定律解析式得出过程方程式p=f(v)借助过程方程式并结合状态方程式，找出不同状态时状态参数间的关系，从而由已知初态确定终态参数，或者反之在p-v图和T-s图中画出过程曲线，直观地表达过程中工质状态参数的变化规律及能量转换情况确定工质初、终态比热力学能、比焓、比熵的变化量。对于理想气体，不论过程是否可逆，都可按下列公式计算：变比热容时

定值比热容时确定1kg工质对外作出的功和过程热量各种可逆过程的膨胀功都可由计算各种可逆过程的技术功都可由计算过程热量可按计算定容过程和定压过程还可按比热容乘以温差计算定温过程可由温度乘以比熵差计算4-2定容过程定容过程定容过程即比体积保持不变的过程，过程方程式为v=定值对理想气体，初、终态参数间的关系根据v=定值和pv=RgT得出，定容过程中气体的压力与热力学温度成正比定容过程曲线在p-v图上是一条与横坐标垂直的直线，在T-s图上是一条对数曲线定容过程的熵变量在T-s图上定容吸热过程线1-2指向右上方，是吸热升温增压过程，定容放热过程线1-2'指向左下方，是放热降温减压过程定容过程的过程功、过程热量和技术功定容过程的过程功为零，即过程热量由热力学第一定律得出定容过程的技术功定容过程中工质不输出膨胀功，加给工质的热量全部用于增加工质的热力学能并使温度升高，此结论由热力学第一定律推得，适用于任何工质4-3定压过程定压过程定压过程是工质在状态变化过程中压力保持不变的过程，过程方程式为p=定值初、终态参数间的关系根据p=定值和pv=RgT得出，

定压过程中气体的比体积与绝对温度成正比定压过程曲线在p-v图上是一水平直线，在T-s图上也是一条对数曲线，但较定容线平坦定压过程的熵变量定压过程1-2是吸热升温膨胀过程，1-2'是放热降温压缩过程在T-s图上定压过程曲线较定容过程曲线平坦对于可逆定容过程，由于得对于可逆定压过程，由于

得

因为所以

定容线和定压线均为正斜率对数曲线定压过程的过程功、过程热量和技术功定压过程的过程功为

对于理想气体，定压过程的过程功为或

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，单位为J/(kg·K)过程热量由热力学第一定律得出或任何工质在定压过程中吸入的热量等于焓增，放出的热量等于焓降定压过程的技术功

工质按定压过程流过换热器等设备时，不对外作技术功，，为流动功，热能转化的机械能全部用来维持工质流动上述过程功、过程热量和技术功的计算式由过程功定义和热力学第一定律导出，对任何工质都适用对于理想气体，过程热量还可由下式计算与前式比较可得

上式表明，同样温度范围内的平均比定压热容与平均比定容热容之间的关系也遵守迈耶公式4-4定温过程定温过程定温过程是工质在状态变化过程中温度保持不变的过程，T=定值，过程方程式为pv=定值初、终态参数间的关系根据T=定值和pv=RgT得出，定温过程中气体的压力与比体积成反比定温过程线在p-v图上是一条等轴双曲线，在T-s图上则为水平直线定温过程线1-2是吸热膨胀降压过程，1-2'是放热压缩增压过程定温过程的热力学能、焓和熵变量

理想气体的热力学能和焓都只是温度的函数，定温过程的熵变量为定温过程的过程功、过程热量和技术功定温过程的过程功为过程热量为

理想气体定温过程的热量qT和过程功数值相等，正负相同。定温膨胀时的吸热量全部转变为膨胀功，定温压缩时消耗的压缩功全部转变为放热量。

技术功为理想气体定温稳定流经开口系时技术功wT与过程热量qT相同，流动功(p2v2-p1v1)为零，吸热量全部转变为技术功上述过程功、过程热量和技术功的计算公式及过程方程式只适用于理想气体4-5绝热过程绝热过程绝热过程是状态变化的任何一微元过程中系统与外界都不交换热量的过程，即δq=0，全部过程与外界交换的热量也为零，即q=0可逆绝热过程又称为定熵过程可逆绝热时δqrev=0，故

s=定值过程方程式对理想气体，可逆过程热力学第一定律解析式为

或绝热过程，得比热容比设比热容为定值，则γ也为定值，得

定熵过程方程式为微分形式定熵指数为对于理想气体，定熵指数κ等于比热容比γ，数值可由附表3查得初、终态参数的关系将初、终态的p、v、T参数代入过程方程及状态方程，整理得，当初、终态温度变化范围在室温到600K之间时，将比热容比或定熵指数作为定值误差不大若温度变化幅度较大，则用平均定熵指数κav

或，，在p-v图和T-s图上的表示定熵过程线在T-s图上是垂直于横坐标的直线，在p-v图上是高次双曲线定熵线斜率为

定温线斜率为因为κ>1，所以定熵线斜率的绝对值大于定温线斜率，定熵线更陡些过程线1-2是绝热膨胀降压降温过程，1-2'是绝热压缩增压升温过程

过程中能量的传递和转换绝热过程体系与外界不交换热量q=0

由闭口系热力学第一定律解析式得过程功为绝热过程中工质与外界无热量交换，过程功只来自工质本身的能量转换。由稳流开口系热力学第一定律解析式得技术功为工质在绝热过程中所作的技术功等于焓降上述w及wt的计算公式直接由能量守恒式导出，普遍适用于理想气体和实际气体的可逆和不可逆绝热过程。对于理想气体，取定值热容，可得

对于可逆绝热过程，可得4-6多变过程多变过程多变过程及过程方程式多变过程方程式

n为多变指数，可以是－∞到＋∞之间的任意数值多变过程服从过程方程，n为一定值初、终态参数的关系理想气体的多变过程，初、终态参数间的关系，，多变过程的特性及在p-v图、T-s图上的表示

可逆多变过程在p-v图、T-s图上是一条任意的双曲线，过程线的相对位置取决于n值过程分析：n=0定压过程n=1定温过程n=κ定熵过程n=±∞定容过程第97页图4-6过程线1-2是多变膨胀吸热降温过程，1-2'是多变压缩放热升温过程4-6理想气体热力过程综合分析多变指数n按顺时针逐渐增大功的正负以定容线为界热量的正负以定熵线为界理想气体能或焓的正负以定温线为界多变过程的能量转换规律w/q为因为κ-1>0，所以w/q的比值取决于n小于还是大于κn<κ的多变过程

即w与q正负相同，，膨胀过程(w>0)，必须对气体加热(q>0)压缩过程(w<0)，气体必定对外放热(q<0)1<n<κ

，则即，，

膨胀过程输出的过程功大于气体的吸热量，气体的热力学能减少，温度降低压缩过程消耗的过程功大于气体的放热量，气体的热力学能增大，温度升高n>κ的多变过程即w与q正负相反，，膨胀过程(w>0)，气体必定对外放热(q<0)压缩过程(w<0)，必须对气体加热(q>0)∕∕∕∕∕∕∕∕∕∕∕∕∕．∕∕∕∕．∕∕∕∕∕．∕．．．．∕∕∕∕∕∕∕∕