第八章理想气体的热力过程

第三部分

热力过程及热力循环热力过程及热力循环理想气体的热力过程气体与蒸汽的流动气体的压缩蒸汽动力循环气体动力循环制冷循环第八章

理想气体的热力过程

研究热力学过程的目的与方法目的提高热力学过程的热功转换效率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利用外部条件,合理安排过程，形成最佳循环对已确定的过程，进行热力计算方法

8-1概述研究热力学过程的对象与方法对象1)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)基本过程研究热力学过程的依据2)理想气体3)可逆过程

1)热一律稳流研究热力学过程的步骤1)确定过程方程------该过程中参数变化关系5)计算w

,

wt,

q4)求3)用T-s与p-v

图表示2)根据已知参数及过程方程求未知参数积分式内能变计算焓变计算熵变计算微分式理想气体内能变计算理想气体焓变计算理想气体熵变计算8-2四种典型热力过程分析一、定容过程在状态变化中，容积（体积）保持不变的过程称为定容过程。1、工质变化规律斜率

理想气体过程的p-v,T-s图上凸?下凹？sTvpppvvv2、过程中能量的转换说明：p-v图上，上行压力增大，温度升高，气体吸热。下行压力减小，温度降低，气体放热。T-s上，右行熵增大，温度升高，气体吸热。左行熵减小，温度降低，气体放热。适用于各种工质二、定压过程在状态变化中，压力保持不变的过程称为定压过程。1、工质变化规律斜率理想气体过程的p-v,T-s图上凸?下凹？sTvpppp2、过程中能量的转换说明：p-v图上，右行体积增大，气体吸热膨胀。左行体积减小，气体放热压缩。T-s上，右行熵增大，气体吸热膨胀。左行熵减小，气体放热压缩。适用于各种工质闭系,容积变化功.开系，轴功。三、定温过程在状态变化中，温度保持不变的过程称为定温过程。1、工质变化规律斜率理想气体过程的p-v,T-s图上凸?下凹？sTvpppTvvTT2、过程中能量的转换说明：p-v图上，右行体积增大，气体吸热膨胀。左行体积减小，气体放热压缩。T-s上，右行熵增大，气体吸热膨胀。左行熵减小，气体放热压缩。适用于各种工质适用于理想气体四、理想气体的等熵过程(2)不仅,s处处相等

绝热可逆s说明:(1)不能说绝热过程就是等熵过程,

必须是可逆绝热过程才是等熵过程。adiabaticisentropicReversibleadiabatic1、理想气体过程的p-v,T-s图sTvpppsvvTTss三个条件:

(1)理想气体(2)可逆过程(3)

k为常数2、理想气体s的过程方程当理想气体理想气体s

的过程方程

内能变化焓变化熵变化

3、理想气体s

,

u,

h,

s的计算状态参数的变化与过程无关

膨胀功w4、理想气体s

,wwtq的计算技术功

wt热量

q5、理想气体的绝热不可逆过程是熵增过程8-3理想气体的多变过程

(Polytropicprocess)1、过程方程n是常量，每一过程有一n值nn=ks3、理想气体n

w,wt,q的计算多变过程比热容(1)

当n=0

(2)

当n=14、多变过程与基本过程的关系(3)

当n=k

(4)

当n=

pTsvnpTsvisothermalisentropicisobaricisochoric基本过程是多变过程的特例

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5、理想气体基本过程的计算例8-3、空气在活塞式压气机中被压缩，初态，压缩到，（1）可逆多变压缩到，求多变指数，压缩终温，气体压缩时与外界交换的功和热，以及压缩过程中气体热力学能、焓、熵的变化。解：①多变指数。②压缩终温③功热

④气体热力学能、焓、熵的变化作业理想气体基本过程的p-v,T-s图sTvpppvvTTssu在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpuT=

u>0

u>0h在p-v,T-s图上的变化趋势sTvphT=

u>0

u>0

h>0

h>0w在p-v,T-s图上的变化趋势sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0wt在p-v,T-s图上的变化趋势sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0wt>0wt>0q在p-v,T-s图上的变化趋势sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0Tq>0u,h,w,wt,q在p-v,T-s图上的变化趋势sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0u,h↑(T↑)

w↑(v↑)

wt↑(p↓)

q↑(s↑)q>0p-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（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（3）sTvp膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？§3-8

活塞式压气机的压缩过程分析压气机的作用生活中：自行车打气。工业上：锅炉鼓风、出口引风、炼钢、燃气轮机、制冷空调等等型式结构活塞式(往复式)离心式，涡旋轴流式，螺杆连续流动压力范围通风机鼓风机压缩机出口当连续流动Fan

CompressorFanner

理论压气功(可逆过程)指什么功目的：研究耗功，越少越好活塞式压气机的压气过程技术功wtMinimizingworkinput(1)、特别快，来不及换热。(2)、特别慢，热全散走。(3)、实际压气过程是

可能的压气过程sTn作业3-163-173-203-21

三种压气过程的参数关系

三种压气过程功的计算最小重要启示两级压缩中间冷却分析有一个最佳增压比

省功Worksaved最佳增压比的推导

省功最佳增压比的推导

省功欲求w分级最小值，可证明若m级最佳增压比分级压缩的其它好处润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级分级压缩的级数省功分级降低出口温多级压缩达到无穷多级(1)不可能实现(2)结构复杂(成本高)一般采用2~4

级压缩T压气机的设计计算需要压气机，想设计一台已知：要求：配马达功率，

出口温度。？sn？根据经验，有无冷却水套假定，理论功s压气机的设计计算实际过程有摩擦机械效率经验值

70％压气机的校核计算已有压气机，实测要求：压气机效率太低，则压气机报废或修理活塞式压气机的余隙影响避免活塞与进排气阀碰撞，留有空隙余隙容积压缩过程排气，状态未变残留气体膨胀进新气，状态未变Clearancevolume活塞式压气机的余隙影响活塞排量研究VC对耗功和产气量的影响新气量产气量有效吸气容积余隙容积VC对理论压气功的影响设12和43两过程n相同功＝面积12341＝面积12561－面积43564余隙容积VC对理论压气功的影响余隙对单位产气量耗功不影响余隙容积VC对产气量的影响定义容积效率令余隙比工程上一般＝0.03~0.08Volumetricefficiency余隙容积VC对产气量的影响讨论：（1）一定，c

（2）c

和n一定，极限余隙影响例题已知：求（1）有余隙时的排气量和耗功（2）无余隙时的排气量和耗功解：（1）有效容积例题(1)有余隙影响余隙影响例题解：（2）无余隙时的排气量和耗功第三章小结Summary1、什么样的气体是理想气体？2、理想气体状态方程的正确使用3、理想气体比热、内能、焓的的特点和计算4、理想气体各种可逆过程的特性，

参数变化，功，热的计算。5、p-v图，T-s图上的表示6、压气机热力过程的分析方法第三章讨论习题课1、任何定温过程都有

u=0,

h=0?温度一定变?2、绝热过程，温度都不变?3、从同一初态，分别经过程，到达同一终态是否可能Tsn=1.2?nsT4、一封闭系经某可逆吸热对外作功，问能否用一可逆绝热过程使系统回到初态?理气?教材思考题10s在u-v图上画出加热，加热，加热

膨胀，定比热，理想气体vpTq=

u+wv加热教材思考题10p加热斜率为正的直线v加热p加热教材思考题10T加热v加热p加热T加热s膨胀上凸?下凹？s膨胀作图练习题（1）s比较：vp作图练习题（2）比较：作图练习题（3）比较：计算练习题（1）同种气体，TA=TB=T0=288K突然拔掉销钉，经很长时间，TA=TB=T0I.

活塞无摩擦，完全导热求：1）活塞移动距离L2）A气体对B气体传热QAA气体对B气体作功WA3）气缸与外界换热QA+B4）

SA

,

SB,

SA+BII.

活塞有摩擦，完全导热，且经历准静态等温过程1)~4)

I.活塞无摩擦，完全导热1)解：1）活塞移动距离LA和B质量和温度不变

I.活塞无摩擦，完全导热2)3)解：2）QA，WA突然，不是准静态无法确定3）QA+B

I.活塞无摩擦，完全导热4)解：4）

SA

,

SB,

SA+B

讨论：QA+B=0SA+B>0QA，WA无法求

SA可求S状态参数

II.活塞有摩擦，导热，准静态等温解：1）活塞移动距离LA和B质量和温度不变I.II.

距离L相等

II.活塞有摩擦，导热,T

解：2）QA，WA摩擦耗功3）QA+B

II.活塞有摩擦，导热,T

解：4）

SA

,

SA,