哈工大工程热力学课件04第四章 理想气体的热力过程和气体压缩

第四章理想气体的热力过程和气体压缩实施热力过程的目的：

1、实现预期的能量转换；2、达到预期的状态变化。研究热力过程的任务在于揭示状态变化规律与能量传递之间的关系，从而计算热力过程中工质状态参数的变化及传递的热量和功量。研究热力过程的方法及步骤：（ⅰ）把某些实际过程简化为可逆过程，突出过程的参数变化特征，如点火—定容过程；内燃机内气体的压缩和膨胀—绝热过程。（ⅱ）系统平衡的性质及过程中系统与外界热传递和功传递的特定条件，建立过程方程式，（ⅲ）依据状态方程和过程方程式，确定初、终态的基本状态参数；（对于实际气体，常采用图表计算）（ⅳ）对理想气体采用分析计算，把热力过程表示在P—v图及T—S图上（ⅴ）计算过程的热量和功量、及熵改变量（△u、△h、△s）理想气体的热力过程包括：（a）基本热力过程：定容过程、定压过程、定温过程、绝热过程（b）一般热力过程：多变过程非定值比热容定值比热容4.1定容过程特点：热力系统发生状态变化时，保持系统容积不变，对理想气体而言，一般为闭口系统边界固定不变的热力过程。过程方程式：初，终态状态参数关系：定容过程中气体压力与温度成正比。其他参数计算：由于，则容积功其中为定值比热容技术功热量即加入气体的热量全部用于增加气体的内能，在P—V图和T—S图上可把定容过程表示为：

4.2定压过程特点：热力系统在发生状态变化时，压力保持不变。定压过程在工程上很常见——蒸发器，冷凝器，锅炉中各式热交换器的换热过程过程方程式：或状态方程及初、终态状态参数关系：定压过程中，温度升高，则气体膨胀，比容增大。其他参数计算：若取为定值比热容，则过程中能量转换：结合状态方程得：从另一个角度说明气体常数的物理意义：1Kg质量的气体在定压过程中温度升高1K所做的功。定压过程中加入的热量用于增加系统的焓。定压过程在P—V图和T—S图上表示为：

在T—S图上，定容线比定压线陡，这是因为：由于故例：P85-(4-1)4.3定温过程过程特征：热力系统中工质温度保持不变的状态变化过程。过程方程式：状态方程及初、终态状态参数关系：

即定温过程中，压力与比容成反比过程中其他参数变化：

对于理想气体：故定温过程中，又有过程中能量交换：即有，说明膨胀功与技术功在数值上相等。

在P—V图和T—S图上定温过程可表示为：

4.4绝热过程特征：热力系统发生状态变化时，与外界环境没有发生热交换现象，过程方程式：由热力学第一定律，

有，①又②再有③

联解①②③可得：积分后写成：

状态方程及初、终态状态参数关系：其他状态参数变化：过程中能量转换：绝热过程在P—V图和T—S图上可表示为：在P—V图上绝热线比定温线陡：例4-1：质量m=4kg的空气，初态分别经过①，②到达终态。求这两个过程的能量交换和熵改变量。分析：①定温过程②绝热过程对于空气，K取K=1.4，4.5多变过程4-5-1多变过程的定义

基本热力过程的特征可归结为（4-20）其中，四个基本热力过程是多变过程的特例，对于多变过程，。实际过程中，n值是变化的，但若n值变化不大，则仍可用一定的多变过程近似表示；若n值变化较大，则可把实际过程分作n段，各段n值不同，但每段n值保持不变。当n值不变时，由式（4-20），有n为多变指数，即（4-21）4-5-2多变比热

对于理想气体的多变过程，热力学第一定律为，即这里，对照绝热过程，即有由（4-22）式中，（4-23）称为多变比热4-5-3多变过程的状态参数及过程分析过程方程式为，结合状态方程可得：（4-24）（4-25）（4-26）对于理想气体，过程内能、焓、熵的变化量为：

过程中的能量转换为：

过程热交换在P—V图和T—S图上多变过程可表示为：例4-3，已知空气初态，多变压缩到求多变指数n、W、T2、△S；设空气比热分析：①多变指数②功③由于④气体则

例4-5压气机压缩Air，初态

可逆多变压缩至

然后排出，求：多变指数、压缩终温、压缩过程与外界交换的热量和功量分析：①气缸中空气质量②

③多变过程，④多变过程热交换量⑤气体与外界交换的容积功⑥压气机消耗轴功

Ex：4-3、4-6、4-10、4-11理想气体热力过程的微分形式由热力学第一定律，有对于准静过程，有而由则得对于理想气体，由于于是于是有即有对于理想气体，由于则有对于可逆过程，有上式用此式除，可得整理上式后可得这里，q*为热功比，即热力过程中热量传递与功量传递的比值，反应了热力过程的约束条件上式中，若(1)q*=1，则有即此为等温过程，此式表明，等温过程中热量传递与功量传递速率相等(2)若则有此即为等压过程。(3)若，则有此即为等容过程。由于q*表示热量传递与功量传递的比，这意味着，等容热力过程中功量传递无限小(4)若，则有，此即为绝热过程。上式转化为K为绝热指数，一般为常数。积分上式可得若K不是常数，由于和若设则有代