高职工程热力学课件04理想气体的热力过程

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第四章

理想气体的热力过程

Ideal

gas

thermodynamic

process一、研究热力过程的目的1、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。2、对确定的过程，也可预计热、功多少§4–1

研究热力过程的目的及一般方法3

2）解决的问题求出过程方程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）方法和依据热一律解析式，可逆过程理想气体性质4

二、

定压、定容和定温过程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5

3）Δu、

Δh和Δs定容过程4）求过程中的功量和热量定容过程7

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3）求Δu、

Δh和Δs4）求过程中的热量和功量10

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11

3）求Δu、

Δh和Δs12

4）求过程中的热量和功量13

三、

等比熵（可逆绝热）过程1、过程方程2、热力过程在坐标图上表示14

3、求Δu、

Δh和Δs15

4、w，wt和q或016

0六、变比热绝热过程功的计算1、查表2、用代替17

3、定义

比较（A）与（B）令18

四、

多变过程一、过程方程二、在p-v图及T-s图上表示n

n

19

三、Δu、Δh和Δs

20

四、w，wt和q21

q=五、比热容22

六、多变指数23

七、多变过程的能量关系w/q：膨胀，吸热，压缩,放热膨胀，放热，压缩,吸热24

25

2、在T-s图上用图形面积表示Δu和Δh

例：ha-hb用什么面积表示?考虑过程等压

c思考：若实际气体，如何？依据：

a）T-s图上过程下面积表示q

b）qp=Δh，qv=Δu

a

如图，某种理想气体有两任意过程a-b和a-c，已知b，c在同一可逆绝热线上，试问：Δuab和Δuac哪个大？解：（方法一）过b、c分别作等温线（方法二）考虑过程b

c

某理想气体经历4个过程，如T-s图1）将各过程画在p-v图上；2）指出过程加热或放热，膨胀或压缩。解：1-31-21-41-528

第四节

压气机的热力过程29

压缩气体的用途：

动力机、风动工具、制冷工程、化学工业、潜水作业、

医疗、休闲等。概述30

压气机分类：

工作原理活塞式—压头高，流量小，

间隙生产叶轮式—压头低，流量大，连续生产

压头高低

通风机—表压0.01MPa以下鼓风机—表压0.1~0.3MPa压气机—表压0.3MPa以上31

一、

单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量一.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

压气机耗功：注意：压气机生产量通常用单位时间里生产气体的标准

立方米表示，不同于进气或排气状态。32

二.理论耗功所以wC取决于初、终态及

过程特征1.绝热压缩2.等温压缩3.多变压缩33

讨论：a）理想压缩是

等温压缩

b）通常为多变压缩,

1<n<k

思考题：

自行车压力通常应维持在0.25MPa左右，用手动打气筒向轮胎充气时用湿毛巾包在打气筒外壁，会有什么后果？

34

第五节

余隙容积的影响一.余隙容积—clearance

volume

原因：防止排气时，活塞比与气缸壁碰撞，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。必然存在：水蒸气凝结，工质温度的不同余隙容积：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35

1-2质量m1气体压缩：p1

p2

2-3气体排向储气罐3-4气体膨胀p2

p14-1气体吸入气缸生产量(每周期)：二.工作过程36

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/Vh三.余隙容积对生产量的影响1、几个概念37

三.余隙容积对生产量的影响2、容积效率—volumetric

efficiency讨论：38

四.余隙容积对理论耗功的影响39

第六节多级压缩和级间冷却

—multistage

compression

and

intervening

cooling

一.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。40

二.级间压力确定1n低压缸ap中冷器3n高压缸2每生产1kg压缩气体：令时41

推广：若m级，则讨论：

1）按选择各级中间压力，优点：

a）各级耗功相等（总耗功有利于曲轴平衡

b）各缸终温相同

小于不如此分配时各缸终温中最高者，有利于润滑油工作及

使可靠性增加。

c）各级散热相同各中冷器散热相等）42

d）各缸按比例缩小

e）对提高整机容积效率

v有利2）若分级m

，则趋于定温压缩

但由于体积庞大，系统复杂，

可靠性下降一般2-4级

3）定温效率—isothermal

efficiency4）真空泵(vacuum

pump)的实质也是压气机，是出

口压力为恒值—环境压力，进气压力不断降低的

压气机

压气机若已实现等温压缩，是否还有必要进行分级压缩，中间冷却，为什么？答：需要，虽然实现等温压缩后耗功最小，但若压比过大，

V仍很小，分级后有助于提高

V，如图。若以p1=0.1MPa，p2=2.5MPa

=0.04计算单级压缩二级压缩例题：活塞式压气机把0.1MPa，298k的空气加压到2.5MP。试分别按单级压缩和二级压缩，中间冷却，计算压气机容积效率及各缸终温。已知解：单级压缩二级压缩，中间冷却

例题：叶轮式压缩机，氮气进口参数p1=0.0972MPa，

t1=20℃，

出口压力p2=311.11kPa，进口处氮气流量

压气机绝热效率

c,s=0.80，略去进出口动能差和位能差，求：1）压气机定熵压缩的耗功量;2）实际耗功量;3）由于不可逆而多耗功

wt;4）若t0=20℃，求作功能力损失I。已知氮气：解：1）2)3)4)例题：某大学实验室需4.9MPa压缩空气源，据市场调查，目前市售活塞式压气机余容比叶轮式压气机绝热效率

cs=0.85，试提出初步方案及必要的分析计算（已知T0=290K，p0=0.1MPa）。解：中间压力及压力比容积效率因为两级压气机σ相同，n相同，所以

vL=

vH=0.861若一级压缩，则若叶轮式压气机可以实施如此大之压比，则所以，从以上数据（及另外储气筒容积）等分析，采用活塞式压缩机两级压缩中间冷却设计方案较合适。例题：0.5kmol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，ΔU，ΔH及ΔS。2）先求各状态参数解：1）等温过程：热量=膨胀功=技术功放热例题：封闭气缸中气体初态p1=8MPa，t1=1300℃，经过可逆多变膨胀过程变化到终态p2=0.4MPa，t2=400℃。已知该气体的气体常数Rg=0.287kJ/(kg·K)，试判断气体在该过程中各是放热还是吸热的？[比热容为常数，cV=0.716kJ/(kg·K)]解：1到2是可逆多变过程，对初，终态用理想气体状态方程式有所以多变指数多变过程膨胀功和热量故是吸热过程例题：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？[Rg=260J/(kg·K)；cV=657J/(kg·K)；cp=917J/(kg·K)]解：氧气QV：因1到2为定体积过程，过程中m不变，所以Qp：2到3过程中气体压力不变，但质量改变注意：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=内增据质量守恒且据平衡态he=h，则例题：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：证