理想气体的多变过程.ppt

1、第四章 理想气体的热力过程及气体压缩,理想气体的基本热力学过程 理想气体的多变过程 活塞式压气机的工作过程,4-1 分析热力学过程的目的及方法,一、研究目的和方法,1、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, 外部条件影响热功转换,主要研究外部条件对热功转换的影响 , 具体讲：,利用有利的外部条件, 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,4-2 理想气体的基本热力过程,（定容过程、定压过程、定温过程、绝热过程）,一. 定容过程 1. 过程方程式与初态的关系： 过程的特点： 体积不变，即dv=0， 过程方程式： c=定值 初终态关系： 可由v=定值及

2、pv=RT得到 p2/p1=T2/T1 上式说明：该过程的气体压力与温度成正比。,比如装氧气的气瓶上标有“不得近火”以免遇火时， 瓶内的压力随温度上升而增大发生危险。,状态参数u、 h、 s初终态之间的变化量：,u2- u1=Cv(T2-T1) h2- h1=Cp(T2-T1) s2- s1=Cvln(T2/T1),定容过程p- v图,定容过程T- s图,过程中能量的转换：q、w,定容过程中系统与外界 传递的膨胀功为 : w=0,根据热力学第一定律q=u+w,得： 传递的热量为: 传递的膨胀功为: q=u=,4-3、理想气体多变过程的综合分析,1、理想气体的多变过程 (Polytropic p

3、rocess),（1） 过程方程,n是常量，每一过程有一n值,（2） 初终态关系,（3） 图示(见后),（4） 过程能量转化计算,过程关系,称为多变过程比热容,2、多变过程与基本过程,(1) 当n=0,(2) 当n=1,(3) 当n=k,可逆绝热,(4) 当n=,3、过程分析 （1） 过程方程,（2） 初终态关系,（3） P-v , T-s 图,斜率为正,斜率,斜率为负,斜率,斜率 ,斜率,斜率 ,斜率,（4）过程能量交换,1)内能,2)焓,3)熵,任何过程,4)膨胀功 w,5)技术功 wt,6)热量 q,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,参见公式汇总

4、,过程,过程方程式,初、终态参数间的关系,热量交换,功量交换,定容,定压,定温,绝热,多变,4、基本热力过程状态量变化趋势的分析,(1) 理想气体,线即 线,在 线上分析,p-v图上 右上方,T-s图上 上方，,(2),线即 线,p-v图上 右上方,T-s图上 上方，,(3),对外作功,用 分析,p-v图上 右方,T-s图上 右下方，,T,s,(4),对外做功,P-v图上 下方,T-s图上 右下方,(5),用 判断,P-v图上 右上方,吸热,T-s图上 右边,吸热,例3-1 在T-s图上定性画出下列区域,(1) 压缩、升温、吸热,(2) 膨胀、降温、放热,(3) 膨胀、升温、吸热,T,s,(1

5、),(2),(3),例3-2 1kg空气分两种情况进行热力过程：(1) w=300kJ/kg, q1=380kJ/kg; (2) w=300 kJ/kg, q2=210kJ/kg。求：(1)u1, u2 ; (2) n1, n2 (已知空气cv=0.717kJ/kg)；(3) 将过程画在p-v、T-s图上。,解： (1) u1=q1-w=80kJ/kg u2=q2-w=-90kJ/kg (2),代如数据得：n1=0.89 n2=1.12,p,v,T,s,n=0,n=1,n=k,n=0.89,n=1.12,n=1,n=0,n=k,n=1.12,n=0.89,(3),4-4 活塞式压气机的工作过程

6、,一、压缩机的分类,1、容积式：工作腔体积变化 往复式（活塞式） 回转式：滚动转子式、螺杆式、涡旋式.,2、惯性式：高速气流扩压 离心式：气流轴向进、切向出 轴流式：压缩过程气流在轴向流动,1、理论压气功,功即技术功,有吸入与排出，要考虑推进功,相同排气量下，压缩过程所耗的技术功应越少越好。,二、理想压缩机的工作过程,理想压缩机：不存在余隙；工作过程可逆,通常 已知,工作过程有三种典型情况 （1）定温 （2）多变 （3）定熵,不能用，可能的过程：,特别快，来不及换热。,特别慢。,实际压气过程是在 之间的某一过程。,定温压缩耗功最小，定熵压缩耗功最多，应该使压气过程尽量接近于定温过程 ，但太缓慢

7、，不好实现。,措施:,分级压缩，中间冷却,多级压缩达到 无穷多级时。,(1)不可能实现,(2)不划算(成本高),一般采用 2 4 级压缩,2 多级压缩，中间冷却,以两级压缩中间冷却为例分析,中间压力p2有最佳值。,2t,p1,假定 每级n相同，中间冷却到T1(完全中间冷却）,欲求 最小值，,最佳增压比,可求得最佳中间压力：,若为 m 级压缩，可证明：,最佳增压比,所谓最佳就是：每级压比一样，每级耗功一样， 温升也一样（条件：n1=n2=nm)。,分级压缩的好处：,(1) 减小,(2) 降低排气温度（有利于压缩机润滑）,1、活塞式压缩机的余隙影响,活塞式压气机的特点：,结构：活塞、气缸、进排气阀

8、。,为避免活塞与缸底、阀相撞，留有一定余隙 (余隙容积Vc)，所谓余隙影响，即Vc对耗功 及排气量的影响。,三、实际压缩机工作过程,压缩过程,排气，状态未变,残留气体膨胀,进新气，p未变， 状态不变。,活塞排量，扫过气缸的容积。,新气量，实际进入气缸的气体,V3=VC-余隙容积,（1）余隙容积对理论压气功的影响,假定 两过程 n 相同,所以，如果 ，则由余隙时与无余 隙时对单位质量工质耗功无影响。但设备大小 一定，有无余隙，产气量不同。,（2）余隙容积对排气量的影响,由于余隙 Vc 的存在，残气膨胀，V有效吸气 容积 V1V4，显然小于活塞扫过一次气缸的工 作排量 Vh=V1 V3 ，也即降低了活塞排量的 利用率(用容积效率 表示)。,式中：,余隙与排量之比称为余隙比,2、其他影响,（1）吸排气节流 （2）高低压泄漏 （3）壁面摩擦、壁面与气流的换热,压缩机效率,指示、摩擦、传动效率,例：某活塞压气机，活塞排量 ， 余隙容积 ，空气从 ， ，被压缩到 ，试计算耗功 量和空气排量。并与无余隙容积情况作比较。,解：1、计算有余隙容积的情况,2、计算无余隙容积