工程热力学 课件 第四章 理想气体的热力过程.ppt

1、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

2、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 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

3、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

4、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/(kgK),过程热

5、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=R

6、gT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,第89页图4-4,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，

7、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q=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qrev=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，定熵指数等于比热容比，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

8、 ， 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kav,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k1，所以定熵线斜率的绝对值大于定温线斜率，定熵线更陡些,第92页图4-5,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

9、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 ， ，,过程功、技术功及过程热量 多变过程过程功为 对于稳流开口系，技术功为 多变过程,理想气体定值比热容时多变过程的热力学能变量 由热力学第一定律得过程热量 根据比热容定义，热量等于比热容乘以温差 故多变过程比热容为,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 多变过程的能量转换规律w/q为 因为k