理想氣體熱力過程及氣體壓縮的方法

1、一一. .研究熱力學(xué)過程的目的與方法研究熱力學(xué)過程的目的與方法目的目的:提高熱力學(xué)過程的熱功轉(zhuǎn)換效率提高熱力學(xué)過程的熱功轉(zhuǎn)換效率熱力學(xué)過程受外部條件影響熱力學(xué)過程受外部條件影響 主要研究外部條件對熱功轉(zhuǎn)換的影響主要研究外部條件對熱功轉(zhuǎn)換的影響利用外部條件利用外部條件, 合理安排合理安排過程過程，形成最佳，形成最佳循環(huán)循環(huán)對已確定的對已確定的過程過程，進(jìn)行，進(jìn)行熱力計(jì)算熱力計(jì)算對象對象1) 參數(shù)參數(shù) ( p, T, v, u, h, s ) 變化變化2) 能量轉(zhuǎn)換關(guān)系能量轉(zhuǎn)換關(guān)系, q , w, wt方法方法 抽象分類抽象分類 2) 可逆過程可逆過程 (不可逆再修正不可逆再修正)pvsTn基本過

2、程基本過程2) 理想氣體理想氣體p pvv( ) ( )cpvRTccRkcuf Thf T3)可逆過程可逆過程t wpdvwvdp qTds 1) 第一定律第一定律tqduwdhwswzgchq221穩(wěn)流穩(wěn)流1) 確定確定過程方程過程方程-該過程中參數(shù)變化關(guān)系該過程中參數(shù)變化關(guān)系( ) , ( ) , ( )pf vTf pTf v5) 計(jì)算計(jì)算w , wt , q4) 求求shu , , 3) 用用T - s 與與 p - v 圖表示圖表示2) 根據(jù)以知參數(shù)及根據(jù)以知參數(shù)及過程方程過程方程求求未知未知參數(shù)參數(shù)Cpvk斜率斜率=？0)(kpvd10kkkpvdvv dpsdpkpdvv 曲線

3、曲線上凸上凸？下凹下凹？pvp斜率斜率v斜率斜率pTTs222211kkppTT11212)( ?sdpdv 內(nèi)能變化內(nèi)能變化vuc dT 焓變化焓變化phc dT 熵變化熵變化 0s狀態(tài)參數(shù)的變化與過程無關(guān)狀態(tài)參數(shù)的變化與過程無關(guān) 膨脹功膨脹功 w21221 111()11kkccwpdvdvvp vp vvkk12v12()()1RTTc TTuk 技術(shù)功技術(shù)功 wt12()tpwvdphc TTkw 熱量熱量 q0qCpvkquw tqhw constpvk若已知若已知p1,T1,T2 , 求求p2pvckconstckkppTT11212)(2121lnTpTdTpdscRTp2121

4、lnTpTdTpdscRTp210021lnTTppTTdTdTpccRTTp210021ln0TTpssRp210021TTsspp expR已知已知p1,T1,T2 , 求求p2若是空氣，查若是空氣，查附表附表2理想氣體的理想氣體的多變多變過程過程 (Polytropic process)過程方程過程方程constpvnn是常量，是常量，每一過程只有一每一過程只有一 n 值值初終態(tài)關(guān)系初終態(tài)關(guān)系nkvvpp)(211212112)(kvvTTkkppTT11212)(constpvk1kTvconst1kkTconstp過程方程過程方程constpvnn是常量，是常量，每一過程有一每一過程

5、有一 n 值值初終態(tài)關(guān)系初終態(tài)關(guān)系nvvpp)(211212112)(nvvTTnnppTT11212)(n 內(nèi)能變化內(nèi)能變化vuc dT 焓變化焓變化phc dT 熵變化熵變化 狀態(tài)參數(shù)的變化與過程無關(guān)狀態(tài)參數(shù)的變化與過程無關(guān)22v112222ppv1111lnlndTvscRTvdTpdvdpcRccTpvp 12()1RwpdvTTntwnwv2121()()1Rquwc TTTTn v21v21n21()()()()11Rn-kcTTc TTc TTnnnv1n-kccn多變過程比熱容多變過程比熱容constpvn(1) 當(dāng)當(dāng) n = 0 Cpconstpv0nvpckcc(2) 當(dāng)當(dāng)

6、 n = 1CTconstpv1nc (3) 當(dāng)當(dāng) n = k kpvconstsCn0c (4) 當(dāng)當(dāng) n = 1np vconstvCnvccnv1n-kccn基本過程是多變過程的特例pTsvnconstpvnpTsvpvRTnv111k-nccnCvTCpv CpT初終態(tài)關(guān)系初終態(tài)關(guān)系1122vTvT1122vpvp1122pTpT過程方程過程方程kpvCkvvpp)(2112ppvRTTsvpTsv 內(nèi)能變化內(nèi)能變化vuc dT 焓變化焓變化phc dT 熵變化熵變化 狀態(tài)參數(shù)的變化與過程無關(guān)狀態(tài)參數(shù)的變化與過程無關(guān)22v112222ppv1111lnlndTvscRTvdTpdvdp

7、cRccTpvp pTs vvppdvw21lnRTvwpdvdvRTqT svv0wpdv112121()111kkRRTpwpdvTTkkppTsvquw t0wvdp twwqtwvdpv p twkwpTsvtquwhw pqhcT tqwwvqucT 0q pTsvtquwhw cp 的定義的定義cv 的定義的定義0n p()?dTdsT斜率斜率上凸上凸?下凹？下凹？pTdsc dTvdpsTvpppTc0n pp0n v()?dTdsT斜率斜率上凸上凸?下凹？下凹？vTdsc dTpdvsTvppvTc0n pvpvccn n vvpp()dTTdsc0n T()?dpdvp斜率斜

8、率上凸上凸?下凹？下凹？pvCsTvpppv 0n pT0pdvvdpn n vv1n TT1n 0n s()dpkpdvv sTvpp0n psn n vv1n TT1n nksT()dppdvv nks0n sTvpp0n pn n vv1n TT1n nksnkskkppTT11212)(0n sTvp0n n n 1n 1n nknkuT= u0pvRT u0vuc dT 0n sTvp0n n n 1n 1n nknk u0 u0wpdv h0 h0w012112)(kvvTTw00n sTvp0n n n 1n 1n nknk u0 u0qTds h0 h0w0w0wt0wt0q0

9、Tqwq00n sTvp0n n n 1n 1n nknk u0 u0 h0 h0w0w0wt0wt0q0u,h (T ) w (v ) wt (p ) q (s )q0壓氣機(jī)壓氣機(jī)的作用的作用生活中：自行車打氣。生活中：自行車打氣。工業(yè)上：鍋爐鼓風(fēng)、出口引風(fēng)、工業(yè)上：鍋爐鼓風(fēng)、出口引風(fēng)、煉鋼、燃?xì)廨啓C(jī)、制冷空調(diào)等等煉鋼、燃?xì)廨啓C(jī)、制冷空調(diào)等等型式型式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)活塞式活塞式(往復(fù)式往復(fù)式)離心式離心式軸流式軸流式葉輪式連續(xù)流動(dòng)葉輪式連續(xù)流動(dòng)壓壓力力范范圍圍通風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)0.01apMP 0.010.3aaMPpMP 0.3apMP 出口當(dāng)連續(xù)流動(dòng)出口當(dāng)連續(xù)流動(dòng)理論壓氣功理論

10、壓氣功(可逆過程可逆過程)指什么功指什么功pv目的：目的：研究研究耗功耗功，越少越好越少越好技術(shù)功技術(shù)功wt12(1)、特別快，來不及換熱。特別快，來不及換熱。(2)、特別慢，熱全散走。特別慢，熱全散走。(3)、實(shí)際壓氣過程是實(shí)際壓氣過程是 kn 12p1p1T2n2s2pvT2n21Ts2p1ps2sTnnk1n 2p1p1T2n2s2pvT2n21Ts2p1ps2tTtntswww2T2n2svvvTns0qqq12T2n2sTTTT2p1p1T2n2s2pvT2n21Ts2p1ps21tT12lnpwRTpn 12ntn111 ()1npwRTnp12ts111 ()1kkkpwRTkp

11、最小最小 重要啟示重要啟示儲(chǔ)氣罐冷卻水高壓缸低壓缸進(jìn)氣口儲(chǔ)氣罐冷卻水高壓缸低壓缸進(jìn)氣口123452p1p12pp有一個(gè)最佳增壓比有一個(gè)最佳增壓比pv 省功省功123454p1ppv 省功省功IIIt(n)t(n)www分級(jí)n-12n11n-14n331() 11()1npRTnpnpRTnpn-1n-124nn1122()() 1nppwRTnpp分級(jí)2p123454p1ppv 省功省功n-1n-124nn1122()() 1nppwRTnpp分級(jí)欲求欲求w分級(jí)分級(jí)最小值，最小值，20wp分級(jí)412ppp 2p123454p1ppv 省功省功w分級(jí)分級(jí)最小值，最小值，412ppp 最佳增壓比最

12、佳增壓比1421141p pppppppp終初可證明可證明若若m級(jí)級(jí)mpp終初2412pppp2p123454p1ppvTs2p1p2p4p123456645TT 潤滑油要求潤滑油要求t160180,高壓壓氣機(jī)必須分級(jí)高壓壓氣機(jī)必須分級(jí)154p1ppv6省功省功分級(jí)分級(jí)降低出口溫降低出口溫多級(jí)壓縮達(dá)到多級(jí)壓縮達(dá)到無窮多級(jí)無窮多級(jí)(1)不可能實(shí)現(xiàn)不可能實(shí)現(xiàn)(2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜(成本高成本高)所以，一般采用所以，一般采用 2 4 級(jí)壓縮級(jí)壓縮T避免活塞與進(jìn)排氣避免活塞與進(jìn)排氣閥碰撞，留有閥碰撞，留有空隙空隙pV1234CV余隙容積余隙容積12壓縮過程壓縮過程23排氣，狀態(tài)未變排氣，狀態(tài)未變34殘留氣體膨脹殘留氣體膨脹41進(jìn)新氣，狀態(tài)未變進(jìn)新氣，狀態(tài)未變活塞排量活塞排量pV1V3VCV1234V研究研究VC對對耗功耗功和和產(chǎn)產(chǎn)氣量氣量的影響的影響h13VVV14VVV新氣量新氣量產(chǎn)氣量產(chǎn)氣量11pVmRT有效吸氣容積有效吸氣容積pV1V3VCV1234V設(shè)設(shè)12和和43兩過程兩