理想氣體的熱力過程課件

1、第四章 理想氣體的熱力過程4-1 熱力過程分析概述summarize 工程中，完成熱功轉(zhuǎn)換的熱力循環(huán)都可以被抽象為由定容、定壓、定溫、絕熱和多變過程構(gòu)成的。 假設(shè)條件hypothesis Conditions:理想氣體；準(zhǔn)靜態(tài)過程 討論的內(nèi)容： 過程中能量轉(zhuǎn)換關(guān)系（過程熱量、功量，系統(tǒng)熱力學(xué)能和焓的變化）； 狀態(tài)參數(shù)的變化關(guān)系（p 、v 、T 、s）； 過程曲線在p -v 圖及T- s圖上的表示。 u、h 和s 按前述的方法計算。 Sorry, no copy!The thermodynamics process of the ideal-gas4-2 定容過程比體積保持不變時系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化

2、所經(jīng)歷的過程過程方程： v常量過程中狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系：由：可得：熵變：當(dāng)比熱為定值時：定容過程在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上的表示：T-s圖上的斜率：The Constant-Volume Process過程中能量轉(zhuǎn)換關(guān)系：即系統(tǒng)接受的熱量全部用于增加系統(tǒng)的熱力學(xué)能。當(dāng)比熱為定值時： 軸功：dv=04-3 定壓過程壓力保持不變時系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化所經(jīng)歷的過程過程方程： p=常量過程中狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系：由：可得：熵變：當(dāng)比熱為定值時：定壓過程在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上的表示：T-s圖上的斜率：The Constant-Pressure Process定壓過程中能量轉(zhuǎn)換關(guān)系系統(tǒng)的容積變化功：軸功：系統(tǒng)接受的熱量：當(dāng)

3、比熱為定值時：q=dh-vdp4-4 定溫過程溫度保持不變時系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化所經(jīng)歷的過程過程方程及狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系：熵變：當(dāng)比熱為定值時：定溫過程在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上的表示：The Constant-Temperature Process過程中能量轉(zhuǎn)換關(guān)系定溫過程系統(tǒng)所作的容積變化功為：穩(wěn)定流動的開口系統(tǒng)，若其工質(zhì)的流動動能和重力位能的變化可以忽略不計，則按定溫過程方程式，定溫過程中系統(tǒng)所作的軸功為：即定溫過程中系統(tǒng)軸功等于容積變化功 熱量：定溫過程中系統(tǒng)的熱力學(xué)能及焓均不變化，因而有 即定溫過程中系統(tǒng)吸收的熱量等于系統(tǒng)所作的功 。q=dh-vdpq=du+pdv4-5 絕熱過程系統(tǒng)與外界不發(fā)

4、生熱量交換時所經(jīng)歷的過程。對于無功耗散的準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程即為定熵過程，因此有：一、定值比熱容情況下絕熱（定熵）過程的分析由熵變關(guān)系式，有：整理可得：即：因此有：對于理想氣體：過程方程The Adiabatic Process絕熱過程在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上的表示：狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系：The relation of the state parameters:由有可得又由得到能量轉(zhuǎn)換關(guān)系熱量：容積變化功：當(dāng)比熱為定值時：開口系統(tǒng)，若忽略動能及重力位能的變化，軸功可表示為 ：由，可得因此有（1）采用平均絕熱指數(shù)的方法過程方程表示為： 常數(shù)而 這種方法存在的問題：依然是一種近似計算。當(dāng)終態(tài)溫度不知道時，需要試

5、算。方法：先假定T2 ，計算出m，按過程方程式計算得出T2，修正T2重復(fù)上述計算，直至假定溫度值與計算溫度值相同（接近）時，所得的m即為所求。二、變比熱容情況下絕熱（定熵）過程的分析 當(dāng)溫度變化幅度較大時，按定值比熱容方法計算所得結(jié)果誤差較大，因而需采用變比熱容進行計算 （2）利用熱力性質(zhì)表進行計算由，對于準(zhǔn)靜態(tài)的絕熱過程可得：上式可改寫為： 按此式，利用熱力性質(zhì)表中s0 的數(shù)值，即可求取絕熱過程終了狀態(tài)的溫度或壓力。 即當(dāng)p1 、p2已知ln(p2 /p1 ) 由T1查表 ，按上式計算 ，查表T2 。 空氣的熱力性質(zhì)表中還按溫度列出了pr的數(shù)值。pr稱為相對壓力，其定義式為:依上式和 可得：

6、即按此式，利用氣體熱力性質(zhì)表中pr與溫度T的對應(yīng)關(guān)系，計算絕熱過程終了狀態(tài)的壓力和溫度。即當(dāng)p1 、p2已知，由T1 查表pr1，依上式計算pr2, 查表T2 ?？諝獾臒崃π再|(zhì)表中還按溫度列出了vr的數(shù)值。vr稱為相對比體積，其定義式為:上式整理可得：利用熱力性質(zhì)表中vr的數(shù)據(jù)，應(yīng)用類似由pr求p的方法，可以直接計算絕熱過程終了狀態(tài)下的比體積v2 。 變比熱容情況下，絕熱過程中系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換關(guān)系可直接按能量方程式求取。 容積變化功：軸功：熱量： 4-6 多變過程各種熱力過程，其過程方程式通常都可以表示為下述形式： 前述的四種典型過程均為多變過程的一個特例：多變過程在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上的表示。n順時

7、針方向增大。兩圖的過程線和區(qū)間一一對應(yīng)。dv0, 功量為正。ds0, 熱量為正。dT0du0，dh0。n=0pv0=p=常量定壓過程；n=1pv=常量定溫過程；n=pv=常量絕熱過程；n= p1/nv= p0v= v=常量定容過程.The Polytropic Process多變過程的熵變：The entropy change of the polytropic process : 即多變過程的容積變化功： The volume change work of the polytropic process: 多變過程的熱量：The heat of the polytropic process:

8、即按比熱與熱量之間的關(guān)系，上式可寫為對比上面二式，可得多變比熱容為多變過程的軸功： The shaft work of the polytropic process: 多變過程 ，因此有 即多變過程的軸功等于容積膨脹功的n倍，由此可得： 工程中，可按已有的熱力過程來求取過程的多變指數(shù)n。由可得：所以在lnp-lnv的坐標(biāo)圖上，多變過程可表示為一條直線。又按多變過程的參數(shù)關(guān)系 ：對上式取對數(shù)并整理后可以得到： 定容定壓定溫絕熱（定熵）多變（定比熱）多變指數(shù)過程方程基本狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式u,h ,s容積變化功技術(shù)功熱量過程比熱容熱力過程公式表 4-1 絕熱過程是否一定是定熵過程？ 4-2 定熵過程的過程方程式是否一定是pvk常量？ 4-3 是否所有的熱力過程都是多變過程？ 4-4 試根據(jù)p-v圖上四種基本熱力過程的過程曲線的位置，畫出自點1出發(fā)的下述過程的過程曲線，并指出其變化范圍： (1)熱力學(xué)能增大及熱力學(xué)能減小的過程； (2)吸熱過程及放熱過程。 4-5 試根據(jù)T-s圖上四種基本熱力過程的過程曲線的位置，畫出自點1出發(fā)的下述過程的過程曲線，并指出其變化范圍： (1)