工程熱力學(xué) 課件 第四章 理想氣體的熱力過程

1、第四章 理想氣體的熱力過程4-1 研究熱力過程的目的及一般方法基本熱力過程定容過程：汽油機(jī)氣缸中工質(zhì)的燃燒加熱過程定壓過程：燃?xì)廨啓C(jī)動力裝置燃燒室內(nèi)的燃燒加熱過程定溫過程：活塞式壓氣機(jī)中，氣體的壓縮過程絕熱過程：燃?xì)饬鬟^氣輪機(jī)或空氣流經(jīng)葉輪式壓氣機(jī)時，流速很大，氣體向外界散失的熱量極少，近乎絕熱這四種典型的可逆過程稱為基本熱力過程研究熱力過程的一般方法工質(zhì)熱力狀態(tài)的變化規(guī)律及能量轉(zhuǎn)換狀況與是否流動無關(guān)，對于確定的工質(zhì)只取決于過程特征根據(jù)過程特點(diǎn)，利用狀態(tài)方程式及第一定律解析式得出過程方程式p=f(v)借助過程方程式并結(jié)合狀態(tài)方程式，找出不同狀態(tài)時狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系，從而由已知初態(tài)確定終態(tài)參數(shù)，或

2、者反之在p-v圖和T-s圖中畫出過程曲線，直觀地表達(dá)過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律及能量轉(zhuǎn)換情況確定工質(zhì)初、終態(tài)比熱力學(xué)能、比焓、比熵的變化量。對于理想氣體，不論過程是否可逆，都可按下列公式計(jì)算： 變比熱容時 定值比熱容時確定1kg工質(zhì)對外作出的功和過程熱量 各種可逆過程的膨脹功都可由 計(jì)算 各種可逆過程的技術(shù)功都可由 計(jì)算 過程熱量可按 計(jì)算 定容過程和定壓過程還可按比熱容乘以溫差計(jì)算 定溫過程可由溫度乘以比熵差計(jì)算4-2 定容過程定容過程定容過程即比體積保持不變的過程，過程方程式為v=定值初、終態(tài)參數(shù)間的關(guān)系根據(jù)v=定值和pv=RgT得出 ， 定容過程中氣體的壓力與熱力學(xué)溫度成正比定容過程曲

3、線在p-v圖上是一條與橫坐標(biāo)垂直的直線，在T-s圖上是一條對數(shù)曲線 定容過程的熵變量在T-s圖上定容吸熱過程線1-2指向右上方，是吸熱升溫增壓過程，定容放熱過程線1-2指向左下方，是放熱降溫減壓過程定容過程的過程功、過程熱量和技術(shù)功 定容過程的過程功為零，即 過程熱量由熱力學(xué)第一定律得出 定容過程的技術(shù)功定容過程中工質(zhì)不輸出膨脹功，加給工質(zhì)的熱量全部用于增加工質(zhì)的熱力學(xué)能并使溫度升高，此結(jié)論由熱力學(xué)第一定律推得，適用于任何工質(zhì)4-3 定壓過程定壓過程定壓過程是工質(zhì)在狀態(tài)變化過程中壓力保持不變的過程，過程方程式為p=定值初、終態(tài)參數(shù)間的關(guān)系根據(jù)p=定值和pv=RgT得出 ， 定壓過程中氣體的比體

4、積與絕對溫度成正比定壓過程曲線在p-v圖上是一水平直線，在T-s圖上也是一條對數(shù)曲線，但較定容線平坦 定壓過程的熵變量定壓過程1-2是吸熱升溫膨脹過程，1-2是放熱降溫壓縮過程在T-s圖上定壓過程曲線較定容過程曲線平坦 對于可逆定容過程，由于 ， ， 得 對于可逆定壓過程，由于 ， ， 得 因?yàn)?所以 定容線和定壓線均為正斜率對數(shù)曲線定壓過程的過程功、過程熱量和技術(shù)功 定壓過程的過程功為 對于理想氣體，定壓過程的過程功為 或 理想氣體的氣體常數(shù)Rg數(shù)值上等于1kg氣體在定壓 過程中溫度升高1K所作的膨脹功，單位為J/(kgK) 過程熱量由熱力學(xué)第一定律得出 或 任何工質(zhì)在定壓過程中吸入的熱量等

5、于焓增，放 出的熱量等于焓降 定壓過程的技術(shù)功 工質(zhì)按定壓過程流過換熱器等設(shè)備時，不對外作 技術(shù)功， ， 為流 動功，熱能轉(zhuǎn)化的機(jī)械能全部用來維持工質(zhì)流動 上述過程功、過程熱量和技術(shù)功的計(jì)算式由過程功 定義和熱力學(xué)第一定律導(dǎo)出，對任何工質(zhì)都適用 對于理想氣體，過程熱量還可由下式計(jì)算 與前式比較可得 上式表明，同樣溫度范圍內(nèi)的平均比定壓熱容與平 均比定容熱容之間的關(guān)系也遵守邁耶公式4-4 定溫過程定溫過程定溫過程是工質(zhì)在狀態(tài)變化過程中溫度保持不變的過程，T=定值，過程方程式為pv =定值初、終態(tài)參數(shù)間的關(guān)系根據(jù)T=定值和pv=RgT得出 ， 定溫過程中氣體的壓力與比體積成反比定溫過程線在p-v圖

6、上是一條等軸雙曲線，在T-s圖上則為水平直線第89頁圖4-4定溫過程線1-2是吸熱膨脹降壓過程，1-2是放熱壓縮增壓過程定溫過程的熱力學(xué)能、焓和熵變量 理想氣體的熱力學(xué)能和焓都只是溫度的函數(shù) ， 定溫過程的熵變量為定溫過程的過程功、過程熱量和技術(shù)功 定溫過程的過程功為 過程熱量為 理想氣體定溫過程的熱量qT和過程功數(shù)值相等，正負(fù) 相同。 定溫膨脹時的吸熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)榕蛎浌?，定溫壓縮時 消耗的壓縮功全部轉(zhuǎn)變?yōu)榉艧崃?技術(shù)功為 理想氣體定溫穩(wěn)定流經(jīng)開口系時技術(shù)功wT與過程 熱量qT相同，流動功(p2v2-p1v1)為零，吸熱量全部 轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)功上述過程功、過程熱量和技術(shù)功的計(jì)算公式及過程方程式只適

7、用于理想氣體4-5 絕熱過程絕熱過程絕熱過程是狀態(tài)變化的任何一微元過程中系統(tǒng)與外界都不交換熱量的過程， 即q=0，全部過程與外界交換的熱量也為零，即q=0可逆絕熱過程又稱為定熵過程 可逆絕熱時qrev=0，故 s=定值過程方程式 對理想氣體，可逆過程熱力學(xué)第一定律解析式為 或 絕熱過程 ，得 比熱容比 設(shè)比熱容為定值，則也為定值，得 定熵過程方程式為 微分形式 定熵指數(shù)為 對于理想氣體，定熵指數(shù)等于比熱容比，數(shù)值 可由附表3查得初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系 將初、終態(tài)的p、v、T參數(shù)代入過程方程及狀態(tài)方程，整理得 ， 當(dāng)初、終態(tài)溫度變化范圍在室溫到600K之間時，將比熱容比或定熵指數(shù)作為定值誤差不大 若

8、溫度變化幅度較大，則用平均定熵指數(shù)kav 或 ， ，在p-v圖和T-s圖上的表示 定熵過程線在T-s圖上是垂直于橫坐標(biāo)的直線，在p-v圖上是高次雙曲線 定熵線斜率為 定溫線斜率為 因?yàn)閗1，所以定熵線斜率的絕對值大于定溫線斜率，定熵線更陡些第92頁圖4-5過程線1-2是絕熱膨脹降壓降溫過程，1-2是絕熱壓縮增壓升溫過程 過程中能量的傳遞和轉(zhuǎn)換 絕熱過程體系與外界不交換熱量 q=0 由閉口系熱力學(xué)第一定律解析式 得過程功為 絕熱過程中工質(zhì)與外界無熱量交換，過程功只來自工質(zhì)本身的能量轉(zhuǎn)換 由穩(wěn)流開口系熱力學(xué)第一定律解析式 得技術(shù)功為 工質(zhì)在絕熱過程中所作的技術(shù)功等于焓降 上述w及wt的計(jì)算公式直接

9、由能量守恒式導(dǎo)出， 普遍適用于理想氣體和實(shí)際氣體的可逆和不可逆 絕熱過程 對于理想氣體，取定值熱容，可得 對于可逆絕熱過程，可得4-6 多變過程多變過程多變過程及過程方程式 多變過程方程式 n為多變指數(shù)，可以是到之間的任意數(shù)值 多變過程服從過程方程 ，n為一定值初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系 理想氣體的多變過程，初、終態(tài)參數(shù)間的關(guān)系 ， ，過程功、技術(shù)功及過程熱量 多變過程過程功為 對于穩(wěn)流開口系，技術(shù)功為 多變過程 理想氣體定值比熱容時多變過程的熱力學(xué)能變量 由熱力學(xué)第一定律得過程熱量 根據(jù)比熱容定義，熱量等于比熱容乘以溫差 故多變過程比熱容為多變過程的特性及在p-v圖、T-s圖上的表示 可逆多變過程在p-v圖、T-s圖上是一條任意的雙曲線，過程線的相對位置取決于n值 多變過程的能量轉(zhuǎn)換規(guī)律w/q為 因?yàn)閗-10，所以