工程熱力學(xué)第4章-氣體與蒸汽的熱力過程課件

第四章

氣體與蒸汽的熱力過程第四章

氣體與蒸汽的熱力過程引言實施熱力過程的目的：2、達到預(yù)期的狀態(tài)變化，如：

定壓吸熱過程（鍋爐：水的焓↑，液→汽，獲作功能力）定壓放熱過程（凝氣器：乏汽焓↓，汽→液，便于泵送）1、實現(xiàn)預(yù)期的能量轉(zhuǎn)換，如：

絕熱膨脹過程（熱機：Q→W；噴管：Q→c）絕熱壓縮過程（壓縮機：W→p；泵：W→p）研究熱力過程的目的：

揭示過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律以及能量轉(zhuǎn)化情況，進而找出影響轉(zhuǎn)化的主要因素。引言實施熱力過程的目的：2、達到預(yù)期的狀態(tài)變化，如：1、研究熱力過程的一般方法根據(jù)實際過程的特點，將實際過程近似地概括為幾種典型過程：定容、定壓、定溫和絕熱過程。不考慮實際過程中不可逆的耗損，視為可逆過程。工質(zhì)視為理想氣體

比熱容取定值

實際過程是一個復(fù)雜過程，很難確定其變化規(guī)律。為簡化分析，假設(shè)：研究熱力過程的一般方法根據(jù)實際過程的特點，將實際過程近似地分析熱力過程的一般步驟

確定過程方程p=f(v)確定初態(tài)、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系及熱力學(xué)能、焓、熵的變化量確定過程中系統(tǒng)與外界交換的能量在p-v圖和T-s圖畫出過程曲線，直觀地表達過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律及能量轉(zhuǎn)換分析熱力過程的一般步驟確定過程方程p=f(v)§4-1理想氣體的熱力過程過程分析：1.過程方程2.初、終態(tài)參數(shù)關(guān)系，u、h、s3.系統(tǒng)與外界交換的能量Q、W、Wt4.過程的p-v圖和T-s圖典型熱力過程：定容、定壓、定溫、絕熱過程。假設(shè)：理想氣體、可逆過程、定值比熱容基本公式：§4-1理想氣體的熱力過程過程分析：1.過程方程2.一、定容過程1、過程方程一、定容過程1、過程方程2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系3.能量轉(zhuǎn)換3.能量轉(zhuǎn)換4.

p-v圖和T-s圖4.p-v圖和T-s圖二、定壓過程1.過程方程二、定壓過程1.過程方程2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系3.能量轉(zhuǎn)換3.能量轉(zhuǎn)換

4.p-v圖和T-s圖定v線比定p線陡Why?定v：4.p-v圖和T-s圖定v線比定p線陡Why?定v：三、定溫過程1.過程方程三、定溫過程1.過程方程2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系3.能量轉(zhuǎn)換3.能量轉(zhuǎn)換4.p-v圖和T-s圖4.p-v圖和T-s圖四、絕熱過程可逆的絕熱過程是定熵過程可逆過程：ds

=0絕熱過程：q=0四、絕熱過程可逆的絕熱過程是定熵過程可逆過程：ds=0絕1.過程方程即：定熵過程方程為指數(shù)方程1.過程方程即：定熵過程方程為指數(shù)方程2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系3.能量轉(zhuǎn)換3.能量轉(zhuǎn)換絕熱線比定T線陡Why?

4.p-v圖和T-s圖定T：絕熱線比定T線陡Why?4.p-v圖和T-s圖定T：四種典型熱力過程p-v圖和T-s圖四種典型熱力過程p-v圖和T-s圖例1[分析]

安全閥起跳前：定v；起跳后：定pV=0.15m3p1=0.55MPat=38℃,m1V=0.15m3p2=0.7MPat2=123℃,m1V=0.15m3p3=0.7MPat3=285℃,m3定v定p定v：

T2/T1=p2/p1T2=396K=123℃氧氣儲罐上安全閥起跳壓力為0.7MPa,問：加熱到285℃時，加入的Q=？判斷安全閥是否起跳：V=0.15m3p1=0.55MPat1=38℃方法1：假設(shè)沒有起跳，p：0.55→0.7，看t能否達到285℃定v：T2/T1=p2/p1

p2=0.987MPa方法2：假設(shè)沒有起跳，T：38→285℃，看p是否大于0.7MPa例1[分析]安全閥起跳前：定v；起跳后：定pV=0.15mV=0.15m3p1=0.55MPat=38℃,m1V=0.15m3p2=0.7MPat2=123℃,m1V=0.15m3p3=0.7MPat3=285℃,m3定v定p（1）定v：T2/T1=P2/P1T2=396K=123℃Qv=m1Cv(T2-T1)=56.3kJ（2）定p：變質(zhì)量，寫出Qp的微分式：=126.2kJ需加熱量：Q=Qv+Qp=56.3+126.2=182.5kJV=0.15m3V=0.15m3V=0.15m3定v定p（1例2：1kg空氣：t1=100℃、p1=2bar；t3=0℃、p3=1bar，其中1-2為不可逆絕熱膨脹過程，其熵變?yōu)?.1kJ/kg·K，2-3為可逆定壓放熱過程，求：1）s123；2）q12312pv3[分析]：理想氣體、定比熱容1）求s123，s12已知，要求s23要求T2T2可由求出2）q123=+q12+q230可逆定壓0例2：1kg空氣：t1=100℃、p1=2bar；t3=[證]可逆：例3：某氣體的狀態(tài)方程為p(v-b)=RT，熱力學(xué)能u=cvT+u0，其中cv、u0為常數(shù)。試證明在可逆絕熱過程中該氣體滿足下列方程式：可逆絕熱：ds=0kbvp=-定值)(kbvp=-定值)([證]可逆：例3：某氣體的狀態(tài)方程為p(v-b)=RT，熱力例4：將理想氣體在可逆絕熱過程中所作技術(shù)功的大小，表示在T-s圖上。[分析]：絕熱過程技術(shù)功：＝面積1ba2’1122'baTS例4：將理想氣體在可逆絕熱過程中所作技術(shù)功的大小，表示在T-五、多變過程

工程實際中有些熱力過程，p、v、T有明顯變化，且系統(tǒng)與外界交換的Q不可忽略。則不能用上述4種基本熱力過程來描述。

實驗發(fā)現(xiàn)，這種過程p、v的關(guān)系依然保持近似的指數(shù)函數(shù),因此提出了一種具有廣泛代表性的過程-----多變過程，其過程方程為：n---多變指數(shù)，－∞＜n<＋∞五、多變過程工程實際中有些熱力過程，p、v、T有明顯變化2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系:1.過程方程：多變過程分析2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系:1.過程方程：多變過程分析3.能量轉(zhuǎn)換)(112TTcnknV---=)(1)(2112TTRnTTcV--+-=wuq+D=nwwt=)(1)(11212211TTRnvpvpn--=--=211121vdvvppdvwnn==∫∫3.能量轉(zhuǎn)換)(112TTcnknV---=)(1)(2若q/w不是恒定，則n是變化的。為便于分析計算，常用一個與實際過程相近似的n不變的多變過程來代替，該多變指數(shù)稱為平均多變指數(shù)?；颍喝魆/w不是恒定，則n是變化的。為便于分析計算，常用一個與實平均多變指數(shù)的確定方法（1）等端點多變指數(shù)已知過程線上兩端點（p1,v1）、（p2,v2）：適用：初、終參數(shù)計算（2）等功法多變指數(shù)多變過程假想一多變過程，使之Wt與實際過程Wt相等。v適用：功量計算p實際過程Wt12平均多變指數(shù)的確定方法（1）等端點多變指數(shù)已知過程線上兩端點（3）利用實際過程的lgp–lgv坐標圖計算將實際的多個（p,v）數(shù)據(jù)點畫在lgp–lgv坐標圖上，然后擬合成一條直線，因：∴n就是該直線的斜率。（4）利用p–v圖面積比計算vp實際過程wt12w（3）利用實際過程的lgp–lgv坐標圖計算將實際[例5]活塞對汽缸內(nèi)的2kg空氣壓縮后，比容降為原來的1/5，汽缸對外散熱100kJ。已知等功法多變指數(shù)n=1.31,等端點多變指數(shù)n=1.21。比熱容取定值,求技術(shù)功.[解]n用哪個?n=1.21cv、k、R查表T1=384Kn用哪個?n=1.31wtWt=m

wt[例5]活塞對汽缸內(nèi)的2kg空氣壓縮后，比容降為原來的1/多變過程與四種典型熱力過程的關(guān)系多變過程與四種典型熱力過程的關(guān)系多變過程在p-v圖和T-s圖上表示

從定容線出發(fā)，n由-0+，沿順時針方向遞增多變過程在p-v圖和T-s圖上表示從定容線出發(fā)，n由-過程中各能量項正負方向分析內(nèi)能與焓

定溫線是確定du、dh正負的分界線熱量定熵線是確定q正負的分界線過程中各能量項正負方向分析內(nèi)能與焓定溫線是確定du、dh正體積變化功

定容線是確定w正負的分界線技術(shù)功

定壓線是確定wt正負的分界線體積變化功定容線是確定w正負的分界線技術(shù)功定壓線是確定各能量項正負方向圖各能量項正負方向圖例61、試將理想氣體的下列多變過程在p-v圖和T-s圖上表示出來：（1）工質(zhì)既膨脹、又放熱（2）工質(zhì)既受壓縮、又升溫、吸熱（3）工質(zhì)既受壓縮、又降溫、降壓例61、試將理想氣體的下列多變過程在p-v圖和T-s圖上表示（3）工質(zhì)既受壓縮、又降溫、降壓（1）工質(zhì)既膨脹、又放熱（2）工質(zhì)既受壓縮、又升溫、吸熱[解]（3）工質(zhì)既受壓縮、又降溫、降壓（1）工質(zhì)既膨脹、又放熱（2例7A、B體積相同。對A腔緩慢加熱，直到A、B內(nèi)壓力為0.4MPa時停止。設(shè)氣體比熱容為定值,cp=1.01kJ/kg·K，cv=0.72kJ/kg·K。求：（1）A、B兩部分終態(tài)容積和終態(tài)溫度；（2）對A腔的加熱量；（3）A、B腔內(nèi)氣體的熵變和總熵變；（4）將A、B腔內(nèi)過程在p-v和T-s圖上表示出來。

AB加熱器1kg0.2MPa20℃1kg0.2MPa20℃剛性絕熱可移動的無摩擦、絕熱例7A、B體積相同。對A腔緩慢加熱，直到A、B內(nèi)壓力為0.4[解]分析：B：緩慢、無摩擦、絕熱→可逆絕熱：定s過程A：p、v、T變，有Q交換：吸熱膨脹多變過程（1）先計算工質(zhì)物性：B腔：定s過程：[解]分析：B：緩慢、無摩擦、絕熱→可逆絕熱：定s過程A、B腔終態(tài)溫度可用狀態(tài)方程求出：（2）求A腔吸熱Q：方法1：取整個容器工質(zhì)為系統(tǒng)，W=0：方法2：取A為系統(tǒng)，A對B做功：A、B腔終態(tài)溫度可用狀態(tài)方程求出：（2）求A腔吸熱Q：方法1（3）求ΔS：B定s過程：ΔSB=0總ΔS=ΔSB+ΔSB=831.7J/K（4）過程圖示：p2sTvpp1B2A2p2p1B2A2p1（3）求ΔS：B定s過程：ΔSB=0總ΔS=ΔSB+Δ作業(yè)P113：思考題1~4P113：習(xí)題1、4作業(yè)P113：思考題1~4§4.2蒸氣的熱力過程基本過程：定容、定壓、定溫、定熵求解任務(wù)：確定：①初、終態(tài)參數(shù)；②過程中的w、q、Δu、Δh等。與理想氣體不同：水蒸氣cp、cv、u、h、s不是T的單值函數(shù)，不能用公式計算，而是查圖表獲得基于熱力學(xué)第一、二定律的一般關(guān)系式仍可利用：與理想氣體相同可逆：§4.2蒸氣的熱力過程基本過程：定容、定壓、定溫、定熵與蒸汽熱力過程分析的一般步驟已知：初態(tài)2個參數(shù)如（p,t）或（p,x）或（t,x）;一個終態(tài)參數(shù)；過程特征。求：其他未知參數(shù)、交換的能量步驟：（1）由初態(tài)2個已知參數(shù)查出其余所需參數(shù)；（2）由過程特征和一個終態(tài)參數(shù)確定終態(tài)點，查出其余終態(tài)參數(shù)；（3）由初、終參數(shù)計算Δu

、Δh

（4）計算q、w：方法如下：蒸汽熱力過程分析的一般步驟已知：初態(tài)2個參數(shù)如（p,t）或計算q、w（wt）的方法1、可逆過程：初、終參數(shù)→積分上下限過程特征→p~v、T~s關(guān)系（過程方程）求出q、w（wt）中的一個,再由：或求出另一個2、不可逆過程：根據(jù)過程特征，利用h-s圖計算計算q、w（wt）的方法1、可逆過程：初、終參數(shù)→積分蒸汽定容、定壓過程一、定容過程二、定壓過程v1=v2,則：v

p1=p2,則：蒸汽定容、定壓過程一、定容過程二、定壓過程v1=v2,則：v蒸汽定溫、定熵過程三、定溫過程四、定熵過程s1=s2于是可得：T1=T2,于是可得：蒸汽定溫、定熵過程三、定溫過程四、定熵過程s1=s2于是可例8：初態(tài)（p1,t1），終態(tài)（p2,x2）間熱力過程在p-v圖上為一條直線，求：

q、w1(p1,t1)2(p2,x2)pv（1）查圖表→其余所需初態(tài)、終態(tài)參數(shù)：v1,v2,

h1,h2

[思路]（2）h=u+pv→u（3）寫出（p1,v1）、（p2,v2）間的直線方程，代入：，求出w（4）再由求出q問：題中沒說過程可逆，能用該式？若題中改為：熱力過程在T-s圖上為一條直線呢？答：寫出T-s直線方程,代入先求出q例8：初態(tài)（p1,t1），終態(tài)（p2,x2）間熱力過程在蒸汽熱力過程分析例題例9：鍋爐中，管外高溫?zé)煔鈱軆?nèi)的水定壓加熱使之汽化。管內(nèi)：給水（9MPa，30℃），出口蒸汽（9MPa，450℃）；管外煙氣定壓放熱：由1500℃降為250℃。煙氣近似為空氣，cp=1.079kJ/kgK。求：（1）生產(chǎn)1kg該蒸汽需要多少kg煙氣？（2）生產(chǎn)1kg該蒸汽，煙氣、蒸汽的熵變。煙氣1500℃250℃9MPa30℃給水蒸汽9MPa450℃[解]分析：1、系統(tǒng)無W交換，純換熱問題。熱平衡：Qy=Qw2、煙氣無相變，而水有相變，要計算Qw，需知道水側(cè)進出口狀態(tài)蒸汽熱力過程分析例題例9：鍋爐中，管外高溫?zé)煔鈱軆?nèi)的水定壓查飽和表：9MPa→ts=303.4℃→給水：未飽和；蒸汽：過熱查過冷水、過熱蒸汽表：

給水（9MPa，30℃）：hw1=133.86kJ/kg,sw1=0.4338kJ/kg.K蒸汽(9MPa，450℃)：hw2=3256.0kJ/kg,sw1=6.4835kJ/kg.K(1)設(shè)需要mkg煙氣，根據(jù)熱平衡：m

cp（ty2-ty1）=hw2-hw1m=2.31kg(2)煙氣的熵變：水的熵變：(3)孤立系總熵變：煙氣1500℃250℃9MPa30℃給水蒸汽9MPa450℃（1）生產(chǎn)1kg該蒸汽需要多少kg煙氣？（2）生產(chǎn)1kg該蒸汽，煙氣、水的熵變查飽和表：9MPa→ts=303.4℃查過冷水、過熱蒸汽例10：汽輪機效率為0.85，求：（1）每kg蒸汽所做的功。（2）膨脹過程的熵產(chǎn)p1=9MPat1=500℃p2=5kPa絕熱ws（1）求功：wt=h1-h2。先確定定熵時的終態(tài)（p2

,s2s=s1）→h2s,實際h1-h2=0.85(h1-h2s)，→確定實際終態(tài)（p2

,h2）（2）熵產(chǎn)：系統(tǒng)絕熱→熵流=0→熵產(chǎn)=s2-s1

[解](p1

,t1)查過熱表h1=3385kJ/kg，s1=6.656kJ/kg.Kp2查飽和表比較s2s=s1終態(tài)為濕蒸汽干度可由s算出[分析]例10：汽輪機效率為0.85，求：p1=9MPap2=定熵時的終態(tài)：實際終態(tài)：（1）每kg蒸汽實際做功:（2）熵產(chǎn)：有效能損失：定熵時的終態(tài)：實際終態(tài)：（1）每kg蒸汽實際做功:（2）熵產(chǎn)方法2：查圖法1、p1,t1線交點：初態(tài)點12、從1點做垂線交p2線：2s點，查出h2s

3、實際終態(tài)焓：4、實際終態(tài)2：h2水平線與p2交點。再查出s2p1p2t112s2hsh2s2方法2：查圖法1、p1,t1線交點：初態(tài)點12、從1§4.3濕空氣的熱力過程h-d圖§4.3濕空氣的熱力過程h-d圖判斷下列說法是否正確?（1）含濕量越大的空氣越潮濕。（2）冬季干燥，說明溫度低的空氣比溫度高的空氣更干燥。（3）北方冬季室外－30℃，空氣中不可能存在水分判斷下列說法是否正確?（1）含濕量越大的空氣越潮濕。（2）冬1、濕空氣過程及其應(yīng)用加熱：1-2:冷卻：1－2′（t>td）td露點d繼續(xù)冷卻到=100%：露點∴含濕量值相同、狀態(tài)不同的濕空氣，具有相同的露點。一、加熱(或冷卻)過程1、濕空氣過程及其應(yīng)用加熱：1-2:冷卻：1－2′（t>t二、絕熱加濕過程噴水加濕1-2：①tw查取方法：定h線與=100%線交點處的溫度值結(jié)果：（1）d↑、↑、t↓(2)h1≈h2絕熱加濕近似為定h過程②h值相同、狀態(tài)不同的濕空氣，具有相同的濕球溫度tw二、絕熱加濕過程噴水加濕1-2：①tw查取方法：定h線與(2)凝水量：22d2d1h2濕空氣：(t1、1)

t2冷卻三、冷卻去濕過程(1)過程曲線(2)凝水量：22d2d1h2濕空氣：(t1、1)空調(diào)工程常用方法四、絕熱混合過程空調(diào)工程常用方法四、絕熱混合過程五、工程應(yīng)用（1）烘干過程五、工程應(yīng)用（1）烘干過程（2）冷卻塔（2）冷卻塔作業(yè)P113：思考題5~8P113：習(xí)題5作業(yè)P113：思考題5~8§4.4絕熱節(jié)流節(jié)流：流體流經(jīng)截面突縮的孔口時壓力下降的現(xiàn)象。原因(機理)：熱力學(xué)、流體力學(xué)§4.4絕熱節(jié)流節(jié)流：流體流經(jīng)截面突縮的孔口時壓力下降的一、絕熱節(jié)流分析節(jié)流過程不可逆節(jié)流前后流體的焓不變節(jié)流后壓力下降、比體積增大絕熱節(jié)流過程為定焓過程？0000理想氣體孔口附近，動能不可忽略：一、絕熱節(jié)流分析節(jié)流過程不可逆節(jié)流前后流體的焓不變節(jié)流二、焦耳-湯姆遜效應(yīng)焦耳-湯姆遜效應(yīng)（1852年）：絕熱節(jié)流后流體的溫度發(fā)生變化。也稱為“節(jié)流溫度效應(yīng)”

對于理想氣體：多數(shù)氣體的T↓；少數(shù)氣體如H2、He的T↑節(jié)流后，p↓節(jié)流前、后：二、焦耳-湯姆遜效應(yīng)焦耳-湯姆遜效應(yīng)（1852年）：絕熱節(jié)流系數(shù)(焦-湯系數(shù)):T↓：節(jié)流冷效應(yīng)因為節(jié)流過程壓力下降，即dp<0T↑：節(jié)流熱效應(yīng)T不變：節(jié)流零效應(yīng)①節(jié)流微分效應(yīng)：微元壓降導(dǎo)致的溫度變化②節(jié)流積分效應(yīng)：有限壓降導(dǎo)致的溫度變化節(jié)流系數(shù)(焦-湯系數(shù)):T↓：節(jié)流冷效應(yīng)因為節(jié)流過程壓力下回轉(zhuǎn)溫度（inversiontemperature）：節(jié)流微分效應(yīng)J=0時的氣體溫度，Ti例：范德瓦爾氣體狀態(tài)方程：Ti①回轉(zhuǎn)曲線：將T-p圖分為兩區(qū)②

,不存在冷效應(yīng)③冷效應(yīng)區(qū):微元dp、有限p,T均↓熱效應(yīng)區(qū):微元dp:T↑、一定的p

:

T↑但壓降大到一定程度后，T↓+狀態(tài)方程回轉(zhuǎn)溫度（inversiontemperature）：節(jié)流節(jié)流的應(yīng)用壓力、流量（功率）調(diào)節(jié)--各類閥門制冷：普冷、低溫工程--熱力膨脹閥、節(jié)流閥計量：孔板流量計、飽和水蒸汽干度測量導(dǎo)出實際氣體狀態(tài)方程節(jié)流的應(yīng)用壓力、流量（功率）調(diào)節(jié)--各類閥門制冷：普冷、低溫§4.5壓氣機中的熱力過程引言壓氣機：消耗外功使氣體壓縮升壓的機器（1）按產(chǎn)氣壓力分壓氣機分類：通風(fēng)機（＜115kPa）鼓風(fēng)機（115

~300kPa）壓氣機（＞300kPa）（2）按結(jié)構(gòu)分活塞式葉輪式離心式軸流式§4.5壓氣機中的熱力過程引言壓氣機：消耗外功使氣體一、活塞式壓氣機

的工作過程（1）理想情況：排氣結(jié)束：活塞運動到左止點，將汽缸中的氣體排盡。1234Vp進氣閥排氣閥吸氣壓縮排氣左止點右止點忽略動能差、位能差：壓縮機的功耗近似為技術(shù)功近似為穩(wěn)流開口系：一、活塞式壓氣機

的工作過程（1）理想情況：排氣（2）實際工作過程最大容積：V1汽缸行程容積：Vh＝V1–

V3'有效進氣容積：Ve＝V1–

V4'余隙容積：Vc工作過程：4'-1：吸氣1-2：壓縮2-3'：排汽3'-4'：膨脹余隙容積:

防止活塞與汽缸蓋撞擊、便于安排進、排氣閥等。Vc左止點右止點Ve（2）實際工作過程最大容積：V1工作過程：余隙容積:防止活二、壓氣功的計算設(shè)壓縮、膨脹為多變過程。

1、理想壓氣功1234Vp2、有余隙的壓氣功等于1-2壓縮功與3-4膨脹功之差。有余隙時功耗下降？Ve二、壓氣功的計算設(shè)壓縮、膨脹為多變過程。13、壓氣機功率：設(shè)吸入狀態(tài)下體積流量為qve，則壓氣機功率為：壓縮1kg氣體的功耗：壓縮1kg氣體的功耗：1、理想壓氣功:2、有余隙的壓氣功:相同wt相同,為何有余隙時Wt↓？原因：吸氣量↓3、壓氣機功率：設(shè)吸入狀態(tài)下體積流量為qve，則壓氣機功率三、容積效率由于余隙容積的存在，有效吸氣容積V1－V4

總是小于行程容積Vh，Vh不能充分利用。其比值定義為容積效率ηV

p2/p1

↑→ηV↓，可使ηV=0。單級壓縮p2/p1

一般為≤8，需要更高壓力時，應(yīng)采用多級壓縮。Vc相對余隙容積：=Vc/Vh，=0.03~0.08VhVc三、容積效率由于余隙容積的存在，有效吸氣容積V1－V4總四、壓氣機汽缸冷卻的作用sT12sp1p22n2T壓縮過程三種情況：絕熱、定溫和多變壓縮。壓縮過程會使氣體溫度升高：定溫壓縮功耗最少!四、壓氣機汽缸冷卻的作用sT12sp1p22n2T壓縮過程三汽缸為什么要冷卻？2、減少功耗。1、避免壓縮機潤滑油因高溫而氧化變質(zhì)（壓縮機油氧化溫度~130℃）3、有利于延長材料壽命汽缸為什么要冷卻？2、減少功耗。1、避免壓縮機潤滑油因高溫而五、多級壓縮與級間冷卻1、為什么要采用多級壓縮？2、為什么要采用級間冷卻？sT12ab為了獲得較高容積效率。單級壓縮p2/p1應(yīng)≤8。需要更高壓力時，采用多級壓縮，使每級氣缸的增壓比不會過高，以得到較高的容積效率。降低壓縮過程中氣體的溫度。使：(1)安全。材料、潤滑油不能超溫；（2）壓氣機功耗↓（p-V圖中陰影面積)。ab定溫線2'22''五、多級壓縮與級間冷卻1、為什么要采用多級壓縮？2、為什么中間壓力對耗功的影響設(shè)兩級壓氣機中間壓力為pa，兩級氣缸中壓縮過程的多變指數(shù)相同，功耗為：設(shè)氣體在中冷器得到充分冷卻，即Tb＝T1，則上式為

對上式其求極值：得功耗的為極小值時的壓力比-----最佳壓力比：中間壓力對耗功的影響設(shè)兩級壓氣機中間壓力為p每級耗功為：z級總耗功為：對于z級壓縮：如：3級壓縮，將空氣從0.1MPa壓縮到2.7MPa。求最佳壓比及中間壓力。最佳壓比：一級出口壓力：二級出口壓力：每級耗功為：z級總耗功為：對于z級壓縮：如：3級壓縮，將多級壓縮機對外散熱量散熱量：1、汽缸夾套冷卻帶走的熱量Qn2、級間冷卻器帶走的熱量Qp124Vp356781、夾套散熱量Qn若采用最佳中間壓比、間冷器完全回冷（T3=T1），則兩級夾套散熱量相等：2、間冷器帶走的熱量Qp壓縮機總散熱量：多級壓縮機對外散熱量散熱量：1、汽缸夾套冷卻帶走的熱量Qn2[例]兩級活塞式壓縮機，p1=0.1MPa,t1=27℃,壓縮到p4=6.4MPa。可逆且兩級n=1.2，對外供壓縮氣4m3/h，求:(1)最佳中間壓力；(2)總功耗；(3)總散熱量[解]124Vp35678(1)最佳中間壓力[例]兩級活塞式壓縮機，p1=0.1MPa,t1=27℃,(2)總功耗124Vp35678(2)總功耗124Vp35678(3)總散熱量空氣質(zhì)量流量：多變壓縮過程的熱量（夾套散熱量）Qn：間冷器帶走的熱量Qp：總散熱量：124Vp35678(3)總散熱量空氣質(zhì)量流量：多變壓縮過程的熱量（夾套散熱量）作業(yè)P113：習(xí)題11作業(yè)P113：習(xí)題114-6鍋爐生產(chǎn)蒸汽的熱力過程1、什么是鍋爐？鍋爐:

是一種將電能或燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能傳遞給水，以生產(chǎn)熱水或蒸汽的熱工設(shè)備。鍋爐分類（按用途）：工業(yè)鍋爐：供熱（生產(chǎn)中的各類工藝加熱、生活中的采暖、空調(diào)、食品蒸煮、洗浴等。通常低參數(shù)、小容量。動力鍋爐：發(fā)電、艦船動力。高壓、高溫、大容量4-6鍋爐生產(chǎn)蒸汽的熱力過程1、什么是鍋爐？鍋爐:是一工程熱力學(xué)第4章--氣體與蒸汽的熱力過程課件工程熱力學(xué)第4章--氣體與蒸汽的熱力過程課件工程熱力學(xué)第4章--氣體與蒸汽的熱力過程課件工程熱力學(xué)第4章--氣體與蒸汽的熱力過程課件開封135t流化床開封135t流化床工程熱力學(xué)第4章--氣體與蒸汽的熱力過程課件工程熱力學(xué)第4章--氣體與蒸汽的熱力過程課件2、鍋爐的構(gòu)造

與工作過程送風(fēng)機空氣：送風(fēng)機→空預(yù)器→爐排煤：爐前煤斗→爐排→灰坑煤倉灰渣供汽水汽：水→汽水混合物→汽煙氣：爐膛→引風(fēng)機給水泵2、鍋爐的構(gòu)造

與工作過程送風(fēng)機空氣：送風(fēng)機→空預(yù)器→爐鍋爐房設(shè)備組成鍋爐房設(shè)備組成3、水蒸汽生產(chǎn)的熱力過程水的定壓汽化過程：預(yù)熱過程（a→b）：未飽和水→飽和水汽化過程（b→d）：飽和水→干飽和蒸汽過熱過程（d→e）：干飽和蒸汽→過熱蒸汽3、水蒸汽生產(chǎn)的熱力過程水的定壓汽化過程：（2）鍋爐的熱效率

正平衡：反平衡：（1）熱平衡組成4、鍋爐的熱平衡qr—每公斤燃料帶入鍋爐的熱量q1—鍋爐有效利用熱量q2—排煙熱損失q3—氣體不完全燃燒熱損失q4—固體不完全燃燒熱損失q5—鍋爐散熱損失q6—灰渣物理熱損失及其它熱損失（2）鍋爐的熱效率正平衡：反平衡：（1）熱平衡組成4、鍋爐4.7熱能與動能轉(zhuǎn)換的熱力過程實際應(yīng)用廣泛熱能動能4.7熱能與動能轉(zhuǎn)換的熱力過程實際應(yīng)用廣泛熱能動能長征三號丙長征三號丙工程熱力學(xué)第4章--氣體與蒸汽的熱力過程課件工程熱力學(xué)第4章--氣體與蒸汽的熱力過程課件1、熱能與動能轉(zhuǎn)換的基本方程假設(shè)：一元、穩(wěn)流、可逆絕熱流動連續(xù)方程:能量方程：過程方程:聲速方程:馬赫數(shù)：氣體的流速與當(dāng)?shù)芈曀俚谋戎?Ma＜1亞聲速流動Ma＝1聲速流動（氣流速度等于當(dāng)?shù)芈曀伲㎝a＞1超聲速流動0.8＜Ma＜1.2跨聲速流動0001、熱能與動能轉(zhuǎn)換的基本方程假設(shè)：一元、穩(wěn)流、可逆絕熱流動連2、熱能與動能轉(zhuǎn)換的條件（1）力學(xué)條件0能量方程熱一律結(jié)論：c↑→需有壓差c↑→p↓（2）幾何條件結(jié)論：來流Ma<1:c↑→A↓來流Ma>1:c↑→A↑2、熱能與動能轉(zhuǎn)換的條件（1）力學(xué)條件0能量方程熱一律結(jié)論：3、轉(zhuǎn)換設(shè)備及熱力過程應(yīng)用：壓縮機械(葉輪式壓氣機、離心泵等)（2）擴壓管：動能(高速氣流)→熱能(壓力能)（1）噴管：熱能→動能（高速氣流）應(yīng)用：葉輪機械(汽輪機、膨脹機、燃氣輪機)

各類射流（高壓水槍、噴霧等）飛行器尾噴管hsp22sp121噴管12擴壓管3、轉(zhuǎn)換設(shè)備及熱力過程應(yīng)用：壓縮機械(葉輪式壓氣機、離心泵等4.8汽輪機中蒸汽膨脹的熱力過程1、什么叫汽輪機？一、汽輪機概述4.8汽輪機中蒸汽膨脹的熱力過程1、什么叫汽輪機？一、汽輪火力發(fā)電原理圖汽輪機（SteamTurbine）：是一種以水蒸汽為工質(zhì)，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的旋轉(zhuǎn)式原動機。鍋爐汽輪機

發(fā)電機凝汽器過熱器

冷卻水給水泵

(電能→機械能→壓力能)(化學(xué)能→熱能)(熱能→機械能)

(機械能→電能)(熱能→熱能)火力發(fā)電原理圖汽輪機（SteamTurbine）：是一種以2、汽輪機的基本結(jié)構(gòu)2、汽輪機的基本結(jié)構(gòu)工程熱力學(xué)第4章--氣體與蒸汽的熱力過程課件汽輪機內(nèi)部結(jié)構(gòu)----轉(zhuǎn)子汽輪機內(nèi)部結(jié)構(gòu)----轉(zhuǎn)子汽輪機內(nèi)部結(jié)構(gòu)----靜子汽輪機內(nèi)部結(jié)構(gòu)----靜子靜止部分：汽缸、靜葉柵(噴嘴,導(dǎo)葉)、隔板、密封、軸承轉(zhuǎn)動部分（總稱為轉(zhuǎn)子）：軸、輪盤（或轉(zhuǎn)鼓）、動葉柵基本結(jié)構(gòu):級：一列靜葉柵+一列動葉柵

汽流靜止部分：汽缸、靜葉柵(噴嘴,導(dǎo)葉)、隔板、密封、軸承基本結(jié)3、汽輪機的分類（1）按工作原理分：沖動式汽輪機反動式汽輪機（2）按熱力特性分：凝汽式汽輪機調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機背壓式汽輪機抽汽背壓式汽輪機中間再熱式汽輪機3、汽輪機的分類（1）按工作原理分：沖動式汽輪機（2）按熱力（3）按主蒸汽壓力分汽輪機類別主蒸汽壓力（MPa)低壓汽輪機＜

1.5中壓汽輪機2~4高壓汽輪機6~10超高壓汽輪機12~14亞臨界壓力汽輪機16~18超臨界壓力汽輪機>22.1超超臨界壓力汽輪機>32（3）按主蒸汽壓力分汽輪機類別主蒸汽壓力（MPa)低壓汽輪機（4）按用途分①電站汽輪機（凝汽式）：定速：3000rpm，大型化、采用再熱、回?zé)岬葟?fù)雜循環(huán)---經(jīng)濟性；②工業(yè)汽輪機（背壓式/抽汽背壓式/抽凝式）：變速：幾千~幾萬rpm，用于工業(yè)驅(qū)動、工業(yè)發(fā)電，應(yīng)用廣泛（石油、化工、冶金、建材、輕紡等工業(yè)部門和企業(yè)自備電站、區(qū)域熱電聯(lián)供、余熱發(fā)電、垃圾電站、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)等）。③艦船用汽輪機（凝汽式）：特點：強調(diào)機動性，有倒車級（特有）。經(jīng)濟性其次，簡單循環(huán)。（4）按用途分①電站汽輪機（凝汽式）：定速：3000rpm4、汽輪機的應(yīng)用1、發(fā)電（火電、核電）：汽輪機發(fā)電機組所發(fā)的電占全世界發(fā)電總量的80%，是現(xiàn)代化國家中的重要動力機械。2、供熱：汽輪機的排汽或中間抽汽可用來滿足生產(chǎn)和生活上供熱的需要，這種用于熱-電聯(lián)產(chǎn)的熱電式汽輪機，具有更高的經(jīng)濟性（熱效率70%）3、動力驅(qū)動：冶金、化工、艦船行業(yè)各種從動機械如泵、風(fēng)機、壓縮機、螺旋槳的直接驅(qū)動。4、汽輪機的應(yīng)用1、發(fā)電（火電、核電）：汽輪機發(fā)電機組所發(fā)的二、汽輪機級的熱力過程1、汽輪機的“級”級一列靜葉柵:熱能→動能一列動葉柵:動能→機械能靜葉動葉轉(zhuǎn)軸輪盤動葉靜葉隔板汽缸二、汽輪機級的熱力過程1、汽輪機的“級”級一列靜葉柵:熱能→2、動能→機械能的原理：沖動、反動（1）沖動作用原理沖動力：改變其速度的大小和方向則產(chǎn)生一沖動力或汽流改變流動方向?qū)ζ喇a(chǎn)生一離心力。此力的大小取決于單位時間內(nèi)通過動葉通道的蒸汽質(zhì)量及其速度的變化。c1w1uFt2、動能→機械能的原理：沖動、反動（1）沖動作用原理此力的大（2）反動作用原理w1w2FtFrFΩ定義：蒸汽在動葉柵中膨脹時的理想焓降Δhb和整個級的理想滯止焓降Δht*之比。衡量在動葉中膨脹的程度。（3）級的反動度Ω反動力：因汽流膨脹產(chǎn)生一相反力（如火箭）。此力的大小取決于氣體壓力的變化。（2）反動作用原理w1w2FtFrFΩ定義：蒸汽在動葉柵中膨(4)沖動級和反動級特點：蒸汽的膨脹大部分在噴嘴葉柵中進行，只有一小部分在動葉柵中進行，作功能力比反動級大，效率比純沖動級高。

特點：蒸汽只在噴嘴葉柵中膨脹，在動葉柵中不膨脹而只改變其流動方向。

結(jié)構(gòu)：動葉葉型對稱彎曲。

性能：做功能力大、效率低。不采用。靜葉動葉①純沖動級（Ω=0）1）沖動級②帶反動度的沖動級（Ω=0.05~0.2）(4)沖動級和反動級特點：蒸汽的膨脹大部分在噴嘴葉柵中進行2)反動級（Ω=0.5）特點：蒸汽在噴嘴和動葉中的膨脹程度相同。結(jié)構(gòu)：噴嘴和動葉采用的葉型相同。2)反動級（Ω=0.5）特點：蒸汽在噴嘴和動葉中的膨脹程靜葉動葉P2P0C0P1P0C0P1P23、級的熱力過程線hsP0*P0P1ΔhnΔht*100*P22ΔhbΔhn*靜葉動葉P2P0C0P1P0P1P23、級的熱力過程線h（a）帶反動度的沖動級(b)純沖動級（a）帶反動度的沖動級(b)純沖4.9膨脹制冷設(shè)備的熱力過程膨脹制冷設(shè)備：節(jié)流閥：氣體不對外做功的絕熱膨脹。低溫高壓時效率較高，應(yīng)用：氣體低溫分離膨脹機（往復(fù)式、透平式）：氣體對外做功的絕熱膨脹。效率高，應(yīng)用：低溫工程壓力波制冷機：氣體對外交換熱量的膨脹。效率低于透平式膨脹機。應(yīng)用：氣體低溫分離4.9膨脹制冷設(shè)備的熱力過程膨脹制冷設(shè)備：節(jié)流閥：氣體不1、定熵膨脹與節(jié)流膨脹的比較膨脹機:氣體對外做功的絕熱膨脹，若可逆，則為定熵膨脹定熵膨脹微分效應(yīng)：熵的微分式：定熵膨脹ds=0節(jié)流膨脹微分效應(yīng)：結(jié)論：s>0,定熵膨脹產(chǎn)生冷效應(yīng)結(jié)論：s>J1、定熵膨脹與節(jié)流膨脹的比較膨脹機:氣體對外做功的絕熱膨脹s>J由p1=10MPa，t1=550℃膨脹到p2=1MPa，節(jié)流膨脹：TJ=550-505=45℃定熵膨脹：Ts=550-225=225℃s>J由p1=10MPa，t1=550℃節(jié)流膨脹：2、透平膨脹機的構(gòu)造和工作原理制冷原理：壓縮氣體在透平膨脹機內(nèi)進行絕熱膨脹對外做功而消耗氣體本身的內(nèi)能，從而使氣體降溫，實現(xiàn)制冷。2、透平膨脹機的構(gòu)造和工作原理制冷原理：壓縮氣體在透平膨脹機工程熱力學(xué)第4章--氣體與蒸汽的熱力過程課件工程熱力學(xué)第4章--氣體與蒸汽的熱力過程課件工程熱力學(xué)第4章--氣體與蒸汽的熱力過程課件工程熱力學(xué)第4章--氣體與蒸汽的熱力過程課件工程熱力學(xué)第4章--氣體與蒸汽的熱力過程課件工程熱力學(xué)第4章--氣體與蒸汽的熱力過程課件2、透平膨脹機的熱力過程hsP0*P0P1ΔhnΔht*100*P22ΔhbΔhn*1s2s2、透平膨脹機的熱力過程hsP0*P0P1ΔhnΔht*10第四章

氣體與蒸汽的熱力過程第四章

氣體與蒸汽的熱力過程引言實施熱力過程的目的：2、達到預(yù)期的狀態(tài)變化，如：

定壓吸熱過程（鍋爐：水的焓↑，液→汽，獲作功能力）定壓放熱過程（凝氣器：乏汽焓↓，汽→液，便于泵送）1、實現(xiàn)預(yù)期的能量轉(zhuǎn)換，如：

絕熱膨脹過程（熱機：Q→W；噴管：Q→c）絕熱壓縮過程（壓縮機：W→p；泵：W→p）研究熱力過程的目的：

揭示過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律以及能量轉(zhuǎn)化情況，進而找出影響轉(zhuǎn)化的主要因素。引言實施熱力過程的目的：2、達到預(yù)期的狀態(tài)變化，如：1、研究熱力過程的一般方法根據(jù)實際過程的特點，將實際過程近似地概括為幾種典型過程：定容、定壓、定溫和絕熱過程。不考慮實際過程中不可逆的耗損，視為可逆過程。工質(zhì)視為理想氣體

比熱容取定值

實際過程是一個復(fù)雜過程，很難確定其變化規(guī)律。為簡化分析，假設(shè)：研究熱力過程的一般方法根據(jù)實際過程的特點，將實際過程近似地分析熱力過程的一般步驟

確定過程方程p=f(v)確定初態(tài)、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系及熱力學(xué)能、焓、熵的變化量確定過程中系統(tǒng)與外界交換的能量在p-v圖和T-s圖畫出過程曲線，直觀地表達過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律及能量轉(zhuǎn)換分析熱力過程的一般步驟確定過程方程p=f(v)§4-1理想氣體的熱力過程過程分析：1.過程方程2.初、終態(tài)參數(shù)關(guān)系，u、h、s3.系統(tǒng)與外界交換的能量Q、W、Wt4.過程的p-v圖和T-s圖典型熱力過程：定容、定壓、定溫、絕熱過程。假設(shè)：理想氣體、可逆過程、定值比熱容基本公式：§4-1理想氣體的熱力過程過程分析：1.過程方程2.一、定容過程1、過程方程一、定容過程1、過程方程2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系3.能量轉(zhuǎn)換3.能量轉(zhuǎn)換4.

p-v圖和T-s圖4.p-v圖和T-s圖二、定壓過程1.過程方程二、定壓過程1.過程方程2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系3.能量轉(zhuǎn)換3.能量轉(zhuǎn)換

4.p-v圖和T-s圖定v線比定p線陡Why?定v：4.p-v圖和T-s圖定v線比定p線陡Why?定v：三、定溫過程1.過程方程三、定溫過程1.過程方程2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系3.能量轉(zhuǎn)換3.能量轉(zhuǎn)換4.p-v圖和T-s圖4.p-v圖和T-s圖四、絕熱過程可逆的絕熱過程是定熵過程可逆過程：ds

=0絕熱過程：q=0四、絕熱過程可逆的絕熱過程是定熵過程可逆過程：ds=0絕1.過程方程即：定熵過程方程為指數(shù)方程1.過程方程即：定熵過程方程為指數(shù)方程2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系3.能量轉(zhuǎn)換3.能量轉(zhuǎn)換絕熱線比定T線陡Why?

4.p-v圖和T-s圖定T：絕熱線比定T線陡Why?4.p-v圖和T-s圖定T：四種典型熱力過程p-v圖和T-s圖四種典型熱力過程p-v圖和T-s圖例1[分析]

安全閥起跳前：定v；起跳后：定pV=0.15m3p1=0.55MPat=38℃,m1V=0.15m3p2=0.7MPat2=123℃,m1V=0.15m3p3=0.7MPat3=285℃,m3定v定p定v：

T2/T1=p2/p1T2=396K=123℃氧氣儲罐上安全閥起跳壓力為0.7MPa,問：加熱到285℃時，加入的Q=？判斷安全閥是否起跳：V=0.15m3p1=0.55MPat1=38℃方法1：假設(shè)沒有起跳，p：0.55→0.7，看t能否達到285℃定v：T2/T1=p2/p1

p2=0.987MPa方法2：假設(shè)沒有起跳，T：38→285℃，看p是否大于0.7MPa例1[分析]安全閥起跳前：定v；起跳后：定pV=0.15mV=0.15m3p1=0.55MPat=38℃,m1V=0.15m3p2=0.7MPat2=123℃,m1V=0.15m3p3=0.7MPat3=285℃,m3定v定p（1）定v：T2/T1=P2/P1T2=396K=123℃Qv=m1Cv(T2-T1)=56.3kJ（2）定p：變質(zhì)量，寫出Qp的微分式：=126.2kJ需加熱量：Q=Qv+Qp=56.3+126.2=182.5kJV=0.15m3V=0.15m3V=0.15m3定v定p（1例2：1kg空氣：t1=100℃、p1=2bar；t3=0℃、p3=1bar，其中1-2為不可逆絕熱膨脹過程，其熵變?yōu)?.1kJ/kg·K，2-3為可逆定壓放熱過程，求：1）s123；2）q12312pv3[分析]：理想氣體、定比熱容1）求s123，s12已知，要求s23要求T2T2可由求出2）q123=+q12+q230可逆定壓0例2：1kg空氣：t1=100℃、p1=2bar；t3=[證]可逆：例3：某氣體的狀態(tài)方程為p(v-b)=RT，熱力學(xué)能u=cvT+u0，其中cv、u0為常數(shù)。試證明在可逆絕熱過程中該氣體滿足下列方程式：可逆絕熱：ds=0kbvp=-定值)(kbvp=-定值)([證]可逆：例3：某氣體的狀態(tài)方程為p(v-b)=RT，熱力例4：將理想氣體在可逆絕熱過程中所作技術(shù)功的大小，表示在T-s圖上。[分析]：絕熱過程技術(shù)功：＝面積1ba2’1122'baTS例4：將理想氣體在可逆絕熱過程中所作技術(shù)功的大小，表示在T-五、多變過程

工程實際中有些熱力過程，p、v、T有明顯變化，且系統(tǒng)與外界交換的Q不可忽略。則不能用上述4種基本熱力過程來描述。

實驗發(fā)現(xiàn)，這種過程p、v的關(guān)系依然保持近似的指數(shù)函數(shù),因此提出了一種具有廣泛代表性的過程-----多變過程，其過程方程為：n---多變指數(shù)，－∞＜n<＋∞五、多變過程工程實際中有些熱力過程，p、v、T有明顯變化2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系:1.過程方程：多變過程分析2.初、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系:1.過程方程：多變過程分析3.能量轉(zhuǎn)換)(112TTcnknV---=)(1)(2112TTRnTTcV--+-=wuq+D=nwwt=)(1)(11212211TTRnvpvpn--=--=211121vdvvppdvwnn==∫∫3.能量轉(zhuǎn)換)(112TTcnknV---=)(1)(2若q/w不是恒定，則n是變化的。為便于分析計算，常用一個與實際過程相近似的n不變的多變過程來代替，該多變指數(shù)稱為平均多變指數(shù)?；颍喝魆/w不是恒定，則n是變化的。為便于分析計算，常用一個與實平均多變指數(shù)的確定方法（1）等端點多變指數(shù)已知過程線上兩端點（p1,v1）、（p2,v2）：適用：初、終參數(shù)計算（2）等功法多變指數(shù)多變過程假想一多變過程，使之Wt與實際過程Wt相等。v適用：功量計算p實際過程Wt12平均多變指數(shù)的確定方法（1）等端點多變指數(shù)已知過程線上兩端點（3）利用實際過程的lgp–lgv坐標圖計算將實際的多個（p,v）數(shù)據(jù)點畫在lgp–lgv坐標圖上，然后擬合成一條直線，因：∴n就是該直線的斜率。（4）利用p–v圖面積比計算vp實際過程wt12w（3）利用實際過程的lgp–lgv坐標圖計算將實際[例5]活塞對汽缸內(nèi)的2kg空氣壓縮后，比容降為原來的1/5，汽缸對外散熱100kJ。已知等功法多變指數(shù)n=1.31,等端點多變指數(shù)n=1.21。比熱容取定值,求技術(shù)功.[解]n用哪個?n=1.21cv、k、R查表T1=384Kn用哪個?n=1.31wtWt=m

wt[例5]活塞對汽缸內(nèi)的2kg空氣壓縮后，比容降為原來的1/多變過程與四種典型熱力過程的關(guān)系多變過程與四種典型熱力過程的關(guān)系多變過程在p-v圖和T-s圖上表示

從定容線出發(fā)，n由-0+，沿順時針方向遞增多變過程在p-v圖和T-s圖上表示從定容線出發(fā)，n由-過程中各能量項正負方向分析內(nèi)能與焓

定溫線是確定du、dh正負的分界線熱量定熵線是確定q正負的分界線過程中各能量項正負方向分析內(nèi)能與焓定溫線是確定du、dh正體積變化功

定容線是確定w正負的分界線技術(shù)功

定壓線是確定wt正負的分界線體積變化功定容線是確定w正負的分界線技術(shù)功定壓線是確定各能量項正負方向圖各能量項正負方向圖例61、試將理想氣體的下列多變過程在p-v圖和T-s圖上表示出來：（1）工質(zhì)既膨脹、又放熱（2）工質(zhì)既受壓縮、又升溫、吸熱（3）工質(zhì)既受壓縮、又降溫、降壓例61、試將理想氣體的下列多變過程在p-v圖和T-s圖上表示（3）工質(zhì)既受壓縮、又降溫、降壓（1）工質(zhì)既膨脹、又放熱（2）工質(zhì)既受壓縮、又升溫、吸熱[解]（3）工質(zhì)既受壓縮、又降溫、降壓（1）工質(zhì)既膨脹、又放熱（2例7A、B體積相同。對A腔緩慢加熱，直到A、B內(nèi)壓力為0.4MPa時停止。設(shè)氣體比熱容為定值,cp=1.01kJ/kg·K，cv=0.72kJ/kg·K。求：（1）A、B兩部分終態(tài)容積和終態(tài)溫度；（2）對A腔的加熱量；（3）A、B腔內(nèi)氣體的熵變和總熵變；（4）將A、B腔內(nèi)過程在p-v和T-s圖上表示出來。

AB加熱器1kg0.2MPa20℃1kg0.2MPa20℃剛性絕熱可移動的無摩擦、絕熱例7A、B體積相同。對A腔緩慢加熱，直到A、B內(nèi)壓力為0.4[解]分析：B：緩慢、無摩擦、絕熱→可逆絕熱：定s過程A：p、v、T變，有Q交換：吸熱膨脹多變過程（1）先計算工質(zhì)物性：B腔：定s過程：[解]分析：B：緩慢、無摩擦、絕熱→可逆絕熱：定s過程A、B腔終態(tài)溫度可用狀態(tài)方程求出：（2）求A腔吸熱Q：方法1：取整個容器工質(zhì)為系統(tǒng)，W=0：方法2：取A為系統(tǒng)，A對B做功：A、B腔終態(tài)溫度可用狀態(tài)方程求出：（2）求A腔吸熱Q：方法1（3）求ΔS：B定s過程：ΔSB=0總ΔS=ΔSB+ΔSB=831.7J/K（4）過程圖示：p2sTvpp1B2A2p2p1B2A2p1（3）求ΔS：B定s過程：ΔSB=0總ΔS=ΔSB+Δ作業(yè)P113：思考題1~4P113：習(xí)題1、4作業(yè)P113：思考題1~4§4.2蒸氣的熱力過程基本過程：定容、定壓、定溫、定熵求解任務(wù)：確定：①初、終態(tài)參數(shù)；②過程中的w、q、Δu、Δh等。與理想氣體不同：水蒸氣cp、cv、u、h、s不是T的單值函數(shù)，不能用公式計算，而是查圖表獲得基于熱力學(xué)第一、二定律的一般關(guān)系式仍可利用：與理想氣體相同可逆：§4.2蒸氣的熱力過程基本過程：定容、定壓、定溫、定熵與蒸汽熱力過程分析的一般步驟已知：初態(tài)2個參數(shù)如（p,t）或（p,x）或（t,x）;一個終態(tài)參數(shù)；過程特征。求：其他未知參數(shù)、交換的能量步驟：（1）由初態(tài)2個已知參數(shù)查出其余所需參數(shù)；（2）由過程特征和一個終態(tài)參數(shù)確定終態(tài)點，查出其余終態(tài)參數(shù)；（3）由初、終參數(shù)計算Δu

、Δh

（4）計算q、w：方法如下：蒸汽熱力過程分析的一般步驟已知：初態(tài)2個參數(shù)如（p,t）或計算q、w（wt）的方法1、可逆過程：初、終參數(shù)→積分上下限過程特征→p~v、T~s關(guān)系（過程方程）求出q、w（wt）中的一個,再由：或求出另一個2、不可逆過程：根據(jù)過程特征，利用h-s圖計算計算q、w（wt）的方法1、可逆過程：初、終參數(shù)→積分蒸汽定容、定壓過程一、定容過程二、定壓過程v1=v2,則：v

p1=p2,則：蒸汽定容、定壓過程一、定容過程二、定壓過程v1=v2,則：v蒸汽定溫、定熵過程三、定溫過程四、定熵過程s1=s2于是可得：T1=T2,于是可得：蒸汽定溫、定熵過程三、定溫過程四、定熵過程s1=s2于是可例8：初態(tài)（p1,t1），終態(tài)（p2,x2）間熱力過程在p-v圖上為一條直線，求：

q、w1(p1,t1)2(p2,x2)pv（1）查圖表→其余所需初態(tài)、終態(tài)參數(shù)：v1,v2,

h1,h2

[思路]（2）h=u+pv→u（3）寫出（p1,v1）、（p2,v2）間的直線方程，代入：，求出w（4）再由求出q問：題中沒說過程可逆，能用該式？若題中改為：熱力過程在T-s圖上為一條直線呢？答：寫出T-s直線方程,代入先求出q例8：初態(tài)（p1,t1），終態(tài)（p2,x2）間熱力過程在蒸汽熱力過程分析例題例9：鍋爐中，管外高溫?zé)煔鈱軆?nèi)的水定壓加熱使之汽化。管內(nèi)：給水（9MPa，30℃），出口蒸汽（9MPa，450℃）；管外煙氣定壓放熱：由1500℃降為250℃。煙氣近似為空氣，cp=1.079kJ/kgK。求：（1）生產(chǎn)1kg該蒸汽需要多少kg煙氣？（2）生產(chǎn)1kg該蒸汽，煙氣、蒸汽的熵變。煙氣1500℃250℃9MPa30℃給水蒸汽9MPa450℃[解]分析：1、系統(tǒng)無W交換，純換熱問題。熱平衡：Qy=Qw2、煙氣無相變，而水有相變，要計算Qw，需知道水側(cè)進出口狀態(tài)蒸汽熱力過程分析例題例9：鍋爐中，管外高溫?zé)煔鈱軆?nèi)的水定壓查飽和表：9MPa→ts=303.4℃→給水：未飽和；蒸汽：過熱查過冷水、過熱蒸汽表：

給水（9MPa，30℃）：hw1=133.86kJ/kg,sw1=0.4338kJ/kg.K蒸汽(9MPa，450℃)：hw2=3256.0kJ/kg,sw1=6.4835kJ/kg.K(1)設(shè)需要mkg煙氣，根據(jù)熱平衡：m

cp（ty2-ty1）=hw2-hw1m=2.31kg(2)煙氣的熵變：水的熵變：(3)孤立系總熵變：煙氣1500℃250℃9MPa30℃給水蒸汽9MPa450℃（1）生產(chǎn)1kg該蒸汽需要多少kg煙氣？（2）生產(chǎn)1kg該蒸汽，煙氣、水的熵變查飽和表：9MPa→ts=303.4℃查過冷水、過熱蒸汽例10：汽輪機效率為0.85，求：（1）每kg蒸汽所做的功。（2）膨脹過程的熵產(chǎn)p1=9MPat1=500℃p2=5kPa絕熱ws（1）求功：wt=h1-h2。先確定定熵時的終態(tài)（p2

,s2s=s1）→h2s,實際h1-h2=0.85(h1-h2s)，→確定實際終態(tài)（p2

,h2）（2）熵產(chǎn)：系統(tǒng)絕熱→熵流=0→熵產(chǎn)=s2-s1

[解](p1

,t1)查過熱表h1=3385kJ/kg，s1=6.656kJ/kg.Kp2查飽和表比較s2s=s1終態(tài)為濕蒸汽干度可由s算出[分析]例10：汽輪機效率為0.85，求：p1=9MPap2=定熵時的終態(tài)：實際終態(tài)：（1）每kg蒸汽實際做功:（2）熵產(chǎn)：有效能損失：定熵時的終態(tài)：實際終態(tài)：（1）每kg蒸汽實際做功:（2）熵產(chǎn)方法2：查圖法1、p1,t1線交點：初態(tài)點12、從1點做垂線交p2線：2s點，查出h2s

3、實際終態(tài)焓：4、實際終態(tài)2：h2水平線與p2交點。再查出s2p1p2t112s2hsh2s2方法2：查圖法1、p1,t1線交點：初態(tài)點12、從1§4.3濕空氣的熱力過程h-d圖§4.3濕空氣的熱力過程h-d圖判斷下列說法是否正確?（1）含濕量越大的空氣越潮濕。（2）冬季干燥，說明溫度低的空氣比溫度高的空氣更干燥。（3）北方冬季室外－30℃，空氣中不可能存在水分判斷下列說法是否正確?（1）含濕量越大的空氣越潮濕。（2）冬1、濕空氣過程及其應(yīng)用加熱：1-2:冷卻：1－2′（t>td）td露點d繼續(xù)冷卻到=100%：露點∴含濕量值相同、狀態(tài)不同的濕空氣，具有相同的露點。一、加熱(或冷卻)過程1、濕空氣過程及其應(yīng)用加熱：1-2:冷卻：1－2′（t>t二、絕熱加濕過程噴水加濕1-2：①tw查取方法：定h線與=100%線交點處的溫度值結(jié)果：（1）d↑、↑、t↓(2)h1≈h2絕熱加濕近似為定h過程②h值相同、狀態(tài)不同的濕空氣，具有相同的濕球溫度tw二、絕熱加濕過程噴水加濕1-2：①tw查取方法：定h線與(2)凝水量：22d2d1h2濕空氣：(t1、1)

t2冷卻三、冷卻去濕過程(1)過程曲線(2)凝水量：22d2d1h2濕空氣：(t1、1)空調(diào)工程常用方法四、絕熱混合過程空調(diào)工程常用方法四、絕熱混合過程五、工程應(yīng)用（1）烘干過程五、工程應(yīng)用（1）烘干過程（2）冷卻塔（2）冷卻塔作業(yè)P113：思考題5~8P113：習(xí)題5作業(yè)P113：思考題5~8§4.4絕熱節(jié)流節(jié)流：流體流經(jīng)截面突縮的孔口時壓力下降的現(xiàn)象。原因(機理)：熱力學(xué)、流體力學(xué)§4.4絕熱節(jié)流節(jié)流：流體流經(jīng)截面突縮的孔口時壓力下降的一、絕熱節(jié)流分析節(jié)流過程不可逆節(jié)流前后流體的焓不變節(jié)流后壓力下降、比體積增大絕熱節(jié)流過程為定焓過程？0000理想氣體孔口附近，動能不可忽略：一、絕熱節(jié)流分析節(jié)流過程不可逆節(jié)流前后流體的焓不變節(jié)流二、焦耳-湯姆遜效應(yīng)焦耳-湯姆遜效應(yīng)（1852年）：絕熱節(jié)流后流體的溫度發(fā)生變化。也稱為“節(jié)流溫度效應(yīng)”

對于理想氣體：多數(shù)氣體的T↓；少數(shù)氣體如H2、He的T↑節(jié)流后，p↓節(jié)流前、后：二、焦耳-湯姆遜效應(yīng)焦耳-湯姆遜效應(yīng)（1852年）：絕熱節(jié)流系數(shù)(焦-湯系數(shù)):T↓：節(jié)流冷效應(yīng)因為節(jié)流過程壓力下降，即dp<0T↑：節(jié)流熱效應(yīng)T不變：節(jié)流零效應(yīng)①節(jié)流微分效應(yīng)：微元壓降導(dǎo)致的溫度變化②節(jié)流積分效應(yīng)：有限壓降導(dǎo)致的溫度變化節(jié)流系數(shù)(焦-湯系數(shù)):T↓：節(jié)流冷效應(yīng)因為節(jié)流過程壓力下回轉(zhuǎn)溫度（inversiontemperature）：節(jié)流微分效應(yīng)J=0時的氣體溫度，Ti例：范德瓦爾氣體狀態(tài)方程：Ti①回轉(zhuǎn)曲線：將T-p圖分為兩區(qū)②

,不存在冷效應(yīng)③冷效應(yīng)區(qū):微元dp、有限p,T均↓熱效應(yīng)區(qū):微元dp:T↑、一定的p

:

T↑但壓降大到一定程度后，T↓+狀態(tài)方程回轉(zhuǎn)溫度（inversiontemperature）：節(jié)流節(jié)流的應(yīng)用壓力、流量（功率）調(diào)節(jié)--各類閥門制冷：普冷、低溫工程--熱力膨脹閥、節(jié)流閥計量：孔板流量計、飽和水蒸汽干度測量導(dǎo)出實際氣體狀態(tài)方程節(jié)流的應(yīng)用壓力、流量（功率）調(diào)節(jié)--各類閥門制冷：普冷、低溫§4.5壓氣機中的熱力過程引言壓氣機：消耗外功使氣體壓縮升壓的機器（1）按產(chǎn)氣壓力分壓氣機分類：通風(fēng)機（＜115kPa）鼓風(fēng)機（115

~300kPa）壓氣機（＞300kPa）（2）按結(jié)構(gòu)分活塞式葉輪式離心式軸流式§4.5壓氣機中的熱力過程引言壓氣機：消耗外功使氣體一、活塞式壓氣機

的工作過程（1）理想情況：排氣結(jié)束：活塞運動到左止點，將汽缸中的氣體排盡。1234Vp進氣閥排氣閥吸氣壓縮排氣左止點右止點忽略動能差、位能差：壓縮機的功耗近似為技術(shù)功近似為穩(wěn)流開口系：一、活塞式壓氣機

的工作過程（1）理想情況：排氣（2）實際工作過程最大容積：V1汽缸行程容積：Vh＝V1–

V3'有效進氣容積：Ve＝V1–

V4'余隙容積：Vc工作過程：4'-1：吸氣1-2：壓縮2-3'：排汽3'-4'：膨脹余隙容積:

防止活塞與汽缸蓋撞擊、便于安排進、排氣閥等。Vc左止點右止點Ve（2）實際工作過程最大容積：V1工作過程：余隙容積:防止活二、壓氣功的計算設(shè)壓縮、膨脹為多變過程。

1、理想壓氣功1234Vp2、有余隙的壓氣功等于1-2壓縮功與3-4膨脹功之差。有余隙時功耗下降？Ve二、壓氣功的計算設(shè)壓縮、膨脹為多變過程。13、壓氣機功率：設(shè)吸入狀態(tài)下體積流量為qve，則壓氣機功率為：壓縮1kg氣體的功耗：壓縮1kg氣體的功耗：1、理想壓氣功:2、有余隙的壓氣功:相同wt相同,為何有余隙時Wt↓？原因：吸氣量↓3、壓氣機功率：設(shè)吸入狀態(tài)下體積流量為qve，則壓氣機功率三、容積效率由于余隙容積的存在，有效吸氣容積V1－V4

總是小于行程容積Vh，Vh不能充分利用。其比值定義為容積效率ηV

p2/p1

↑→ηV↓，可使ηV=0。單級壓縮p2/p1

一般為≤8，需要更高壓力時，應(yīng)采用多級壓縮。Vc相對余隙容積：=Vc/Vh，=0.03~0.08VhVc三、容積效率由于余隙容積的存在，有效吸氣容積V1－V4總四、壓氣機汽缸冷卻的作用sT12sp1p22n2T壓縮過程三種情況：絕熱、定溫和多變壓縮。壓縮過程會使氣體溫度升高：定溫壓縮功耗最少!四、壓氣機汽缸冷卻的作用sT12sp1p22n2T壓縮過程三汽缸為什么要冷卻？2、減少功耗。1、避免壓縮機潤滑油因高溫而氧化變質(zhì)（壓縮機油氧化溫度~130℃）3、有利于延長材料壽命汽缸為什么要冷卻？2、減少功耗。1、避免壓縮機潤滑油因高溫而五、多級壓縮與級間冷卻1、為什么要采用多級壓縮？2、為什么要采用級間冷卻？sT12ab為了獲得較高容積效率。單級壓縮p2/p1應(yīng)≤8。需要更高壓力時，采用多級壓縮，使每級氣缸的增壓比不會過高，以得到較高的容積效率。降低壓縮過程中氣體的溫度。使：(1)安全。材料、潤滑油不能超溫；（2）壓氣機功耗↓（p-V圖中陰影面積)。ab定溫線2'22''五、多級壓縮與級間冷卻1、為什么要采用多級壓縮？2、為什么中間壓力對耗功的影響設(shè)兩級壓氣機中間壓力為pa，兩級氣缸中壓縮過程的多變指數(shù)相同，功耗為：設(shè)氣體在中冷器得到充分冷卻，即Tb＝T1，則上式為

對上式其求極值：得功耗的為極小值時的壓力比-----最佳壓力比：中間壓力對耗功的影響設(shè)兩級壓氣機中間壓力為p每級耗功為：z級總耗功為：對于z級壓縮：如：3級壓縮，將空氣從0.1MPa壓縮到2.7MPa。求最佳壓比及中間壓力。最佳壓比：一級出口壓力：二級出口壓力：