工程熱力學(xué)第四章

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第四章

氣體與蒸氣的熱力過(guò)程Ideal

gas

andsteam

thermodynamic

process一、研究熱力過(guò)程的目的1、實(shí)現(xiàn)預(yù)期的能量轉(zhuǎn)化，合理安排熱力過(guò)程，從而提高動(dòng)力裝置的熱經(jīng)濟(jì)性。2、對(duì)確定的過(guò)程，也可預(yù)計(jì)熱、功多少§4–1

理想氣體的熱力過(guò)程3

2）解決的問(wèn)題求出過(guò)程方程及計(jì)算各過(guò)程初終態(tài)參數(shù)。確定過(guò)程中功和熱轉(zhuǎn)化的數(shù)量關(guān)系。畫(huà)出過(guò)程的p-v圖及T-s圖，幫助直觀分析過(guò)程中

參數(shù)間關(guān)系及能量關(guān)系。計(jì)算過(guò)程中的內(nèi)能、焓、熵的變化3）方法和依據(jù)熱一律解析式，可逆過(guò)程理想氣體性質(zhì)4）研究熱力過(guò)程的基本任務(wù)A）根據(jù)過(guò)程特征，確定過(guò)程狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，即過(guò)程方程；B）根據(jù)已知初態(tài)參數(shù)，確定其他初態(tài)參數(shù)；C）根據(jù)過(guò)程方程及已知終態(tài)參數(shù)，確定其他終態(tài)參數(shù)；D）根據(jù)熱力學(xué)基本定律及工質(zhì)性質(zhì)確定過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。5

二）定容過(guò)程1、定容過(guò)程（v=常數(shù)，工質(zhì)容積保持不變的過(guò)程）1）過(guò)程方程2)初終態(tài)狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系3）、熱力過(guò)程在坐標(biāo)圖上表示4）能量轉(zhuǎn)換7

三、定壓過(guò)程（p=常數(shù)）2）狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系1）過(guò)程方程3）、熱力過(guò)程在坐標(biāo)圖上表示4）能量轉(zhuǎn)換9

四、定溫過(guò)程2）狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系1）過(guò)程方程3）、熱力過(guò)程在坐標(biāo)圖上表示4）能量轉(zhuǎn)換11

五、

絕熱過(guò)程1、過(guò)程方程2）初終態(tài)狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系3、熱力過(guò)程在坐標(biāo)圖上表示4)能量轉(zhuǎn)換熱量體積功和內(nèi)能13

技術(shù)功和焓5)變值比熱容絕熱過(guò)程的計(jì)算A按平均絕熱指數(shù)計(jì)算B利用氣體熱力性質(zhì)表計(jì)算六、多變過(guò)程1、過(guò)程方程定壓過(guò)程定溫過(guò)程絕熱過(guò)程定容過(guò)程2、初終狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系18

3、在p-v圖及T-s圖上表示n

n

19

4、能量轉(zhuǎn)換

功技術(shù)功熱量平均多變指數(shù)1）等端點(diǎn)多變指數(shù)2）等功法多變指數(shù)3）利用實(shí)際過(guò)程的lgp－lgv圖計(jì)算4）利用p－v圖面積對(duì)比計(jì)算例題4－1，4－221

比熱容22

多變指數(shù)23

多變過(guò)程的能量關(guān)系w/q：膨脹，吸熱，壓縮,放熱膨脹，放熱，壓縮,吸熱24

如圖，某種理想氣體有兩任意過(guò)程a-b和a-c，已知b，c在同一可逆絕熱線上，試問(wèn)：Δuab和Δuac哪個(gè)大？解：（方法一）過(guò)b、c分別作等溫線（方法二）考慮過(guò)程b

c某理想氣體經(jīng)歷4個(gè)過(guò)程，如T-s圖1）將各過(guò)程畫(huà)在p-v圖上；2）指出過(guò)程加熱或放熱，膨脹或壓縮。解：1-31-21-41-5小結(jié)四種典型熱力過(guò)程：定壓過(guò)程、定溫過(guò)程

定容過(guò)程、絕熱過(guò)重點(diǎn)：多變過(guò)程4.2蒸氣的熱力過(guò)程熱力學(xué)第一第二定律的基本原理及由它們直接推導(dǎo)的一般關(guān)系式在此也適用。分析蒸氣熱力過(guò)程的步驟：1）由初態(tài)的兩個(gè)已知的獨(dú)立參數(shù)，從表或圖上查得其他初態(tài)參數(shù)；2）由初態(tài)、過(guò)程特征和終態(tài)的一個(gè)已知參數(shù)確定終態(tài)，并利用圖或表查出其他參數(shù)；3）將查得的初、終態(tài)參數(shù)代入有關(guān)公式計(jì)算熱量、功量等能量交換。蒸氣的熱力過(guò)程：定容、定壓、定溫、絕熱四個(gè)基本過(guò)程。定容過(guò)程定壓過(guò)程定溫過(guò)程定熵（絕熱過(guò)程）4.3濕空氣的動(dòng)力過(guò)程一、加熱或冷卻過(guò)程二、絕熱加濕過(guò)程（近似為定焓過(guò)程）三、冷卻去濕過(guò)程四、增壓冷凝過(guò)程（如空氣的壓縮過(guò)程）濕空氣初態(tài)（p1、t1、Φ1），經(jīng)壓縮變?yōu)椋╬2、t2），水蒸氣分壓從pst1＝Φ1

.

ps!變?yōu)閜st2＝Φ1

.

ps!.(p2/P1)，在該壓力下濕空氣冷卻到ps2‘，t2’，若pst2大于ps2‘，則必有水蒸氣被凝析，反之則無(wú)。五、絕熱混合過(guò)程例題4－4，4－54.4氣體與蒸氣的絕熱節(jié)流過(guò)程一、節(jié)流的概念——由于截面突變，氣流局部受阻，所造成壓力降低的現(xiàn)象。二、焦耳－湯姆遜效應(yīng)氣流溫度在節(jié)流前后發(fā)生變化的現(xiàn)象稱焦－湯效應(yīng)。絕熱節(jié)流也稱等焓節(jié)流，對(duì)理想氣體，節(jié)流前后溫度不變，對(duì)實(shí)際氣體溫度會(huì)發(fā)生變化。工程中常見(jiàn)的節(jié)流過(guò)程屬敞開(kāi)穩(wěn)定系統(tǒng)。節(jié)流過(guò)程是等焓過(guò)程，但不是定焓過(guò)程。三、微分節(jié)流效應(yīng)節(jié)流前后氣體溫度的變化與壓力變化的比值稱為節(jié)流系數(shù)，以微分形式表示稱微分節(jié)流系數(shù)。節(jié)流系數(shù)就是等焓線上任一點(diǎn)的斜率值?；剞D(zhuǎn)溫度、回轉(zhuǎn)曲線、最大回轉(zhuǎn)溫度與最小回轉(zhuǎn)溫度四、積分節(jié)流效應(yīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中，為了獲得足夠大的溫降，節(jié)流膨脹時(shí)往往需要采取較大的壓力降，這時(shí)產(chǎn)生的溫度變化將是微分節(jié)流效應(yīng)的積分值，稱為積分節(jié)流效應(yīng)。求解上式往往比較困難，通常采用圖解法。4.5壓氣機(jī)中的熱力過(guò)程壓氣機(jī)是生產(chǎn)壓縮氣體的設(shè)備，是通過(guò)消耗機(jī)械能而使氣體壓力升高的一種工作機(jī)。按工作原理和構(gòu)造，壓氣機(jī)可分為：容積式、速度式、引射式壓氣機(jī)。主要介紹活塞式壓氣機(jī)的熱力過(guò)程分析方法。一、活塞式壓氣機(jī)的工作原理1、幾個(gè)概念：死點(diǎn)；行程（沖程）；行程容積；吸入狀態(tài)體積；吸氣線；余隙與余隙容積。2、理想的循環(huán)工作過(guò)程；吸氣－壓縮－排氣－吸氣3、實(shí)際的循環(huán)工作過(guò)程。膨脹－吸氣－壓縮－排氣－膨脹二、壓氣功的計(jì)算1、理想壓氣功2、有余隙的壓氣功3、壓氣機(jī)功率4、壓氣機(jī)氣缸的冷卻作用壓縮終了氣體溫度過(guò)高會(huì)使?jié)櫥瓦^(guò)熱變質(zhì)，損壞壓縮機(jī)，甚至爆炸。因此在壓縮過(guò)程中應(yīng)力求工質(zhì)得到充分冷卻，使之趨于定溫壓縮，工程上采用水夾套冷卻、氣缸周圍加散熱片等，多采用多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻。5、多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻與單級(jí)相比多級(jí)壓縮的優(yōu)點(diǎn)：排氣溫度低；省功；氣缸行程容積的有效利用率高；多級(jí)活塞上所受的最大氣體壓力較小。多級(jí)壓縮的中間壓力有其最佳值。在此最佳值下，各級(jí)壓縮的總功耗為最小。以兩級(jí)壓縮為例進(jìn)行說(shuō)明。設(shè)兩級(jí)等功法多變指數(shù)相同，則：對(duì)Z級(jí)壓縮有：例題4－64.6往復(fù)式膨脹機(jī)中的熱力過(guò)程一、工作過(guò)程分析如圖4－18進(jìn)行分析往復(fù)式膨脹機(jī)的工作原理與往復(fù)式壓縮機(jī)基本相同，只是作用相反。循環(huán)方向相反。例題4－7二、定熵膨脹與節(jié)流膨脹的關(guān)系氣體作定熵膨脹時(shí)，壓力的微小變化所引起的溫度變化稱之為微分定熵效應(yīng)。表明氣體的定熵膨脹過(guò)程總是使溫度降低，即產(chǎn)生冷效應(yīng)。由式4－68和4－55，可以得到定熵膨脹與節(jié)流膨脹的關(guān)系定熵膨脹的積分溫度效應(yīng)：對(duì)于有相變的情況也可以得到類似的結(jié)論。定熵膨脹做功最多，溫降最大。而純節(jié)流過(guò)