第四章 理想氣體熱力過程及氣體壓縮

工程熱力學(xué)講稿PAGEPAGE38第4章理想氣體熱力過程及氣體壓縮本章基本要求熟練掌握定容、定壓、定溫、絕熱、多變過程中狀態(tài)參數(shù)p、v、T、u、h、s的計算，過程量Q、W的計算，以及上述過程在p-v、T-s圖上的表示。分析對象:閉口系統(tǒng)過程性質(zhì):可逆過程過程特點:定容過程、定壓過程、定溫過程、,絕熱(多變)過程目的:研究外部條件對熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的影響，通過有利的外部條件，達(dá)到合理安排熱力過程，提高熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率的目的。基本任務(wù):確定過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù),能量轉(zhuǎn)換關(guān)系實例:取開口系統(tǒng)的氣體壓縮4．1基本熱力過程一般分析法1．建立過程方程依據(jù)：過程方程線p=f(v)2．確定初終狀態(tài)參數(shù)依據(jù)：狀態(tài)方程3．p-v圖與T-s圖分析4．求傳遞能量，依據(jù)能量方程：Q-W=U甘二、參數(shù)關(guān)系客式及傳遞能量斥（見下表）從4韻．系2勢殺多變過程頁已知某多變過冒程任意兩點參與數(shù)陪，求唱n蛋平認(rèn)醋一、多變過程銹方程及多變比仰熱胸過程方程著:pv椅=cons捉t耳n=0圾時，定壓過飲程游坦n=1鳳時，定溫過程斤n=k纏時旬,似定溫過哥程孩催n=晌±釀∞纖時，定容過程沒二、多變過程民分析盒過程中漆q尚、暴w遵、級u銅的判斷騙l衛(wèi)．蔑q爐的判斷斧：遲虎蛙額以絕熱線為基敞準(zhǔn)代:覽2桐．速w淺的判斷屠：敘需搜三以等容線為基缸準(zhǔn)外3宰．炭u術(shù)的判斷灶：窩綠我桃以等溫線為基璃準(zhǔn)~尚例塔1既.1壇kg盛空氣多變過程敞中吸跡取民41怒.87kJ巴的熱量時，將喬使其容積增吧大闖1爺0樣倍，壓力降串低式8豆倍，求：過程茅中空氣的內(nèi)能止變化量，空氣險對外所做的膨源脹功及技術(shù)功摩。狠解內(nèi)：按題犁意進(jìn)決釘帳空氣的內(nèi)能變弊化量：由理想紙氣體的狀態(tài)方子程癥肝核族挪夏得愁：磁多變指數(shù)士多變過程中氣偉體吸取的熱量汽氣體內(nèi)能的變怕化量：貓空氣對外所做進(jìn)的膨脹功及技孫術(shù)功：膨脹功始由閉系能量方悔程庫或由公式趁來計算技術(shù)功：AB圖4.2丈例妻2若：蘋一氣缸活塞裝圓置如圖所示，珍氣缸及活塞均傳由理想絕熱材蛾料組成，活塞昆與氣缸間無摩丙擦。開始時活霞塞將氣缸分為撲A里、井B許兩個相等的兩家部分，兩部分專中各嬌有終1話kmol姻的同一種理想情氣，其壓力和樹溫度均為愁p歲1父=1bar教，和t喉1夸=5切℃吹。若對森A善中的氣體緩慢度加熱（電熱）朝，使氣體緩慢閣膨脹，推動活潛塞壓縮察B替中的氣體，直飽至哲A艱中氣體溫度升弄高棋至請12膛7多℃辰。試求過程中灌B位氣體吸取的熱幕量。設(shè)氣體載kJ/(km旋ol由·K施)耳，塌kJ/(km君ol祖·婦K)屋。氣缸與活塞繭的熱容量可以AB圖4.2芝解蠻：取整個氣缸押內(nèi)氣體為閉系踏。按閉系能量亂方程ΔU=Q－W饒因為沒有系統(tǒng)愿之外的力使其牲移動，所以雷W陽=0掉則滲煌栗其樓中慧肢苗器馬kmol姨故街撓吵批舞葵箱近笛（桃1便）召在該方程砌中是已知的，層即渠。只有加是未知量。衰當(dāng)向廁A梢中氣體加熱時思，助A流中氣體的溫度角和壓力將升高轉(zhuǎn)，并發(fā)生膨脹碑推動活塞右移為，使步B展的氣體受到壓脈縮。因為氣缸婚和活塞都是不鴉導(dǎo)熱的，而且朋其熱容量可以拋忽略不計，所漢以問B鵲中氣體進(jìn)行的陪是絕熱過程。垃又因為活塞與失氣缸壁間無摩姥擦，而且過程垃是緩慢進(jìn)行的洪，所以勢B厘中氣體進(jìn)行是塑可逆絕熱壓縮猜過程。狡按理想氣體可偏逆絕熱過程參漏數(shù)間關(guān)系巨扒寫座冰份作摩佛鄭倉（悟2扮）坑由理想氣體狀光態(tài)方程，得志初態(tài)胸時更味嘆織溝終態(tài)誼時字墾樓孔旱其中蘆V蜂1歸和沸V冠2科是過程初，終正態(tài)氣體的總?cè)菡矸e，即氣缸的絞容積，其在過催程前后不變，弱故列V鹿1蘿=漁V蓄2疏，得應(yīng)因私為你兵務(wù)艦馳kmol使所播以終忌怪驗斃壇俘最優(yōu)溝（白3瞇）禁合并式豐（瓜2害）與私（固3饅），得吐比值搶可用試算法求菜用得。栗按題意已知興：父藏=445雞K漿，妄=278K鑰緊夠故念父牙沸掙計算得惹：躁碎源搞寒=1堤.367徹代式入系（輸2閑）得洲代入式趣（懸1蠻）看得晝花Q諷=件12.56[雕(445劣－歇278)+(廣315話－麗278)]=兆2562眠k謝J梁例信3丙：創(chuàng)2的kg軟的氣體從初態(tài)胸按多變過程膨兼脹到原來鉛的慘3盯倍，溫度雜從飛30鐮0吧℃駕下降臂至態(tài)6葵0累℃持，已知該過程些膨脹功商為乖100抖kJ饞自外界吸熱躺20kJ向，求氣體的告c騰p炸和贈c簽v刺各是多少？忽本題兩種解法總：消解忙1柄：由題已知：可V蔑1蛇=3武V宋2盯由多變過程狀欺態(tài)方程式庭即謊毯早由多變過程計插算功公式：痕故銀抵=冠0.1029夢kJ/kg言·慌K訴式勻中甚秘洲鐵得忘敬代入熱量公式棄得牙看k拔=摧1罷.兩6175∴銹晶c林p材=蓮c民v痰·蜓k=狹0.1666輕×姿1.6175曾=0.269洲5kJ/kg衣·餃K球另一種紀(jì)解法，請同學(xué)買們思考參例泉4做：折1中kg孤空氣分兩種情籠況進(jìn)行熱力過咬程，作膨脹含功余300諷kJ香。一種情況下千吸熱餃380kJ綿，另一情況下怒吸熱召210kJ這。問兩種情況她下空氣的內(nèi)能謙變化多少？若級兩個過程都是與多變過程，求蟻多變指數(shù)，并暈將兩個過程畫蓋在同一張裙p洋-勁v降圖上。按定比洲熱容進(jìn)行計算壘。塘解竿：遮（效1野）求兩個過程鄭的內(nèi)能變化。瓶兩過程內(nèi)能變弄化分別為：糟（需2白）求多變指數(shù)夢。式因即為摧氏斃很災(zāi)所以，兩過程止的多變指數(shù)分落別為：簡短討論：盛（俱1斬）僅給出過程絕量夾q鑄和熱w膨時，還不能說愁明該過程程必聞是一個多變過銳程。所以，題司目中又給中逐出騾“坐兩個過程都是宏多變過骨程甜”導(dǎo)的假設(shè)?；遥ū?演）求解時根據(jù)外w章和餅Δ袍T像求出款n床，求出條c鄭p環(huán)，再求得輸n架。旦（信3橡）求得軟n摧即可畫出圖輝4.3膜根據(jù)圖夕4.3貝上過程的走向趕和過程線下面鼠積的的正負(fù)可洽了解過程進(jìn)行筆中參數(shù)的變化摔情況和功量、芬熱量的正負(fù)。涼對照題給條件年可定性判斷求翻解結(jié)果正確性馳。亡4找．紡3錦屈壓氣機(jī)的理論蟻壓縮功左壓氣機(jī)致:僚訂用來壓縮氣體盾的設(shè)備勉一、單機(jī)活塞撐式壓氣機(jī)工作弦過程廈吸氣過程、忽壓縮過程、排略氣過程。注理想化為可逆曲過程、無阻力曬損失挎.姓1杯．定溫壓縮軸蜜功的計算=幕黨按穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能棕量方程，壓氣后機(jī)所消耗的功敢，一部分用于樂增加氣體的焓憤，一部分轉(zhuǎn)化余為熱能向外放否出焰.悉對理想氣體定翁溫壓縮察,掩表示消耗的軸抱功全部轉(zhuǎn)化成銀熱能向外放出臂.筋漏基=勤卸2追．定熵壓縮軸仗功的計算蟲,故按穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能丘量方程，絕熱恒壓縮消耗的軸災(zāi)功全部用于增訊加氣體的焓，縣使氣體溫度升察高，該式也適堪用于不可逆過設(shè)程婆3默．多變壓縮軸罵功的計算脫按穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能疫量方程，多變生壓縮消耗的軸裝功部分用于增泛加氣體的焓，線部分對外放熱肌，該式同樣適稻用于不可逆過祥程課結(jié)論目:點耍島秘可見定溫過程劑耗功最少，絕崗熱過程耗功最疑多茫素拜宮4劫．驟4譽(yù)斬多級壓縮及中替間冷嗎卻接由度即：壓力比越漠大，其壓縮終引了溫度越高，錦較高的壓縮氣摩體常采用中間婦冷卻設(shè)備，稱鑒多級壓氣機(jī)艦.磁最佳增壓比繩：使多級壓縮戴中間冷卻壓氣士機(jī)耗功最小時拐，各級的增壓首比稱為最佳增脈壓比。坦壓氣機(jī)的效率避：在相同的初蠻態(tài)及增壓比條晶件下，可逆壓竄縮過程中壓氣菊機(jī)所消耗的功弟與實際不可逆幟壓縮過程中壓趙氣機(jī)所消耗的偽功之比，稱為是壓氣機(jī)的效率尿。特點:扒1施．減小功的消板耗淡,纖由決p-v戶圖可知防2待．降低氣體的徹排氣溫度爐,半減少氣體比容圖3嘆．每一級壓縮微比降低盜,比壓氣機(jī)容積效氧率增高謎中間壓力的確菌定鞠:哥棋原則：消耗功同最小。全以兩級壓縮為歡例乏,欣得到：濾結(jié)論邪:淺兩級壓力比相巨等，耗功最小腐。松推廣為裕Z蓋級壓縮棋附推理:悔1榜．每級進(jìn)口、品出口溫度相等擦.熟2潮．各級壓氣機(jī)中消耗功相等彎.艱3密．各級氣缸及鑄各中間冷卻放晝出和吸收熱量蘋相等濕.薦4矩．厲5毫媽活塞式壓氣機(jī)捧余隙影響懷一、余隙對排乖氣量的影響橋余隙放：為了安置進(jìn)講、排氣閥以及鑒避免活塞與汽尾缸端蓋間的碰敗撞，在汽缸端蒸蓋與活塞行程侄終點間留有一創(chuàng)定的余隙，稱溪為余隙容積，押簡稱余隙覽活塞式壓氣機(jī)膀的容積效率碑：活塞式壓氣課機(jī)的有效容積爸和活塞排量之妨比，傾結(jié)論鄙：余隙使一部走分汽缸容積不性能被有效利用廈，壓力比越大漲越不利。況余隙對理論壓樸縮軸功的影響戚式中：要為實際吸入的鏡氣體體積。師結(jié)論：鋼不論壓氣機(jī)有已無余隙，壓縮傷每梅kg性氣體所需的理搖論壓縮軸功都隙相同，所以應(yīng)喜減少余隙容積巾。本章重點食結(jié)合熱力學(xué)第職一定律，計算痰四個基本熱力豬過程、多變過院程中的狀態(tài)參錄數(shù)和過程參數(shù)樓及在哭p群-毀v印幣、閑T按-平s踢圖上表示。本案章的學(xué)習(xí)應(yīng)以灣多做練習(xí)題為喚主，并一定注賠意要在求出結(jié)析果后，在么p公-揮v墳剛、畢T躺-襪s唉圖上進(jìn)行檢驗名。思考題：指1痕．犁在倍p柏-農(nóng)v么圖上，行T級和巖s挪減小的方向分魄別在哪個方向道，在靜T輕-減s崗圖上情p羊和咱v披減小的方向分趙別在哪個方向緣。堅2棟．工質(zhì)為空氣墨，試在徹p而-堡v笛和臘T麥-雖s賢圖上畫出系n岸=1.5鈔的膨脹過程和逃n鳴=1.2嬌的壓縮過程的適大概位置，并曬分析二過程中偶q務(wù)、幻w盛、懷u兇的正負(fù)。嚼3臺．如果氣體按掌規(guī)律膨脹，其功中春c渾為常數(shù)，則此覺過程中理想氣利體被加熱還是害被冷卻。亡4網(wǎng)．在多變過程培中熱量和功量哪之間的關(guān)系等