第4章-理想氣體的熱力過程

第四章氣體和蒸汽的基本熱力過程基本要求熟練掌握四種基本過程(定容、定壓、定溫及定熵)以及多變過程的初終態(tài)基本狀態(tài)參數(shù)p、v、T之間的關(guān)系。熟練掌握四種基本過程以及多變過程中系統(tǒng)與外界交換的熱量、功量的計算。能將各過程表示在p-v圖和T-s圖上，并能正確地應(yīng)用p-v圖和T-s圖判斷過程的特點，即

u、

h、q及w等的正負(fù)值。學(xué)習(xí)目的

掌握氣體和蒸汽在各種熱力過程中狀態(tài)參數(shù)變化規(guī)律和相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化狀況。1研究熱力過程的任務(wù)和方法工程上熱力過程實施主要目的：實現(xiàn)預(yù)期的能量轉(zhuǎn)化獲得預(yù)期的熱力狀態(tài)

熱力過程研究內(nèi)容：狀態(tài)變化規(guī)律：

p，

T，

v，

u，

h，

s能量轉(zhuǎn)換狀況：q，w，wt

如鍋爐中工質(zhì)定壓吸熱，提高蒸汽的焓使之獲得作功能力。如壓氣機中消耗功量使氣體升壓。2研究熱力過程的任務(wù)和方法分析熱力過程方法和步驟：

列出過程方程式：表征過程特點的方程式在p-v圖，T-s圖上畫出過程曲線建立過程中狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系式計算

u，

h，

s

等求過程q，w，wt

等

把實際過程簡化得到一些基本過程本章討論理想氣體和實際流體可逆過程情況。34-1理想氣體的基本熱力過程1過程方程式(特征)2p-v圖，T-s圖3狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式4熱力學(xué)能變化()焓變化()熵變化()5過程功()過程熱量()技術(shù)功()工程應(yīng)用：水泵，液體泵

1.

定容過程

比體積保持不變的過程。42.

定壓過程

壓力保持不變的過程

4-1理想氣體的基本熱力過程1過程方程式(特征)2p-v圖，T-s圖3狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式4熱力學(xué)能變化()焓變化()熵變化()5過程功()過程熱量()技術(shù)功()工程應(yīng)用：換熱器

54-1理想氣體的基本熱力過程63.

定溫過程

溫度保持不變的過程

4-1理想氣體的基本熱力過程1過程方程式(特征)2p-v圖，T-s圖3狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式4熱力學(xué)能變()焓變化()熵變化()5過程功()過程熱量()技術(shù)功()工程應(yīng)用：充分冷卻的壓縮過程

74.

定熵過程

熵保持不變的過程

4-1理想氣體的基本熱力過程1過程方程式(特征)2p-v圖，T-s圖κ:定熵指數(shù)(絕熱指數(shù))

理想氣體κ=γ84-1理想氣體的基本熱力過程3狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式4熱力學(xué)能變化()焓變化()熵變化()5過程功()過程熱量()技術(shù)功()4.

定熵過程

熵保持不變的過程

工程應(yīng)用：動力機、葉輪式壓氣機94-2理想氣體的多變過程

實際過程多種多樣，很難總結(jié)為上述四種過程，把其過程按p、v數(shù)據(jù)擬合為下式稱為多變過程，n稱為多變指數(shù)

n=0pn=1Tn=

sn=∞v104-2理想氣體的多變過程3狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式4熱力學(xué)能變化()焓變化()熵變化()5過程功()過程熱量()技術(shù)功()1過程方程式(特征)2p-v圖，T-s圖114-3理想氣體的過程綜述四個基本過程定壓、定容、定溫、定熵是多變過程的特例子，在p-v圖、T-s圖上把熱力學(xué)面分為八個區(qū)域，如圖所示：分析各區(qū)域狀態(tài)參數(shù)及能量轉(zhuǎn)換的變化情況：2點區(qū)域pvT,u,hsw,wtqⅡ↓↑↑↑++Ⅲ↓↑↓↑++Ⅳ↓↑↓↓+-比熱一定為正值嗎？？

124-3理想氣體的過程綜述定溫線群的變化趨勢定熵線群的變化趨勢定壓線群的變化趨勢定容線群的變化趨勢134-3理想氣體的過程綜述過程中各能量項正負(fù)方向分析熱力學(xué)能與焓

等溫線是確定du、dh正負(fù)的分界線。熱量

等熵線是確定

q

正負(fù)的分界線。體積變化功

等容線是確定

w

正負(fù)的分界線。技術(shù)功

等壓線是確定

wt正負(fù)的分界線。144-4水蒸氣的基本熱力過程

水蒸汽基本過程

定容、定壓、定溫、定熵

實施目的和分析內(nèi)容

與理想氣體過程一樣

實施目的：達到預(yù)期的熱力狀態(tài)如：高壓氣體(流)、水泵

達到預(yù)期的能量轉(zhuǎn)換如：火力發(fā)電，制冷

分析內(nèi)容：狀態(tài)變化情況如：

p，

T，

u，

h，

s，etc.能量轉(zhuǎn)換情況如：q，w，wt，etc.可逆過程

計算依據(jù)熱力學(xué)第一定律、水蒸氣性質(zhì)確定水蒸氣性質(zhì)圖表154-4水蒸氣的基本熱力過程水蒸氣基本過程的計算步驟：

1.根據(jù)初態(tài)的兩個已知參數(shù)，從表或圖中查得其他參數(shù)。2.根據(jù)過程特征及一個終態(tài)參數(shù)確定終態(tài)，再從表或圖上查得其他參數(shù)3.根據(jù)已求得的初、終態(tài)參數(shù)計算q、w及wt。關(guān)鍵：確定初、終態(tài)狀態(tài)參數(shù)(根據(jù)已知條件)不同之處：水蒸氣的性質(zhì)計算和理想氣體不同。

164-4水蒸氣的基本熱力過程示例1.

定壓冷卻過程：水蒸氣從p1，t1，定壓冷卻到x2

狀態(tài)1：狀態(tài)2：

174-4水蒸氣的基本熱力過程示例2.

定熵膨脹過程：水蒸氣從p1，t1，定熵膨脹到x2

狀態(tài)1：狀態(tài)2：水蒸氣定熵過程:18由熱力學(xué)第一定律可得：，因為：，所以：由理想氣體狀態(tài)方程：，得：熱力學(xué)第一定律、工程熱力性質(zhì)、熱力過程習(xí)題課

已知：t1=27℃，t2=140℃，qv=3m3，pe1=0.5bar，pb=1.0bar求：例1.

空氣流經(jīng)空氣預(yù)熱器(表面式換熱器)，溫度從t1=27℃上升到t2=140℃，空氣的進口流量為每小時3m3，進口表壓力pe1=0.5bar，如環(huán)境大氣壓為pb=1.0bar，吸熱過程可視為定壓過程，試求：每小時空氣吸熱量及內(nèi)能、焓的變化，分別按(1)定值比熱容；(2)平均比熱容直線關(guān)系式；(3)平均比熱容表進行計算。解：根據(jù)題意進口處空氣，壓力：溫度：取預(yù)熱器進出口間的空氣為研究對象，這是一個穩(wěn)定流動開口系，由于空氣可視為理想氣體處理，有：每小時：19熱力學(xué)第一定律、工質(zhì)熱力性質(zhì)、熱力過程習(xí)題課

(1)采用定值比熱(2)采用平均比熱容直線關(guān)系式

查附表：所以：所以：20熱力學(xué)第一定律、工質(zhì)熱力性質(zhì)、熱力過程習(xí)題課

(3)采用平均比熱容表

查附表：所以：21熱力學(xué)第一定律、工質(zhì)熱力性質(zhì)、熱力過程習(xí)題課

例2.

已知空氣的初壓p1=600kPa，T1=923K，進入汽輪機可逆絕熱膨脹到p2=100kPa排氣，求所作的技術(shù)功？同樣，水蒸汽的初壓為p1=18000kPa，T1=833K，進入蒸汽輪機可逆絕熱膨脹到p2=20kPa，求所作的技術(shù)功？解：

(1)取空氣為研究對象，這是一個穩(wěn)流系由熱力學(xué)第一定律可知：

(2)取水蒸汽為研究對象，這是一個穩(wěn)流系查表：22熱力學(xué)第一定律、工質(zhì)熱力性質(zhì)、熱力過程習(xí)題課

例3.

將下列p-v圖轉(zhuǎn)化為T-s圖23熱力學(xué)第一定律、工質(zhì)熱力性質(zhì)、熱力過程習(xí)題課

例4.將滿足下列的多變過程，表示在p-v圖和T-s圖上。

工質(zhì)受壓、放熱、升溫Δp>0，q<0，ΔT>024熱力學(xué)第一定律、工質(zhì)熱力性質(zhì)、熱力過程習(xí)題課

例5.

0.4kg空氣從初壓p1=200kPa、初溫t1=300℃定溫膨脹到v2=1.68m3·kg-1，隨后將空氣定壓壓縮，再在定容下加熱使它回到初態(tài)，求：

(1)將這循環(huán)畫在p-v圖和T-s圖上；(2)各過程的Q，Wt；(3)循環(huán)的熱效率解：已知：m=0.4kg，p1=200kPa，t1=300