第4章-理想氣體的熱力過(guò)程

第四章氣體和蒸汽的基本熱力過(guò)程基本要求熟練掌握四種基本過(guò)程(定容、定壓、定溫及定熵)以及多變過(guò)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(guò)程以及多變過(guò)程中系統(tǒng)與外界交換的熱量、功量的計(jì)算。能將各過(guò)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(guò)程的特點(diǎn)，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(guò)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(guò)程的任務(wù)和方法工程上熱力過(guò)程實(shí)施主要目的：實(shí)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(guò)程研究?jī)?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(jī)中消耗功量使氣體升壓。2研究熱力過(guò)程的任務(wù)和方法分析熱力過(guò)程方法和步驟：

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

u，

h，

s

等求過(guò)程q，w，wt

等

把實(shí)際過(guò)程簡(jiǎn)化得到一些基本過(guò)程本章討論理想氣體和實(shí)際流體可逆過(guò)程情況。34-1理想氣體的基本熱力過(guò)程1過(guò)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(guò)程功()過(guò)程熱量()技術(shù)功()工程應(yīng)用：水泵，液體泵

1.

定容過(guò)程

比體積保持不變的過(guò)程。42.

定壓過(guò)程

壓力保持不變的過(guò)程

4-1理想氣體的基本熱力過(guò)程1過(guò)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(guò)程功()過(guò)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(guò)程63.

定溫過(guò)程

溫度保持不變的過(guò)程

4-1理想氣體的基本熱力過(guò)程1過(guò)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(guò)程功()過(guò)程熱量()技術(shù)功()工程應(yīng)用：充分冷卻的壓縮過(guò)程

74.

定熵過(guò)程

熵保持不變的過(guò)程

4-1理想氣體的基本熱力過(guò)程1過(guò)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(guò)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(guò)程功()過(guò)程熱量()技術(shù)功()4.

定熵過(guò)程

熵保持不變的過(guò)程

工程應(yīng)用：動(dòng)力機(jī)、葉輪式壓氣機(jī)94-2理想氣體的多變過(guò)程

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

n=0pn=1Tn=

sn=∞v104-2理想氣體的多變過(guò)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(guò)程功()過(guò)程熱量()技術(shù)功()1過(guò)程方程式(特征)2p-v圖，T-s圖114-3理想氣體的過(guò)程綜述四個(gè)基本過(guò)程定壓、定容、定溫、定熵是多變過(guò)程的特例子，在p-v圖、T-s圖上把熱力學(xué)面分為八個(gè)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(diǎn)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(guò)程綜述定溫線群的變化趨勢(shì)定熵線群的變化趨勢(shì)定壓線群的變化趨勢(shì)定容線群的變化趨勢(shì)134-3理想氣體的過(guò)程綜述過(guò)程中各能量項(xiàng)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(guò)程

水蒸汽基本過(guò)程

定容、定壓、定溫、定熵

實(shí)施目的和分析內(nèi)容

與理想氣體過(guò)程一樣

實(shí)施目的：達(dá)到預(yù)期的熱力狀態(tài)如：高壓氣體(流)、水泵

達(dá)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(guò)程

計(jì)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(guò)程水蒸氣基本過(guò)程的計(jì)算步驟：

1.根據(jù)初態(tài)的兩個(gè)已知參數(shù)，從表或圖中查得其他參數(shù)。2.根據(jù)過(guò)程特征及一個(gè)終態(tài)參數(shù)確定終態(tài)，再?gòu)谋砘驁D上查得其他參數(shù)3.根據(jù)已求得的初、終態(tài)參數(shù)計(jì)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(jì)算和理想氣體不同。

164-4水蒸氣的基本熱力過(guò)程示例1.

定壓冷卻過(guò)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(guò)程示例2.

定熵膨脹過(guò)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(guò)程:18由熱力學(xué)第一定律可得：，因?yàn)椋海裕河衫硐霘怏w狀態(tài)方程：，得：熱力學(xué)第一定律、工程熱力性質(zhì)、熱力過(guò)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(jìn)口流量為每小時(shí)3m3，進(jìn)口表壓力pe1=0.5bar，如環(huán)境大氣壓為pb=1.0bar，吸熱過(guò)程可視為定壓過(guò)程，試求：每小時(shí)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(jìn)行計(jì)算。解：根據(jù)題意進(jìn)口處空氣，壓力：溫度：取預(yù)熱器進(jìn)出口間的空氣為研究對(duì)象，這是一個(gè)穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系，由于空氣可視為理想氣體處理，有：每小時(shí)：19熱力學(xué)第一定律、工質(zhì)熱力性質(zhì)、熱力過(guò)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(guò)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(guò)程習(xí)題課

例2.

已知空氣的初壓p1=600kPa，T1=923K，進(jìn)入汽輪機(jī)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(jìn)入蒸汽輪機(jī)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(duì)象，這是一個(gè)穩(wěn)流系由熱力學(xué)第一定律可知：

(2)取水蒸汽為研究對(duì)象，這是一個(gè)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(guò)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(guò)程習(xí)題課

例4.將滿足下列的多變過(guò)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(guò)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(huà)在p-v圖和T-s圖上；(2)各過(guò)程的Q，Wt；(3)循環(huán)的熱效率解：已知：m=0.4kg，p1=200kPa，t1=300