第七讲 等熵过程及压气机热力过程

第七讲第七讲 等熵过程及压气等熵过程及压气机热力过程机热力过程n2）Ts图上定容、定压过程线的相互位置图上定容、定压过程线的相互位置从相同状态点出发，定容线比定压线从相同状态点出发，定容线比定压线?dT/ds值值:定压过程定压过程dT/ds=T/cp 定容过程定容过程dT/ds=T/cV b.冷却过程冷却过程a.加热过程加热过程陡陡!定熵过程的变值比热容计算定熵过程的变值比热容计算 n适用情况：适用情况：精度要求比较高的工程计算精度要求比较高的工程计算1）平均绝热指数方法计算平均绝热指数方法计算 过程方程：过程方程：pvk=定值定值 问题：当问题：当T2未知时，确定未知时，确定km值比较困难值比较困难 2）按气体热力性质表数据计算按气体热力性质表数据计算 定熵过程定熵过程 s=0 由热力性质表查得温度由热力性质表查得温度T2 N2气体被可逆绝热压缩，初态气体被可逆绝热压缩，初态p1=105Pa，T1=300K，终态，终态p1=8105Pa。求终态温度。求终态温度T2及压缩及压缩5kmolN2气体的压缩过程功和所需要的轴功。按（气体的压缩过程功和所需要的轴功。按（1）定值绝热指）定值绝热指数；（数；（2）平均绝热指数；（）平均绝热指数；（3）热力性质表。）热力性质表。例题例题例题例题4.34.3解：解：(1)定值绝热指数定值绝热指数 由表由表3.2，CV，m=0.74128=20.75J/molK；Cp，m=1.03828=29.06 J/molK(2)按平均绝热指数：按平均绝热指数：在在27(300K)时时 在在267（540K）近似平均值：近似平均值：（3）按热力性质表）按热力性质表 300K：Hm1=8723.9 J/mol；Hm2=15806 J/mol W=Ws/k=3.5415104/1.395=2.5387104 kJ结果比较结果比较(1)543.4 (2)540.5 (3)541.3附表附表9，得，得T2=541.3K Ws=n(Hm2Hm1)=5103(158068723)=3.5415104 kJ多变过程多变过程 n实际过程的多样性实际过程的多样性 指数指数n叫多变指数叫多变指数 对一个过程，对一个过程，n值可以保持不变，不同的过程有不同的值可以保持不变，不同的过程有不同的n值；或一个过程中，在不同的局部中值；或一个过程中，在不同的局部中n是变化的是变化的 n多变指数多变指数n的确定原则：的确定原则：多变过程的参数关系多变过程的参数关系 多变过程热力学能、焓、熵多变过程热力学能、焓、熵 ucvT，hcpT 实验：请课代表安排实验：请课代表安排4人一小组，每次人一小组，每次2组组1kg空气分两种情况进行热力过程，均作膨胀功空气分两种情况进行热力过程，均作膨胀功300kJ。一种情况下，吸热一种情况下，吸热380kJ；另一种情况下吸热；另一种情况下吸热210kJ。问两种情况下空气的热力学能变化多少？若两种过程都是问两种情况下空气的热力学能变化多少？若两种过程都是多变过程，求多变指数，并将两个过程在同一多变过程，求多变指数，并将两个过程在同一pv图和图和Ts图上绘出。（按定值比热容计算）图上绘出。（按定值比热容计算）例题例题例题例题4.44.4解：解：1）按第一定律观点）按第一定律观点 u=q+w u1=380300=80kJ/kg u2=210300=90kJ/kg 查附表查附表3 cv=0.717kJ/kgK Rg=0.287 kJ/kgK k=1.4 T1=u1/cv=80/0.717=111.6K T2=u2/cv=90/0.717=125.5K 2）多变指数）多变指数 过程初终状态参数？过程初终状态参数？比热容的原始定义：比热容的原始定义：多变过程膨胀功表达式中需要有多变指数多变过程膨胀功表达式中需要有多变指数能量守恒：能量守恒：图图0n1n2k 4.5 压气机的热力过程分析压气机的热力过程分析 4.5.1 4.5.1 理想压缩机的假设理想压缩机的假设4.5.2 4.5.2 理想压气机耗功理想压气机耗功 4.5.3 4.5.3 三种过程耗功的比较三种过程耗功的比较 4.5.3 4.5.3 分级压缩中间冷却分析分级压缩中间冷却分析4.5.4 4.5.4 余隙容积对压气机工作的影响余隙容积对压气机工作的影响 4.5.5 4.5.5 摩擦对压气过程的影响摩擦对压气过程的影响 本节内容：本节内容：假设：n1）活活 塞塞 上上 死死 点点 与与 气气 缸缸 头头 之间的间隙之间的间隙余隙容积忽略；余隙容积忽略；n2）进排气压力损失忽略；）进排气压力损失忽略；n3）压缩过程可逆。）压缩过程可逆。n满满足足上上述述条条件件的的压压气气机机称称理想压气机。理想压气机。n重要参数指标定义：重要参数指标定义：排气压力与进气压力之比排气压力与进气压力之比称增压比称增压比 p2/p1 余隙容积余隙容积全过程应包括有：吸气、压缩、排气三个过程，故是开口全过程应包括有：吸气、压缩、排气三个过程，故是开口系统，压缩机耗功应该是技术功。当进口动能差、位能差系统，压缩机耗功应该是技术功。当进口动能差、位能差忽略时即为轴功忽略时即为轴功 基本分析吸气过程：由假设吸气过程：由假设 2）01：进气过程外界对压缩机作：进气过程外界对压缩机作功功 p1(v1-0)压缩过程：由假设压缩过程：由假设3）12：有三种情况：等熵、等温、：有三种情况：等熵、等温、多变多变1）等熵）等熵2）等温）等温3）多变）多变排气过程：排气过程：由假设由假设 2）p2(0-v2)因此：压气机消耗的功为因此：压气机消耗的功为1）等熵：）等熵：2）等温：）等温：3）多变：）多变：注意：压气机所消耗的功为技术功注意：压气机所消耗的功为技术功因此上述分析可以这样：开口系统因此上述分析可以这样：开口系统能量方程：能量方程：q=h+wt 对等熵和多变过程，设定绝热：对等熵和多变过程，设定绝热：q=0 wt=h1）等熵过程焓值计算：）等熵过程焓值计算：2）多变过程焓值计算：）多变过程焓值计算：等温过程计算按照放热量等于功分析等温过程计算按照放热量等于功分析通常压气机的压缩功消耗用压缩比表示通常压气机的压缩功消耗用压缩比表示三种过程的比较三种过程的比较 三种过程在示功图比较三种过程在示功图比较n1）耗功量见图）耗功量见图4.9，由，由pv图分图分析，当析，当相同、初态相同时，有相同、初态相同时，有n2）终温，当）终温，当相同时相同时 对压缩机影响对压缩机影响等熵压缩过程等熵压缩过程 压缩终了的气体温度最高压缩终了的气体温度最高 对压气机工作不利对压气机工作不利 等温压缩比较有利，但实际做不到等温压缩比较有利，但实际做不到多变过程介于上述两种情况中间多变过程介于上述两种情况中间实际工程中，常采用强化压缩过程的散热或采用分级压缩中间冷却实际工程中，常采用强化压缩过程的散热或采用分级压缩中间冷却措施，以起到既降低耗功和终温，又提高增压比的目的措施，以起到既降低耗功和终温，又提高增压比的目的 两级压缩，中间冷却两级压缩，中间冷却原理原理n中间冷却的压缩机过程分析中间冷却的压缩机过程分析忽略不可逆损失时耗功忽略不可逆损失时耗功假设两个过程的多变指数相同假设两个过程的多变指数相同中间冷却的程度，其极限值是中间冷却的程度，其极限值是T2=T1参数配比为使为使wt最小可配比最小可配比p2参数，令参数，令得到最佳中间压力得到最佳中间压力p2为为或或p2值称为最佳中间压力值称为最佳中间压力两级压缩耗功量为两级压缩耗功量为习题习题:9章思章思1、5；9章习章习1、8、11 结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！23