理想气体的热力过程及气体压缩.课件

第四章第四章 理想气体的热力过程及气体压缩理想气体的热力过程及气体压缩第四章理想气体的热力过程及气体压缩1本章目录本章目录4.1研究热力过程的目的及一般方法研究热力过程的目的及一般方法4.2 定容、定压和定温过程定容、定压和定温过程4.3 定定熵熵过程过程4.4 多变过程多变过程4.5 压气机的热力过程压气机的热力过程4.6活塞式活塞式压气机余隙容积的影响压气机余隙容积的影响4.7 多级压缩及中间冷却多级压缩及中间冷却本章目录4.1研究热力过程的目的及一般方法4.2定容、定2（1）过程方程、状态参数间的关系）过程方程、状态参数间的关系（2）热力过程在坐标图上表示）热力过程在坐标图上表示（3）过程程u、h和和s（4）过程中的功量和热量）过程中的功量和热量对每个热力过程，都是从以下几方面来分析的：（1）过程方程、状态参数间的关系（2）热力过程在坐标图上表示31、研究热力过程的目的、研究热力过程的目的实现预期的能量转化，合理安排热力过程，从实现预期的能量转化，合理安排热力过程，从而提高动力装置的热经济性。而提高动力装置的热经济性。对确定的过程，也可计算热、功多少。对确定的过程，也可计算热、功多少。4.1研究热力过程的目的及一般方法研究热力过程的目的及一般方法1、研究热力过程的目的4.1研究热力过程的目的及一般方法452、研究热力过程的步骤研究热力过程的步骤求出求出过程方程过程方程p=f(v)及计算各过程初、终态参数。及计算各过程初、终态参数。确定过程中功和热转化的数量关系。确定过程中功和热转化的数量关系。画出过程的画出过程的p-v图及图及T-s图，帮助直观分析过程中图，帮助直观分析过程中参数间关系及能量关系。参数间关系及能量关系。计算过程中的内能、焓、熵的变化计算过程中的内能、焓、熵的变化3、研究热力过程的方法和依据、研究热力过程的方法和依据热一律解析式，可逆过程热一律解析式，可逆过程理想气体性质理想气体性质52、研究热力过程的步骤求出过程方程p=f(v)及计算各过5(2)理想气体理想气体(1)热一律热一律(2)理想气体(1)热一律6(3)可逆过程可逆过程(3)可逆过程784.2定容、定压和定温过程定容、定压和定温过程1、定容过程（、定容过程（v=常数）常数）（1）状态参数间的关系）状态参数间的关系（2）热力过程在坐标图上表示）热力过程在坐标图上表示84.2定容、定压和定温过程1、定容过程（v=常数）（89（3）定容定容过程程u、h和和s9（3）定容过程u、h和s9（4）定容过程中的功量和热量）定容过程中的功量和热量（4）定容过程中的功量和热量10112、定压过程（、定压过程（p=常数）常数）（1）状态参数间的关系）状态参数间的关系（2）热力过程在坐标图上表示）热力过程在坐标图上表示112、定压过程（p=常数）（1）状态参数间的关系（2）热1112定容过程：定容过程：定压过程：定压过程：定容线的斜率大于定压线的斜率，即定容线定容线的斜率大于定压线的斜率，即定容线比定压线陡。比定压线陡。12定容过程：定压过程：定容线的斜率大于定压线的斜率，即定12（3）求定）求定压过程程u、h和和s（3）求定压过程u、h和s13（4）求定压过程中的热量和功量）求定压过程中的热量和功量（4）求定压过程中的热量和功量14153、定温过程、定温过程（1）状态参数间的关系）状态参数间的关系（2）热力过程在坐标图上表示）热力过程在坐标图上表示？153、定温过程（1）状态参数间的关系（2）热力过程在坐标1516（3）求定温）求定温过程程u、h和和s16（3）求定温过程u、h和s1617（4）求定温过程中的热量和功量）求定温过程中的热量和功量17（4）求定温过程中的热量和功量174.3 4.3 定熵定熵过程过程绝热绝热可逆可逆说明说明:不能说不能说绝热绝热过程就是过程就是定熵定熵过程过程,必须是必须是可逆绝热可逆绝热过程才是过程才是定熵定熵过程。过程。1、定义、定义S4.3定熵过程绝热可逆说明:不能说绝热过程就是定熵过程18三个条件三个条件:(1)理想气体理想气体(2)可逆过程可逆过程(3)k比热容比或绝热指数比热容比或绝热指数，为常数。为常数。2 定熵定熵过程方程过程方程如果近似的把比热容当作定值，则比热容比也是定值。三个条件:2定熵过程方程如果近似的把比热容当作定值，则比193、理想气体、理想气体 s 的的各参数之间的关系各参数之间的关系3、理想气体s的各参数之间的关系20214、等熵过程在坐标图上表示、等熵过程在坐标图上表示理想气体可逆绝热膨胀时，p和T都降低。214、等熵过程在坐标图上表示理想气体可逆绝热膨胀时，p和21225、等、等熵过程程u、h和和s225、等熵过程u、h和s22236、等熵过程、等熵过程w，wt和和q或或0236、等熵过程w，wt和q或02324024024254.4多变过程多变过程1、过程方程、过程方程n多变指数，不同的多变过程有不同的多变过程有不同的n值，每个值，每个n值代表一个多变过程值代表一个多变过程。其中当其中当n取以下几种数值时，将代表理想气体的四个典型热力过程。(1)当当n=0时时，(2)当当n=1时时，(3)当当n=k时时，(4)当当n=时时，pTSV254.4多变过程1、过程方程n多变指数，不同的多变25262、多变指数n的求取已知多变过程线上两点,262、多变指数n的求取已知多变过程线上两点,26273、多变过程的分析（1）初、终参数关系式（2）多变过程膨胀功（3）多变过程技术功273、多变过程的分析（1）初、终参数关系式（2）多变过程2728（4）多变过程的）多变过程的热量热量及及多变比热容多变比热容对于理想气体：对于理想气体：多变比热容任何工质、任何过程28（4）多变过程的热量及多变比热容对于理想气体：多变2831（6）多变过程多变过程u、h和和s31（6）多变过程u、h和s31 将过程123表示在P-V图上，如图45所示。各状态点基本参数：将过程123表示在P-V图上，如图45所示。33 因为因为 所以所以又因为又因为 所以所以 氧气的氧气的质量：量：氧气的定氧气的定值比比热容：容：因为所以又因为34焓变化：化：(1)定压过程定压过程12：热力学能变化：热力学能变化：熵变化：熵变化：热量：热量：膨胀功：膨胀功：焓变化：定压过程12：热力学能变化：熵变化：热量35焓变化：化：热力学能变化：热力学能变化：熵变化：熵变化：热量：热量：膨胀功：膨胀功：（2）定容过程2-3：由于理想气体热力学能和焓都是温度的单值函数，而过程123中所以焓变化：热力学能变化：熵变化：热量：膨胀功：（36（1）定温过程）定温过程:空气的气体常数空气的气体常数:膨胀功膨胀功:热量热量:终态温度：终态温度：熵变熵变化：化：（1）定温过程:空气的气体常数:膨胀功:热37（2）定熵过程）定熵过程:膨胀功膨胀功:热量热量:终态温度：终态温度：熵变熵变化：化：（2）定熵过程:膨胀功:热量:终态温度：38多多变指数指数:压缩功：功：多变指数:压缩功：39404.5压气机的热力过程压气机的热力过程404.5压气机的热力过程4041（1）压缩气体的用途：）压缩气体的用途：1、概述、概述（2)压气机分类压气机分类（3）几个基本概念）几个基本概念2、单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量（1）工作原理）工作原理(3)WC取决于初、终态及取决于初、终态及过程特征过程特征（2）压气机耗功：）压气机耗功：(4)讨论讨论41（1）压缩气体的用途：1、概述（2)压气机分类（4142（1）压缩气体的用途：）压缩气体的用途：u作作为动力，可以力，可以驱动各种各种风动机械、机械、风动工具工具u冶金炉、冶金炉、锅炉中的鼓炉中的鼓风u大、中型柴油机的启大、中型柴油机的启动u国防工国防工业中某些武器如中某些武器如导弹、鱼雷的雷的发射，潜水艇的射，潜水艇的沉浮、沉船打沉浮、沉船打捞等。等。u各种各种热能能动力装置如内燃机、燃气力装置如内燃机、燃气轮机、航空机、航空发动机机需要高需要高压空气空气进行行强化燃化燃烧和做功。和做功。u人工制冷：如氨或氟利昂的人工制冷：如氨或氟利昂的压缩。u气体的分离，利用气体气体的分离，利用气体经压缩、冷却、膨、冷却、膨胀而液化。而液化。1、概述、概述42（1）压缩气体的用途：1、概述4243（2压气机分类压气机分类活塞式压力高，流量小叶轮式压力低，流量大压头高低压头高低通风机表压0.115MPa以下鼓风机表压0.1150.35MPa压气机表压0.35MPa以上工作原理工作原理43（2压气机分类活塞式压力高，流量小叶轮式压力低，流4344上止点、下止点，进气阀、排气阀、行程、内径（3）几个基本概念）几个基本概念余隙容积：活塞处于上止点时，活塞顶面与缸盖之间的空隙。44上止点、下止点，进气阀、排气阀、行程、内径（3）几个基44452、单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量（1）工作原理）工作原理f-1：吸气，传输推动功p1v11-2：压缩，耗外功2-g：排气，传输推动功p2v2（2）压气机耗功：）压气机耗功：452、单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量（1）工45因为因为所以至此：理论轴功取决于初、终态及过程特征理论轴功取决于初、终态及过程特征因为所以至此：理论轴功取决于初、终态及过程特征46473、WC取决于初、终态及取决于初、终态及过程特征过程特征等温压缩等温压缩出473、WC取决于初、终态及等温压缩出4748(3)WC取决于初、终态及取决于初、终态及过程特征过程特征定熵定熵压缩压缩因为48(3)WC取决于初、终态及定熵压缩因为4849(3)WC取决于初、终态及取决于初、终态及过程特征过程特征多变多变压缩压缩因为49(3)WC取决于初、终态及多变压缩因为4950，且终温最高，且终温最高改善压气机的工作性能：改善压气机的工作性能：(4)讨论讨论50，且终温最高改善压气机的工作性能：(4)讨论50也可以：也可以：51也可以：也可以：52534.6活塞式活塞式压气机气机余隙容积的影响余隙容积的影响1、余隙容积、余隙容积clearancevolume2、工作过程、工作过程3、余隙容积对排气量的影响、余隙容积对排气量的影响534.6活塞式压气机余隙容积的影响1、余隙容积c53544.6活塞式活塞式压气机气机余隙容积的影响余隙容积的影响1、余隙容积、余隙容积clearancevolume原因：原因：防止排气时，活塞壁与气缸壁碰防止排气时，活塞壁与气缸壁碰撞，引起事故。压气机余隙容积的存在，撞，引起事故。压气机余隙容积的存在，则余隙容积残留气体在工作中产生气垫作则余隙容积残留气体在工作中产生气垫作用，增强压气机在运行中的平稳性。用，增强压气机在运行中的平稳性。余余隙隙容容积积：空空气气压压缩缩机机在在排排气气时时，活活塞塞位位于于上上死死点点位位置置，它它和和气气缸缸壁壁保保留留一一部部分分空空间间，这这些空间叫作些空间叫作余隙容积。余隙容积。544.6活塞式压气机余隙容积的影响1、余隙容积c54551-2质量质量m1气体压缩：气体压缩：p1p2气体排向储气罐气体排向储气罐3-4气体膨胀气体膨胀p2p14-1气体吸入气缸气体吸入气缸2、工作过程、工作过程2-3551-2质量m1气体压缩：p1p255活塞排量活塞排量Vh=V1V3余隙容积余隙容积Vc=V3有效吸气容积有效吸气容积Ves=V1V4余隙容积比余隙容积比C=Vc/Vh3、余隙容积对排气量的影响、余隙容积对排气量的影响（1）几个概念）几个概念活塞排量Vh=V1V3余隙容积Vc=56573、余隙容积对排气量的影响、余隙容积对排气量的影响（1）容积效率）容积效率volumetricefficiency（2）影响）影响一般10-12573、余隙容积对排气量的影响（1）容积效率volume57584、余隙容积对理论耗功的影响、余隙容积对理论耗功的影响但有但有584、余隙容积对理论耗功的影响但有58594.6多多级压缩和和级间冷却冷却(multistagecompressionandinterveningcooling)1、多级压缩和中间冷却、多级压缩和中间冷却2、级间压力确定、级间压力确定3、讨论：、讨论：594.6多级压缩和级间冷却(multistage59604.6多多级压缩和和级间冷却冷却(multistagecompressionandinterveningcooling)1、多级压缩和中间冷却、多级压缩和中间冷却降低排气温度，降低排气温度，节省功耗。节省功耗。增大容积效率增大容积效率是指气体是指气体依次在几个气缸中依次在几个气缸中连续压缩连续压缩，同时为了避免过，同时为了避免过高的温度和减少气体的比容高的温度和减少气体的比容以降低下一级所消耗的功，以降低下一级所消耗的功，在前在前一级一级压缩后，将气体引压缩后，将气体引入入中间冷却器中间冷却器进行定压冷却进行定压冷却至初始温度，然后进行至初始温度，然后进行下一下一级继续级继续压缩，直到所需要的压缩，直到所需要的压力为止。压力为止。604.6多级压缩和级间冷却(multistage602-5 低压气缸向中间冷却器的排气过程低压气缸向中间冷却器的排气过程5-2冷却后的气体被吸入高压气缸的过程冷却后的气体被吸入高压气缸的过程2-5低压气缸向中间冷却器的排气过程5-2冷却后的气体被61622、级间压力确定、级间压力确定设622、级间压力确定设62632、级间压力确定、级间压力确定632、级间压力确定6364646465）3、讨论：、讨论：因65）3、讨论：因6566）3、讨论：、讨论：66）3、讨论：6667）4、压缩机的效率、压缩机的效率（1）67）4、压缩机的效率（1）6768（2）68（2）68696969707070717171727272总结总结四种典型热力过程：四种典型热力过程：定压过程、定温过程定压过程、定温过程 定容过程、绝热过程定容过程、绝热过程多变过程多变过程应用：应用：压气机的工作原理压气机的工作原理 理想压气机理想压气机 实际压气机实际压气机 多级压气机多级压气机总结四种典型热力过程：定压过程、定温过程73基本过程的计算是我们的基础，基本过程的计算是我们的基础，要非常清楚，非常熟悉。要非常清楚，非常熟悉。基本要求：基本要求：拿来就会算拿来就会算参见书上参见书上表表41公式汇总公式汇总理想气体基本过程的计算理想气体基本过程的计算基本过程的计算是我们的基础，要非常清楚，非常74p-v,T-s图图练习（练习（1）sTvp压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？p-v,T-s图练习（1）sTvp压缩、升温、放热的过程，终75p-v,T-s图图练习（练习（2）sTvp膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？p-v,T-s图练习（2）sTvp膨胀、降温、放热的过程，终76p-v,T-s图图练习（练习（3）sTvp膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？p-v,T-s图练习（3）sTvp膨胀、升温、吸热的过程，终77本章作业本章作业P81:思考题思考题4-3P82-83：习题4-2、4-6、4-8、4-10、4-13、4-15本章作业P81:思考题4-378