理想气体的热力过程课件

第四章第四章 理想气体的热力过理想气体的热力过程程4.14.1研究热力过程的目的及方法研究热力过程的目的及方法4.24.2定容过程定容过程4.34.3定压过程定压过程4.44.4定温过程定温过程4.54.5绝热过程绝热过程4.64.6多变过程多变过程Basic thermodynamic 4.1 4.1 研究热力过程的目的及方法研究热力过程的目的及方法一、研究热力过程的目的一、研究热力过程的目的 以热力学第一定律为基础、理想气体为工质，分以热力学第一定律为基础、理想气体为工质，分析析可逆的基本热力过程可逆的基本热力过程，揭示过程中工质，揭示过程中工质状态参数状态参数的的变化规律变化规律以及以及能量转化能量转化情况，进而找出影响转化的主情况，进而找出影响转化的主要因素。要因素。二、基本热力过程二、基本热力过程4.2 4.2 定容过程定容过程4.3 4.3 定压过程定压过程4.4 4.4 定温过程定温过程4.5 4.5 绝热过程绝热过程注意：注意：工质热力状态变化的规律及能量转换状况与是工质热力状态变化的规律及能量转换状况与是否流动无关，对于确定的工质，它只取决于过程特征。否流动无关，对于确定的工质，它只取决于过程特征。三、研究热力过程的方法和步骤三、研究热力过程的方法和步骤1 1、根据过程的特点，利用状态方程式及第一定律解、根据过程的特点，利用状态方程式及第一定律解析式，得出析式，得出过程方程式过程方程式。2 2、借助过程方程式并结合状态方程式，找出不同状、借助过程方程式并结合状态方程式，找出不同状态时态时状态参数间的关系式状态参数间的关系式。3 3、在、在p-vp-v图和图和T-sT-s图中图中画出过程曲线画出过程曲线，直观地表达过程，直观地表达过程中工质状态参数的变化规律及能量转换情况。中工质状态参数的变化规律及能量转换情况。4 4、确定工质初、终态、确定工质初、终态比热力学能比热力学能、比焓比焓、比熵比熵的变化的变化量。量。5 5、确定、确定1kg1kg工质对外作出的工质对外作出的功功和和过程热量过程热量。n计算公式计算公式l变比热容时变比热容时l定值比热容时定值比热容时适适用用于于理理想想气气体体的的任任何何过过程程l可逆过程的膨胀功可逆过程的膨胀功 l过程热量过程热量 定容过程定容过程定压过程定压过程l可逆过程的技术功可逆过程的技术功 定温过程定温过程4.2 4.2 定容过程定容过程(isometric process;constant volume process)工质在状态变化时比体积保持不变的过程，即工质在状态变化时比体积保持不变的过程，即1 1、过程方程式、过程方程式2 2、初、终态参数间的关系、初、终态参数间的关系 3 3、过程曲线、过程曲线 4 4、过程功过程功5 5、过程热量过程热量 6 6、技术功技术功说明：说明：上述结论直接由热力学第一定律推得，故不限上述结论直接由热力学第一定律推得，故不限于理想气体，对任何工质都适用。于理想气体，对任何工质都适用。l借助比定容热容计算过程热量借助比定容热容计算过程热量7 7、uu、hh、4.3 4.3 定压过程定压过程 (isobaric process;constant pressure process)工质状态变化时压力保持不变的过程，即工质状态变化时压力保持不变的过程，即 1 1、过程方程式、过程方程式 2 2、初、终态参数的关系、初、终态参数的关系 3 3、过程曲线、过程曲线 4 4、过程功、过程功 l理想气体定压过程的过程功可表示为理想气体定压过程的过程功可表示为 表明：表明：理想气体的理想气体的Rg数值上等于数值上等于1kg气体在定压过程气体在定压过程中温度升高中温度升高1K所作的膨胀功，单位为所作的膨胀功，单位为J/(kgK)。例例:某理想气体在定压下从初温某理想气体在定压下从初温40加热到加热到750，并作了容积并作了容积变化功变化功184.6kJ/kg，设比热容为定值，设比热容为定值,k=1.4。该气体的该气体的Rg为为 kJ/(kgK)，热力学能的变化为，热力学能的变化为 kJ/kg。0.26461.5 5 5、过程热量、过程热量 6 6、技术功、技术功l借助比定压热容计算过程热量借助比定压热容计算过程热量说明：说明：上述结论（除上述结论（除4-8a4-8a外）根据热力学第一定律直外）根据热力学第一定律直接导出，故不限于理想气体，对任何工质都适用。接导出，故不限于理想气体，对任何工质都适用。7 7、u、h、4.4 4.4 定温过程定温过程(isothermal process;constant temperature process)工质状态变化时温度保持不变的过程，即工质状态变化时温度保持不变的过程，即 T T定值。定值。1 1、过程方程式、过程方程式 2 2、初、终态参数的关系、初、终态参数的关系3 3、过程曲线、过程曲线 4 4、过程功、过程功 5 5、过程热量、过程热量 6 6、技术功为、技术功为说明：说明：上述结论只适用于理想气体。上述结论只适用于理想气体。7 7、uu、hh、4.5 4.5 绝热过程绝热过程(isentropic process;reversible adiabatic process)绝热过程是状态变化的任何一微元过程中系统与绝热过程是状态变化的任何一微元过程中系统与外界都不交换热量的过程，即外界都不交换热量的过程，即 过程中每一时刻均有过程中每一时刻均有整个过程有整个过程有根据熵的定义根据熵的定义 ，可逆绝热时，可逆绝热时 故有故有 l可逆绝热过程又称定熵过程。可逆绝热过程又称定熵过程。1 1、过程方程式、过程方程式 理想气体，可逆过程的热力学第一定律解析式理想气体，可逆过程的热力学第一定律解析式绝热、两式相除，得绝热、两式相除，得设比热容为定值，则设比热容为定值，则也是定值也是定值定熵指数通常用定熵指数通常用k k表示，定熵过程的方程式为表示，定熵过程的方程式为l对于理想气体，定熵指数等于比热容比，数值可由附表对于理想气体，定熵指数等于比热容比，数值可由附表3 3查得。查得。l对于一般的绝热过程来说，只是近似式。对于一般的绝热过程来说，只是近似式。以微分形式表示的定熵过程方程式：以微分形式表示的定熵过程方程式：更为一般的形式，用来分析过程中参数的变化规律。更为一般的形式，用来分析过程中参数的变化规律。这时，定熵指数为这时，定熵指数为2 2、初、终态参数的关系、初、终态参数的关系说明：说明：（1 1）适用于理想气体，定值比热容，可逆绝热过程。）适用于理想气体，定值比热容，可逆绝热过程。（2 2）若温度变化幅度较大，采用平均定熵指数。）若温度变化幅度较大，采用平均定熵指数。 式中，式中，和和 分别是平均比定压热容和平分别是平均比定压热容和平均比定容热容，由附表均比定容热容，由附表5 5或附表或附表6 6确定。确定。式中，式中，和和 分别是真实比定压热分别是真实比定压热容和真实比定容热容，由附表容和真实比定容热容，由附表3 3或附表或附表4 4确定。确定。n两种平均定熵指数计算方法两种平均定熵指数计算方法3 3、过程曲线、过程曲线 因为，因为，定熵过程线的斜率定熵过程线的斜率 定温过程线的斜率定温过程线的斜率所以，定熵过程线更陡。所以，定熵过程线更陡。4 4、过程中能量的传递和转换、过程中能量的传递和转换 说明：说明：（1 1）绝热过程中工质与外界无热量交换，过程功只）绝热过程中工质与外界无热量交换，过程功只来自工质本身的能量转换。来自工质本身的能量转换。（2 2）式（）式（4-204-20）普遍适用于理想气体和实际气体进）普遍适用于理想气体和实际气体进行得可逆和不可逆绝热过程。行得可逆和不可逆绝热过程。若为理想气体，且比热容为定值，推得若为理想气体，且比热容为定值，推得对于可逆的绝热过程，还可推得对于可逆的绝热过程，还可推得0说明：说明：（1 1）工质在绝热过程中所作的技术功等于焓降。）工质在绝热过程中所作的技术功等于焓降。（2 2）式（）式（4-224-22）普遍适用于理想气体和实际气体进）普遍适用于理想气体和实际气体进行得可逆和不可逆绝热过程。行得可逆和不可逆绝热过程。若为理想气体，且比热容为定值，推得若为理想气体，且比热容为定值，推得对于可逆的绝热过程，还可推得对于可逆的绝热过程，还可推得l绝热过程的技术功式过程功的绝热过程的技术功式过程功的k k倍，即倍，即5 5、uu、hh、4.6 4.6 多变过程多变过程(polytropic process)1 1、多变过程及过程方程式、多变过程及过程方程式 凡过程方程为凡过程方程为 的过程，称为多变过程。的过程，称为多变过程。式中，式中，n n为多变指数，为多变指数，说明：说明：多变过程更为一般化，但并非任意的过程，仍多变过程更为一般化，但并非任意的过程，仍遵循一定的规律变化。遵循一定的规律变化。2 2、初、终态参数的关系、初、终态参数的关系3 3、过程功、技术功及过程热量、过程功、技术功及过程热量对于稳流开口系，其技术功为对于稳流开口系，其技术功为l多变过程的技术功式过程功的多变过程的技术功式过程功的n n倍，即倍，即多变过程的比热容为多变过程的比热容为理想气体定值比热容时多变过程的热力学能变化量理想气体定值比热容时多变过程的热力学能变化量4 4、过程曲线、过程曲线l可逆的多变过程是一条任意的双曲线，过程线的相可逆的多变过程是一条任意的双曲线，过程线的相对位置取决于对位置取决于n n值。值。l图中示出了图中示出了1 1n nk k时的多变过程。时的多变过程。分析多变过程表现出的过程特性：分析多变过程表现出的过程特性：l可以通过分析其能量转换规律可以通过分析其能量转换规律 得到解释。得到解释。（1 1）n nk k的多变过程（的多变过程（w w与与q q正负相同）正负相同）膨胀过程，必须对气体加热；膨胀过程，必须对气体加热；压缩过程，气体必定对外放热。压缩过程，气体必定对外放热。（2 2）n nk k的多变过程（的多变过程（w w与与q q正负相反）正负相反）膨胀过程，气体必须对外放热；膨胀过程，气体必须对外放热；压缩过程，必须对气体加热。压缩过程，必须对气体加热。5 5、过程综合分析、过程综合分析考虑多变过程的过程方程考虑多变过程的过程方程当当n=0n=0时，时，p=p=定值，定压过程；定值，定压过程；当当n=1n=1时，时，pvpv=定值定值，定温过程；定温过程；当当n=kn=k时，时，绝热过程；，绝热过程；当当 时，时，v=v=定值，定容过程。定值，定容过程。l四种基本热力过程可视为多变过程的特例。四种基本热力过程可视为多变过程的特例。（1 1）过程线的分布规律）过程线的分布规律p-vp-v图上，多变过程线的斜率，可由其过程方程式的微分式图上，多变过程线的斜率，可由其过程方程式的微分式演化得出，即演化得出，即T-sT-s图上，多变过程线的斜率，可由图上，多变过程线的斜率，可由 得出，将得出，将 代入，得代入，得（2 2）坐标图上过程特性得判定）坐标图上过程特性得判定l过程功的正负以定容线为分界；过程功的正负以定容线为分界；l过程热量的正负以定熵线为分界；过程热量的正负以定熵线为分界；l理想气体热力学能（或焓）的增减以定温线为分界。理想气体热力学能（或焓）的增减以定温线为分界。例例4-14-1，例例4-24-2，例例4-34-3，例例4-44-4