理想气体的热力过程

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四章 气体与蒸气的热力过程,1,研究热力学过程的目的与方法,目的,提高热力学过程的热功转换效率,热力学过程受外部条件影响,主要研究外部条件对热功转换的影响,利用外部条件, 合理安排,过程,，形成最佳,循环,对已确定的,过程,，进行,热力计算,2,研究热力学过程的,对象,与方法,对象,1) 参数 (,p,T,v,u,h,s,) 变化,2) 能量转换关系,q,w,w,t,方法,抽象分类,2) 可逆过程 (不可逆再修正),基本过程,3,研究热力学过程的依据,2) 理想气体,3)可逆过程,1) 热一律,稳流,4,研究热力学过程的,步骤,1) 确定,过程方程,-该过程中参数变化关系,5) 计算,w,w,t,q,4) 求,3) 用,T,-,s,与,p,-,v,图表示,2) 根据以知参数及,过程方程,求,未知,参数,5,理想气体的,定熵,过程,(2) 不仅 ,s,处处相等,绝热,可逆,s,说明:,(1) 不能说,绝热,过程就是,等熵,过程,必须是,可逆绝热,过程才是,等熵,过程。,adiabatic,isentropic,Reversible adiabatic,6,三个条件:,(1),理想气体,(2),可逆过程,(3),k,为常数,理想气体,s,的,过程方程,当,理想气体,7,理想气体,s,的,过程方程,8,若已知,p,1,T,1,T,2, 求,p,2,理想气体变比热,s,过程,自学,9,内能变化,焓变化,熵变化,理想气体,s,u,h,s,的计算,状态参数的变化与过程无关,10,膨胀功,w,理想气体,s,w,w,t,q,的,计算,技术功,w,t,热量,q,11,3-7 理想气体热力过程的综合分析,理想气体的,多变,过程 (Polytropic process),过程方程,n,是常量，,每一过程有一,n,值,n,n = k,s,12,理想气体,n,w,w,t,q,的,计算,多变过程比热容,13,(1),当,n,= 0,(2),当,n,= 1,多变过程与基本过程的关系,(3),当,n,=,k,(4),当,n,=,p,T,s,v,n,p,T,s,v,基本过程是多变过程的特例,isothermal,isentropic,isobaric,isochoric,14,基本过程的计算是我们的基础，要非常清楚，非常熟悉。,基本要求：,拿来就会算,参见书上,表34,公式汇总,理想气体基本过程的计算,15,斜率,理想气体 过程的,p,-,v,T,-,s,图,上凸?下凹？,s,T,v,p,p,p,p,16,斜率,理想气体 过程的,p,-,v,T,-,s,图,上凸?下凹？,s,T,v,p,p,p,v,v,v,17,斜率,理想气体 过程的,p,-,v,T,-,s,图,上凸?下凹？,s,T,v,p,p,p,T,v,v,T,T,18,理想气体 过程的,p,-,v,T,-,s,图,s,T,v,p,p,p,s,v,v,T,T,s,s,19,理想气体基本过程的,p,-,v,T,-,s,图,s,T,v,p,p,p,v,v,T,T,s,s,20,u,在,p,-,v,T,-,s,图上,的,变化趋势,s,T,v,p,u,T,=,u,0,u,0,21,h,在,p,-,v,T,-,s,图上,的,变化趋势,s,T,v,p,h,T,=,u,0,u,0,h,0,h,0,22,w,在,p,-,v,T,-,s,图上,的,变化趋势,s,T,v,p,u,0,u,0,h,0,h,0,w,0,w,0,23,w,t,在,p,-,v,T,-,s,图上,的,变化趋势,s,T,v,p,u,0,u,0,h,0,h,0,w,0,w,0,w,t,0,w,t,0,24,q,在,p,-,v,T,-,s,图上,的,变化趋势,s,T,v,p,u,0,u,0,h,0,h,0,w,0,w,0,w,t,0,w,t,0,q,0,T,q,0,25,u,h,w,w,t,q,在,p,-,v,T,-,s,图上,的,变化趋势,s,T,v,p,u,0,u,0,h,0,h,0,w,0,w,0,w,t,0,w,t,0,q,0,u,h,(,T,),w,(,v,),w,t,(,p,),q,(,s,),q,0,26,p,-,v,T,-,s,图,练习（1）,s,T,v,p,压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？,27,p,-,v,T,-,s,图,练习（2）,s,T,v,p,膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？,28,p,-,v,T,-,s,图,练习（3）,s,T,v,p,膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？,29,3-8 活塞式压气机的压缩过程分析,压气机的作用,生活中：自行车打气。,工业上：锅炉鼓风、出口引风、炼钢、燃气轮机、制冷空调等等,型式结构,活塞式(往复式),离心式,，,涡旋,轴流式，螺杆,连续流动,压力范围,通风机,鼓风机,压缩机,出口当连续流动,Fan,Compressor,Fanner,30,理论压气功(,可逆过程,),指什么功,目的：,研究,耗功,，,越少越好,活塞式压气机的压气过程,技术功,w,t,Minimizing work input,31,(1)、,特别快，来不及换热。,(2)、,特别慢，热全散走。,(3)、,实际压气过程是,可能的压气过程,s,T,n,32,作业,3-16,3-17,3-20,3-21,33,三种压气过程的参数关系,34,三种压气过程功的计算,最小,重要启示,35,两级压缩中间冷却分析,有一个最佳增压比,省功,Work saved,36,最佳增压比的推导,省功,37,最佳增压比的推导,省功,欲求,w,分级,最小值，,可证明,若m级,最佳增压比,38,分级压缩的其它好处,润滑油要求,t,0,Q,A,，,W,A,无法求,S,A,可求,S,状态参数,64,II. 活塞,有,摩擦，导热，准静态等温,解：,1）,活塞移动距离,L,A和B质量和温度不变,I. II.,距离,L,相等,65,II. 活塞,有,摩擦，导热,T,解：,2）,Q,A,，,W,A,摩擦耗功,3）,Q,A+B,66,II. 活塞,有,摩擦，导热,T,解：,4）,S,A,S,A,S,A+B,讨论：,非巧合,S,AB,由摩擦不可逆引起,67,作 业,3-11,3-13,3-14,3-19,若压气机缸套中,求压气机必需的功率,可能达到的最高压力,4-1,68,计算练习题（2）,教材313题,氧气瓶，,V,=,0.04m,3,p,1,=,147.1bar,t,1,=,t,0,=,20,迅速放气，,p,2,=,73.55bar,求：,T,2,，放出的质量,m,p,2,V,已知， 先求,T,2,取氧气瓶为,开口系,，,试用开口系能量方程求,T,2,m,1,m,2,m,69,取氧气瓶为开口系,开口系能量方程,f,(,T,2,),有无过程方程？,T,p,v,s,？,是不是可逆不敢确定,70,取氧气瓶为开口系,气体减少，,dm,本身为正,u,h,m,指瓶中气体状态,对于理想气体，,c,v,=Const,71,取氧气瓶为开口系,绝热钢瓶放气，瓶内气体遵循,特例？,72,计算练习题（3）,一小瓶氦气，初温为,T,A,，小瓶绝热，保温箱初为,真空,，由于小瓶漏气，某时刻，小瓶内温度为,T,A,，箱内氦气温度为,T,B,。氦气为理想气体，试分析,T,A,，,T,A,，,T,B,的大小关系。,T,B,T,A,解：将,T,A,，,T,A,，,T,B,联系取保温箱为系统较好,73,计算练习题（3）,T,B,T,A,解：取保温箱为系统,小瓶内气体遵循,焓,74,第三章 完,End of Chapter Three,75,