工程热力学课件第四章

,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,*,1,第 四 章,气体和蒸汽的基本的热力过程,Basic thermodynamic process,4-1,研究热力过程的目的及一般方法,4-2,理想气体的定压、定容和定温过程,4-3,理想气体等比熵（可逆绝热）过程,4-4,理想气体多变过程,4-5,水蒸气的基本过程,2,41,研究热力过程的目的及一般方法,一、基本热力过程,(,fundamental,thermodynamic process,),热力设备中，为了实施热能与机械能间的相互转换，通常通过气态工质的吸热、膨胀、放热、压缩等一些热力状态变化过程实现。,不同热力设备的过程可近似为,定容,、,定压,、,定温,和,绝热,过程。,工程热力学把这四种典型可逆过程称为,基本热力过程,。,工质基本热力过程的分析和计算是热力设备设计计算的基础和依据。,对于实际不可逆耗损，通常采用,经验系数,修正。,3,工质工作过程中缸压和气缸容积的关系,=,常数,这样的可逆过程称为,多变过程,(polytropic process),即,n,称为,多变指数,(polytropic exponent),4,(,isobaric process;constant pressure process,),(,isometric process;constant volume process,),(,isentropic process;reversible adiabatic process,),(,isothermal process;constant temperature process,),常数,如：,燃气轮机,、,制冷机,如：,蒸汽电厂冷凝器,如：,汽轮机,如：,汽油机,5,1,目的,以热力学第一定律为基础，理想气体为工质，分析可逆的基本热力过程中能量转换、传递关系，揭示过程中,工质状态参数的变化规律及热量和功量的计算,。,2,方法和手段,求出过程方程及计算各过程初终态参数。,根据第一定律及理想气体性质计算过程中功和热。,画出过程的,p-v,图及,T-s,图，帮助直观分析过程中,参数间关系及能量关系。,可用的公式。,二、研究热力过程的目的、方法,6,7,42,理想气体的定压、定容和定温过程,一、过程方程,定容过程（,v,=,常数）,定压过程（,p,=,常数）,即定容过程中气体的压力与热力学温度成正比,即定压过程中气体的比体积与热力学温度成正比,8,定温过程,二、在,p,v,图及,T,s,图上表示,斜率,即定压过程中气体的压力与比体积成反比。,只要求出这两个值，就可以在,p-v,图和,T-s,图上画出多变过程线。,9,定容过程,：,定压过程,：,定温过程,：,10,三、比热容,定容过程 定压过程 定温过程,四、,u,、,h,和,s,定容过程,11,定压过程,定温过程,12,五、,w,w,t,和,q,定容过程,定压过程,13,定温过程,14,43,理想气体等比熵（可逆绝热）过程,一、过程方程,设定比热容，上式积分,定熵指数,15,由推导过程，上述三式适用于,：,理想气体，定比热，可逆绝热过程,。,二、在,p,v,图及,T,-,s,图上表示,与定温线斜率 相比，因,k1,，定熵线更陡些。,16,17,三、比热容,四、,18,五、,w,，,w,t,和,q,或,0,0,19,定义相对压力,P,r,比较式（,A,）与式（,B,）,令,即定熵过程中气体的压力（,比体积,）比等于相对压力（,比体积,）比。,六、变比热绝热过程的计算,同理,P,r,、,v,r,都只是温度的函数。,20,例,1,空气以,q,m,=0.012kg/s,的流量稳定流过压缩机，入口参数,P,1,=0.102MPa,、,T,1,=305K,，可逆压缩到出口压力,P,2,=0.51MPa,，然后进入储气罐。求,1kg,空气的焓变量,h,和熵变量,s,，以及压缩机消耗的功率,P,t,和每小时的散热量,q,Q,。试分别按定值比热容和变比热容计算。,21,44,理想气体多变过程,一、过程方程,二、在,p,-,v,图及,T,-,s,图上表示,多变过程是一般化的可逆过程，服从过程方程,pv,n,=,定值,22,三、,u,h,和,s,定比热容,23,四、,w,，,w,t,和,q,24,q,=,五、比热容,25,六、多变指数,或由,26,七、多变过程的能量关系,w,/,q,膨胀，吸热,;,压缩,放热,膨胀，放热,;,压缩,吸热,27,八、关于,T,-,s,图及,p,-,v,图,1.,在,p,-,v,图上确定,T,增大及,s,增大方向,?,在,T,-,s,图上确定,p,增大及,v,增大方向,?,利用特殊过程的特性，如,利用过程的能量关系，如,0,28,通过过程线可以分析过程能量传递的方向,过程功的正负以,定容线,分界；,过程热量的正负以,定熵线,分界；,理想气体热力学能（或焓）仅为温度函数，以,定温线,分界；,29,2.,在,T-s,图上用图形面积表示,h,例：,h,a,-,h,b,用什么面积表示,?,考虑过程等压,c,依据,：,a,）,T-s,图上过程下面积表示,q,b,）,q,p,=,h,，,q,v,=,u,a,30,例,2,：封闭气缸中气体初态,p,1,=8MPa,，,t,1,=1 300,，经可逆多变膨胀过程变化到终态,p,2,=0.4 MPa,，,t,2,=400,。已知该气体的气体常数,R,g,=0.287 kJ/(kgK),，试判断气体在该过程中是放热还是吸热的？气体比热容为常数，,c,V,=0.716 kJ/(kgK),。,31,45,水蒸气的基本过程,一、基本公式,过程中状态参数确定,图表或专用程序计算。,功、热量的计算式：,最后三式仅适用于,可逆过程,。,32,利用图表分析计算水蒸气的状态变化过程一般步骤：,（,1,）根据初态的已知两个参数，从表或图中查得其他参数；,（,2,）根据过程特征及一个终态参数确定终态，再从表或图上查得其他参数；,（,3,）根据已求得的初、终态参数计算,q,、,u,及,w,。,33,h,-,s,简化图,34,二、定压过程,汽化潜热,p,/MPa,0.001,0.01,0.1,1,10,22.12,/(kJ/kg),2 485.0,2 392.9,2 257.9,2 013.6,1 319.7,0,35,三、定熵过程,注意：水蒸气,其中,为经验数字,过热蒸汽,饱和蒸汽,湿蒸汽,或,36,四、定容过程,v,v,c,时，定容加热,x,上升,定容加热时,x,如何变化,？,思考：,37,例,3,：,汽缸,-,活塞系统内有,0.5kg,，,0.5MPa,，,260,的水蒸气。试确定缸内蒸汽经,可逆等温,膨胀到,0.20MPa,作的功与热量。,P,2,=0.20 MPa,，,t,2,=260,时,查过热蒸汽表,也可以查,h-s,图,p,1,=0.5 MPa,，,t,1,=260,时,教材表,3-7,摘录自严家騄 著,水和水蒸汽热力性质图表,(,高等教育出版社,),38,h,-,s,简化图,39,例,4,：,一,封闭绝热,的气缸活塞装置内有,1kg,压力为,0.2MPa,的,饱和水,，气缸内维持压力恒定不变。（,1,）若装设一叶轮搅拌器，搅动水，直至气缸内,80%,的水蒸发为止，求带动此搅拌器需消耗多少功？（,2,）若除去绝热层，用,450K,的恒温热源来加热气缸内的水，使,80%,的水蒸发，这时热源的加热量是多少？,h,