工程热力学课件：第4章 理想气体的热力过程1

第四章理想气体的热力过程 主要内容§4–1研究热力过程的目的及一般方法§4–2定压、定容和定温过程§4–3等比熵（可逆绝热）过程§4–4多变过程 §4–1研究热力过程的目的及一般方法一、基本热力过程气体动力循环柴油机 汽油机气缸燃烧加热定容过程燃气轮机燃烧室燃烧加热定压过程活塞式压气机冷却定温过程燃气流经燃气轮机绝热过程基本过程 1）目的：以第一定律为基础，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。二、研究热力过程的目的、方法 6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。确定工质初终态比热力学能、比焓、比熵的变化量 §4–2定压、定容和定温过程一、定容过程（v=常数）初终态参数间的关系刚性容器吸热放热 定容过程：在p-v图及T-s图上表示v=常数 Δu、Δh和Δs定容过程 w、wt和q定容过程 二、定压过程（p=常数）加热器、冷却器、锅炉等初终态参数间的关系 定压过程：p=常数在p-v图及T-s图上表示 Δu、Δh和Δs定压过程 w、wt和q定压过程 三、定温过程（T=常数）初终态参数间的关系 定温过程：T=常数在p-v图及T-s图上表示 17定温过程Δu、Δh和Δs 18定温过程w、wt和q 例题：加热储气罐内的氧气一容积为0.15m3的储气罐内有氧气，初态压力p1=0.55MPa，温度t1=38℃，罐上装有压力控制阀，压力超过0.7MPa时，阀门打开，维持罐内压力为0.7MPa，对罐内氧气加热，问：当罐中氧气温度为285℃时，对罐内共加入多少热量？（Rg=260J/kg·K；cv=657J/kg·K；cp=917J/kg·K） 解：氧气 QV：因1到2为定比体积过程，过程中m不变，所以 Qp：2到3过程中气体压力不变，但质量改变 注意：本题也可以从基本能量方程着手，对2到3过程考虑流入-流出=内增据质量守恒且据平衡态he=h，则 §4–3等比熵（可逆绝热）过程q=0s=常数等比熵ds=0内燃机气缸工质的膨胀和压缩压缩机压缩过程汽轮机、燃气轮机喷管中的膨胀过程近似可逆绝热过程 一、过程方程q=0 取定比热容，积分温度变化速度较大用代替 1）2）得由推导过程，上述过程方程及初、终态关系适用于：理想气体，定比热，可逆绝热过程。初、终态之间的关系 29二、在p-v图及T-s图上表示s=常数 30 五、w，wt和q 或 0六、变比热绝热过程的计算1、查附表过程功的计算 342、令初终态参数之间的关系 定义相对压力比较（A）与（B）压力与温度关系相对比体积附表8 基本过程是多变过程的特例(1)当n=0(2)当n=1(3)当n=k(4)当n=∞pTsv §4–4多变过程一、过程方程实际热机中，有些过程不能简化为四种基本过程，且p与v接近之间关系接近指数关系。n变化不大，用平均值n变化较大，分段 38二、Δu、Δh和Δs 39三、w，wt和q 40q= 四、比热容 五、在p-v图及T-s图上表示nn 六、多变指数 44七、多变过程的过程特性（能量关系w/q）： 膨胀，吸热，压缩,放热膨胀，放热，压缩,吸热其中k取整个过程的平均值kav。如柴油机的膨胀过程，平均多变指数n2<气体kav，w>0，故为吸热过程。 基本过程是多变过程的特例(1)当n=0(2)当n=1(3)当n=k(4)当n=∞pTsv八、过程的综合分析（图的绘制） 1、四个基本热力过程在p-v图、T-s图上的相对位置斜率 48n n 502、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 51过程功正负定容线分界过程热量正负定熵线分界热力学能或焓正负定温线分界 例题：某理想气体经历4个过程，如T-s图1）将各过程画在p-v图上；2）指出过程加热或放热，膨胀或压缩。解：1-21-3 1-41-5 543、在T-s图上用图形面积表示Δu和Δh例：ha-hb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qb）qp=Δh，qv=Δua 例题：如图，某种理想气体有两任意过程a-b和a-c，已知b，c在同一可逆绝热线上，试问：Δuab和Δuac哪个大？解：（方法一）过b、c分别作等温线 （方法二）考虑过程bc 例题：0.5kmol某种单原子理想气体，由25°c，2m3可逆绝热膨胀到1atm，然后在此状态的温度下定温可逆压缩回到2m3。1）画出各过程的p-v图及T-s图；2）计算整个过程的Q，W，ΔU，ΔH及ΔS。 2）先求各状态参数解：1） 例题：封闭气缸中，气体初态p1=8MPa，t1=1300℃，经过可逆的多变膨胀过程变化到终态p2=0.4MPa，t2=400℃。已知该气体的气体常数Rg=0.287kJ/kg·k，试判断气体在该过程中各是放热还是吸热的？（比热为常数cV=0.716kJ/kg·k） 解：1到2是可逆多变过程，对初，终态用理想气体状态方程式有 所以多变指数 多变过程膨胀功故是吸热过程 思考题1绝热过程是否一定是定熵过程？2定熵过程的过程方程式是否一定是pvk＝常量？3是否所有的热力过程都是多变过程？4试根据p-v图上四种基本热力过程的过程曲线的位置，画出自点1出发的下述过程的过程曲线，并指出其变化范围：(1)热力学能增大及热力学能减小的过程；(2)吸热过程及放热过程。5试根据T-s图上四种基本热力过程的过程曲线的位置，画出自点1出发的下述过程的过程曲线，并指出其变化范围：(1)膨胀作功的过程及压缩耗功的过程；(2)压力升高的过程及压力降低的过程。6如图4-8所示，1-2及1-3为两个任意过程，而2-3为一多变过程。试问：当多变过程的多变指数n＝0.9或n＝1.1时，1-2和1-3两过程的热力学能的变化Δu1,2和Δu1,3哪一个大？