工程熱力學 課件 第四章 理想氣體的熱力過程

第四章理想氣體的熱力過程4-1研究熱力過程的目的及一般方法基本熱力過程定容過程：汽油機氣缸中工質的燃燒加熱過程定壓過程：燃氣輪機動力裝置燃燒室內的燃燒加熱過程定溫過程：活塞式壓氣機中，氣體的壓縮過程絕熱過程：燃氣流過氣輪機或空氣流經(jīng)葉輪式壓氣機時，流速很大，氣體向外界散失的熱量極少，近乎絕熱這四種典型的可逆過程稱為基本熱力過程第四章理想氣體的熱力過程4-1研究熱力過程的目的及一1研究熱力過程的一般方法工質熱力狀態(tài)的變化規(guī)律及能量轉換狀況與是否流動無關，對于確定的工質只取決于過程特征根據(jù)過程特點，利用狀態(tài)方程式及第一定律解析式得出過程方程式p=f(v)借助過程方程式并結合狀態(tài)方程式，找出不同狀態(tài)時狀態(tài)參數(shù)間的關系，從而由已知初態(tài)確定終態(tài)參數(shù)，或者反之在p-v圖和T-s圖中畫出過程曲線，直觀地表達過程中工質狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律及能量轉換情況研究熱力過程的一般方法2確定工質初、終態(tài)比熱力學能、比焓、比熵的變化量。對于理想氣體，不論過程是否可逆，都可按下列公式計算：變比熱容時

確定工質初、終態(tài)比熱力學能、比焓、比熵的變化量。對于理想氣體3

定值比熱容時定值比熱容時4確定1kg工質對外作出的功和過程熱量各種可逆過程的膨脹功都可由計算各種可逆過程的技術功都可由計算過程熱量可按計算定容過程和定壓過程還可按比熱容乘以溫差計算定溫過程可由溫度乘以比熵差計算確定1kg工質對外作出的功和過程熱量54-2定容過程定容過程定容過程即比體積保持不變的過程，過程方程式為v=定值初、終態(tài)參數(shù)間的關系根據(jù)v=定值和pv=RgT得出，定容過程中氣體的壓力與熱力學溫度成正比定容過程曲線在p-v圖上是一條與橫坐標垂直的直線，在T-s圖上是一條對數(shù)曲線定容過程的熵變量4-2定容過程6在T-s圖上定容吸熱過程線1-2指向右上方，是吸熱升溫增壓過程，定容放熱過程線1-2'指向左下方，是放熱降溫減壓過程在T-s圖上定容吸熱過程線1-2指向右上方，是吸熱升溫增壓過7定容過程的過程功、過程熱量和技術功定容過程的過程功為零，即過程熱量由熱力學第一定律得出定容過程的技術功定容過程中工質不輸出膨脹功，加給工質的熱量全部用于增加工質的熱力學能并使溫度升高，此結論由熱力學第一定律推得，適用于任何工質定容過程的過程功、過程熱量和技術功84-3定壓過程定壓過程定壓過程是工質在狀態(tài)變化過程中壓力保持不變的過程，過程方程式為p=定值初、終態(tài)參數(shù)間的關系根據(jù)p=定值和pv=RgT得出，定壓過程中氣體的比體積與絕對溫度成正比定壓過程曲線在p-v圖上是一水平直線，在T-s圖上也是一條對數(shù)曲線，但較定容線平坦定壓過程的熵變量4-3定壓過程9定壓過程1-2是吸熱升溫膨脹過程，1-2'是放熱降溫壓縮過程定壓過程1-2是吸熱升溫膨脹過程，1-2'是放熱降溫壓縮過程10在T-s圖上定壓過程曲線較定容過程曲線平坦對于可逆定容過程，由于，，得對于可逆定壓過程，由于，，得

因為所以

定容線和定壓線均為正斜率對數(shù)曲線在T-s圖上定壓過程曲線較定容過程曲線平坦11定壓過程的過程功、過程熱量和技術功定壓過程的過程功為

對于理想氣體，定壓過程的過程功為或

理想氣體的氣體常數(shù)Rg數(shù)值上等于1kg氣體在定壓過程中溫度升高1K所作的膨脹功，單位為J/(kg·K)

定壓過程的過程功、過程熱量和技術功12過程熱量由熱力學第一定律得出或任何工質在定壓過程中吸入的熱量等于焓增，放出的熱量等于焓降定壓過程的技術功

工質按定壓過程流過換熱器等設備時，不對外作技術功，，為流動功，熱能轉化的機械能全部用來維持工質流動過程熱量由熱力學第一定律得出13上述過程功、過程熱量和技術功的計算式由過程功定義和熱力學第一定律導出，對任何工質都適用對于理想氣體，過程熱量還可由下式計算與前式比較可得

上式表明，同樣溫度范圍內的平均比定壓熱容與平均比定容熱容之間的關系也遵守邁耶公式上述過程功、過程熱量和技術功的14工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程15工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程16工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程17工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程18工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程19工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程20工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程21工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程22工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程23工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程244-4定溫過程定溫過程定溫過程是工質在狀態(tài)變化過程中溫度保持不變的過程，T=定值，過程方程式為pv=定值初、終態(tài)參數(shù)間的關系根據(jù)T=定值和pv=RgT得出，定溫過程中氣體的壓力與比體積成反比定溫過程線在p-v圖上是一條等軸雙曲線，在T-s圖上則為水平直線4-4定溫過程25第89頁圖4-4定溫過程線1-2是吸熱膨脹降壓過程，1-2'是放熱壓縮增壓過程第89頁圖4-4定溫過程線1-2是吸熱膨脹降壓過程，1-2'26定溫過程的熱力學能、焓和熵變量

理想氣體的熱力學能和焓都只是溫度的函數(shù)，定溫過程的熵變量為定溫過程的過程功、過程熱量和技術功定溫過程的過程功為定溫過程的熱力學能、焓和熵變量27過程熱量為

理想氣體定溫過程的熱量qT和過程功數(shù)值相等，正負相同。定溫膨脹時的吸熱量全部轉變?yōu)榕蛎浌?，定溫壓縮時消耗的壓縮功全部轉變?yōu)榉艧崃?/p>

過程熱量為28技術功為理想氣體定溫穩(wěn)定流經(jīng)開口系時技術功wT與過程熱量qT相同，流動功(p2v2-p1v1)為零，吸熱量全部轉變?yōu)榧夹g功上述過程功、過程熱量和技術功的計算公式及過程方程式只適用于理想氣體技術功為294-5絕熱過程絕熱過程絕熱過程是狀態(tài)變化的任何一微元過程中系統(tǒng)與外界都不交換熱量的過程，即δq=0，全部過程與外界交換的熱量也為零，即q=0可逆絕熱過程又稱為定熵過程可逆絕熱時δqrev=0，故s=定值4-5絕熱過程30過程方程式對理想氣體，可逆過程熱力學第一定律解析式為

或絕熱過程，得比熱容比設比熱容為定值，則γ也為定值，得過程方程式31

定熵過程方程式為微分形式定熵指數(shù)為對于理想氣體，定熵指數(shù)等于比熱容比γ，數(shù)值可由附表3查得工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程32初、終態(tài)參數(shù)的關系將初、終態(tài)的p、v、T參數(shù)代入過程方程及狀態(tài)方程，整理得，當初、終態(tài)溫度變化范圍在室溫到600K之間時，將比熱容比或定熵指數(shù)作為定值誤差不大若溫度變化幅度較大，則用平均定熵指數(shù)kav初、終態(tài)參數(shù)的關系33

或，，在p-v圖和T-s圖上的表示定熵過程線在T-s圖上是垂直于橫坐標的直線，在p-v圖上是高次雙曲線定熵線斜率為

定溫線斜率為因為k>1，所以定熵線斜率的絕對值大于定溫線斜率，定熵線更陡些或34第92頁圖4-5過程線1-2是絕熱膨脹降壓降溫過程，1-2'是絕熱壓縮增壓升溫過程

第92頁圖4-5過程線1-2是絕熱膨脹降壓降溫過程，1-2'35過程中能量的傳遞和轉換絕熱過程體系與外界不交換熱量q=0由閉口系熱力學第一定律解析式得過程功為絕熱過程中工質與外界無熱量交換，過程功只來自工質本身的能量轉換由穩(wěn)流開口系熱力學第一定律解析式得技術功為工質在絕熱過程中所作的技術功等于焓降上述w及wt的計算公式直接由能量守恒式導出，普遍適用于理想氣體和實際氣體的可逆和不可逆絕熱過程過程中能量的傳遞和轉換36對于理想氣體，取定值熱容，可得

對于可逆絕熱過程，可得對于理想氣體，取定值熱容，可得374-6多變過程多變過程多變過程及過程方程式多變過程方程式n為多變指數(shù)，可以是－∞到＋∞之間的任意數(shù)值多變過程服從過程方程，n為一定值初、終態(tài)參數(shù)的關系理想氣體的多變過程，初、終態(tài)參數(shù)間的關系，，4-6多變過程38過程功、技術功及過程熱量多變過程過程功為

對于穩(wěn)流開口系，技術功為多變過程過程功、技術功及過程熱量39

理想氣體定值比熱容時多變過程的熱力學能變量由熱力學第一定律得過程熱量根據(jù)比熱容定義，熱量等于比熱容乘以溫差故多變過程比熱容為理想氣體定值比熱容時多變過程的40多變過程的特性及在p-v圖、T-s圖上的表示

可逆多變過程在p-v圖、T-s圖上是一條任意的雙曲線，過程線的相對位置取決于n值多變過程的能量轉換規(guī)律w/q為

因為k-1>0，所以w/q的比值取決于n小于還是大于kn<k的多變過程即w與q正負相同，，膨脹過程(w>0)，必須對氣體加熱(q>0)壓縮過程(w<0)，氣體必定對外放熱(q<0)多變過程的特性及在p-v圖、T-s圖上的表示411<n<k，則即，，

膨脹過程輸出的過程功大于氣體的吸熱量，氣體的熱力學能減少，溫度降低壓縮過程消耗的過程功大于氣體的放熱量，氣體的熱力學能增大，溫度升高n>k的多變過程即w與q正負相反，，膨脹過程(w>0)，氣體必定對外放熱(q<0)壓縮過程(w<0)，必須對氣體加熱(q>0)1<n<k，則42第97頁圖4-6過程線1-2是多變膨脹吸熱降溫過程，1-2'是多變壓縮放熱升溫過程第97頁圖4-6過程線1-2是多變膨脹吸熱降溫過程，1-2'43工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程44工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程45工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程46工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程47工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程48工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程49工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程50第四章理想氣體的熱力過程4-1研究熱力過程的目的及一般方法基本熱力過程定容過程：汽油機氣缸中工質的燃燒加熱過程定壓過程：燃氣輪機動力裝置燃燒室內的燃燒加熱過程定溫過程：活塞式壓氣機中，氣體的壓縮過程絕熱過程：燃氣流過氣輪機或空氣流經(jīng)葉輪式壓氣機時，流速很大，氣體向外界散失的熱量極少，近乎絕熱這四種典型的可逆過程稱為基本熱力過程第四章理想氣體的熱力過程4-1研究熱力過程的目的及一51研究熱力過程的一般方法工質熱力狀態(tài)的變化規(guī)律及能量轉換狀況與是否流動無關，對于確定的工質只取決于過程特征根據(jù)過程特點，利用狀態(tài)方程式及第一定律解析式得出過程方程式p=f(v)借助過程方程式并結合狀態(tài)方程式，找出不同狀態(tài)時狀態(tài)參數(shù)間的關系，從而由已知初態(tài)確定終態(tài)參數(shù)，或者反之在p-v圖和T-s圖中畫出過程曲線，直觀地表達過程中工質狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律及能量轉換情況研究熱力過程的一般方法52確定工質初、終態(tài)比熱力學能、比焓、比熵的變化量。對于理想氣體，不論過程是否可逆，都可按下列公式計算：變比熱容時

確定工質初、終態(tài)比熱力學能、比焓、比熵的變化量。對于理想氣體53

定值比熱容時定值比熱容時54確定1kg工質對外作出的功和過程熱量各種可逆過程的膨脹功都可由計算各種可逆過程的技術功都可由計算過程熱量可按計算定容過程和定壓過程還可按比熱容乘以溫差計算定溫過程可由溫度乘以比熵差計算確定1kg工質對外作出的功和過程熱量554-2定容過程定容過程定容過程即比體積保持不變的過程，過程方程式為v=定值初、終態(tài)參數(shù)間的關系根據(jù)v=定值和pv=RgT得出，定容過程中氣體的壓力與熱力學溫度成正比定容過程曲線在p-v圖上是一條與橫坐標垂直的直線，在T-s圖上是一條對數(shù)曲線定容過程的熵變量4-2定容過程56在T-s圖上定容吸熱過程線1-2指向右上方，是吸熱升溫增壓過程，定容放熱過程線1-2'指向左下方，是放熱降溫減壓過程在T-s圖上定容吸熱過程線1-2指向右上方，是吸熱升溫增壓過57定容過程的過程功、過程熱量和技術功定容過程的過程功為零，即過程熱量由熱力學第一定律得出定容過程的技術功定容過程中工質不輸出膨脹功，加給工質的熱量全部用于增加工質的熱力學能并使溫度升高，此結論由熱力學第一定律推得，適用于任何工質定容過程的過程功、過程熱量和技術功584-3定壓過程定壓過程定壓過程是工質在狀態(tài)變化過程中壓力保持不變的過程，過程方程式為p=定值初、終態(tài)參數(shù)間的關系根據(jù)p=定值和pv=RgT得出，定壓過程中氣體的比體積與絕對溫度成正比定壓過程曲線在p-v圖上是一水平直線，在T-s圖上也是一條對數(shù)曲線，但較定容線平坦定壓過程的熵變量4-3定壓過程59定壓過程1-2是吸熱升溫膨脹過程，1-2'是放熱降溫壓縮過程定壓過程1-2是吸熱升溫膨脹過程，1-2'是放熱降溫壓縮過程60在T-s圖上定壓過程曲線較定容過程曲線平坦對于可逆定容過程，由于，，得對于可逆定壓過程，由于，，得

因為所以

定容線和定壓線均為正斜率對數(shù)曲線在T-s圖上定壓過程曲線較定容過程曲線平坦61定壓過程的過程功、過程熱量和技術功定壓過程的過程功為

對于理想氣體，定壓過程的過程功為或

理想氣體的氣體常數(shù)Rg數(shù)值上等于1kg氣體在定壓過程中溫度升高1K所作的膨脹功，單位為J/(kg·K)

定壓過程的過程功、過程熱量和技術功62過程熱量由熱力學第一定律得出或任何工質在定壓過程中吸入的熱量等于焓增，放出的熱量等于焓降定壓過程的技術功

工質按定壓過程流過換熱器等設備時，不對外作技術功，，為流動功，熱能轉化的機械能全部用來維持工質流動過程熱量由熱力學第一定律得出63上述過程功、過程熱量和技術功的計算式由過程功定義和熱力學第一定律導出，對任何工質都適用對于理想氣體，過程熱量還可由下式計算與前式比較可得

上式表明，同樣溫度范圍內的平均比定壓熱容與平均比定容熱容之間的關系也遵守邁耶公式上述過程功、過程熱量和技術功的64工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程65工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程66工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程67工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程68工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程69工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程70工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程71工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程72工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程73工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程744-4定溫過程定溫過程定溫過程是工質在狀態(tài)變化過程中溫度保持不變的過程，T=定值，過程方程式為pv=定值初、終態(tài)參數(shù)間的關系根據(jù)T=定值和pv=RgT得出，定溫過程中氣體的壓力與比體積成反比定溫過程線在p-v圖上是一條等軸雙曲線，在T-s圖上則為水平直線4-4定溫過程75第89頁圖4-4定溫過程線1-2是吸熱膨脹降壓過程，1-2'是放熱壓縮增壓過程第89頁圖4-4定溫過程線1-2是吸熱膨脹降壓過程，1-2'76定溫過程的熱力學能、焓和熵變量

理想氣體的熱力學能和焓都只是溫度的函數(shù)，定溫過程的熵變量為定溫過程的過程功、過程熱量和技術功定溫過程的過程功為定溫過程的熱力學能、焓和熵變量77過程熱量為

理想氣體定溫過程的熱量qT和過程功數(shù)值相等，正負相同。定溫膨脹時的吸熱量全部轉變?yōu)榕蛎浌Γ貕嚎s時消耗的壓縮功全部轉變?yōu)榉艧崃?/p>

過程熱量為78技術功為理想氣體定溫穩(wěn)定流經(jīng)開口系時技術功wT與過程熱量qT相同，流動功(p2v2-p1v1)為零，吸熱量全部轉變?yōu)榧夹g功上述過程功、過程熱量和技術功的計算公式及過程方程式只適用于理想氣體技術功為794-5絕熱過程絕熱過程絕熱過程是狀態(tài)變化的任何一微元過程中系統(tǒng)與外界都不交換熱量的過程，即δq=0，全部過程與外界交換的熱量也為零，即q=0可逆絕熱過程又稱為定熵過程可逆絕熱時δqrev=0，故s=定值4-5絕熱過程80過程方程式對理想氣體，可逆過程熱力學第一定律解析式為

或絕熱過程，得比熱容比設比熱容為定值，則γ也為定值，得過程方程式81

定熵過程方程式為微分形式定熵指數(shù)為對于理想氣體，定熵指數(shù)等于比熱容比γ，數(shù)值可由附表3查得工程熱力學課件第四章理想氣體的熱力過程82初、終態(tài)參數(shù)的關系將初、終態(tài)的p、v、T參數(shù)代入過程方程及狀態(tài)方程，整理得，當初、終態(tài)溫度變化范圍在室溫到600K之間時，將比熱容比或定熵指數(shù)作為定值誤差不大若溫度變化幅度較大，則用平均定熵指數(shù)kav初、終態(tài)參數(shù)的關系83

或，，在p-v圖和T-s圖上的表示定熵過程線在T-s圖上是垂直于橫坐標的直線，在p-v圖上是高次雙曲線定熵線斜率為

定溫線斜率為因為k>1，所以定熵線斜率的絕對值大于定溫線斜率，定熵線更陡些或84第92頁圖4-5過程線1-2是絕熱膨脹降壓降溫過程，1-2'是絕熱壓縮增壓升溫過程

第92頁圖4-5過程線1-2是絕熱膨脹降壓降溫過程，1-2'85過程中能量的傳遞和轉換絕熱過程體系與外界不交換熱量q=0由閉口系熱力學第一定律解析式得過程功為絕熱過程中工質與外界無熱量交換，過程功只來自工質本身的能量轉換由穩(wěn)流開口系熱力學第一定律解析式得技術功為工質在絕熱過程中所作的技術功等于焓降上述w及wt的計算公式直接由能量守恒式導出，普遍適用于理想氣體和實際氣體的可逆和不可逆絕熱過程過程中能量的傳遞和轉換86對于理想氣體，取定值熱容，可得

對于可逆絕熱過程，可得對于理想氣體，取定值熱容，可得874-6多變過程多變過程多變過程及過程方程式多變過程方程式n為多變指數(shù)，可以是－∞到＋∞之間的任意數(shù)值多變過程服從過程方程，n為一定值初、終態(tài)參數(shù)的關系理想氣體的多變過程，初、終態(tài)參數(shù)間的關系，