理想氣體的熱力過程

第四章氣體與蒸氣的熱力過程研究熱力學(xué)過程的目的與方法目的__提高熱力學(xué)過程的熱功轉(zhuǎn)換效率熱力學(xué)過程受外部條件影響主要研究外部條件對(duì)熱功轉(zhuǎn)換的影響P?利用外部條件，合理安排過程，形成最佳循環(huán)k對(duì)己確定的過程，進(jìn)行熱力計(jì)算研究熱力學(xué)過程的對(duì)象與方法對(duì)象1）參數(shù)（p，T，v，u，h，s）變化2）能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，，w，方法廠-11）抽象分類[???@]?-Z—-~基本過程2）可逆過程（不可逆再修正）研究熱力學(xué)過程的依據(jù)1）熱一律穩(wěn)流2）理想氣體3）可逆過程而=du+6

U，二dh+8

Vi;i~q

=A/z+—Ac"+gAz+vv’s.pv=RTc—cv=Rk=—Cvu=f(T)h=f(T)研究熱力學(xué)過程的步驟1）確定過程方程——該過程中參數(shù)變化關(guān)系P=f(y)，T=f(p)，T=f(v)2）根據(jù)以知參數(shù)及過程方程求未知參數(shù)3）

用r-s與p-v圖表示4）求Aw，A/z，As*5）計(jì)算wywt^q理想氣體的定熵過程可逆絕熱ds=0Aadiabaticisentropic_fel)不能說絕熱過程就是等熵過程，V必須是可逆絕熱過程才是等熵過程。Reversibleadiabatic(2)不僅As*=0ds=0s處處相等理想氣體過程方程必=0理想氣體當(dāng)dpPInp+々Inv=const+k^=QVi)vkconst,dpdvds—c--Fc—YPpVscvk=const理想氣體過程方程2理想氣體變比熱3過程若已^Pi,TvT2

,求p2pvk*constc—半constCvdTPT

一她念kPl學(xué)理想氣體@Aw,A/i,A的計(jì)算狀態(tài)參數(shù)的變化與過程無關(guān)內(nèi)能變化焓變化熵變化A?=0理想氣體，《的計(jì)算膨脹功wpvk

=CW——q=/^u+w^-dv=-^v^kvk1一炎pdv=D=~-(T}-T2)=cv(Tx-T2)=-\uk-12技術(shù)功wt=-vdp=一AA=cp(Ti-T2)=kw熱量q=0q=Ah+w{pvn=const§3-7理想氣體熱力過程的綜合分析理想氣體的多變過程(Polytropicprocess)過程方程?是常量，/-X_每一過程有一fl值W理想氣體，wt的計(jì)算q

=Aw+w=C、-丁、4V_占）多變過程比熱容isothermal^>T=Cisochorict^v=c(1)當(dāng)n=0(3)當(dāng)n=kTisentropic>s=C(2)當(dāng)n1上多變過程與基本的關(guān)系(4)當(dāng)n=ocp愿基本麵是多變過程的特?:isobaricst=^>J理想氣體基本過程的計(jì)算基本過程的計(jì)算是我們的基礎(chǔ)，要非常清楚，非常熟悉?；疽螅耗脕砭蜁?huì)算參見書上表3—4公式匯總理想氣體@過程的p-v，TVs圖PTds=cpdT-vdpTn—Q上凸？下凹?T

f斜率\VVn=00上凸？下凹?T\TlTds=cvdT+pdv~f—dTIv理想氣體（30過程的p-v，T

?5圖r會(huì)斜率f理想氣體@過程的p-v，7\s圖H=00Vn=（x）T\vdpPdv)svVn=n-ln-kn=0理想氣體識(shí)過程的p_v，7\s圖kpA=-avn=oon-k理想氣體基本過程的p-v，TVs圖H=00n—km在p-v，TVs圖上的變化趨勢(shì)A"=ct

dTn=oon—kh在p-v，TVs圖上的變化趨勢(shì)A/z=cdTAA>0n=oon—kw在p-v，TVs?圖上的變化趨勢(shì)vn—Qn=x)MlAmXl廣i0畫A/i>0p|Aw>0n=:n=oon—kT\vn—QA/i>0Aw>0t7^圖上的變化趨勢(shì)言w>0靈A/i>0p

|Aw>0rrtk—\Il=向丁T.An=:n=oon—kVwn—Qn-kn=ooA^>0Am>0q在p-v，r-s圖上的變化趨勢(shì)言A7i>0Ap

|Aw>0《>0n=:n=oon-kT\vn—Qn-kn=coA/i>0Aw>0n=:u,h,w,q農(nóng)p-v，r-s■圖上的變化趨勢(shì)ptA^>0<7>0,H=00n-kp-v，T-s圖練習(xí)(1)壓縮、升溫、放熱的過程，終態(tài)在哪個(gè)區(qū)域?H=00n—kp-v，T-s圖練習(xí)(2)膨脹、降溫、放熱的過程，終態(tài)在哪個(gè)區(qū)域?H=00n—kp-v，T-s圖練習(xí)(3)膨脹、升溫、吸熱的過程，終態(tài)在哪個(gè)區(qū)域?H=00n—k通風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)Ap<O.O\MPaO.OIMPa<工1渦旋螺桿出口當(dāng)連續(xù)流動(dòng)連續(xù)流動(dòng)活塞式壓氣機(jī)的壓縮過程分析壓氣機(jī)的作用生活中：自行車打氣。工業(yè)上：鍋爐鼓風(fēng)、出口引風(fēng)、煉鋼、燃?xì)廨啓C(jī)、制冷空調(diào)等等壓力范圍活離軸式構(gòu)型結(jié)活塞式壓氣機(jī)的壓氣過程目的：研究耗功，越少越好Minimizingworkinput指什么功技術(shù)功V理論壓氣功（可逆過程）可能的壓氣過程(1)、特別快，來不及換熱。(7)n=k(2)、特別慢，熱全散走。@n=l作業(yè)3-163-173-203-21三種壓氣過程的參數(shù)關(guān)系wtT

<wtn

<wts_aT〉％|〉|十0三種壓氣過程功的計(jì)算V兩級(jí)壓縮中間冷卻分析儲(chǔ)氣罐高壓缸低壓缸進(jìn)氣口V有一個(gè)最佳增壓比P2A最佳增壓比的推導(dǎo)P4W級(jí)=Wt(n)+WUn)P2=AP4欲求PzP4_IP終Pl45省功最佳增壓比A最佳增壓比的推導(dǎo)W分級(jí)最小值，PPa^=Pl=slPlP4PiPx可證明若m級(jí)p終23加分級(jí)0■印2PlPl分級(jí)壓縮的其它好處潤(rùn)滑油要求^<160-180°C,高壓壓氣機(jī)必須分級(jí)分級(jí)壓縮的級(jí)數(shù)一般采用2-4級(jí)壓縮壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算需要壓氣機(jī)，想設(shè)計(jì)一臺(tái)已知：△，7；,p(,m(V)Px要求：配馬達(dá)功率，出口溫度。@?@?根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，有無冷卻水套假定(D，理論功%理論(念)丁］壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算PiQ=AH+Wt(T}~T2)__W理論H—w^實(shí)際w實(shí)際U

gn—眾一iPi■ggVV哩論=_AH=mCh-h2)=mcp壓氣機(jī)的校核計(jì)己有壓氣機(jī)，實(shí)測(cè)T^p^p^miy}要求：壓氣機(jī)效率Kg?眾一i尸1gVVt?=///cp（7；-7；）^^B7^際K理論太低，則壓氣機(jī)報(bào)廢或修理活塞式壓氣機(jī)的余隙影響P14壓縮過程W2-32避免活塞與進(jìn)排氣閥碰撞，留有空隙__余隙容積％Clearancevolume____2^>3排氣，狀態(tài)未變3^4殘留氣體膨脹__1進(jìn)新氣，狀態(tài)未變___活塞式壓氣機(jī)的余隙影響V=v{-v]任塞桃骨p\新氣量產(chǎn)氣量v研究ve對(duì)耗功和產(chǎn)氣量的影響n1~1一nn-\nmpyi=m}RTxPi=p4|^Hnl7一W4余隙容積vc對(duì)理論壓氣功的影響I功卜面積12341=面積12561-面積43564設(shè)1^2和4^3兩過程w相同1-1-p余隙對(duì)單位產(chǎn)氣量耗功不影響Pl_f\<pJr\Pi_J4iViVc!32Wt

nwt

——L

—余隙容積久對(duì)理論壓氣功的影響本RT{mn—1n-1nn—1nn—1n―a(W4)n—}-^.pyn—\令I(lǐng)—1余隙比yy工程上一般=0^03-0.08'Pz二i一c余隙容積vc對(duì)產(chǎn)氣量的影響定義容積效率2l?_V_v,-v4|+y/-^BHrv-K-^V.-KV__余隙容積vc對(duì)產(chǎn)氣量的影響1Pln討論:(1)一定，Pl

」(2)c和w—定，極限7v余隙影響例題已知：y；

=o.4455m3，％=0.0223m3px

=

lbar,=15°C，p2=3.5bar,n=1.2求（1）有余隙時(shí)的排氣量和耗功(2)無余隙時(shí)的排氣量和耗功解：(1)有效容積（AtP2=0.4045m3例題⑴有余隙影響n=—56.35kJV=0.4045m3n—1f\-P2"wt^^-pym=0.489k￡mw{=—115kJ/kg7=^+^二0.4678m3余隙影響例題解：(2)無余隙時(shí)的排氣量和耗功rPN=0.566k￡RT,-115kJ/kgmwt'=-^-py<An~l~fl1一Pl=-65.17以n-1[pj第三小結(jié)Summary1、什么樣的氣體是理想氣體？2、理想氣體狀態(tài)方程的正確使用3、理想氣體比熱、內(nèi)能、焓的的特點(diǎn)和計(jì)算4、理想氣體各種可逆過程的特性，參數(shù)變化，功，熱的計(jì)算。5、p-v圖，r-s圖上的表示6、壓氣機(jī)熱力過程的分析方法第三章討論習(xí)題課1、任何定溫過程都有Aa=O，A/i=O?理氣？2、絕熱過程，溫度都不變？溫度一定變？3、從同一初態(tài)，分別經(jīng)@@@=7.2過程，到達(dá)同一終態(tài)是否可能?4、一封閉系經(jīng)某可逆吸熱對(duì)外作功，問能否用一可逆絕熱過程使系統(tǒng)回到初態(tài)?5教材思考題10在M-V圖上畫出(0加熱，@加熱，@加熱(T)膨賬，定比熱，理想氣體?加熱UMV@加熱u加熱v\r—=cr^_士一,；y-idT+T^l)y-2dv=0\dv)線_Tpvq—

A/z+du\(dT]T—二c、

=cdv)v\dvv教材思考題10⑦加熱U+W?膨脹-p<0du、dv)—s上凸？下凹？V\p\V作圖練習(xí)題（1）比△^12>△以13A/^2>A/Zj3Ay12

=Av13M>MPV作圖練習(xí)題（2）比較:>3PT23240143^12314v1作圖練習(xí)題（3）比較：^34〉^214W234

>W214T21□34v計(jì)算練習(xí)題(1)同種氣體，Ta=Tb=T0=288K突然拔掉銷釘，經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間，Ta=Tb=T0活塞無摩擦，完全導(dǎo)熱求：1)活塞移動(dòng)距離L2)A氣體對(duì)B氣體傳熱0AA氣體對(duì)B氣體作功^\3)

氣缸與外界換熱0A+B4)ASa，ASb，ASa+bII.活塞有摩擦，完全導(dǎo)熱，且經(jīng)歷準(zhǔn)靜態(tài)等溫過程1)~4)pB

=2barVB

=

80cm3F=10cm2pA

=lObarV.=20cm3I.活塞無摩擦，完全導(dǎo)熱1)解：1)活塞移動(dòng)距離LA和B質(zhì)量和溫度不變Pa’=Pb’F

=10cm2pB

=2barVB=80cm3pA

=lObarVA=20cm3PA^A_一VA[T0x20__2x80||20+x-80-x|3.556(7//I.活塞無摩擦，完全導(dǎo)熱2)3)解：2)gA,wA

|突然，不是準(zhǔn)靜態(tài)2a=無法確定B｛沖|3)2a+bA+B+]^K+B=02a+b

=pB

=2barVB=80cm3F=10cm2pA

=lObar=20cm3I.活塞無摩擦，完全導(dǎo)熱4)解：4)A5a,ASb,ASa+b

討論:rIA________+7?InVA)A______InT.9.4111.02A5a+b=A5a+A5b==mAASacvInL，

20.43A5b￡^1?2a+b=°△Sa+b>0ds=今?2a,____無法求△么可求____s狀態(tài)參數(shù)II.活塞有摩擦，導(dǎo)熱，準(zhǔn)靜態(tài)等溫解：1）活塞移動(dòng)距離LA和B質(zhì)量和溫度不變Pa’=Pb’[.II.距離L相等F

=10cm2pB

=2barVB=80cm3pA

=lObarK=20cm3=Pb\PbVbI|l0x20_2x80_|20+x80-x|L十3.556⑽31|x=35.56cm|W^=\WA\-\WB\=ll.02JII.活塞有摩擦，導(dǎo)熱，(T)解：2)eA,wAA+WA=mARTA\n^摩擦耗功3)2a+bK|>|WB|=PavaIn=20.43JB+V^=^VBln^--9.41J?討論:^=11.02/=mA+7?InAl’

20.431非巧合A5a+b由摩擦不可逆引起II.活塞有摩擦，導(dǎo)熱，（T）解：4）ASa,A5a,ASa+b1cvln5■=^kln?LK7；I4仝T。,~11021作業(yè)3-113-133-14___3-19若壓氣機(jī)缸套中......，求壓氣機(jī)必需的功率，可能達(dá)到的最高壓力計(jì)算練習(xí)題（2）教材3_13題氧氣瓶，V=0?04m3，p】=147?lbar，^^^^20°C迅速放氣，p2=73.55bar求：r2,放出的質(zhì)量A/npy—m{RTx己知，先求tAm取氧氣瓶為開口系，

試用開口系能量方程求乙取氧氣瓶為開口系?9??。?dUcv

+^mout/zout

-8/^+^et開口系能量方程有無過程方程?是不是可逆不敢確定\dU=—Smtht|cv