《工程熱力學(xué)》 課件 第四章 氣體和蒸汽的基本熱力過程

第四章氣體和蒸汽的基本熱力過程教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生熟練掌握氣體的各種基本熱力過程及多變過程的狀態(tài)參數(shù)及過程參數(shù)的熱力計算。知識點(diǎn)：分析熱力過程的目的及一般方法；氣體的基本熱力過程及多變過程。重點(diǎn)：結(jié)合熱力學(xué)第一定律，分析和導(dǎo)出各種基本熱力過程及多變過程（包括壓氣過程）的相應(yīng)計算式并進(jìn)行計算，利用p-v、T-s圖分析熱力過程。難點(diǎn)：使學(xué)生掌握理想氣體熱力過程的熱力學(xué)計算的特殊性，并能利用狀態(tài)坐標(biāo)圖表示各種過程及過程中能量轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)。1、研究熱力過程的目的實(shí)施熱力過程的目的：達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)變化，如壓氣機(jī)中消耗功量使氣體升壓。實(shí)現(xiàn)預(yù)期的能量轉(zhuǎn)換，如鍋爐中工質(zhì)定壓吸熱，提高蒸汽的焓使之獲得作功能力；熱力分析的目的

以第一定律為基礎(chǔ)，理想氣體為工質(zhì)，分析可逆的基本熱力過程中能量轉(zhuǎn)換、傳遞關(guān)系，揭示過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律及能量轉(zhuǎn)化情況，進(jìn)而找出影響轉(zhuǎn)化的主要因素。4-1理想氣體的可逆多變過程2、氣體的基本熱力過程(fundamentalthermodynamicprocess)

實(shí)際過程是一個復(fù)雜過程，很難確定其變化規(guī)律，一般需要作些假設(shè)：(1)根據(jù)實(shí)際過程的特點(diǎn)，將實(shí)際過程近似地概括為幾種典型過程：定容、定壓、定溫和絕熱過程；(2)不考慮實(shí)際過程中不可逆的耗損，視為可逆過程；(3)工質(zhì)視為理想氣體；(4)比熱容取定值。在logp-logV圖上有l(wèi)ogp=-nlnV+c=常數(shù)

多變過程(polytropicprocess)(isobaricprocess;constantpressureprocess)(isometricprocess;constantvolumeprocess)(isentropicprocess;reversibleadiabaticprocess)(isothermalprocess;constanttemperatureprocess)狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式與多變指數(shù)從上面3個式子中的任何一個都可得到多變指數(shù)的值如多變過程的p—v圖和T-s圖

，可得由由得稱為絕熱指數(shù)，理想氣體絕熱指數(shù)等于比熱容比，即多變過程中容積功的計算過程功、技術(shù)功及過程熱量容積功技術(shù)功多變過程中技術(shù)功的計算容積功技術(shù)功熱量稱cn為多變過程的比熱容。即多變過程中熱量的計算3、分析熱力過程的一般步驟

確定過程方程p=f(v)；確定初態(tài)、終態(tài)參數(shù)的關(guān)系及熱力學(xué)能、焓、熵的變化量；確定過程中系統(tǒng)與外界交換的能量（熱量和功量）；在p-v圖和T-s圖畫出過程曲線，直觀地表達(dá)過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律及能量轉(zhuǎn)換。4、分析熱力過程的內(nèi)容（1）確定過程方程；（2）確定狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律；（3）繪出過程曲線；（4）確定過程中內(nèi)能、焓和熵的變化量：分析熱力過程的內(nèi)容熵的變化：（5）確定過程中的功和熱量：②

功容積功①熱量用比熱計算熱量用能量方程計算熱量技術(shù)功續(xù)24-2定容過程(isometricprocess;constantvolumeprocess)1.過程方程:定值2.狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式:

3.定容過程的過程曲線:可知定容過程線在T-s圖上為一指數(shù)曲線曲線的斜率是3.定容過程的過程曲線pvTs12124.內(nèi)能、焓和熵的變化量內(nèi)能變化量

焓的變化量容積功熱量定容過程的功和熱量的計算5.功和熱量熵的變化量4-3定壓過程(isobaricprocess;constantpressureprocess)1.過程方程定值2.狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式

3.定壓過程的過程曲線可知定壓過程線在T-s圖上為一指數(shù)曲線定壓過程曲線的斜率是定容過程曲線的斜率是定壓過程的p—v圖和T-s圖pvTs1212v5.功和熱量內(nèi)能變化量

焓的變化量容積

功熱量技術(shù)

功4.內(nèi)能、焓和熵的變化量熵的變化量4-4定溫過程(isothermalprocess;constanttemperatureprocess)1.過程方程定值2.狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式

3.定溫過程的過程曲線曲線的斜率是定值由過程方程得可知在p-v圖上是一等邊雙曲線。為什么？定溫過程的p-v圖和T-s圖pvTs12125.功和熱量內(nèi)能變化量

焓的變化量容積功

熱量技術(shù)

功因可知定溫過程的比熱容所以不能用定溫過程的比熱容來計算熱量。定溫過程的功和熱量的計算4.內(nèi)能、焓和熵的變化量熵的變化量為什么？根據(jù)膨脹功的計算公式:問題:功和熱量與狀態(tài)參數(shù)有何關(guān)系?又因?yàn)?所以:對可逆絕熱過程可逆絕熱過程是定熵過程。4-5絕熱過程(isentropicprocess;reversibleadiabaticprocess)1.過程方程過程方程可由下式導(dǎo)出

定熵過程為指數(shù)方程，定熵指數(shù)通常以k表示。對于理想氣體k=

。過程方程的其它推導(dǎo)方法或(3)、(4)兩式相除定值整理出過程方程兩邊進(jìn)行不定積分得方法Ⅰ

由方法Ⅱ由而理想氣體狀態(tài)方程或定值兩邊積分并整理得其微分形式將(2)代入(1)式定熵過程的過程方程方法Ⅱ2.狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式

3.定熵過程的過程曲線定熵過程曲線的斜率是由過程方程得可知在p-v圖上是一高次雙曲線定溫過程曲線的斜率是定熵過程的狀態(tài)參數(shù)和過程曲線的斜率為什么？問題：定熵過程曲線和定溫過程曲線哪根更陡？定熵過程的p—v圖和T-s圖pvTs1212T4.內(nèi)能、焓和熵的變化量內(nèi)能變化量

焓的變化量容積功熱量技術(shù)功熵的變化量5.功和熱量4-6理想氣體熱力過程綜合分析過程方程定容過程定壓過程定溫過程定熵過程定值定值定值定值特例定值多邊過程的過程方程定值1過程線的分布規(guī)律和過程特性pvTsn=0n=±∞n=±∞n=0n=0n=0n=kn=kn=kn=kn=1n=1n=1n=11<n<k1<n<k1<n<k1<n<kn=＋∞n=—∞n=—∞n=＋∞n<0n<0n<0n<0Ts121、在T-s圖上比容增大的方向判斷在T-s圖上比容增大的方向在T-s圖上，等容線的右下側(cè)為比容增大的方向?？偨Y(jié)：幾種典型過程線在圖中的比較Ts122、在T-s圖上壓力升高的方向在T-s圖上，等壓線的左上側(cè)為壓力升高的方向pv123、在p-v圖上溫度升高的方向在p-v圖上，等溫線的右上側(cè)為溫度升高的方向。pv124、在p-v圖上熵增加的方向在p-v圖上，等熵線的右上側(cè)為熵增加的方向。p-v圖和T-s圖上的曲線簇

在T-s圖上用圖形面積表示Δu和Δh例：ha-hb用什么面積表示?考慮過程等壓

c思考：若實(shí)際氣體，如何？依據(jù)：a）T-s圖上過程下面積表示qb）qp=Δh，qv=Δua2過程能量轉(zhuǎn)換規(guī)律膨脹，吸熱，壓縮,放熱膨脹，放熱，壓縮,吸熱4-7

水蒸氣的基本過程一、基本公式過程中狀態(tài)參數(shù)確定—圖表或?qū)Ｓ贸绦蛴嬎?。功、熱量的計算式：二、定壓過程

三、定熵過程注意：水蒸氣其中為經(jīng)驗(yàn)數(shù)字過熱蒸汽

κ=1.3飽和蒸汽

κ=1.135濕蒸汽

κ=1.035+0.1x或水蒸氣?四、定體積過程v<vc時，定容加熱x下降

v>vc時，定容加熱x上升

定容加熱時x如何變化？思考：例題1有1kg空氣，初始狀態(tài)為℃。假設(shè)氣體從初態(tài)分別經(jīng)歷下列過程變化到終態(tài)2:

試求出上述各過程中的膨脹功及熵的變化，并將各過程的相應(yīng)位置畫在同一張p-v圖和T-s圖上。1.可逆絕熱膨脹到；

2.不可逆絕熱膨脹到，

3.可逆定溫膨脹到

4.可逆多變膨脹到。

解：膨脹功及熵的變化膨脹功可逆絕熱膨脹不可逆絕熱膨脹可逆定溫膨脹可逆多變膨脹例題熵的變化可逆絕熱膨脹不可逆絕熱膨脹可逆定溫膨脹可逆多變膨脹繪在p-v圖和T-s圖上pvTs11例2：汽缸與活塞間封閉有1kg