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第四章

氣體與蒸氣的熱力過程Ideal

gas

andsteam

thermodynamic

process一、研究熱力過程的目的1、實現預期的能量轉化，合理安排熱力過程，從而提高動力裝置的熱經濟性。2、對確定的過程，也可預計熱、功多少§4–1

理想氣體的熱力過程3

2）解決的問題求出過程方程及計算各過程初終態(tài)參數。確定過程中功和熱轉化的數量關系。畫出過程的p-v圖及T-s圖，幫助直觀分析過程中

參數間關系及能量關系。計算過程中的內能、焓、熵的變化3）方法和依據熱一律解析式，可逆過程理想氣體性質4）研究熱力過程的基本任務A）根據過程特征，確定過程狀態(tài)參數的變化規(guī)律，即過程方程；B）根據已知初態(tài)參數，確定其他初態(tài)參數；C）根據過程方程及已知終態(tài)參數，確定其他終態(tài)參數；D）根據熱力學基本定律及工質性質確定過程中的能量轉換關系。5

二）定容過程1、定容過程（v=常數，工質容積保持不變的過程）1）過程方程2)初終態(tài)狀態(tài)參數之間的關系3）、熱力過程在坐標圖上表示4）能量轉換7

三、定壓過程（p=常數）2）狀態(tài)參數間的關系1）過程方程3）、熱力過程在坐標圖上表示4）能量轉換9

四、定溫過程2）狀態(tài)參數間的關系1）過程方程3）、熱力過程在坐標圖上表示4）能量轉換11

五、

絕熱過程1、過程方程2）初終態(tài)狀態(tài)參數間的關系3、熱力過程在坐標圖上表示4)能量轉換熱量體積功和內能13

技術功和焓5)變值比熱容絕熱過程的計算A按平均絕熱指數計算B利用氣體熱力性質表計算六、多變過程1、過程方程定壓過程定溫過程絕熱過程定容過程2、初終狀態(tài)參數間的關系18

3、在p-v圖及T-s圖上表示n

n

19

4、能量轉換

功技術功熱量平均多變指數1）等端點多變指數2）等功法多變指數3）利用實際過程的lgp－lgv圖計算4）利用p－v圖面積對比計算例題4－1，4－221

比熱容22

多變指數23

多變過程的能量關系w/q：膨脹，吸熱，壓縮,放熱膨脹，放熱，壓縮,吸熱24

如圖，某種理想氣體有兩任意過程a-b和a-c，已知b，c在同一可逆絕熱線上，試問：Δuab和Δuac哪個大？解：（方法一）過b、c分別作等溫線（方法二）考慮過程b

c某理想氣體經歷4個過程，如T-s圖1）將各過程畫在p-v圖上；2）指出過程加熱或放熱，膨脹或壓縮。解：1-31-21-41-5小結四種典型熱力過程：定壓過程、定溫過程

定容過程、絕熱過重點：多變過程4.2蒸氣的熱力過程熱力學第一第二定律的基本原理及由它們直接推導的一般關系式在此也適用。分析蒸氣熱力過程的步驟：1）由初態(tài)的兩個已知的獨立參數，從表或圖上查得其他初態(tài)參數；2）由初態(tài)、過程特征和終態(tài)的一個已知參數確定終態(tài)，并利用圖或表查出其他參數；3）將查得的初、終態(tài)參數代入有關公式計算熱量、功量等能量交換。蒸氣的熱力過程：定容、定壓、定溫、絕熱四個基本過程。定容過程定壓過程定溫過程定熵（絕熱過程）4.3濕空氣的動力過程一、加熱或冷卻過程二、絕熱加濕過程（近似為定焓過程）三、冷卻去濕過程四、增壓冷凝過程（如空氣的壓縮過程）濕空氣初態(tài)（p1、t1、Φ1），經壓縮變?yōu)椋╬2、t2），水蒸氣分壓從pst1＝Φ1

.

ps!變?yōu)閜st2＝Φ1

.

ps!.(p2/P1)，在該壓力下濕空氣冷卻到ps2‘，t2’，若pst2大于ps2‘，則必有水蒸氣被凝析，反之則無。五、絕熱混合過程例題4－4，4－54.4氣體與蒸氣的絕熱節(jié)流過程一、節(jié)流的概念——由于截面突變，氣流局部受阻，所造成壓力降低的現象。二、焦耳－湯姆遜效應氣流溫度在節(jié)流前后發(fā)生變化的現象稱焦－湯效應。絕熱節(jié)流也稱等焓節(jié)流，對理想氣體，節(jié)流前后溫度不變，對實際氣體溫度會發(fā)生變化。工程中常見的節(jié)流過程屬敞開穩(wěn)定系統(tǒng)。節(jié)流過程是等焓過程，但不是定焓過程。三、微分節(jié)流效應節(jié)流前后氣體溫度的變化與壓力變化的比值稱為節(jié)流系數，以微分形式表示稱微分節(jié)流系數。節(jié)流系數就是等焓線上任一點的斜率值?；剞D溫度、回轉曲線、最大回轉溫度與最小回轉溫度四、積分節(jié)流效應在生產實踐中，為了獲得足夠大的溫降，節(jié)流膨脹時往往需要采取較大的壓力降，這時產生的溫度變化將是微分節(jié)流效應的積分值，稱為積分節(jié)流效應。求解上式往往比較困難，通常采用圖解法。4.5壓氣機中的熱力過程壓氣機是生產壓縮氣體的設備，是通過消耗機械能而使氣體壓力升高的一種工作機。按工作原理和構造，壓氣機可分為：容積式、速度式、引射式壓氣機。主要介紹活塞式壓氣機的熱力過程分析方法。一、活塞式壓氣機的工作原理1、幾個概念：死點；行程（沖程）；行程容積；吸入狀態(tài)體積；吸氣線；余隙與余隙容積。2、理想的循環(huán)工作過程；吸氣－壓縮－排氣－吸氣3、實際的循環(huán)工作過程。膨脹－吸氣－壓縮－排氣－膨脹二、壓氣功的計算1、理想壓氣功2、有余隙的壓氣功3、壓氣機功率4、壓氣機氣缸的冷卻作用壓縮終了氣體溫度過高會使?jié)櫥瓦^熱變質，損壞壓縮機，甚至爆炸。因此在壓縮過程中應力求工質得到充分冷卻，使之趨于定溫壓縮，工程上采用水夾套冷卻、氣缸周圍加散熱片等，多采用多級壓縮和級間冷卻。5、多級壓縮和級間冷卻與單級相比多級壓縮的優(yōu)點：排氣溫度低；省功；氣缸行程容積的有效利用率高；多級活塞上所受的最大氣體壓力較小。多級壓縮的中間壓力有其最佳值。在此最佳值下，各級壓縮的總功耗為最小。以兩級壓縮為例進行說明。設兩級等功法多變指數相同，則：對Z級壓縮有：例題4－64.6往復式膨脹機中的熱力過程一、工作過程分析如圖4－18進行分析往復式膨脹機的工作原理與往復式壓縮機基本相同，只是作用相反。循環(huán)方向相反。例題4－7二、定熵膨脹與節(jié)流膨脹的關系氣體作定熵膨脹時，壓力的微小變化所引起的溫度變化稱之為微分定熵效應。表明氣體的定熵膨脹過程總是使溫度降低，即產生冷效應。由式4－68和4－55，可以得到定熵膨脹與節(jié)流膨脹的關系定熵膨脹的積分溫度效應：對于有相變的情況也可以得到類似的結論。定熵膨脹做功最多，溫降最大。而純節(jié)流過