第四章

理想氣體熱力過程

及氣體壓縮

熟練掌握定容、定壓、定溫、絕熱、多變過程中狀態(tài)參數(shù)p、v、T、u、h、s的計算，過程量Q、W的計算，以及上述過程在p-v

、T-s圖上的表示。

本章重點基本任務:

確定過程中工質狀態(tài)參數(shù)，能量轉換關系目的:研究外部條件對熱能和機械能轉換的影響，通過有利的外部條件，達到合理安排熱力過程，提高熱能和機械能轉換效率的目的。電影《火線保鏢》里有個片段，主角把子彈夾在手指縫里再把手伸進火里子彈就射出去了，這個現(xiàn)實嗎，有科學依據嗎？每課一題§4-1基本熱力過程

一、研究熱力學過程的目的與方法目的:(1)完成一定的能量轉換(2)工質達到一定的熱力狀態(tài)

主要研究外部條件對熱功轉換的影響利用外部條件,合理安排過程，形成最佳循環(huán)對已確定的過程，進行熱力計算參數(shù)會計算，就可以研究能量轉換的過程對象1)參數(shù)(p,T,v,u,h,s

)變化2)能量轉換關系,q,w,wt方法抽象分類2)可逆過程(不可逆再修正)基本過程P、T、V、S研究熱力過程的依據2)理想氣體3)可逆過程

1)第一定律穩(wěn)流研究熱力學過程的步驟1)確定過程方程------該過程中參數(shù)變化關系5)計算w,wt,q4)求3)用T-s

與p-v

圖表示2)根據已知參數(shù)及過程方程求未知參數(shù)理想氣體

u,

h,

s的計算

熱力學能變化焓變化熵變化

狀態(tài)參數(shù)的變化與過程無關若定比熱理想氣體

s的計算§4-2

可逆絕熱過程（等熵）系統(tǒng)與外界沒有熱量交換過稱為可逆過程理想氣體的等熵過程(2)不僅,s處處相等

絕熱可逆s說明:(1)不能說絕熱過程就是等熵過程,

必須是可逆絕熱過程才是等熵過程。三個條件:

(1)理想氣體(2)可逆過程(3)k為常數(shù)理想氣體s

的過程方程當理想氣體理想氣體s

的初、終態(tài)斜率=？曲線上凸？下凹？斜率斜率理想氣體s的p-v

圖和

T-s圖

內能變化焓變化熵變化

理想氣體s

u,

h,

s的計算狀態(tài)參數(shù)的變化與過程無關

膨脹功w理想氣體s

w,wt,q的計算技術功wt熱量

q作業(yè)：習題4-2§4-3理想氣體的多變過程

過程方程n是常量，每一過程有一n值初終態(tài)關系n乒乓球打癟了，放在熱水里為什么會鼓起來？每課一題理想氣體n

u,

h,

s的計算

內能變化焓變化熵變化

狀態(tài)參數(shù)的變化與過程無關理想氣體n

w,wt,q的計算多變過程比熱容(1)當n=0

(2)當n=1多變過程與基本過程的關系(3)當n=k

(4)當n=

基本過程是多變過程的特例pTsvnpTsv初終態(tài)關系過程方程理想氣體的基本過程pTsvpTsv理想氣體基本過程的

u,

h,

s

內能變化焓變化熵變化

狀態(tài)參數(shù)的變化與過程無關pTsv理想氣體基本過程的wpTsv理想氣體基本過程的wtpTsv理想氣體基本過程的qpTsvcp

的定義cv

的定義斜率理想氣體基本過程的p-v,T-s圖上凸?下凹？sTvpppp斜率理想氣體基本過程的p-v,T-s圖上凸?下凹？sTvpppvvv斜率理想氣體基本過程的p-v,T-s圖上凸?下凹？sTvpppTvvTT理想氣體基本過程的p-v,T-s圖sTvpppsvvTTss理想氣體基本過程的p-v,T-s圖sTvpppvvTTssu在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvpuT=

u>0

u>0w在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0q在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0Tq>0u,h,w,wt,q在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0u↑,h↑(T↑)w↑(v↑)wt↑(p↓)q↑(s↑)q>01-3：1-2：例4-5例題分析某理想氣體經歷4個過程，如T-s、p-v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：1-4：1-5：作業(yè)：習題4-4、4-6§4-4壓氣機的理論壓縮軸功壓氣機作用生活中：自行車打氣。工業(yè)上：鍋爐鼓風、出口引風、煉鋼、燃氣輪機、制冷空調等等型式結構活塞式(往復式)離心式軸流式葉輪式連續(xù)流動壓力范圍通風機鼓風機壓縮機用氣筒快速給自行車打氣，氣筒為什么會發(fā)熱？用濕毛巾包在打氣筒外壁，會有什么作用？每課一題理論壓氣功(可逆過程)指什么功目的：研究耗功，越少越好活塞式壓氣機的壓氣過程技術功wt0-1：吸氣，傳輸推動功p1v11-2：壓縮，耗外功壓氣機耗功：2-3：排氣，傳輸推動功p2v2一、單級活塞式壓氣機工作原理假定活塞在左死點時，活塞與汽缸蓋之間沒有余隙存在，整個氣缸容積均為工作容積。還假定壓縮過程是可逆的，氣體流過進、排氣閥時沒有阻力損失，氣缸中排氣壓力等于儲氣罐壓力。以上假定工作條件下的壓氣機工作過程，稱為理論壓氣過程。理論軸功為圖中面積12301。二、單級活塞式壓氣機理論壓氣軸功(1)、特別快，來不及換熱。(2)、特別慢，熱全散走。(3)、實際壓氣過程是

可能的壓氣過程sTn

三種壓氣過程的參數(shù)關系

三種壓氣過程功的計算最小重要啟示1、葉輪式壓縮機，氮氣進口參數(shù)p1=0.0972MPa，t1=20℃，出口壓力p2=311.11kPa，進口處氮氣流量壓氣機絕熱效率

c,s=0.80，略去進出口動能差和位能差，求：

1）壓氣機定熵壓縮的耗功量;2）實際耗功量;

已知氮氣：例9-1

例題解：2)1）§4-5活塞式壓氣機的余隙影響避免活塞與進排氣閥碰撞，留有空隙余隙容積壓縮過程排氣，狀態(tài)未變殘留氣體膨脹進新氣，狀態(tài)未變活塞式壓氣機的余隙影響活塞排量研究VC對耗功和產氣量的影響新氣量產氣量有效吸氣容積一、余隙容積VC對產氣量的影響定義容積效率令余隙比工程上一般＝0.03~0.08二、余隙容積對理論壓氣功的影響設12和43兩過程n相同功＝面積12341＝面積12561－面積43564余隙容積VC對理論壓氣功的影響余隙對單位產氣量耗功不影響不論壓氣機有無余隙，壓縮每kg氣體所需的理論壓氣軸功相同。但是，有余隙容積時，進氣量減少，汽缸容積不能充分利用，因此，當壓縮同量氣體時，必須采用氣缸較大的機器，而且這一有害的余隙影響隨壓力比的增大而增加。所以在設計制造活塞式壓氣機時，應盡量減小余隙容積。歸納：

余隙存在使

1）生產量下降

2）實際耗功增大有害容積§4-5多級壓縮和級間冷卻工程上需要高壓氣體，但壓縮過程中隨p升高T升高；

v下降。分級壓縮，級間冷卻。兩級壓縮中間冷卻分析有一個最佳增壓比

省功最佳增壓比的推導

省功最佳增壓比的推導

省功欲求w分級最小值，最佳增壓比的推導

省功w分級最小值，最佳增壓比可證明若