《工程热力学》(第四版)教学课件：04理想气体的热力过程

1、2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程1第四章 理想气体的热力过程4-1 热力过程分析概述4-2 定容过程4-3 定压过程4-4 定温过程4-5 绝热过程(定熵过程)4-6 多变过程2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程2 假设条件：理想气体；可逆过程 分析热力过程的目的：确定过程中能量转换关系(功量、热量、热力学能变化及焓变)；确定过程中系统状态参数(T、p、v、s)的变化规律。 过程的一般方法和步骤为： 根据热力过程的特征确定过程方程式。 在状态参数坐标图(p-v和T-s图)上绘出过程曲线。 确定过程中基本状态参数p、v、T的关系式及u、h 和s (u、h 和s 按前述方法

2、计算)。 计算过程功量和热量。可采用不同的方法来求得(能量方程、状态参数变化关系、比热容等)。4-1 热力过程分析概述2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程34-2 定容过程 比体积保持不变时系统状态发生变化所经历的过程。 过程方程式 v=常量 过程在状态参数坐标图上的表示 p-v图上垂直线；T-s图上指数曲线，由其熵变式： 可知，其斜率为 2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程4状态参数关系式 由 pv=RgT和v1=v2，可得 过程功量和热量即系统接受的热量全部用于增加系统的热力学能。当比热容为定值时： 轴功：2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程54-3 定压过程

3、 压力保持不变时系统状态发生变化所经历的过程 过程方程式 p=常量 过程在状态参数坐标图上的表示 p-v图上水平线；T-s图上指数曲线，由其熵变式： 可知，其斜率为 定压线较定容线平坦 。2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程6状态参数关系式 由 pv=RgT和p1=p2，可得 过程功量和热量 轴功：当比热容为定值时：2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程74-4 定温过程 温度保持不变时系统状态发生变化所经历的过程 过程方程式T=常量 过程在状态参数坐标图上的表示 p-v图上等边双曲线；T-s图上水平线。 状态参数关系式 由气体状态方程式和过程方程式，可知定温过程中系统的压力

4、和比体积成反比，即或p1v1=p2v22022年7月17日第四章 理想气体的热力过程8 过程功量和热量 定温过程系统所作的容积变化功为热量：定温过程中系统的热力学能及焓均不变化，因而有 即定温过程中系统吸收的热量等于系统所作的功 。 稳定流动的开口系统，忽略工质的流动动能和重力位能的变化，则按定温过程方程式，定温过程中系统所作的轴功为即定温过程中系统轴功等于容积变化功。 2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程94-5 绝热过程(定熵过程) 系统与外界不发生热量交换时所经历的过程。 无功耗散的准静态绝热过程即为定熵过程，因此有 一、定值比热容情况下绝热（定熵）过程的分析 过程方程式 由熵

5、变关系式，有整理可得即因此有对于理想气体过程方程2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程10 由有可得又由得到 p-v图上指数曲线(比定温线陡)；T-s图上垂直线。 状态参数关系式 过程在状态参数坐标图上的表示由2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程11 过程功量和热量当比热容为定值时 开口系统，若忽略动能及重力位能的变化，轴功可表示为 由，可得因此有热量：膨胀功：2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程12 （1）采用平均绝热指数的方法 过程方程表示为 常量而 这种方法存在的问题：依然是一种近似计算。当终态温度不知道时，需要试算。方法：先假定T2，计算出m，按过程方程式计

6、算得出T2，修正T2重复上述计算，直至假定温度值与计算温度值相同（接近）时，所得的m即为所求。二、变比热容情况下绝热（定熵）过程的分析 当温度变化幅度较大时，按定值比热容方法计算所得结果误差较大，因而需采用变比热容进行计算 2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程13（2）利用热力性质表进行计算 由，对可逆绝热过程可得上式可改写为 按此式，利用气体热力性质表中所列s0 的数值，并对照它们所对应的温度，即可求取绝热过程终了状态的温度或压力。例如由p1 及p2算出ln(p2 /p1 )，又由T1按表查得 ，从而算出的数值并由表查得 其所对应的T2 。2022年7月17日第四章 理想气体的热力

7、过程14 空气的热力性质表中还按温度列出了pr的数值。pr称为相对压力，其定义式为依此式和 可得于是有按此式，利用气体热力性质表中pr与温度T的对应关系，计算绝热过程终了状态的压力和温度。例如，按T1 由表查得pr1，便可依上式及p1 、p2 的数值求得pr2, 再由表查得其所对应的T2 。2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程15 空气的热力性质表中还按温度列出了vr的数值。vr称为相对比体积，其定义式为上式整理可得利用热力性质表中vr的数据，应用类似由pr求p的方法，可以直接计算绝热过程终了状态下的比体积v2 。 变比热容情况下，绝热过程中系统能量转换关系可直接按能量方程式求取。

8、容积变化功： 轴功： 热量： 2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程164-6 多变过程 (1)过程方程式 各种热力过程，其过程方程式通常都可以表示为下述形式： 式中，n为多变指数，- n0, 功量为正。 ds0, 热量为正。 dT0du0，dh0。 由于n为任何常数，因此理论上多变过程曲线可位于p-v图及T-s图上的位置，即可位于图中1点出发的任何范围内。实际上，能量转换装置中的热力过程，大部分属于n0的过程。图上阴影范围以内的过程，即n0的多变过程一般较少。 多变过程在状态参数坐标图上的一些规律：2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程18(3)状态参数关系式 多变过程的过程方程式与定值比热容的定熵过程的过程方程式形式相同，只是指数不同，参照定熵过程状态参数关系式可得出： 多变过程的熵变为 即2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程19 多变过程的容积变化功为 (4)过程功量和热量2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程20 多变过程的热量为 即按比热容与热量之间的关系，上式可写为对比上面二式，可得多变比热容为2022年7月17日第四章 理想气体的热力过程21 多变过程的轴功为 多变过程 ，因此有 即多变过程的轴功等于容积膨胀功的n倍，由此可得 2022年7月17日第四