工程热力学第四章-理想气体的热力过程及气体压缩课件

第四章

理想气体的热力过程及气体压缩第四章

理想气体的热力过程及气体压缩1第一节分析热力过程的目的及方法目的：

主要研究外部条件对热能和机械能转换的影响任务：揭示状态变化规律与能量传递之间的关系，从而计算热力过程中工质状态参数的变化及传递的能量、热量和功量第一节分析热力过程的目的及方法目的：2二、热力过程中工质参数变化值的计算1.初、终状态基本参数（p、v、T）的计算：理想气体状态方程过程方程式二、热力过程中工质参数变化值的计算1.初、终状态基本参数（p32、过程中内能、焓和熵的变化计算：内能变化焓变化2、过程中内能、焓和熵的变化计算：4理想气体熵变化计算：理想气体熵变化计算：5三、热力过程中传递能量的计算闭口系统能量方程：开口系统稳态稳流能量方程：可逆过程：三、热力过程中传递能量的计算闭口系统能量方程：6四、分析热力过程的一般步骤：1)依据热力过程特性建立过程方程式，4)计算过程中传递的热量和功量3)将过程线表示在T-s与p-v

图上2)确定初、终状态的基本状态参数四、分析热力过程的一般步骤：1)依据热力过程特性建立过程7第二节绝热过程定义：系统与外界没有热量交换情况下所进行的状态变化过程，即绝热过程是实际过程的一种近似第二节绝热过程定义：8一、绝热过程的过程方程式一、绝热过程的过程方程式9二、过程初、终状态参数间的关系关系式说明系统气体可逆绝热膨胀时，p、T均降低，绝热压缩时，p、T均升高二、过程初、终状态参数间的关系10三、过程在p-v图及T－s图上表示其中1－2为绝热膨胀过程，1－2’为绝热压缩过程可逆绝热过程称为定熵过程三、过程在p-v图及T－s图上表示其中1－2为绝热膨胀过程，11四、绝热过程中的能量转换内能和焓变化：热量：四、绝热过程中的能量转换内能和焓变化：12膨胀功：定熵过程的膨胀功膨胀功：13绝热过程膨胀功：绝热过程膨胀功：14技术功稳态稳流定比热理想气体定比热理想气体定熵过程绝热过程的技术功等于膨胀功的k倍技术功绝热过程的技术功等于膨胀功的k倍15第三节多变过程的综合分析一、多变过程方程及多变比热定义：凡过程方程为的过程称为多变过程。几个特殊过程： n=0，p=const.定压过程 n=1，pv=const.定温过程 n=，pv=const.定熵过程 n=，v=const.定容过程第三节多变过程的综合分析一、多变过程方程及多变比热16多变指数多变指数17多变过程比热多变过程比热18多变过程分析：1.多变过程在p-v图和T－s图上的分析多变过程分析：1.多变过程在p-v图和T－s图上的分析19在p-v图上的斜率在p-v图上的斜率20在T－s图上的斜率在T－s图上的斜率212.过程中q、w和Δu正负值的判断Δu

：始于某状态的过程，判断其内能变化，可以定温线为基准w：功量的判断以定容线为基准q：热量的判断以定熵线为基准2.过程中q、w和Δu正负值的判断22比热c为负值的物理意义：当气体膨胀作功时，对外作的功大于加入的热量，故气体的内能减小而温度降低；压缩时，外界对气体作的功大于气体向外界放出的热量，故其内能增加而温度升高。比热c为负值的物理意义：23第四节压气机的理论压缩轴功定义：用来压缩气体的设备分类：1）按原理及构造形式：活塞式、叶轮式、引射式压缩器等2）按压缩气体压力高低：通风机（<115kPa）鼓风机(115~350kpa)压气机（350kPa以上）第四节压气机的理论压缩轴功定义：用来压缩气体的设备24一、单级活塞式压气机工作原理余隙容积：在活塞的左死点位置与气缸头之间必须留有的间隙：工作阶段：

吸气过程压缩过程排气过程一、单级活塞式压气机工作原理余隙容积：在活塞的左死点位置与气25理论压气过程：没有余隙存在整个压缩过程可逆进、排气阀无阻力损失气缸中排气压力等于储气罐压力升压比β：气体终压力与初压之比理论压气过程：26二、单级活塞式

压气机理论压气轴功的计算压气机所耗的轴功等于热力过程1-2的压缩功（膨胀功的负值）和进气、排气所耗流动功之代数和二、单级活塞式

压气机理论压气轴功的计算压气机所耗的轴功等于27按热力学第一定律稳定流动能量方程，略去压气机进出口气体的动能和位能的变化：对可逆过程：按热力学第一定律稳定流动能量方程，略去压气机进出口气体的动能28理论压缩轴功的可能情况：1）定熵过程n＝k2）定温过程n=1

3）多变过程1<n<k理论压缩轴功的可能情况：29三种压缩过程轴功定温压缩轴功三种压缩过程轴功定温压缩轴功30定熵压缩轴功定熵压缩轴功31多变压缩轴功多变压缩轴功32当初态及终压给定时开口系统稳态稳流可逆过程轴功闭口系统可逆过程膨胀功当初态及终压给定时33第五节活塞式压气机的余隙影响作用：避免活塞与进排气阀碰撞余隙百分比：余隙容积得相对大小第五节活塞式压气机的余隙影响作用：避免活塞与进排气阀碰撞34一、余隙对排气量的影响容积效率：意义：反映了活塞排气量的有效利用程度余隙容积一定时，有效吸气量减少则容积效率减少一、余隙对排气量的影响容积效率：35二、余隙对理论压气轴功的影响无论有无余隙，压缩每kg气体所需的理论压气轴功相同在设计制造活塞式压气机时，应该尽量减少余隙容积二、余隙对理论压气轴功的影响36第六节多级压缩及中间冷却气体压缩终了温度决定与气缸润滑油的性能气体压缩终了温度影响气机的容积效率第六节多级压缩及中间冷却37一、多级活塞式压气机的工作过程采用多级压缩和中间冷却得优点：降低了排气温度节省功的消耗一、多级活塞式压气机的工作过程38分级压缩中间冷却实体照片分级压缩中间冷却实体照片39二、级间压力的确定最有利的级间压力应使所需的总轴功最小当两级升压比相等时，两级压缩所需的总轴功最小二、级间压力的确定最有利的级间压力应使所需的总轴功最小40工程热力学第四章-理想气体的热力过程及气体压缩课件41有利效果1.各级气缸的排气温度相等有利效果1.各级气缸的排气温度相等422.各级所消耗的轴功相等2.各级所消耗的轴功相等433.每级向外散出的热量相等，而且每级的中间冷却器向外放出的热量也相等4.分级压缩对提高容积效率有利，在每一级中升压比减小，其容积效率比不分级时大工程热力学第四章-理想气体的热力过程及气体压缩课件44压气机的定温效率：当压缩前气体的状态相同、压缩后气体的压力相同时，可逆定温压缩过程所消耗的功和实际压缩过程所消耗的功之比绝热压缩效率——针对不采取冷却措施的压气机压气机的定温效率：当压缩前气体的状态相同、压缩后气体的压力相45第四章

理想气体的热力过程及气体压缩第四章

理想气体的热力过程及气体压缩46第一节分析热力过程的目的及方法目的：

主要研究外部条件对热能和机械能转换的影响任务：揭示状态变化规律与能量传递之间的关系，从而计算热力过程中工质状态参数的变化及传递的能量、热量和功量第一节分析热力过程的目的及方法目的：47二、热力过程中工质参数变化值的计算1.初、终状态基本参数（p、v、T）的计算：理想气体状态方程过程方程式二、热力过程中工质参数变化值的计算1.初、终状态基本参数（p482、过程中内能、焓和熵的变化计算：内能变化焓变化2、过程中内能、焓和熵的变化计算：49理想气体熵变化计算：理想气体熵变化计算：50三、热力过程中传递能量的计算闭口系统能量方程：开口系统稳态稳流能量方程：可逆过程：三、热力过程中传递能量的计算闭口系统能量方程：51四、分析热力过程的一般步骤：1)依据热力过程特性建立过程方程式，4)计算过程中传递的热量和功量3)将过程线表示在T-s与p-v

图上2)确定初、终状态的基本状态参数四、分析热力过程的一般步骤：1)依据热力过程特性建立过程52第二节绝热过程定义：系统与外界没有热量交换情况下所进行的状态变化过程，即绝热过程是实际过程的一种近似第二节绝热过程定义：53一、绝热过程的过程方程式一、绝热过程的过程方程式54二、过程初、终状态参数间的关系关系式说明系统气体可逆绝热膨胀时，p、T均降低，绝热压缩时，p、T均升高二、过程初、终状态参数间的关系55三、过程在p-v图及T－s图上表示其中1－2为绝热膨胀过程，1－2’为绝热压缩过程可逆绝热过程称为定熵过程三、过程在p-v图及T－s图上表示其中1－2为绝热膨胀过程，56四、绝热过程中的能量转换内能和焓变化：热量：四、绝热过程中的能量转换内能和焓变化：57膨胀功：定熵过程的膨胀功膨胀功：58绝热过程膨胀功：绝热过程膨胀功：59技术功稳态稳流定比热理想气体定比热理想气体定熵过程绝热过程的技术功等于膨胀功的k倍技术功绝热过程的技术功等于膨胀功的k倍60第三节多变过程的综合分析一、多变过程方程及多变比热定义：凡过程方程为的过程称为多变过程。几个特殊过程： n=0，p=const.定压过程 n=1，pv=const.定温过程 n=，pv=const.定熵过程 n=，v=const.定容过程第三节多变过程的综合分析一、多变过程方程及多变比热61多变指数多变指数62多变过程比热多变过程比热63多变过程分析：1.多变过程在p-v图和T－s图上的分析多变过程分析：1.多变过程在p-v图和T－s图上的分析64在p-v图上的斜率在p-v图上的斜率65在T－s图上的斜率在T－s图上的斜率662.过程中q、w和Δu正负值的判断Δu

：始于某状态的过程，判断其内能变化，可以定温线为基准w：功量的判断以定容线为基准q：热量的判断以定熵线为基准2.过程中q、w和Δu正负值的判断67比热c为负值的物理意义：当气体膨胀作功时，对外作的功大于加入的热量，故气体的内能减小而温度降低；压缩时，外界对气体作的功大于气体向外界放出的热量，故其内能增加而温度升高。比热c为负值的物理意义：68第四节压气机的理论压缩轴功定义：用来压缩气体的设备分类：1）按原理及构造形式：活塞式、叶轮式、引射式压缩器等2）按压缩气体压力高低：通风机（<115kPa）鼓风机(115~350kpa)压气机（350kPa以上）第四节压气机的理论压缩轴功定义：用来压缩气体的设备69一、单级活塞式压气机工作原理余隙容积：在活塞的左死点位置与气缸头之间必须留有的间隙：工作阶段：

吸气过程压缩过程排气过程一、单级活塞式压气机工作原理余隙容积：在活塞的左死点位置与气70理论压气过程：没有余隙存在整个压缩过程可逆进、排气阀无阻力损失气缸中排气压力等于储气罐压力升压比β：气体终压力与初压之比理论压气过程：71二、单级活塞式

压气机理论压气轴功的计算压气机所耗的轴功等于热力过程1-2的压缩功（膨胀功的负值）和进气、排气所耗流动功之代数和二、单级活塞式

压气机理论压气轴功的计算压气机所耗的轴功等于72按热力学第一定律稳定流动能量方程，略去压气机进出口气体的动能和位能的变化：对可逆过程：按热力学第一定律稳定流动能量方程，略去压气机进出口气体的动能73理论压缩轴功的可能情况：1）定熵过程n＝k2）定温过程n=1

3）多变过程1<n<k理论压缩轴功的可能情况：74三种压缩过程轴功定温压缩轴功三种压缩过程轴功定温压缩轴功75定熵压缩轴功定熵压缩轴功76多变压缩轴功多变压缩轴功77当初态及终压给定时开口系统稳态稳流可逆过程轴功闭口系统可逆过程膨胀功当初态及终压给定时78第五节活塞式压气机的余隙影响作用：避免活塞与进排气阀碰撞余隙百分比：余隙容积得相对大小第五节活塞式压气机的余隙影响作用：避免活塞与进排气阀碰撞79一、余隙对排气量的影响容积效率：意义：反映了活塞排气量的有效利用程度余隙容积一定时，有效吸气量减少则容积效率减少一、余隙对排气量的影响容积效率：80二、余隙对理论压气轴功的影响