工程热力学第四章lm

工程热力学

EngineeringThermodynamics北京航空航天大学作业习题4-6，4-7第四章理想气体的热力过程及气体压缩分析热力过程的目的及一般方法绝热过程多变过程的综合分析压气机的理论压缩轴功活塞式压气机的余隙影响多级压缩及中间冷却实施热力过程的目的常见热力设备动力机压气机热交换器喷管（扩压器）膨胀阀（毛细管）实施热力过程的目的使工质达到一定的热力状态完成一定的能量转换分析热力过程的目的和任务目的：研究外部条件对热能和机械能转换的影响，通过有利的外部条件，达到合理安排热力过程，提高热能和机械能转换效率的目的。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以及与外界交换的热量与功量。利用外部条件,合理安排过程，形成最佳循环对已确定的过程，进行热力计算分析热力过程的一般方法实际工质实际过程复杂，不易分析理想工质简单过程简单，易于分析简化抽象1.简化2.分析3.修正利用热力学第一定律、工质性质及过程方程进行分析内容：状态参数的变化，热量与功量的交换实际过程不同于简单过程，需根据实际情况对结果进行修正。基本过程归纳分类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2.确定初、终状态的基本状态参数3.在pv图及Ts图上表示过程，使过程直观，便于分析。4.计算过程中传递的热量和功量。根据已知参数及过程方程求未知参数计算 计算能量方程研究热力学过程的依据热力学第一定律：理想气体：可逆过程：稳态稳流：热力过程中工质的状态参数初、终态基本参数的计算1.理想气体状态方程2.过程方程式：描述过程中状态变化的特征热力过程中传递的能量1.的计算按进行计算，可得：热力过程中传递的能量2.的计算能量方程闭口系统开口稳态稳流可逆过程的绝热过程绝热过程：系统与外界在没有热量交换的情况下所进行的状态变化过程。是对实际过程的简化和抽象，又是实际过程的一种近似什么样的过程可以抽象为绝热过程？1.过程进行的很快，来不及与外界交换热量2.系统与外界的换热量很小，可以忽略不计气体压缩保温层绝热过程的过程方程式绝热：条件？初、终态状态参数间的关系过程在pv图和Ts图上的表示vpsT12’2212’定熵过程可逆绝热绝热过程中的能量转换

内能变化焓变化熵变化

状态参数的变化与过程无关的计算绝热过程中的能量转换的计算绝热过程中的能量转换稳态稳流：绝热理想气体：可逆过程：多变过程的综合分析多变过程：凡过程方程为的过程称为多变过程，其中n为多变指数。n——对于某个指定的多变过程，n为常数对于不同的多变过程，n有不同的值n＝0时，p＝Const，表示定压过程n＝1时，pv＝Const，表示定温过程n＝k时，pvk＝Const，表示绝热过程n＝±∞时，v＝Const，表示定容过程基本热力过程多变指数n实际过程可用多段多变过程近似表示，其中每个多变过程的多变指数n可由该多变过程的初终态求出。多变过程的能量转换多变过程比热容多变过程的pv图和Ts图多变过程的过程方程：多变过程在pv图上的斜率：多变过程在Ts图上的斜率：定压过程的pv图和Ts图sTvpn=0n=0n=0定温过程的pv图和Ts图sTvpn=1n=1n=1n=0n=0定熵过程的pv图和Ts图sTvpn=kn=kn=kn=0n=1n=1n=0定容过程的pv图和Ts图sTvpn=±∞n=kn=kn=0n=1n=1n=0n=±∞n=±∞过程中u，q，w的判断方法热力学能：以定温线为基准，定温线上热力学能不变，温度升高热力学能增加，温度降低热力学能减少功：以定容线为基准，定容线上膨胀功为0，比体积增加膨胀功>0，比体积减小膨胀功<0热量：以定熵线为基准，定熵线为可逆绝热过程，热量＝0，可逆过程熵增大系统吸热，热量>0，可逆过程熵减少系统放热，热量<0。热力学能u的变化趋势sTvpu>0u>0焓h的变化趋势sTvpu>0u>0h>0功w的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0技术功wt的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0热量q的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0q>0例题例4-1作业习题4-16，4-18第四章理想气体的热力过程及气体压缩分析热力过程的目的及一般方法绝热过程多变过程的综合分析压气机的理论压缩轴功活塞式压气机的余隙影响多级压缩及中间冷却压气机压缩过程分析压气机的分类与工作原理压气机理论压缩轴功压气机余隙容积的影响分析多级压缩及中间冷却压气机的应用压气机：用来压缩气体的设备。应用广泛空压机空调、冰箱压缩机航空发动机气动机械空冷设备通风设备空分设备压气机的分类按工作原理及构造形式活塞式叶轮式引射式离心式轴流式回转容积式按压力高低通风机（<115kPa）鼓风机（115kPa~350kPa）压气机（>350kPa）活塞式压气机的工作原理吸气过程进气阀开启排气阀关闭状态参数不变质量增加压缩过程进、排气阀均关闭状态参数改变质量不变排气过程进气阀关闭排气阀开启状态参数不变质量减少工作过程的简化1.余隙容积＝02.压缩过程可逆压气机的实际工作过程复杂，为了方便分析，首先对压气机的工作过程进行简化处理。无势差（进排气没有阻力损失）无耗散（没有摩擦）理论压气过程理论工作循环压气机的理论压缩轴功开口系统，应用能量方程：当忽略动能和位能变化时，理论压缩轴功：可能的压气过程能量方程：压缩过程很快，来不及换热。绝热，n=k压缩过程很慢，热全部散走。等温，n=1实际压气过程处于两者之间。多变，1<n<kpv12Tp1Ts1p22T2n2sp12n2sp2压缩轴功定温过程定熵过程多变过程三种压缩过程的参数关系pv12Tp1Ts1p22T2n2sp12n2sp2最小功最大功轴功、技术功与膨胀功忽略动位能变化多变过程：活塞式压气机的余隙影响余隙容积：为避免活塞与气缸盖、进排气阀等撞击，活塞顶面与缸盖之间必须留有一定的间隙，由此形成的气缸最小容积。余隙容积的大小——余隙百分比余隙容积对排气量的影响1-2：压缩2-3：排气（气体不能完全排出）3-4：膨胀（残留气体膨胀至p1）4-1：吸气（有效吸气量减少）活塞排量有效吸气容积新气量产气量余隙容积对排气量的影响容积效率余隙容积对排气量的影响122’2’’2’’’3’’3’311’1’’压比不变时，c增大，减小c和n不变时，压比增大，减小极端情况：压比＝p2’’’/p1时，排气量＝0余隙容积对理论压缩轴功的影响|功|＝面积12341＝面积12561－面积43564设12和43两过程n相同余隙容积对理论压缩轴功的影响余隙对单位产气量耗功没有影响多级压缩及中间冷却多级压缩的必要性：1.压缩终了温度过高将影响润滑油性能，并可能造成事故，一般排气温度不许超过160℃～180℃。2.压比越大，压缩终了温度越高，容积效率越低。因此：为了获得较高压力的气体时，通常采用多级压缩和中间冷却的方式。多级压缩的工作过程多级压缩的两大优点：降低排气温度，省功省功最佳级间压力的确定最佳的级间压力应使总轴功最小。Ws最小时：最佳级间压力的确定每级的增压比相等时，所需的轴功最小。令：可以证明，对于z级压气机每级压比时，轴功最小。最佳中间压力的其它好处1.各气缸排