工程热力学第四章

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第四章

气体与蒸气的热力过程Ideal

gas

andsteam

thermodynamic

process一、研究热力过程的目的1、实现预期的能量转化，合理安排热力过程，从而提高动力装置的热经济性。2、对确定的过程，也可预计热、功多少§4–1

理想气体的热力过程3

2）解决的问题求出过程方程及计算各过程初终态参数。确定过程中功和热转化的数量关系。画出过程的p-v图及T-s图，帮助直观分析过程中

参数间关系及能量关系。计算过程中的内能、焓、熵的变化3）方法和依据热一律解析式，可逆过程理想气体性质4）研究热力过程的基本任务A）根据过程特征，确定过程状态参数的变化规律，即过程方程；B）根据已知初态参数，确定其他初态参数；C）根据过程方程及已知终态参数，确定其他终态参数；D）根据热力学基本定律及工质性质确定过程中的能量转换关系。5

二）定容过程1、定容过程（v=常数，工质容积保持不变的过程）1）过程方程2)初终态状态参数之间的关系3）、热力过程在坐标图上表示4）能量转换7

三、定压过程（p=常数）2）状态参数间的关系1）过程方程3）、热力过程在坐标图上表示4）能量转换9

四、定温过程2）状态参数间的关系1）过程方程3）、热力过程在坐标图上表示4）能量转换11

五、

绝热过程1、过程方程2）初终态状态参数间的关系3、热力过程在坐标图上表示4)能量转换热量体积功和内能13

技术功和焓5)变值比热容绝热过程的计算A按平均绝热指数计算B利用气体热力性质表计算六、多变过程1、过程方程定压过程定温过程绝热过程定容过程2、初终状态参数间的关系18

3、在p-v图及T-s图上表示n

n

19

4、能量转换

功技术功热量平均多变指数1）等端点多变指数2）等功法多变指数3）利用实际过程的lgp－lgv图计算4）利用p－v图面积对比计算例题4－1，4－221

比热容22

多变指数23

多变过程的能量关系w/q：膨胀，吸热，压缩,放热膨胀，放热，压缩,吸热24

如图，某种理想气体有两任意过程a-b和a-c，已知b，c在同一可逆绝热线上，试问：Δuab和Δuac哪个大？解：（方法一）过b、c分别作等温线（方法二）考虑过程b

c某理想气体经历4个过程，如T-s图1）将各过程画在p-v图上；2）指出过程加热或放热，膨胀或压缩。解：1-31-21-41-5小结四种典型热力过程：定压过程、定温过程

定容过程、绝热过重点：多变过程4.2蒸气的热力过程热力学第一第二定律的基本原理及由它们直接推导的一般关系式在此也适用。分析蒸气热力过程的步骤：1）由初态的两个已知的独立参数，从表或图上查得其他初态参数；2）由初态、过程特征和终态的一个已知参数确定终态，并利用图或表查出其他参数；3）将查得的初、终态参数代入有关公式计算热量、功量等能量交换。蒸气的热力过程：定容、定压、定温、绝热四个基本过程。定容过程定压过程定温过程定熵（绝热过程）4.3湿空气的动力过程一、加热或冷却过程二、绝热加湿过程（近似为定焓过程）三、冷却去湿过程四、增压冷凝过程（如空气的压缩过程）湿空气初态（p1、t1、Φ1），经压缩变为（p2、t2），水蒸气分压从pst1＝Φ1

.

ps!变为pst2＝Φ1

.

ps!.(p2/P1)，在该压力下湿空气冷却到ps2‘，t2’，若pst2大于ps2‘，则必有水蒸气被凝析，反之则无。五、绝热混合过程例题4－4，4－54.4气体与蒸气的绝热节流过程一、节流的概念——由于截面突变，气流局部受阻，所造成压力降低的现象。二、焦耳－汤姆逊效应气流温度在节流前后发生变化的现象称焦－汤效应。绝热节流也称等焓节流，对理想气体，节流前后温度不变，对实际气体温度会发生变化。工程中常见的节流过程属敞开稳定系统。节流过程是等焓过程，但不是定焓过程。三、微分节流效应节流前后气体温度的变化与压力变化的比值称为节流系数，以微分形式表示称微分节流系数。节流系数就是等焓线上任一点的斜率值。回转温度、回转曲线、最大回转温度与最小回转温度四、积分节流效应在生产实践中，为了获得足够大的温降，节流膨胀时往往需要采取较大的压力降，这时产生的温度变化将是微分节流效应的积分值，称为积分节流效应。求解上式往往比较困难，通常采用图解法。4.5压气机中的热力过程压气机是生产压缩气体的设备，是通过消耗机械能而使气体压力升高的一种工作机。按工作原理和构造，压气机可分为：容积式、速度式、引射式压气机。主要介绍活塞式压气机的热力过程分析方法。一、活塞式压气机的工作原理1、几个概念：死点；行程（冲程）；行程容积；吸入状态体积；吸气线；余隙与余隙容积。2、理想的循环工作过程；吸气－压缩－排气－吸气3、实际的循环工作过程。膨胀－吸气－压缩－排气－膨胀二、压气功的计算1、理想压气功2、有余隙的压气功3、压气机功率4、压气机气缸的冷却作用压缩终了气体温度过高会使润滑油过热变质，损坏压缩机，甚至爆炸。因此在压缩过程中应力求工质得到充分冷却，使之趋于定温压缩，工程上采用水夹套冷却、气缸周围加散热片等，多采用多级压缩和级间冷却。5、多级压缩和级间冷却与单级相比多级压缩的优点：排气温度低；省功；气缸行程容积的有效利用率高；多级活塞上所受的最大气体压力较小。多级压缩的中间压力有其最佳值。在此最佳值下，各级压缩的总功耗为最小。以两级压缩为例进行说明。设两级等功法多变指数相同，则：对Z级压缩有：例题4－64.6往复式膨胀机中的热力过程一、工作过程分析如图4－18进行分析往复式膨胀机的工作原理与往复式压缩机基本相同，只是作用相反。循环方向相反。例题4－7二、定熵膨胀与节流膨胀的关系气体作定熵膨胀时，压力的微小变化所引起的温度变化称之为微分定熵效应。表明气体的定熵膨胀过程总是使温度降低，即产生冷效应。由式4－68和4－55，可以得到定熵膨胀与节流膨胀的关系定熵膨胀的积分温度效应：对于有相变的情况也可以得到类似的结论。定熵膨胀做功最多，温降最大。而纯节流过