第4章 气体和蒸汽的基本热力过程2016

第四章

气体和蒸汽的基本热力过程理想气体的基本热力过程

工质的膨胀能力是热能转变为机械能的最根本条件

允许工质膨胀的外界条件同样非常重要

不同的过程表征着不同的外界条件分析1.热力过程的研究目的：了解外部条件对热能和机械能转变的影响，以便通过有利的外部条件，合理地安排工质的热力过程，达到提高热能和机械能转换效率的目的。热力过程的研究目的和方法2.基本任务

（1）确定过程中工质状态参数的变化规律；（2）分析过程中的能量转换关系。3.理论依据；（1）热力学第一定律表达式；（2）理想气体状态方程式；（3）可逆过程的特征方程式。4.简化处理方法：（1）假设过程为可逆过程；（2）将实际过程近似为有简单规律的典型过程：

定容过程（constantvolumeprocess）

定压过程（constantpressureprocess）

定温过程（isothermalprocess）

可逆绝热过程（reversibleadiabaticprocess）

5.研究内容：（1）根据过程特点，确定过程中状态参数的变化规律——过程方程式；（2）确定状态参数间的关系；（3）确定热力学能的变化u，焓的变化h

；（4）将过程中状态参数的变化规律表示在

p-vdiagram，T-sdiagram；（5）确定对外所作功量：膨胀功w，技术功wt

；（6）确定过程中的热量q。

4-1可逆定容过程（1）过程方程式（2）初，终态参数间的关系（3）热力学能，焓，熵的变化（4）p-v图，T-s图表示p-v图：一条垂直于v轴的直线T-s图：一条指数函数曲线p2’210vvT2’210s.v（5）功量的计算

膨胀功

技术功（6）热量的计算定容过程中，吸收的热量全部用于增加工质的热力学能，因此温度升高。定容过程中，工质的温度和压力升高后，做功能力得到提高，是热变功的准备过程。4-2可逆定压过程（1）过程方程式（2）初，终态参数间的关系（3）热力学能，焓，熵的变化（4）p-v图，T-s图表示p2’10v2vpT2’210s.pvp-v图：一条平行于v轴的直线T-s图：一条指数函数曲线v对比（5）功量的计算

膨胀功

技术功（6）热量的计算定压过程中，气体吸收的热量等于其焓的增加，而热能转化的机械能全部用来维持工质流动。（1）过程方程式（2）初，终态参数间的关系（3）热力学能，焓，熵的变化

4-3可逆定温过程（4）p-v图，T-s图表示.p2’210vTT2’210sTp-v图：一条等边双曲线T-s图：一条平行于s轴的水平线（5）功量的计算

膨胀功

技术功

膨胀功和技术功的关系（6）热量的计算思考对定温过程，可否应用计算热量。理想气体定温膨胀时，加入的热量全部用于对外作功；反之，定温压缩时，外界所消耗的功量，全部转变为热，并对外放出。T2’210sT∆s（1）过程方程式推导

可逆绝热过程理想气体熵的微分式因此假设γ=常数

绝热指数k

不考虑k随温度变化

k=1.67（单），k=1.40（双）,k=1.29（多）clnln0=+=+vpvdvpdpgg

4-4可逆绝热过程（2）初，终态参数间的关系（3）热力学能，焓，熵的变化（4）p-v图，T-s图表示.p2’210vTsT2’210sTsp-v图：一条高次双曲线T-s图：一条垂直于s轴的垂直线T对比（5）热量的计算（6）功量的计算

膨胀功推导任何工质，任何绝热过程理想气体cv=常数的任何绝热过程理想气体的可逆绝热过程

技术功推导任何工质，任何绝热过程理想气体cp=常数的任何可逆过程理想气体的可逆绝热过程

膨胀功和技术功的关系

绝热过程中的技术功是膨胀功的k倍。

绝热过程中，气体与外界无热量交换，过程功来自于工质本身的能量交换。（1）多变过程的定义及过程方程式

多变指数n是实数，理论上界于-∞∼+∞之间，相应的过程为无穷多。不同的多变过程，n值不同四个基本过程是多变过程的特例

4-5可逆多变过程

多变指数n的计算对任意多变过程,根据过程方程式:积分上式:即:已知两状态点的(p1,v1),(p2,v2)

即可解n值。（2）多变过程中状态参数的变化规律（3）热力学能，焓，熵的变化（4）p-v图，T-s图表示

p-v图

多变过程的斜率

四个基本热力过程的斜率.p2’210vTsvp绘制空气n=1.6的膨胀过程，判断q,w,Δu的正负.p0v-∞n=kn=1n=0+∞n=1.6n=1.6膨胀过程确定n值确定过程的特点

多变过程线的分布规律从定容线出发：n值由-∞∼0∼1∼k∼+∞，按顺时针方向增大T-s图

多变过程的斜率多变比热cn：

四个基本热力过程的斜率绘制空气n=1.6的膨胀过程，判断q,w,Δu的正负T20s.pv2’1TsT20s.2’1n=kn=1n=0-∞+∞n=1.6n=1.6膨胀过程

多变过程线的分布规律从定容线出发：n值由-∞∼0∼1∼k∼+∞，按顺时针方向增大从定熵线出发：cn值由0∼cv∼cp∼∞，按顺时针方向递增（5）多变过程的功量

膨胀功

技术功（6）多变过程的热量定温过程时其它过程（7）坐标图上多变过程特性的判定T20s.pv2’1Ts.p2’210vTsvp过程功的正负以定容线为界过程热量的正负以定熵线为界理想气体热力学能，焓的增减以定温线为界技术功的正负以定压线为界将满足下列要求的理想气体多变过程表示在p-v图和T-s图上。（1）工质又升压，又升温，又放热的过程。（2）工质又膨胀，又降温，又放热的过程。2.试分析多变指数在1<n<k范围内的膨胀过程特点。思考题若上例改为n=1.1的多变过程，则各项结果又如何？思考题有一汽缸和活塞组成的系统，汽缸壁和活塞均由绝热材料制成，活塞可在汽缸中无摩擦地自由移动。初始时活塞位于汽缸中间，A，B两侧各有1kg空气,压力均为0.45

MPa，温度同为900K。现对A侧冷却水管通水冷却，A侧压力逐渐降低。求：（1）压力降低到0.3

MPa时，A，B两侧的体积是多少？（2）冷却水从系统带走的热量是多少？（3）在p-v

图、T-s

图上大致表示两侧气体进行的过程。按定值比热容计算，且k=1.4,

cv=

0.717

kJ/(kg·K)

。例题12kg空气分别经过定温膨胀和绝热膨胀的可逆过程，从初态压力为p1=9.807bar，t1=300ºC膨胀到终态容积为初态容积的5倍。试计算不同过程中空气的终态参数，对外界所作的功和交换的热量，过程中热力学能，焓和熵的变化量。设空气的cp=1.004kJ/(kg.K)，R=0.287kJ/(kg.K)，K=1.4。例题2在T-s图上用图形面积表示某理想气体可逆过程a→b的焓差ha-hb例：ha-

hb用什么面积表示?考虑过程等压c思考：若实际气体，如何？依据：a）T-s图上过程下面积表示qb）qp=Δh，qv=Δua例题34-6水蒸气的基本热力过程

水蒸气的基本热力过程：定容，定压，定温和绝热过程。求解任务：（1）确定初，终态的参数；（2）确定过程中的热量和功量。求解方法：查表，图，根据专用方程用计算机计算求解步骤（1）根据初态的两个参数，通常(p,t)/(p,x)/(t,x)，从表或图中查出其它初态参数；（2）根据过程特征及一个终态参数确定终态，再从表或图中查得其它终态参数；（3）根据初，终态参数计算q,u,h,w,wt

。求