热力学第三章理想气体热力过程

热力学第三章理想气体热力过程第1页，共70页，2023年，2月20日，星期六§3-5研究热力学过程的目的与方法目的提高热力学过程的热功转换效率热力学过程受外部条件影响

主要研究外部条件对热功转换的影响利用外部条件,合理安排过程，形成最佳循环对已确定的过程，进行热力计算第2页，共70页，2023年，2月20日，星期六研究热力学过程的对象与方法对象1)参数(p,T,v,u,h,s

)变化2)能量转换关系,

q

,w,wt方法抽象分类2)可逆过程(不可逆再修正)基本过程第3页，共70页，2023年，2月20日，星期六研究热力学过程的依据2)理想气体3)可逆过程

1)热一律稳流第4页，共70页，2023年，2月20日，星期六研究热力学过程的步骤1)确定过程方程------该过程中参数变化关系5)计算w

,

wt,

q4)求3)用T-s与p-v图表示2)根据已知参数及过程方程求未知参数第5页，共70页，2023年，2月20日，星期六斜率理想气体过程的p-v,T-s图上凸?下凹？sTvpppp第6页，共70页，2023年，2月20日，星期六斜率理想气体过程的p-v,T-s图上凸?下凹？sTvpppvvv第7页，共70页，2023年，2月20日，星期六斜率理想气体过程的p-v,T-s图上凸?下凹？sTvpppTvvTT第8页，共70页，2023年，2月20日，星期六§3-7理想气体的等熵过程(2)不仅,s处处相等

绝热可逆s说明:(1)不能说绝热过程就是等熵过程,必须是可逆绝热过程才是等熵过程。adiabaticisentropicReversibleadiabatic第9页，共70页，2023年，2月20日，星期六三个条件:

(1)理想气体(2)可逆过程(3)

k为常数理想气体s的过程方程当理想气体第10页，共70页，2023年，2月20日，星期六理想气体s的过程方程第11页，共70页，2023年，2月20日，星期六理想气体过程的p-v,T-s图sTvpppsvvTTss第12页，共70页，2023年，2月20日，星期六

内能变化焓变化熵变化

理想气体s

u,

h,

s,的计算状态参数的变化与过程无关第13页，共70页，2023年，2月20日，星期六

膨胀功w理想气体s

w,wt,q的计算技术功

wt热量

q第14页，共70页，2023年，2月20日，星期六§3-7理想气体热力过程的综合分析理想气体的多变过程(Polytropicprocess)过程方程n是常量，每一过程有一n值nn=ks第15页，共70页，2023年，2月20日，星期六(1)当n=0

(2)当n=1多变过程与基本过程的关系(3)当n=k

(4)当n=

pTsvnpTsv基本过程是多变过程的特例isothermalisentropicisobaricisochoric第16页，共70页，2023年，2月20日，星期六理想气体n

w,wt,q的计算多变过程比热容第17页，共70页，2023年，2月20日，星期六

基本过程的计算是我们的基础，要非常清楚，非常熟悉。基本要求：拿来就会算参见书上表4－1公式汇总理想气体基本过程的计算第18页，共70页，2023年，2月20日，星期六理想气体基本过程的p-v,T-s图sTvpppvvTTss第19页，共70页，2023年，2月20日，星期六u在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpuT=u>0u>0第20页，共70页，2023年，2月20日，星期六h在p-v,T-s图上的变化趋势sTvphT=u>0u>0h>0h>0第21页，共70页，2023年，2月20日，星期六w在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0第22页，共70页，2023年，2月20日，星期六wt在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0第23页，共70页，2023年，2月20日，星期六q在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0Tq>0第24页，共70页，2023年，2月20日，星期六u,h,w,wt,q在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0u,h↑(T↑)w↑(v↑)wt↑(p↓)q↑(s↑)q>0第25页，共70页，2023年，2月20日，星期六p-v,T-s图练习（1）sTvp压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？第26页，共70页，2023年，2月20日，星期六p-v,T-s图练习（2）sTvp膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？第27页，共70页，2023年，2月20日，星期六p-v,T-s图练习（3）sTvp膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？第28页，共70页，2023年，2月20日，星期六§3-8活塞式压气机的压缩过程分析压气机的作用生活中：自行车打气。工业上：锅炉鼓风、出口引风、炼钢、燃气轮机、制冷空调等等型式结构活塞式(往复式)离心式，涡旋轴流式，螺杆连续流动压力范围通风机鼓风机压缩机出口当连续流动Fan

CompressorFanner

第29页，共70页，2023年，2月20日，星期六理论压气功(可逆过程)指什么功目的：研究耗功，越少越好活塞式压气机的压气过程技术功wtMinimizingworkinput第30页，共70页，2023年，2月20日，星期六(1)、特别快，来不及换热。(2)、特别慢，热全散走。(3)、实际压气过程是

可能的压气过程sTn第31页，共70页，2023年，2月20日，星期六

三种压气过程的参数关系第32页，共70页，2023年，2月20日，星期六

三种压气过程功的计算最小重要启示第33页，共70页，2023年，2月20日，星期六两级压缩中间冷却分析有一个最佳增压比

省功Worksaved第34页，共70页，2023年，2月20日，星期六最佳增压比的推导

省功第35页，共70页，2023年，2月20日，星期六最佳增压比的推导

省功欲求w分级最小值，可证明若m级最佳增压比第36页，共70页，2023年，2月20日，星期六分级压缩的其它好处润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级第37页，共70页，2023年，2月20日，星期六分级压缩的级数省功分级降低出口温多级压缩达到无穷多级(1)不可能实现(2)结构复杂(成本高)一般采用2~4级压缩T第38页，共70页，2023年，2月20日，星期六压气机的设计计算需要压气机，想设计一台已知：要求：配电动机功率，

出口温度。？sn？根据经验，有无冷却水套假定，理论功s第39页，共70页，2023年，2月20日，星期六压气机的设计计算实际过程有摩擦机械效率经验值70％第40页，共70页，2023年，2月20日，星期六压气机的校核计算已有压气机，实测要求：压气机效率太低，则压气机报废或修理第41页，共70页，2023年，2月20日，星期六活塞式压气机的余隙影响避免活塞与进排气阀碰撞，留有空隙余隙容积压缩过程排气，状态未变残留气体膨胀进新气，状态未变Clearancevolume第42页，共70页，2023年，2月20日，星期六活塞式压气机的余隙影响活塞排量研究VC对耗功和产气量的影响新气量产气量有效吸气容积第43页，共70页，2023年，2月20日，星期六余隙容积VC对理论压气功的影响设12和43两过程n相同功＝面积12341＝面积12561－面积43564第44页，共70页，2023年，2月20日，星期六余隙容积VC对理论压气功的影响余隙对单位产气量耗功不影响第45页，共70页，2023年，2月20日，星期六余隙容积VC对产气量的影响定义容积效率令余隙比工程上一般＝0.03~0.08Volumetricefficiency第46页，共70页，2023年，2月20日，星期六余隙容积VC对产气量的影响讨论：（1）一定，σ（2）σ和n一定，极限第47页，共70页，2023年，2月20日，星期六余隙影响例题已知：压缩空气求（1）有余隙时的排气量和耗功（2）无余隙时的排气量和耗功解：（1）有效容积第48页，共70页，2023年，2月20日，星期六例题(1)有余隙影响第49页，共70页，2023年，2月20日，星期六余隙影响例题解：（2）无余隙时的排气量和耗功第50页，共70页，2023年，2月20日，星期六例题(2)活塞式压气机把0.1MPa、298K的空气加压到2.5MPa，分别按单级和二级压缩、中间冷却计算压气机气缸容积效率及各缸终温。已知：n＝1.25，第51页，共70页，2023年，2月20日，星期六第三章小结Summary1、什么样的气体是理想气体？2、理想气体状态方程的正确使用3、理想气体比热、内能、焓、熵的特点和计算4、理想气体各种可逆过程的特性，参数变化，功，热的计算。5、p-v图，T-s图上的表示6、压气机热力过程的分析方法第52页，共70页，2023年，2月20日，星期六第三章讨论习题课1、任何定温过程都有u=0,h=0?温度一定变?2、绝热过程，温度都不变?3、从同一初态，分别经过程，到达同一终态是否可能Tsn=1.2?nsT4、一封闭系经某可逆吸热对外作功，问能否用一可逆绝热过程使系统回到初态?理气?第53页，共70页，2023年，2月20日，星期六思考题s在u-v图上画出加热，加热，加热

膨胀，定比热，理想气体vpTq=u+wv加热第54页，共70页，2023年，2月20日，星期六思考题p加热斜率为正的直线v加热p加热第55页，共70页，2023年，2月20日，星期六思考题T加热v加热p加热T加热s膨胀上凸?下凹？s膨胀第56页，共70页，2023年，2月20日，星期六作图练习题（1）s比较：vp第57页，共70页，2023年，2月20日，星期六作图练习题（2）比较：第58页，共70页，2023年，2月20日，星期六作图练习题（3）比较：第59页，共70页，2023年，2月20日，星期六计算练习题（1）同种气体，TA=TB=T0=288K突然拔掉销钉，经很长时间，TA=TB=T0I.活塞无摩擦，完全导热求：1）活塞移动距离L2）A气体对B气体传热QAA气体对B气体作功WA3）气缸与外界换热QA+B4）SA

,SB,

SA+BII.活塞有摩擦，完全导热，且经历准静态等温过程1)~4)第60页，共70页，2023年，2月20日，星期六I.活塞无摩擦，完全导热1)解：1）活塞移动距离LA和B质量和温度不变第61页，共70页，2023年，2月20日，星期六

I.活塞无摩擦，完全导热2)3)解：2）QA，WA突然，不是准静态无法确定3）QA+B第62页，共70页，2023年，2月20日，星期六

I.活塞无摩擦，完全导热4)解：4）SA

,SB,

SA+B

讨论：QA+B=0SA+B>0QA，WA无法求S