热力学第四章

热力学第四章第1页，共91页，2023年，2月20日，星期六§4-1

热力过程分析的目的与方法分析热力过程的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，进行热力计算功热转换是系统与外界通过工质的状态变化过程来实现。第2页，共91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91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91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)根据以知参数及过程方程求未知参数第5页，共91页，2023年，2月20日，星期六§4-2理想气体的定容过程

(isometricprocess)过程方程第6页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体v

的参数关系第7页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体v

的热量和功作为简单可压缩物质，对于气体的可逆定容过程，其过程功根据热力学第一定律，有所有气体定容过程的热量等于工质的热力学能增量第8页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体v

的热量和功（二）综合以上两式，有注：此式对实际气体仅适用于定容过程对理想气体，适用于理想气体的任何过程因为理想气体热力学能仅为温度的函数对有限定容过程，有（比热容为定值）第9页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体v

的过程曲线Pv斜率=？曲线上凸？下凹？曲线为正斜率凹向上曲线,且斜率随T上升而增大斜率第10页，共91页，2023年，2月20日，星期六第11页，共91页，2023年，2月20日，星期六§4-3理想气体的定压过程过程方程（isobaricprocess）第12页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体P

的参数关系第13页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体P

的热量和功作为简单可压缩物质，对于气体的可逆定容过程，其过程功对于可逆定压过程的技术功，则有可逆定压过程中系统不作技术功第14页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体P

的热量和功根据热力学第一定律，有所有气体可逆定压过程的热量等于工质的焓增量对有限定压过程所有气体比热容为定值第15页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体P

的过程曲线Pv曲线为正斜率凹向上曲线,且斜率随T上升而增大斜率v相同温度下显然，过同一点（温度相同）的定容线斜率大于定压线斜率第16页，共91页，2023年，2月20日，星期六第17页，共91页，2023年，2月20日，星期六§4-4理想气体的定温过程

（isothermalprocess）过程方程对理想气体，有第18页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体T

的参数关系定温过程中理想气体的压力与其比体积成反比。理想气体的定温过程即定热力学能过程和定焓过程第19页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体T

的热量和功对理想气体，定温过程即定热力学能过程，由热力学第一定律，有根据理想气体状态方程有对有限过程第20页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体T

的过程曲线Pv理想气体的定温过程应为等腰双曲线在P－v图上定温线有负的斜率且根据理想气体状态方程不难推知，离坐标原点愈远的定温线其温度值愈高第21页，共91页，2023年，2月20日，星期六第22页，共91页，2023年，2月20日，星期六§4-5理想气体的绝热过程（等熵过程）

adiabaticprocess（isentropicprocess）(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。第23页，共91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24页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体s

的过程方程第25页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体s

的初、终态第26页，共91页，2023年，2月20日，星期六斜率=？曲线上凸？下凹？斜率斜率理想气体s

的p-v

图和

T-s

图第27页，共91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28页，共91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29页，共91页，2023年，2月20日，星期六第30页，共91页，2023年，2月20日，星期六§4-6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值初终态关系n第31页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体s

的初、终态第32页，共91页，2023年，2月20日，星期六§4-6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值初终态关系n第33页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体

n

u,h,

s,的计算

内能变化焓变化熵变化

状态参数的变化与过程无关第34页，共91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35页，共91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=

基本过程是多变过程的特例pTsvnpTsv第36页，共91页，2023年，2月20日，星期六已知热力过程，如何求取n？？因此在lnp-lnv的坐标图上，多变过程为一条直线。取对数：又：第37页，共91页，2023年，2月20日，星期六初终态关系过程方程小结：理想气体的基本过程pTsvpTsv第38页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体基本过程的

u,h,

s

内能变化焓变化熵变化

状态参数的变化与过程无关pTsv第39页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体基本过程的wpTsv第40页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体基本过程的wtpTsv第41页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体基本过程的qpTsvcp的定义cv的定义第42页，共91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43页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体基本过程的p-v,T-s图sTvpppp第44页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体基本过程的p-v,T-s图sTvpppvvv第45页，共91页，2023年，2月20日，星期六理想气体基本过程的p-v,T-s图sTvpppTvvTT第46页，共91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47页，共91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48页，共91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49页，共91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50页，共91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51页，共91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52页，共91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53页，共91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54页，共91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55页，共91页，2023年，2月20日，星期六§4-4水蒸气的基本过程目标：①初态和终态的参数②过程功和热量依据：可逆过程第56页，共91页，2023年，2月20日，星期六水蒸气的基本过程步骤：①根据初态的两个参数{（p,t），（p,x）或（t,x）}从表或图中查得其它参数；②根据过程特征和一个终态参数确定终态，再从表或图上查得其它参数③根据求得的初、终态参数计算q，w等第57页，共91页，2023年，2月20日，星期六水蒸气的基本过程①定容过程（v=const）w=0②定压过程（p=const）wt=0;w=p(v2–v1)③定温过程（T=const）q=T(s2-s1)④定熵过程（s=const）q=0最重要第58页，共91页，2023年，2月20日，星期六焓熵图hsCx=1x=0pvTx第59页，共91页，2023年，2月20日，星期六水蒸气的基本过程一、水蒸气的定压过程（图解或表解）wt=0q=h342pv1例：锅炉中，水从30℃，4MPa,定压加热到450℃

q=h2-h1ts(4MPa)=250.33℃锅炉、换热器第60页，共91页，2023年，2月20日，星期六q=h2-h12Tshs2h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kgwt=0w=P△v△u=(h2-h1)-P△v第61页，共91页，2023年，2月20日，星期六二、水蒸气的绝热过程不可逆过程：

汽轮机、水泵可逆过程：

s12

12’q=02’12Tsp1p2第62页，共91页，2023年，2月20日，星期六q=0hs不可逆过程

可逆过程：

sp1p221h1h2h2’2’透平效率w=-△u△u=(h2-h1)-(p2v2-p1v1)第63页，共91页，2023年，2月20日，星期六图优缺点：1）图没有表准确，但一般工程计算可以；2）图中数据连续，不需用内插值法；3）不需判断相区；4）在分析热力过程时，使用很方便。表优缺点：1）表列数据准确性高；2）数据不连续，有时需用内插值法；3）在湿蒸汽区尚需用公式；4）查表之前要判断相区；5）在分析热力过程时，尤其涉及相变时，使用很不方便（分析热和功）。第64页，共91页，2023年，2月20日，星期六§4-5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、炼铁、燃气轮机、制冷空调等等型式结构活塞式(往复式)离心式轴流式叶轮式连续流动压力范围通风机鼓风机压缩机出口当连续流动第65页，共91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wt第66页，共91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67页，共91页，2023年，2月20日，星期六

三种压气过程的参数关系？第68页，共91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69页，共91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

省功第70页，共91页，2023年，2月20日，星期六最佳增压比的推导w分级最小值，最佳增压比可证明若m级

省功第71页，共91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

省功第72页，共91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：配马达功率，出口温度。？sn？根据经验，有无冷却水套假定，理论功s第73页，共91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74页，共91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75页，共91页，2023年，2月20日，星期六第四章小结1、理想气体各种可逆过程的特性，参数变化，功，热的计算。2、p-v图，T-s图上的表示3、水蒸汽的基本热力过程4、压气机热力过程的分析方法第76页，共91页，2023年，2月20日，星期六第四章讨论习题课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77页，共91页，2023年，2月20日，星期六作图练习题（1）s比较：vp第78页，共91页，2023年，2月20日，星期六作图练习题（2）比较：第79页，共91页，2023年，2月20日，星期六作图练习题（3）比较：第80页，共91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81页，共91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82页，共91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83页，共91页，2023年，2月20日，星期六

I.活塞无摩擦，完全导热4)解：4）SA

,SA