热力学第四章

热力学第四章第一页，共九十一页，编辑于2023年，星期三§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。第二页，共九十一页，编辑于2023年，星期三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)基本过程第三页，共九十一页，编辑于2023年，星期三研究热力学过程的依据2)理想气体3)可逆过程

1)热一律稳流第四页，共九十一页，编辑于2023年，星期三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五页，共九十一页，编辑于2023年，星期三§4-2理想气体的定容过程

(isometricprocess)过程方程第六页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体v

的参数关系第七页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体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八页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体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）第九页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体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上升而增大斜率第十页，共九十一页，编辑于2023年，星期三第十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期三§4-3理想气体的定压过程过程方程（isobaricprocess）第十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体P

的参数关系第十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体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十四页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体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十五页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体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十六页，共九十一页，编辑于2023年，星期三第十七页，共九十一页，编辑于2023年，星期三§4-4理想气体的定温过程

（isothermalprocess）过程方程对理想气体，有第十八页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体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十九页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体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二十页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体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二十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期三第二十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期三§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。第二十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期三三个条件:

(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二十四页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体s

的过程方程第二十五页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体s

的初、终态第二十六页，共九十一页，编辑于2023年，星期三斜率=？曲线上凸？下凹？斜率斜率理想气体s

的p-v

图和

T-s

图第二十七页，共九十一页，编辑于2023年，星期三

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二十八页，共九十一页，编辑于2023年，星期三

膨胀功w理想气体s

w,wt,q的计算技术功

wt热量

q第二十九页，共九十一页，编辑于2023年，星期三第三十页，共九十一页，编辑于2023年，星期三§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第三十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体s

的初、终态第三十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期三§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第三十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体

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三十四页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体n

w,wt,q的计算多变过程比热容第三十五页，共九十一页，编辑于2023年，星期三(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第三十六页，共九十一页，编辑于2023年，星期三已知热力过程，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：第三十七页，共九十一页，编辑于2023年，星期三初终态关系过程方程小结：理想气体的基本过程pTsvpTsv第三十八页，共九十一页，编辑于2023年，星期三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第三十九页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体基本过程的wpTsv第四十页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体基本过程的wtpTsv第四十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体基本过程的qpTsvcp的定义cv的定义第四十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期三

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四十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体基本过程的p-v,T-s图sTvpppp第四十四页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体基本过程的p-v,T-s图sTvpppvvv第四十五页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体基本过程的p-v,T-s图sTvpppTvvTT第四十六页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体基本过程的p-v,T-s图sTvpppvvTTss第四十七页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理想气体基本过程的p-v,T-s图sTvpppvvTTss第四十八页，共九十一页，编辑于2023年，星期三u在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpuT=u>0u>0第四十九页，共九十一页，编辑于2023年，星期三w在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0第五十页，共九十一页，编辑于2023年，星期三q在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0Tq>0第五十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期三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第五十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期三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？第五十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期三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？第五十四页，共九十一页，编辑于2023年，星期三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？第五十五页，共九十一页，编辑于2023年，星期三§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：可逆过程第五十六页，共九十一页，编辑于2023年，星期三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等第五十七页，共九十一页，编辑于2023年，星期三水蒸气的基本过程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最重要第五十八页，共九十一页，编辑于2023年，星期三焓熵图hsCx=1x=0pvTx第五十九页，共九十一页，编辑于2023年，星期三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、换热器第六十页，共九十一页，编辑于2023年，星期三q=h2-h12Tshs2h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kgwt=0w=P△v△u=(h2-h1)-P△v第六十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期三二、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第六十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期三q=0hs不可逆过程

可逆过程：

sp1p221h1h2h2’2’透平效率w=-△u△u=(h2-h1)-(p2v2-p1v1)第六十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期三图优缺点：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）。第六十四页，共九十一页，编辑于2023年，星期三§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六十五页，共九十一页，编辑于2023年，星期三理论压气功(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第六十六页，共九十一页，编辑于2023年，星期三(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第六十七页，共九十一页，编辑于2023年，星期三

三种压气过程的参数关系？第六十八页，共九十一页，编辑于2023年，星期三

三种压气过程功的计算最小重要启示第六十九页，共九十一页，编辑于2023年，星期三两级压缩中间冷却分析有一个最佳增压比

省功第七十页，共九十一页，编辑于2023年，星期三最佳增压比的推导w分级最小值，最佳增压比可证明若m级

省功第七十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期三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

省功第七十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期三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第七十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期三压气机的设计计算实际过程有摩擦机械效率经验值70％第七十四页，共九十一页，编辑于2023年，星期三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七十五页，共九十一页，编辑于2023年，星期三第四章小结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七十六页，共九十一页，编辑于2023年，星期三第四章讨论习题课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?第七十七页，共九十一页，编辑于2023年，星期三作图练习题（1）s比较：vp第七十八页，共九十一页，编辑于2023年，星期三作图练习题（2）比较：第七十九页，共九十一页，编辑于2023年，星期三作图练习题（3）比较：第八十页，共九十一页，编辑于2023年，星期三计算练习题（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)第八十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期三

I.活塞无摩擦，完全导热1)解：1）活塞移动距离LA和B质量和温度不变第八十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期三

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第八十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期三

I.活塞无摩擦，完全导热4)解：4）SA

,SA,