第四章 理想气体热力过程及气体压缩

第四章

理想气体热力过程

及气体压缩

熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变过程中状态参数p、v、T、u、h、s的计算，过程量Q、W的计算，以及上述过程在p-v

、T-s图上的表示。

本章重点基本任务:

确定过程中工质状态参数，能量转换关系目的:研究外部条件对热能和机械能转换的影响，通过有利的外部条件，达到合理安排热力过程，提高热能和机械能转换效率的目的。电影《火线保镖》里有个片段，主角把子弹夹在手指缝里再把手伸进火里子弹就射出去了，这个现实吗，有科学依据吗？每课一题§4-1基本热力过程

一、研究热力学过程的目的与方法目的:(1)完成一定的能量转换(2)工质达到一定的热力状态

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，进行热力计算参数会计算，就可以研究能量转换的过程对象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P、T、V、S研究热力过程的依据2)理想气体3)可逆过程

1)第一定律稳流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理想气体

u,

h,

s的计算

热力学能变化焓变化熵变化

状态参数的变化与过程无关若定比热理想气体

s的计算§4-2

可逆绝热过程（等熵）系统与外界没有热量交换过称为可逆过程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。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理想气体s

的初、终态斜率=？曲线上凸？下凹？斜率斜率理想气体s的p-v

图和

T-s图

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

膨胀功w理想气体s

w,wt,q的计算技术功wt热量

q作业：习题4-2§4-3理想气体的多变过程

过程方程n是常量，每一过程有一n值初终态关系n乒乓球打瘪了，放在热水里为什么会鼓起来？每课一题理想气体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理想气体n

w,wt,q的计算多变过程比热容(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初终态关系过程方程理想气体的基本过程pTsvpTsv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理想气体基本过程的wpTsv理想气体基本过程的wtpTsv理想气体基本过程的qpTsvcp

的定义cv

的定义斜率理想气体基本过程的p-v,T-s图上凸?下凹？sTvpppp斜率理想气体基本过程的p-v,T-s图上凸?下凹？sTvpppvvv斜率理想气体基本过程的p-v,T-s图上凸?下凹？sTvpppTvvTT理想气体基本过程的p-v,T-s图sTvpppsvvTTss理想气体基本过程的p-v,T-s图sTvpppvvTTssu在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpuT=

u>0

u>0w在p-v,T-s图上的变化趋势sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0q在p-v,T-s图上的变化趋势sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0Tq>0u,h,w,wt,q在p-v,T-s图上的变化趋势sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0u↑,h↑(T↑)w↑(v↑)wt↑(p↓)q↑(s↑)q>01-3：1-2：例4-5例题分析某理想气体经历4个过程，如T-s、p-v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：1-4：1-5：作业：习题4-4、4-6§4-4压气机的理论压缩轴功压气机作用生活中：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)离心式轴流式叶轮式连续流动压力范围通风机鼓风机压缩机用气筒快速给自行车打气，气筒为什么会发热？用湿毛巾包在打气筒外壁，会有什么作用？每课一题理论压气功(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wt0-1：吸气，传输推动功p1v11-2：压缩，耗外功压气机耗功：2-3：排气，传输推动功p2v2一、单级活塞式压气机工作原理假定活塞在左死点时，活塞与汽缸盖之间没有余隙存在，整个气缸容积均为工作容积。还假定压缩过程是可逆的，气体流过进、排气阀时没有阻力损失，气缸中排气压力等于储气罐压力。以上假定工作条件下的压气机工作过程，称为理论压气过程。理论轴功为图中面积12301。二、单级活塞式压气机理论压气轴功(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

三种压气过程的参数关系

三种压气过程功的计算最小重要启示1、叶轮式压缩机，氮气进口参数p1=0.0972MPa，t1=20℃，出口压力p2=311.11kPa，进口处氮气流量压气机绝热效率

c,s=0.80，略去进出口动能差和位能差，求：

1）压气机定熵压缩的耗功量;2）实际耗功量;

已知氮气：例9-1

例题解：2)1）§4-5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一、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＝0.03~0.08二、余隙容积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不论压气机有无余隙，压缩每kg气体所需的理论压气轴功相同。但是，有余隙容积时，进气量减少，汽缸容积不能充分利用，因此，当压缩同量气体时，必须采用气缸较大的机器，而且这一有害的余隙影响随压力比的增大而增加。所以在设计制造活塞式压气机时，应尽量减小余隙容积。归纳：

余隙存在使

1）生产量下降

2）实际耗功增大有害容积§4-5多级压缩和级间冷却工程上需要高压气体，但压缩过程中随p升高T升高；

v下降。分级压缩，级间冷却。两级压缩中间冷却分析有一个最佳增压比

省功最佳增压比的推导

省功最佳增压比的推导

省功欲求w分级最小值，最佳增压比的推导

省功w分级最小值，最佳增压比可证明若