第4章-理想气体的热力过程

第四章气体和蒸汽的基本热力过程基本要求熟练掌握四种基本过程(定容、定压、定温及定熵)以及多变过程的初终态基本状态参数p、v、T之间的关系。熟练掌握四种基本过程以及多变过程中系统与外界交换的热量、功量的计算。能将各过程表示在p-v图和T-s图上，并能正确地应用p-v图和T-s图判断过程的特点，即

u、

h、q及w等的正负值。学习目的

掌握气体和蒸汽在各种热力过程中状态参数变化规律和相应的能量转化状况。1研究热力过程的任务和方法工程上热力过程实施主要目的：实现预期的能量转化获得预期的热力状态

热力过程研究内容：状态变化规律：

p，

T，

v，

u，

h，

s能量转换状况：q，w，wt

如锅炉中工质定压吸热，提高蒸汽的焓使之获得作功能力。如压气机中消耗功量使气体升压。2研究热力过程的任务和方法分析热力过程方法和步骤：

列出过程方程式：表征过程特点的方程式在p-v图，T-s图上画出过程曲线建立过程中状态参数的关系式计算

u，

h，

s

等求过程q，w，wt

等

把实际过程简化得到一些基本过程本章讨论理想气体和实际流体可逆过程情况。34-1理想气体的基本热力过程1过程方程式(特征)2p-v图，T-s图3状态参数关系式4热力学能变化()焓变化()熵变化()5过程功()过程热量()技术功()工程应用：水泵，液体泵

1.

定容过程

比体积保持不变的过程。42.

定压过程

压力保持不变的过程

4-1理想气体的基本热力过程1过程方程式(特征)2p-v图，T-s图3状态参数关系式4热力学能变化()焓变化()熵变化()5过程功()过程热量()技术功()工程应用：换热器

54-1理想气体的基本热力过程63.

定温过程

温度保持不变的过程

4-1理想气体的基本热力过程1过程方程式(特征)2p-v图，T-s图3状态参数关系式4热力学能变()焓变化()熵变化()5过程功()过程热量()技术功()工程应用：充分冷却的压缩过程

74.

定熵过程

熵保持不变的过程

4-1理想气体的基本热力过程1过程方程式(特征)2p-v图，T-s图κ:定熵指数(绝热指数)

理想气体κ=γ84-1理想气体的基本热力过程3状态参数关系式4热力学能变化()焓变化()熵变化()5过程功()过程热量()技术功()4.

定熵过程

熵保持不变的过程

工程应用：动力机、叶轮式压气机94-2理想气体的多变过程

实际过程多种多样，很难总结为上述四种过程，把其过程按p、v数据拟合为下式称为多变过程，n称为多变指数

n=0pn=1Tn=

sn=∞v104-2理想气体的多变过程3状态参数关系式4热力学能变化()焓变化()熵变化()5过程功()过程热量()技术功()1过程方程式(特征)2p-v图，T-s图114-3理想气体的过程综述四个基本过程定压、定容、定温、定熵是多变过程的特例子，在p-v图、T-s图上把热力学面分为八个区域，如图所示：分析各区域状态参数及能量转换的变化情况：2点区域pvT,u,hsw,wtqⅡ↓↑↑↑++Ⅲ↓↑↓↑++Ⅳ↓↑↓↓+-比热一定为正值吗？？

124-3理想气体的过程综述定温线群的变化趋势定熵线群的变化趋势定压线群的变化趋势定容线群的变化趋势134-3理想气体的过程综述过程中各能量项正负方向分析热力学能与焓

等温线是确定du、dh正负的分界线。热量

等熵线是确定

q

正负的分界线。体积变化功

等容线是确定

w

正负的分界线。技术功

等压线是确定

wt正负的分界线。144-4水蒸气的基本热力过程

水蒸汽基本过程

定容、定压、定温、定熵

实施目的和分析内容

与理想气体过程一样

实施目的：达到预期的热力状态如：高压气体(流)、水泵

达到预期的能量转换如：火力发电，制冷

分析内容：状态变化情况如：

p，

T，

u，

h，

s，etc.能量转换情况如：q，w，wt，etc.可逆过程

计算依据热力学第一定律、水蒸气性质确定水蒸气性质图表154-4水蒸气的基本热力过程水蒸气基本过程的计算步骤：

1.根据初态的两个已知参数，从表或图中查得其他参数。2.根据过程特征及一个终态参数确定终态，再从表或图上查得其他参数3.根据已求得的初、终态参数计算q、w及wt。关键：确定初、终态状态参数(根据已知条件)不同之处：水蒸气的性质计算和理想气体不同。

164-4水蒸气的基本热力过程示例1.

定压冷却过程：水蒸气从p1，t1，定压冷却到x2

状态1：状态2：

174-4水蒸气的基本热力过程示例2.

定熵膨胀过程：水蒸气从p1，t1，定熵膨胀到x2

状态1：状态2：水蒸气定熵过程:18由热力学第一定律可得：，因为：，所以：由理想气体状态方程：，得：热力学第一定律、工程热力性质、热力过程习题课

已知：t1=27℃，t2=140℃，qv=3m3，pe1=0.5bar，pb=1.0bar求：例1.

空气流经空气预热器(表面式换热器)，温度从t1=27℃上升到t2=140℃，空气的进口流量为每小时3m3，进口表压力pe1=0.5bar，如环境大气压为pb=1.0bar，吸热过程可视为定压过程，试求：每小时空气吸热量及内能、焓的变化，分别按(1)定值比热容；(2)平均比热容直线关系式；(3)平均比热容表进行计算。解：根据题意进口处空气，压力：温度：取预热器进出口间的空气为研究对象，这是一个稳定流动开口系，由于空气可视为理想气体处理，有：每小时：19热力学第一定律、工质热力性质、热力过程习题课

(1)采用定值比热(2)采用平均比热容直线关系式

查附表：所以：所以：20热力学第一定律、工质热力性质、热力过程习题课

(3)采用平均比热容表

查附表：所以：21热力学第一定律、工质热力性质、热力过程习题课

例2.

已知空气的初压p1=600kPa，T1=923K，进入汽轮机可逆绝热膨胀到p2=100kPa排气，求所作的技术功？同样，水蒸汽的初压为p1=18000kPa，T1=833K，进入蒸汽轮机可逆绝热膨胀到p2=20kPa，求所作的技术功？解：

(1)取空气为研究对象，这是一个稳流系由热力学第一定律可知：

(2)取水蒸汽为研究对象，这是一个稳流系查表：22热力学第一定律、工质热力性质、热力过程习题课

例3.

将下列p-v图转化为T-s图23热力学第一定律、工质热力性质、热力过程习题课

例4.将满足下列的多变过程，表示在p-v图和T-s图上。

工质受压、放热、升温Δp>0，q<0，ΔT>024热力学第一定律、工质热力性质、热力过程习题课

例5.

0.4kg空气从初压p1=200kPa、初温t1=300℃定温膨胀到v2=1.68m3·kg-1，随后将空气定压压缩，再在定容下加热使它回到初态，求：

(1)将这循环画在p-v图和T-s图上；(2)各过程的Q，Wt；(3)循环的热效率解：已知：m=0.4kg，p1=200kPa，t1=300