《工程热力学》课件-12 理想气体的基本热力过程

理想气体的基本热力过程理想气体的热力学能、焓和熵的变化量1理想气体的热力学能、焓由于理想气体的热力学能是温度的单值函数，故不管经历什么热力过程，只要是从t1变化至t2时，上两式均成立。也就是说理想气体的热力学能变化量与经历的过程没有关系，仅仅只与热力过程的初温与终温有关，在数值上等于初温与终温相同的定体积过程中的热量。理想气体的热力学能、焓和熵的变化量2理想气体熵的变化量根据理想气体状态方程式和及其迈耶公式，分别代入以上两式，变化积分后可得(取比热容为定值比热容)只需知道初、终状态，可由以上三式任选其中一式计算理想气体的熵变化量。

010203掌握理想气体的四个基本热力过程的特点掌握热力过程在参数坐标图的表示及特点理解理想气体混合物的意义课程要求理想气体的热力过程我们的分析是以热力学第一定律为基础，理想气体为工质，可逆过程为前提的。主要依据包括：02

热力学能、焓计算式01理想气体状态方程这个主要分析过程参数变化特点的；这个主要是在热力学第一定律中需要分析热力学能和焓的变化量的确定；理想气体的比热容03热力学第一定律、利用比热容求热量03可逆体积功可逆技术功比热容求热量热力学第一定律

这几个主要是分析能量转换的依据公式，要探讨热力过程中可逆体积功，可逆技术功，热量。理想气体的四个基本热力过程理想气体的定体积过程概念:定容过程是工质在变化过程中容积保持不变的热力过程。(如内燃机中的燃烧过程)

1.过程方程式：

2.基本状态参数间的关系式：

理想气体的定体积过程3.功量与热量的分析计算：

定容过程中加给工质的热量等于工质热力学能的增加定容过程实质上是闭口系中热变功的准备过程1)定容过程不作膨胀功，即3)利用比热容计算热量定容吸热温度T上升压力p增大定容放热温度T下降压力p减小2)定容过程做技术功，即

理想气体的定体积过程4.过程曲线pvTs1212p-v图上定容线为一条垂直于v坐标轴的直线;T-s图上定容线为一条斜率为正的指数曲线。1-2为定容加热过程，气体升温升压;1-2'为定容放热过程，气体降温降压。理想气体的定压过程概念:压力保持不变时工质状态发生变化所经历的过程。(如电厂中各种换热器中的加热或冷却过程）

1.过程方程式：

2.基本状态参数间的关系式：

理想气体的定压过程3.功量与热量的分析计算：1)定压过程所做膨胀功2)定压过程不做技术功，即定压吸热温度T上升v增大（膨胀）定压放热温度T下降v减小（压缩）

定压过程中加给工质的热量等于工质焓的增加

3)定压过程吸热量理想气体的定压过程4.过程曲线p-v图上定压线为一条平行于v坐标轴的直线;T-s图上定压线为一条斜率为正的指数曲线。(注意:在T-s图中，通过同一状态点的定容线较定压线陡峭!)1-2为定压加热过程，气体升温膨胀;1-2'为定压放热过程，气体降温压缩。pvTs1212v3-3定压过程动画理想气体的定温过程概念:工质在变化过程中温度保持不变的热力过程。(如活塞式压气机中冷却条件较好的压缩过程)

1.过程方程式：

2.基本状态参数间的关系式：

3.功量与热量的分析计算：

定温过程中工质吸收的热量全部转换为功

理想气体的定温过程4.过程曲线p-v图上定温线为一条等边双曲线;T-s图上定温线为一条平行于s坐标轴的直线。1-2为定温加热过程，气体吸热膨胀;1-2'为定温放热过程，气体放热压缩。pvTs1212课堂练习【判断题】理想气体的定温过程也即是定热力学能和定焓的过程。正确理想气体的绝热过程概念:可逆的绝热过程称为定熵过程。(如电厂汽轮机中蒸汽的膨胀过程可近似看作绝热过程若忽略摩擦等不可逆因素，即为可逆绝热过程。)1.过程方程式：(k——绝热指数或比热比，k=cp/cv)2.基本状态参数间的关系式：可见，工质绝热膨胀时，比体积增大，压力降低，温度降低

或或

理想气体的绝热过程3.功量与热量的分析计算：上述各式表明，在绝热膨胀过程中，工质对外做的膨胀功等于工质热力学能的减少，对外做的技术功等于工质焓的减少。（热能→机械能)

理想气体的绝热过程4.过程曲线绝热过程在T-s图中为一条垂直于s轴的直线在p-v图中为一条高次双曲线(k>1）比通过同一状态点的定温过程线陡峭!1-2为绝热膨胀过程，气体降温降压;1-2’为绝热压缩过程，气体升温升压。pvTs1212T课堂练习绝热过程定温过程定压过程定容过程吸热升温升压吸热升温膨胀吸热膨胀降压膨胀降温降压理想气体的多变过程概念:满足以下过程方程式的热力过程。式中，n称为多变指数，范围从-∞到+

∞;在热力设备中只讨论n为正值的情况。前述的四种典型过程均为多变过程的特例:理想气体的四个基本热力过程4.过程曲线pvTsn=0n=0n=0n=0n=

n=

n=kn=

n=1n=1n=1n=1n=±∞n=±∞n=±∞n=±∞课堂练习【判断题】在p-v图上，通过同一状态点的绝热过程线的斜率比定温过程线的斜率大。正确例题分析【例3-6】某200MW机组锅炉的空气预热器，将压力为0.12MPa，温度为27℃的2000kg空气在定压下加热到227℃。试求初、终状态的容积、热力学能的变化量及过程中所加入的热量。设比热容为定值。解:空气的初态容积为空气经历定压过程后，终态容积为热力学能的变化量为空气的吸热量为

理想气体的四个基本热力过程4.过程曲线的定性分析定容过程pvTs1212

以定容线为界，向右比体积增加，向左比体积减小；同时可以判断体积功的方向（正负），向右对外作功（正），向左外界对系统作功（负）a理想气体的四个基本热力过程4.过程曲线的定性分析

以定压线为界，向上压力增加，向下压力减小；同时可以判断技术功的方向（正负），向上对外界对系统作技术功（负），向下对外作技术功（正）bpvTs1212v定压过程理想气体的四个基本热力过程4.过程曲线的定性分析

以定温线为界，向上温度增加，向下温度减小；同时可以判断热力学能、焓的变化，向上热力学能、焓增加，向下热力学能、焓减小cpvTs1212定温过程理想气体的四个基本热力过程4.过程曲线的定性分析

以定熵线为界，向右熵增加，向左熵减小；同时可以判断热量的方向（正负），向右吸热（正），向左放热（负）dpvTs1212T定熵（绝热）过程理想气体混合物

工程中常用的理想气体的工质大多是几种不同种类气体的混合物。例如，锅炉中燃料燃烧产生的烟气，作为燃气轮机和内燃机工质的燃气，都是由不同气体组成的混合气体。空气调节设备中的空气调节过程，冷却水塔中的水冷却过程，都与空气和水蒸气的混合特性密切相关。由两种或两种以上理想气体组成的混合气体，叫做“理想气体混合物”。理想气体混合物由两种或两种以上理想气体组成的混合气体，叫做“理想气体混合物”。01混合气体内部无化学反应，成分不变02各组成气体都有理想气体的性质03混合后仍具有理想气体的性质04各组成气体彼此独立，互不影响理想混合气体具有以下性质理想气体混合物由两种或两种以上理想气体组成的混合气体，叫做“理想气体混合物”。因此在这种混合气体中，各组成气体之间不发生化学反应，它们各自互不影响地充满整个容器，理想气体混合物的性质实际上就是各组成气体性质的组合，理想混合气体的p、T、v之间的关系仍然符合理想气体状态方程式。理想气体混合物表示理想气体混合物中的组成气体的数量，通常有两种方法，一是绝对成分，就是混合气体中实际气体的数量，由成分表可以看出。通常用三种数量，分别用:质量（包括混合气体的总质量m和组成气体质量mi）体积（包括混合气体的总体积V和组成气体的体积Vi）摩尔数（包括混合气体的总摩尔数n和组成气体的摩尔数ni），理想气体混合物式中mi、ni、Vi分别代表混合气体中第i种组成气体的质量、摩尔数和体积。表示理想气体混合物中各组成气体的含量。成分是指各组成气体的含量占总量的百分数,依照计量单位的不同有三种表示方法01质量分数02摩尔分数03体积分数理想气体混合物理想气体混合物我们常说的空气是有78%的氮气和21%的氧气组成的，这个成分就是体积成分。根据各成分定义，显然有对于混合气体来说，摩尔分数在数值上等于体积分数理想气体混合物

利用理想气体状态方程时，我们还需要确定理想气体的平均气体常数。根据质量守恒，若Mi为第i种组成气体的千摩尔质量，则理想气体混合物的平均摩尔质量为

相应的平均气体常数由下式确定理想气体混合物例如，空气是有78%的氮气、21%的氧气和1%的其他气体组成的，我们确定空气的千摩尔质量和气体常数。

混合气体基本定律先看分压力的概念，如左图所示设有温度为T、压力为p以及物质的量为n的理想气体混合物，占有的体积为V。如果我们把组成气体进行分离，那么若组成气体分离开来后，第I种组成气体在与混合气体温度相同的情况下，单独占据整个容器体积V时，所具有的压力叫做“分压力”，用pi表示。如右图所示，分压力是组成气体在混合气体中产生的实际压力。气体1气体2气体1p010010p1分压力分压定律与分容积定律混合气体基本定律上式表明混合气体的总压力p等于各组成气体分压力之和。根据物质平衡，混合气体的物质的量等于各组成气体物质的量之和，即道尔顿分压力定律2对混合气体和每种组成气体都可以写出状态方程为混合气体基本定律道尔顿分压力定律21801年，道尔顿（Dalton）用实验证实了该结论，故称为道尔顿分压定律。有道尔顿分压定律可知若混合气体的总压不变，其中一种组分分压力增大，则其他组分分压力会减小；若混合气体的总压减小，则其组成气体分压力会减小，道尔顿分压定律在生活和工程上都要一定的应用。混合气体基本定律道尔顿分压力定律2

生活实例

气体在水中溶解量与水面上此气体的分压力成正比；打开瓶盖，则表面上总压减小，故CO2分压力减小，溶解度会减小而析出。夏天喝汽水时，打开瓶盖，汽水中有大量气泡出现？混合气体基本定律道尔顿分压力定律2

工程实例

气体在水中溶解量与水面上此气体的分压力成正比。在除氧器内加热水，使部分水汽化，增加水蒸汽分压力。总压一定条件下，氧气分压力会因水蒸气分压力的增加而减小，分压力