第四章气体的热力过程课件.ppt
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- 第四 气体 热力 过程 课件
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1、理想气体的热力过程及理想气体的热力过程及气体的压缩气体的压缩第四章第四章 系统系统与外界进行能量传递,必须要通过工质的热力与外界进行能量传递,必须要通过工质的热力过程来实现,没有热力过程就不能进行能量交换。过程来实现,没有热力过程就不能进行能量交换。1)完成能量交换)完成能量交换2)使气体达到一定的状态)使气体达到一定的状态一、研究热力过程的目的一、研究热力过程的目的工程上实施热力过程有两个目的工程上实施热力过程有两个目的第一节第一节 四个典型的热力过程四个典型的热力过程二、研究热力过程所需的基本知识二、研究热力过程所需的基本知识1.热力学第一定律热力学第一定律(能量方程)(能量方程)2.理想
2、气体状态方程理想气体状态方程3.热量热量q、内能内能du、焓焓dh、膨胀功膨胀功w、技术功、技术功wt、熵、熵 ds的计算公式的计算公式vdpwpdvwdTcdhdtcduTdsqtpv q、u、h、w、wt的计算都已学过,唯独熵没有学过,的计算都已学过,唯独熵没有学过,下面介绍用基本状态参数求熵变化的计算公式下面介绍用基本状态参数求熵变化的计算公式三、用三、用p,v,tp,v,t求求ss的公式导出的公式导出可逆时能量方程为可逆时能量方程为 TdspdvdtcpdvduqvvdTpdscdvTT得得222111lnlnvTvsscRTv由由得得pRTvvdTRdscdvTv所以所以(1 1)1
3、12212vpvpTT由由PV=RT得得代人代人(1 1)得得2222211111lnlnlnlnlnvvvppvvpvs ccRccpvvpv 由由PV=RT得得211212pTpTvv 代人代人(1 1)得得1212121212lnlnlnlnlnppRTTcppRTTRTTcspv(3 3)(2 2)221122112211lnlnlnlnlnlnvpvppvsccpvTvscRTvTpscRTp1)理想气体,定值比热理想气体,定值比热 2)可逆与不可逆()可逆与不可逆(尽管过程中用到可逆尽管过程中用到可逆的条件,但因焓是状态参数的条件,但因焓是状态参数)适用条件:适用条件:结论结论四、
4、分析热力过程应掌握的内容四、分析热力过程应掌握的内容1.热力过程的特点热力过程的特点2.过程方程(即初始状态参数遵守的方程)过程方程(即初始状态参数遵守的方程)3.过程中系统与外界交换能量的计算过程中系统与外界交换能量的计算4.热力过程在热力过程在P-v图,图,T-S图上的表达图上的表达特点特点 v=const 或或v1=v21212TTppRTPV能量分析能量分析五五.四种典型热力过程分析(定容,定压,定温,等熵)四种典型热力过程分析(定容,定压,定温,等熵)1.定容过程定容过程过程方程过程方程2211lnlnvvTpsccTp 21d0wp v2121()twvdpv pp qu(定容过程
5、系统的吸热量用于提高其内能)(定容过程系统的吸热量用于提高其内能)在在p-v图上很直观图上很直观在图上的表示在图上的表示为在为在T-S图上分析,将图上分析,将2111lnlnvvTTscsscTT 11121221()0,1()0,()vs scvs scvvvvvvTTTeTSSccTTTeTf sSccc故 是 的增函数故是上凹曲线故定容过程在故定容过程在T-S图上应如下图所示图上应如下图所示11vs scTTe11121221()0,1()0,()vs scvs scvvvvvvTTTeTSSccTTTeTf sSccc故 是 的增函数故是上凹曲线2.定压过程定压过程能量交换能量交换21
6、pp 1212TTvvRTpv2211lnlnppTvsccTv特点特点过程方程过程方程 2211()wpdvp vv210twvdp tqhwh (定压过程系统的吸热量用于提高其焓)(定压过程系统的吸热量用于提高其焓)在图上的表达在图上的表达0q 1 12 222p pv v0q 在在P-V图上表达直观图上表达直观在在T-S图上要分析曲线的特征图上要分析曲线的特征222()0ppTTpc221111lnlnppTTssscsscTT 或11ps scT Te()0ppTTpcs s0q 0q 1 12 2T T22定容过程定容过程定压过程定压过程分析判断分析判断例例1 在在T-S图上等图上等
7、P线与等线与等V线有何区别线有何区别ppTTscvvTTsc等压过程斜率等压过程斜率等容过程斜率等容过程斜率pvccvpTTss因为因为所以所以因此,在因此,在T-S图上,等容线比等压线陡图上,等容线比等压线陡掌握判断过程,记住结论掌握判断过程,记住结论例例2 在在T-S图上判断两条等压线压力值的大小图上判断两条等压线压力值的大小Tsp2p112s2s1分析:在分析:在T-S图上任给两等压线图上任给两等压线p1、p2,作等温线,作等温线1-2。对于。对于1-2过程有:过程有:例例3 在在T-S图上判断两条等容线比容值的大小图上判断两条等容线比容值的大小Tsv2v112s2s1掌握判断过程,记住
8、结论掌握判断过程,记住结论分析:在分析:在T-S图上任给两等容线图上任给两等容线v1、v2,作等温线,作等温线1-2。对于。对于1-2过程有:过程有:21vv3.定温过程定温过程特点特点 T=C或或21TT过程方程过程方程 cvpvpRTpv22111221lnddvvpvvvpvvpw能量变化能量变化 wvppvwt2121dd2211lnlnvpsRRvp 00hu00hu表达表达 vpdvdppdvvdp0在在P-V图上图上 pv=c,即即等轴双曲线等轴双曲线s sT Tp pv v在在T-S图上更加直观图上更加直观注:可利用状态方程注:可利用状态方程判断等值线的大小判断等值线的大小在在
9、P-v图上,曲线的图上,曲线的斜率为:斜率为:4.等熵过程等熵过程由能量方程由能量方程 pdvdTcTdsv知等熵时知等熵时即即0 pdvdTcv又又)(1vdppdvRdTRTpv0)(pdvvdppdvRcv0ds)(1vdppdvRdTRTpv首先应导出等熵过程方程首先应导出等熵过程方程即即0dvdpkvp00vdpkpdvvdpcpdvcvp特点特点 210ssds或kkkpvvpvp2211过程方程过程方程 分析过程分析过程12211()kkTpTp由上式及状态方程可得到以下方程由上式及状态方程可得到以下方程 12211()kvpvp12211()kTvTv2121ddvvpvvpw
10、)(11d221121vpvpvvpv121()1R TT(1)21111()1pRTp)(1 11)1(1211ppvp 能量方程能量方程2t1 1221()1wvdpp vp v)(12211tvpvpwwt12()1wR TT(1)2t111()1pwRTp)(1 1)1(1211tppvpw由技术功的定义式积分可得由技术功的定义式积分可得可见可见 p-v,T-S图上表示图上表示在在p-v图上,为分析曲线的形状,首先分析曲线的斜率图上,为分析曲线的形状,首先分析曲线的斜率T-S图上图上 很直观,很直观,可见:可见:等熵过程的斜率为等温过程的等熵过程的斜率为等温过程的K倍,倍,显然等熵过程
11、线比等温线更陡,显然等熵过程线比等温线更陡,如图如图而等温过程的斜率为而等温过程的斜率为vpdvdppdvvdp0Ts作业作业 思考题中思考题中4-2,4-3证明证明 在等在等S过程中有过程中有kkPpTT1121212112kvvTT四个典型过程只是实际过程的一些理想模型,四个典型过程只是实际过程的一些理想模型,而实际热力过程可用最一般的过程方程即多变过程而实际热力过程可用最一般的过程方程即多变过程来表示,即来表示,即一、多变过程与四个典型过程的关系一、多变过程与四个典型过程的关系n=0 n=1 cpv 定温过程定温过程n=kcpvk等熵过程等熵过程vcn-多变指数多变指数cpvn等容过程等
12、容过程定压过程定压过程p p=c cn=第二节第二节 多变过程多变过程n 时为什么是定容过程中在cpvn11cvpn01n11np变形变形 即即 n 时时 1vc因为因为 所以所以 二、多变过程指数二、多变过程指数n的确定的确定(即平均多变指数(即平均多变指数n的确定)的确定)由由21122112lnlnvvppnvvppn因此,只要测出某过程前后的因此,只要测出某过程前后的p,v。即可求得多变。即可求得多变过程的平均多变指数。过程的平均多变指数。如将过程取得足够短,平均如将过程取得足够短,平均n就很接近实际值就很接近实际值21122112lnlnvvppnvvppn三、多变比热三、多变比热c
13、n与定容比热与定容比热cv的关系的关系vnnvvvvvnncnkncTcTcnknTcnkTcTRnTcTTRnTcwuq1111111121vnnvvvvvnncnkncTcTcnknTcnkTcTRnTcTTRnTcwuq1111111121vnnvvvvvnncnkncTcTcnknTcnkTcTRnTcTTRnTcwuq1111111121vnnvvvvvnncnkncTcTcnknTcnkTcTRnTcTTRnTcwuq1111111121四、多变过程在四、多变过程在p-v、T-s图上的表达及能量分析图上的表达及能量分析1.任给一热力过程时如何分析过程中能量的变化?任给一热力过程时如
14、何分析过程中能量的变化?分析此问题,必须具备以下知识:分析此问题,必须具备以下知识:vdpwpdvwdTcdhdtcduTdsqtpv四个典型热力过程在四个典型热力过程在P-V、T-S图上的位置、方向。图上的位置、方向。四个典型热力过程在四个典型热力过程在P-V、T-S图上等值线的变化趋势。图上等值线的变化趋势。各种量的计算公式。各种量的计算公式。pvTsn=0n=n=n=0n=0n=0n=kn=kn=kn=kn=1n=1n=1n=11nk1nk1nk1nkn=n=n=n=n0n0n0n0pvTsn=0n=n=n=0n=0n=0n=kn=kn=kn=kn=1n=1n=1n=11nk1nk1nk
15、1nkn=n=n=n=n0n0n0n0本部分应掌握的内容:本部分应掌握的内容:3.给定任一多变过程时,能量的增减情况。给定任一多变过程时,能量的增减情况。4.根据要求在根据要求在P-V、T-S图上绘出热力过程及热力循环。图上绘出热力过程及热力循环。1.四个典型热力过程在四个典型热力过程在P-V、T-S图上的位置、方向。图上的位置、方向。2.四个典型热力过程在四个典型热力过程在P-V、T-S图上等值线的变化趋势。图上等值线的变化趋势。五、多变过程传递的能量五、多变过程传递的能量121212121212112121112121lnlnlnlnlnln11)(1111)(11vvcppcppRTTc
16、vvRTTcsppRTnnTTRnnwppRTnTTRnwTchTcupvpvnntnnpv练习题练习题二、某热力循环依次经历以下五个热力过程完成循环。二、某热力循环依次经历以下五个热力过程完成循环。1)定容)定容吸热;定压吸热;定温放热;定熵膨胀;定温吸热。将此热力循吸热;定压吸热;定温放热;定熵膨胀;定温吸热。将此热力循环绘制在示热图示功图上。环绘制在示热图示功图上。三、某热力循环依次经历以下五个热力过程完成循环。三、某热力循环依次经历以下五个热力过程完成循环。1)定熵)定熵压缩;定容吸热;定压吸热;定熵膨胀;定容放热。将此热力循压缩;定容吸热;定压吸热;定熵膨胀;定容放热。将此热力循环绘
17、制在示热图示功图上。环绘制在示热图示功图上。一、将满足下列要求的多变过程表示在绘制在示功图上。一、将满足下列要求的多变过程表示在绘制在示功图上。1)工质生压、升温、放热;)工质生压、升温、放热;2)工质膨胀、降温、放热;)工质膨胀、降温、放热;3)n=1.6的膨胀过程,并判断热量、膨胀功、以及内能的正负。的膨胀过程,并判断热量、膨胀功、以及内能的正负。4)n=1.3的压缩过程,并判断热量、膨胀功、以及内能的正负。的压缩过程,并判断热量、膨胀功、以及内能的正负。作业作业:思考题:思考题 4-5,4-3 习题习题 4-1,4-2,4-8第三节第三节 压气机的理论压缩功轴压气机的理论压缩功轴一压缩空
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