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1、第四章 理想气体的热力过程及气体压缩,1分析热力过程的目的及一般方法,3多变过程的综合分析,2理想气体基本热力过程,4压气机的理论压缩轴功,5活塞式压气机的余隙影响,6多级压缩及中间冷却,本章基本知识点熟练掌握定容、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p-v 、T-s图上的表示。,分析对象: 闭口系统,过程性质: 可逆过程,过程特点: 定容过程、定压过程、定温过程、 绝热(多变)过程,4-分析热力过程的目的及一般方法,一、研究热力学过程的目的与方法,内容：以第一定律为基础，理想气体为工质， 分析可逆的基本热力过程中能量转换、传
2、递关系，揭示过程中工质状态参数的变化规律及热量和功量的计算。,目的：主要研究外部条件对热功转换的影响，提高热力学过程的热功转换效率。,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。,方法：,1. 求出过程方程。 2. 计算各过程初终态参数。 3.画出过程的p-v图及T-s图，直观分析过程中参数间关系及能量关系。 4.计算初终态参数下比热力学能、比焓、比熵的变化量。 5.根据第一定律及理想气体性质计算过程中功和热。,研究热力学过程的依据：,2理想气体,3可逆过程,1第一定律,稳流,二、热力学过程中工质参数变化值的计算,适用条件：理想气体、可逆过程,三、分析热力学过程
3、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 , q,4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,4-2 理想气体基本热力过程,理想气体的多变过程 (Polytropic process),过程方程：,n是常量， 每一过程只有一 n 值,=常数 多变过程(polytropic process),(isobaric process; constant pressure process),(isometric process; constant volume process),(isentropic process; reversible
4、adiabatic process),(isothermal process; constant temperature process),一、基本热力过程,(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,p,T,s,v,n,p,T,s,v,二、 定压、定容和定温过程,、过程方程,定容过程（v=常数）,定压过程（p=常数）,定温过程,、在p-v图及T-s图上表示,定容过程：,定压过程：,定温过程：,、比热容,定容过程 定压过程 定温过程,、u、 h和s,定容过程,定压过程,定温过程,、w、wt和q
5、,定容过程,定压过程,定温过程,三、等比熵（可逆绝热）过程,、过程方程,取定比热容，积分,由推导过程，上述三式适用于： 理想气体，定比热，可逆绝热过程。,、在p-v图及T-s图上表示,n,n,、比热容,、u、 h和s,、w，wt和q,或,0,0,、变比热绝热过程功的计算,（1）、,查表,（2）、用,代替,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,p,T,s,v,理想气体基本过程的w,p,T,s,v,理想气体基本过程的wt,p,T,s,v,理想气体基本过程的q,p,T,s,v,cp 的定义,cv 的定义,例4-1:质量为4kg的空气由初状态p10.4
6、MPa、温度t1=25，经过下列不同过程膨胀到同一终态压力p2=0.1Mpa：（1）定温过程；（2）定熵过程。试计算这两个过程中空气对外作的膨胀功，所进行的热量交换、终态参数和空气熵的变化。设空气的比热容为定值，且 。,解:,终态温度 T2=T1=25+273=298K,膨胀功,热 量,熵变化,（1）定温过程,（2）定熵过程,膨胀功,热 量,熵变化,终态温度,或,4-3 多变过程的综合分析,一、过程方程,n是常量， 每一过程有一 n 值,二、初终态关系,n,(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
7、的特例,p,T,s,v,n,p,T,s,v,三、多变过程的p-v图和T-s图,四、功量和热量,多变过程中技术功的计算,五、多变过程中热量的计算,斜率,理想气体基本过程的p-v,T-s图,上凸?下凹？,s,T,v,p,p,p,p,斜率,理想气体基本过程的p-v,T-s图,上凸?下凹？,s,T,v,p,p,p,v,v,v,斜率,理想气体基本过程的p-v,T-s图,上凸?下凹？,s,T,v,p,p,p,T,v,v,T,T,理想气体基本过程的p-v,T-s图,s,T,v,p,p,p,s,v,v,T,T,s,s,理想气体基本过程的p-v,T-s图,s,T,v,p,p,p,v,v,T,T,s,s,u在p-
8、v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u,T,=,u0,u0,w在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,q在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,wt0,wt0,q0,T,q0,u,h,w,wt,q在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,wt0,wt0,q0,u,h (T ) w (v ) wt (p ) q (s ),q0,4-4 压气机的理论压缩轴功,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、炼钢、燃气轮机、制冷空调等等,压力范围,通
9、风机,鼓风机,压缩机,消耗外功使气体压缩升压的设备统称 为压气机。,压气机的定义,(1）压气机按其产生压缩气体的压力范围,习惯上常分为： 通风机（ 0.3MPa）。 (2）按压缩原理和结构将压气机分为: 活塞式、叶轮式（离心式和轴流式）及引射式。,压气机 的分类,离心式压气机结构示意图,轴流式压气机结构示意图,叶轮式压气机的压气过程,1、 单级活塞式压气机结构示意图,一、单级活塞式压气机工作原理,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,2、 单级活塞式压气机工作过程模拟,2、 单级活塞式压气机工作过程模拟,2、 单级活塞式压气机工作过程模
10、拟,同14,2、 单级活塞式压气机工作过程模拟,2、 单级活塞式压气机工作过程模拟,2、单级活塞式压气机工作过程模拟,2、单级活塞式压气机工作过程模拟,V,1,2,a,b,p,V,V2,p2,0,二、单级活塞式压气机的理论耗功 Wc 的计算,进气 气体向活塞作功,压缩 活塞向气体作功,排气 活塞向气体作功,(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,四、定温、定熵、多变压缩消耗理论功的比较,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,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,活塞式压气机的
11、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、有余隙的活塞式 压气机的工作过程,4-5 活塞式压气机的余隙影响,表明，不论有无余隙，压缩单位质量气体所消耗的理论压气功相同。,四、增压比对容积效率的影响,在相同的余隙比时，提高增压比，将减小容积效率，因此当需要获得较高压力时，必须采用多级压缩，而当增压比一定时，余隙比加大，也将使容积效率降低总之有余隙容积时虽然理论压气功不变，但进气量减少，气缸容积不能充分利用，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还随增压比的增大而增加。所以应该尽量减小余隙容积。,三种压气过程功的计算,最小,重要启示,4-6 多级压缩及中间冷却,多级压缩、级间冷却压气机装置系统图,分级压缩中间冷却,分级压缩的级数,省功,分级,降低出口温度,多级压缩达到 无穷多级,(1)不可能实现,(2)结构复杂(成本高),所以，一般采用 2 4 级压缩,分级压缩的其它好处,润滑油要求t160180,高压压气机必须分级,一、多级压缩级间冷却的压气机热力过程在p-V图和T-s图上的表示,
