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1、Han Dong-TaiHan Dong-Tai四四 气体的热力过程气体的热力过程教学目标教学目标: : 熟练应用理想气体状态方程，熟练掌握气体的熟练应用理想气体状态方程，熟练掌握气体的 各种基本热力过程及多变过程的状态参数及过程参数的热各种基本热力过程及多变过程的状态参数及过程参数的热 力计算。熟练掌握压气机、水蒸气、湿空气热力过程中功力计算。熟练掌握压气机、水蒸气、湿空气热力过程中功 和热量的计算。和热量的计算。 知识点：知识点：理想气体的基本热力工程；压气机工作过程；水理想气体的基本热力工程；压气机工作过程；水 蒸气的基本热力工程；湿空气的热力过程。蒸气的基本热力工程；湿空气的热力过程。
2、 重重 点：点：结合热力学第一定律，分析和导出各种基本热力结合热力学第一定律，分析和导出各种基本热力 过程及多变过程（包括压气过程）的相应计算式并进行计过程及多变过程（包括压气过程）的相应计算式并进行计 算，利用算，利用p-vp-v、T-sT-s图分析热力过程。图分析热力过程。 难难 点：点：各种热力过程的计算公式选择适用；压气机的余各种热力过程的计算公式选择适用；压气机的余 隙容积，水蒸汽和湿空气热力过程的热力学计算的特殊性隙容积，水蒸汽和湿空气热力过程的热力学计算的特殊性 ，并能利用状态坐标图表示各种过程及过程中能量转换的，并能利用状态坐标图表示各种过程及过程中能量转换的 特点。特点。Ha
3、n Dong-TaiHan Dong-Tai研究热力过程的目的研究热力过程的目的达到预期的状态变化，如压气机中消耗功量 使气体升压。实现预期的能量转换，如锅炉中工质定压吸 热，提高蒸汽的焓使之获得作功能力；热力分析的目的：揭示过程中工质状态参数的变化规律以及能量转 化情况，进而找出影响转化的主要因素。4-1 4-1 理想气体的基本热力过程理想气体的基本热力过程Han Dong-TaiHan Dong-Tai研究热力过程的一般方法研究热力过程的一般方法 根据实际过程的特点，将实际过程近似地概括为几种 典型过程：定容、定压、定温和绝热过程； 不考虑实际过程中不可逆的耗损，视为可逆过程； 工质视为理
4、想气体； 比热容取定值。实际过程是一个复杂过程，很难确定其变化 规律，一般需要作些假设：Han Dong-TaiHan Dong-Tai分析热力过程的一般步骤分析热力过程的一般步骤 确定过程方程 p = f(v)； 确定初态、终态参数的关系及内能、焓、熵 的变化量； 确定过程中系统与外界交换的能量（热量和 功量）； 在p-v图和T-s图画出过程曲线，直观地表达 过程中工质状态参数的变化规律及能量转换。Han Dong-TaiHan Dong-Tai 分析热力过程的内容分析热力过程的内容（1 1） 确定过程方程；确定过程方程；（2 2） 确定状态参数的变化规律；确定状态参数的变化规律；（3 3）
5、 绘出过程曲线；绘出过程曲线；（4 4） 确定过程中内能、焓和熵的变化确定过程中内能、焓和熵的变化量：量：分析热力过程的内分析热力过程的内 容容Han Dong-TaiHan Dong-Tai熵的变化：Han Dong-TaiHan Dong-Tai（5 5）确定过程中的功和热量：）确定过程中的功和热量： 功功容积功容积功热量热量用比热计算热量用比热计算热量用能量方程计算热量用能量方程计算热量技术功技术功Han Dong-TaiHan Dong-Tai一、一、 定容过程定容过程1. 1. 过程方程过程方程定值定值2. 2. 状态参数关系式状态参数关系式 可知定容过程线在可知定容过程线在T-sT
6、-s图上为一指数曲线图上为一指数曲线曲线的斜率是曲线的斜率是Han Dong-TaiHan Dong-Tai3.3.定容过程的过程曲线定容过程的过程曲线pvTs1212Han Dong-TaiHan Dong-Tai4. 4. 功和热量功和热量内能变化量内能变化量 焓的焓的变化量变化量容容 积积 功功热热 量量Han Dong-TaiHan Dong-Tai二、定压过程二、定压过程1. 1. 过程方程过程方程定值定值2. 2. 状态参数关系式状态参数关系式 3.3.定压过程的过程曲线定压过程的过程曲线可知定压过程线在可知定压过程线在T-sT-s图上为一指数曲线图上为一指数曲线定压过程曲线的斜率
7、是定压过程曲线的斜率是定容过程曲线的斜率是定容过程曲线的斜率是Han Dong-TaiHan Dong-Tai定压过程的定压过程的p pv v图和图和T-sT-s图图pvTs1212vHan Dong-TaiHan Dong-Tai4. 功和热量内能变化量 焓的变化量容 积 功热 量技 术 功Han Dong-TaiHan Dong-Tai三、 定温过程1. 过程方程定值2. 状态参数关系式 3.定温过程的过程曲线曲线的斜率是定值由过程方程得可知在p-v图上是一等边双曲线。为什么?Han Dong-TaiHan Dong-Tai定温过程的定温过程的p-vp-v图和图和T-sT-s图图pvTs1
8、212Han Dong-TaiHan Dong-Tai4. 功和热量内能变化量 焓的变化量容 积 功 热 量技 术 功因可知定温过程的比热容所以不能用定温过程的比热容来计算热量。Han Dong-TaiHan Dong-Tai因为所以Han Dong-TaiHan Dong-Tai对可逆绝热过程对可逆绝热过程可逆绝热过程是定熵过程四、绝热过程1.过程方程Han Dong-TaiHan Dong-Tai过程方程可由下式导出Han Dong-TaiHan Dong-Tai过程方程的其它推导方法或(3)、(4)两式相除定值整理出过程方程两边进行不定积分得方法 由Han Dong-TaiHan Don
9、g-Tai方法 由而理想气体状态方程或定值两边积分并整理得其微分形式将(2)代入(1)式Han Dong-TaiHan Dong-Tai2.状态参数关系式 3.定熵过程的过程曲线定熵过程曲线的斜率是由过程方程得可知在p-v图上是一高次双曲线定温过程曲线的斜率是为什么？定熵过程曲线和定温 过程曲线哪根更陡？Han Dong-TaiHan Dong-Tai定熵过程的定熵过程的p pv v图和图和T-sT-s图图pvTs1212THan Dong-TaiHan Dong-Tai4. 4. 功和热量功和热量内能变化量内能变化量 焓的变化量焓的变化量容容 积积 功功热热 量量技技 术术 功功Han Do
10、ng-TaiHan Dong-TaiTs12在在T-sT-s图上比容增大的方向图上比容增大的方向在在T-sT-s图上，等容图上，等容 线的右下侧为比线的右下侧为比 容增大的方向。容增大的方向。Han Dong-TaiHan Dong-TaiTs12在在T-sT-s图上压力升高的方向图上压力升高的方向在在T-sT-s图上，等压图上，等压 线的左上侧为压力线的左上侧为压力 升高的方向升高的方向Han Dong-TaiHan Dong-Taipv12在在p-vp-v图上温度升高的方向图上温度升高的方向在在p-vp-v图上，等温图上，等温 线的右上侧为温线的右上侧为温 度升高的方向。度升高的方向。Ha
11、n Dong-TaiHan Dong-Taipv12在在p-vp-v图上熵增加的方向图上熵增加的方向在在p-vp-v图上，等熵图上，等熵 线的右上侧为线的右上侧为熵熵增增 加的方向。加的方向。Han Dong-TaiHan Dong-Taip-v图和T-s图上的曲线簇Han Dong-TaiHan Dong-Tai五、多变过程五、多变过程1.1.过程方程过程方程定容过程定容过程定压过程定压过程定温过程定温过程定熵过程定熵过程定值定值定值定值定值定值定值定值特例特例定值定值定值定值Han Dong-TaiHan Dong-Tai2.2.状态参数关系式状态参数关系式 从上面从上面3 3个式子中的任
12、何一个都可得到多变指数的值个式子中的任何一个都可得到多变指数的值如如Han Dong-TaiHan Dong-Tai3.3.多变过程的多变过程的p pv v图和图和T-sT-s图图pvTsn=0n=n=n=0n=0n=0n=k n=kn=kn=kn=1n=1n=1n=11400 kPa)400 kPa)压气机的分类：压气机的分类： 按工作原理和构造来分：活塞式压气机 叶轮式压气机特殊引射式压缩器 按压缩气体压力范围来分：Han Dong-TaiHan Dong-Tai空气滤清器进气阀气 缸活 塞散热片排气阀1 1 单级活塞式压气机的工作原理单级活塞式压气机的工作原理Han Dong-TaiHa
13、n Dong-Taipva活塞式压气机的理论过程模拟活塞式压气机的理论过程模拟1 1 单级活塞式压气机的工作原理单级活塞式压气机的工作原理Han Dong-TaiHan Dong-Taipva同同1414一、工作原理Han Dong-TaiHan Dong-Taipva同同1414一、工作原理Han Dong-TaiHan Dong-Taipva同同1414一、工作原理Han Dong-TaiHan Dong-Taipva1一、工作原理Han Dong-TaiHan Dong-Taipva1同同1414一、工作原理a1：气体引入气缸Han Dong-TaiHan Dong-Taipva1一、工
14、作原理a1：气体引入气缸Han Dong-TaiHan Dong-Taipva1同同1414一、工作原理a1：气体引入气缸Han Dong-TaiHan Dong-Taipva12同同1414一、工作原理a1：气体引入气缸Han Dong-TaiHan Dong-Taipva12同同1414一、工作原理a1：气体引入气缸12：气体被压缩Han Dong-TaiHan Dong-Taipva12同同1414一、工作原理a1：气体引入气缸12：气体被压缩Han Dong-TaiHan Dong-Taipva12同同1 1 4 4一、工作原理a1：气体引入气缸12：气体被压缩Han Dong-Tai
15、Han Dong-Taipva12一、工作原理a1：气体引入气缸12：气体被压缩Han Dong-TaiHan Dong-Taipva12同同1414一、工作原理a1：气体引入气缸12：气体被压缩2b：气体流出气缸bHan Dong-TaiHan Dong-TaiV12abpVV2p20同同1414a1：气体引入气缸12：气体在气缸内进行压缩 2b：气体流出气缸，输向 储气筒不是热力过程， 只是气体的移动过 程，气体状态不发 生变化，缸内气体 的数量发生变化。 a-1和2-b过程一、工作原理Han Dong-TaiHan Dong-Tai2 2单级活塞式压气机耗功量单级活塞式压气机耗功量压缩气
16、体的生产过程包括气体的流入、压缩 和输出，所以压气机耗功应等于压缩过程耗功与 进、排气过程推动功的代数和： 压气机的理论机械功耗功压气机的理论机械功耗功可见压气机耗功以技术功计。Han Dong-TaiHan Dong-TaiV12abpVV2p20或对于理想气体:Han Dong-TaiHan Dong-Tai（1）可逆绝热压缩理想气体三种压缩过程耗功量Han Dong-TaiHan Dong-Tai（2）可逆多变压缩（3）可逆定温压缩Han Dong-TaiHan Dong-Tai定温、定熵、多变压缩消耗理论功的比较pvTs12S2T12np2p12S2T2nabp2p1jmn结论：结论：定温、定熵、多变压缩消耗理论功的比较定温、定熵、多变压缩消耗理论功的比较Han Dong-TaiHan Don
