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1、1,第四章 气体和蒸汽的基本热力过程,2,（3）依据：热力学第一定律表达式、理想气体状态方程式及可逆过程的特征关系式。,一、理想气体热力过程的研究目的与方法,（1）目的：了解外部条件对热能与机械能之间相互转换的影响，以便合理地安排热力过程，提高热能和机械能转换效率。,（2）任务：确定过程中工质状态参数的变化规律，分析过程中的能量转换关系。,41 研究理想气体热力过程的目的及一般方法,（4）分析方法：采用抽象、概括的方法，将实际过程近似为具有简单规律的典型可逆过程，如可逆定容、定压、定温、绝热过程等。,3,二、分析内容与步骤：,1）确定过程方程式，分析初、终状态参数之间的函数关系及热力学能和焓的
2、变化；,2）在p-v图和T-s图上表示过程中状态参数的变化规律；,3）确定过程的功量（膨胀功和技术功）和热量。,4,对理想气体可用公式：,定比热容,5,定容过程：气体比体积保持不变的过程。,一、 定容过程方程式及初、终状态参数关系式,定容过程方程式：,v = 常数,定容过程初、终态基本状态参数间的关系:,理想气体经历任何过程，热力学能和焓的变化都为：,4-2 理想气体定容过程,6,二、 定容过程在p-v图和T-s图上的表示,定容过程在p-v图上为一条垂直于v 轴的直线。,对于定容过程,如果比热容取定值，上式积分可得,可见，定容线在T-s图上为一指数函数曲线。,7,由于T与cV都不会是负值，所以
3、定容过程在图上是一条斜率为正值的指数曲线。,三、 定容过程的功量和热量,因为dv = 0，所以膨胀功为零，即,技术功：,其斜率为,注意和p-v图对应,热量：,8,四、u、 h和s,9,定压过程：气体压力保持不变的过程。,一、 定压过程方程式及初、终状态参数关系式,定压过程方程式：,p = 常数,定压过程初、终态基本状态参数间的关系:,二、 定压过程在 p-v 图和 T-s 图上的表示,定压过程在p-v图上为一条平行于v 轴的直线。,4-3 理想气体定压过程,10,对于定压过程，,若比热容取为定值，将上式积分，得:,可见，定压过程线在T-s图上也是一指数函数曲线。,其斜率为:,11,三、 定压过
4、程的功量和热量,膨胀功,技术功,热量,四、u、 h和s,12,定温过程：气体温度保持不变的过程。,一、 定温过程方程式及初、终状态参数关系式,定温过程方程式：,T = 常数,pv= 常数,根据 pv= RgT ，,4-4 理想气体定温过程,d(pv)=0,13,二、定温过程在 p-v 图和 T-s 图上的表示,在 p-v 图上，定温过程线为一等边双曲线。,斜率：,14,三、定温过程的功量和热量,膨胀功,技术功,热量,对于理想气体的定温过程，,根据热力学第一定律表达式，,15,热量也可以由熵的变化进行计算：,上式对实际气体或液体的定温过程同样适用。,四、u、 h和s,16,绝热过程:气体与外界没
5、有热量交换（q = 0）的过程。,一、 绝热过程方程式及初、终状态参数关系式,对于可逆绝热过程，,4-5 理想气体绝热过程,可逆绝热过程也称为定熵过程。,注意,不可逆绝热过程不是定熵过程，是熵增过程！,17,对于理想气体：,可得,令,于是,该式称为理想气体可逆绝热过程的过程方程式。,， 称为比热容比，对于理想气体，一般用表示，通常称为绝热指数，也称为定熵指数。,定比热,18,二、 绝热过程在 p-v 图和 T-s 图上的表示,绝热过程初、终态基本状态参数间的关系:,根据,，上式可变为,绝热线斜率,定温线斜率,19,三 绝热过程的功量和热量,膨胀功:,20,对于比热容为定值的理想气体,上式适用于
6、比热容为定值的理想气体的任何绝热过程。,对于理想气体的可逆过程，,代入上式,21,技术功,上式适用于流动工质的可逆与不可逆绝热过程。,对于比热容为定值的理想气体，,对于理想气体的可逆过程,代入上式,22,4-6 理想气体多变过程,一、多变过程的定义及过程方程式,常数,n = 0，p = 常数，定压过程；,n = 1，pv= 常数，定温过程；,n = ，pv = 常数，定熵过程；,，v = 常数，定容过程。,二、 多变过程中状态参数的变化规律,多变过程的过程方程式及初、终状态参数关系式的形式与绝热过程完全相同。,？,23,多变过程中的u、h、s可按理想气体的有关公式进行计算。,定比热容,24,三
7、、 多变过程在 p-v 图和 T-s 图上的表示,p-v 图：,p-v 图上多变过程曲线的斜率为,n = 0 :,n = 1 :,n = :,n = :,25,T-s 图：,根据,n = 0 :,n = 1 :,n = :,n = :,26,四、多变过程的功量和热量,膨胀功:,pv=RgT,(n 0,1),技术功:,(n ),27,热量:,当n=1时，为定温过程， u=0,当n1时，若取比热容为定值，,称为多变比热容。,28,当 n=0 时，,(定压过程),当 n=1 时，,(定温过程),当 n= 时，,(绝热过程),当 n 时，,(定容过程),为了便于对比，将四种典型热力过程和多变过程的的公
8、式汇总在下表中。,29,30,五、多变过程的能量关系w / q,a）膨胀w0，吸热q0；b）压缩w0, 放热q0。,a)膨胀w0，放热q0，u0,（1）当,w和q正负号相同,（2）当,w和q正负号相同,a）膨胀w0，吸热q0，wq,u q q,u0 。,(3)当,w和q正负号相反,q=u+w,31,4-7 理想气体过程综述,一、各种过程在p-v图和T-s图上的相对位置,定容、定压、定温和定熵（可逆绝热）四个典型过程都可以理解为多变过程的特例。其在p-v图上和T-s图上的斜率如下：,32,四种典型的热力过程在p-v图和T-s图上的分布,在各区间沿顺时针方向，n值增大。,33,s,T,v,p,u,
9、T,=,T0 u0,T0 u0,u在p-v,T-s图上的变化趋势,二、利用图判断q、w、wt、T、 u、 h、 s的正负,34,h在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,h,T,=,T0 u0 h0,T0 u0 h0,35,w在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,dv0,w0,dv0,w0,36,wt在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,dp0,dp0,37,q在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,ds0,q0,ds0,q0,38,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,
10、u,h(T) w(v) wt(p) q(s),q0,39,在T-s图上用图形面积表示u和h,例：ha - hb用什么面积表示?,考虑过程等压 c,依据： a）T-s图上过程下面积表示q,b）qp=h，qv=u,a,40,p-v,T-s图练习（1）,s,T,v,p,压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？,41,p-v,T-s图练习（2）,s,T,v,p,膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？,42,p-v,T-s图练习（3）,s,T,v,p,膨胀、降压、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？,43,4-8 水蒸气的基本过程,定容、定压、定温及定熵四种,求解任务,水蒸汽基本过程,与解理想气体的过程
11、一样，要求： 1、初态和终态的参数； 2、过程中的热量和功。,44,1、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、u及w。,利用图表分析、计算水蒸气的步骤：,45,水蒸气基本公式：,46,蒸汽动力循环装置,47,水蒸气的定压过程,q = h wt = 0,3,4,2,1,例：锅炉中，水从30 ，4MPa, 定压加热到450 ,q = h2-h1,ts(4MPa)=250.33,锅炉、换热器,48,水蒸气的定压过程,例：水从30 ，4MPa, 定压加热到450 ,q = h2-h1,2
12、,T,s,h,s,2,h1 = 129.3 kJ/kg h2 = 3330.7 kJ/kg,h2,h1,1,3,4,1,4,3,=3201.4kJ/kg,49,水蒸气的绝热过程,p1,2,p2,不可逆过程：,汽轮机、水泵,1,2,q = 0,50,水蒸气的绝热过程,汽轮机、水泵,q = 0,2,1,2,不可逆过程：,p1,p2,51,水蒸气的绝热过程,汽轮机、水泵,q = 0,不可逆过程,p1,p2,2,1,h1,h2,h2,2,透平内效率,52,水蒸气的定温过程,实际设备中很少见,C,远离饱和线，接近于理想气体,53,水蒸气的定温过程,1,2,T,s,h,s,1,2,2,理想气体,测量干度原理 绝热节流,可逆过程：,12,54,水蒸气的定容过程,实际设备中不常见,1,2,p,v,55,水蒸气的定容过程,1,T,s,h,s,p,T,2,1,2,v,p,v,
