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1、1,第四章 理想气体的热力过程-,Ideal gas thermodynamic process,41 研究热力过程的目的及一般方法,一、基本热力过程(fundamental thermodynamic process),2,2,在logp-logV图上有logp=-nlogV+c,=常数 多变过程(polytropic process),(isobaric process; constant pressure process),(isometric process; constant volume process),(isentropic process; reversible adiaba
2、tic process),(isothermal process; constant temperature process),(燃气流过气轮机、空气流经叶轮式压气机),(汽油机气缸的燃烧加热过程),(活塞式压气机的压缩过程),(燃气轮机燃烧加热过程),3,3,1）目的：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,2）方法和手段,求出过程方程及计算各过程初终态参数。,根据第一定律及理想气体性质计算过程中功和热。,画出过程的p-v图及T-s图，帮助直观分析过程中 参数间关系及能量关系。,二、研究热力过程的
3、目的、方法,4,4,计算理想气体的u、h、s可用的公式,变比热容时,定比热容时,5,计算1kg工质对外作功的公式,膨胀功,技术功,过程热量,6,基本要求,熟练掌握四种基本过程（定容、定压、定温及定熵）以及多变过程的初终态基本状态参数p、v、T 之间的关系。 熟练掌握四种基本过程以及多变过程中系统与外界交换的热量、功量的计算。 能将各过程表示在p-v图和T-s图上，并能正确地应用p-v图和T-s图判断过程的特点，即u、 h、q及w等的正负值,7,4-2 定容过程,比体积保持不变时系统状态发生变化所经历的过程,过程方程： v常量,过程中状态参数之间的关系：,由：,可得：,熵变：,当比热为定值时：,
4、定容过程在状态参数坐标图上的表示：,T-s图上的斜率：,The Constant-Volume Process,8,过程中能量转换关系：,即系统接受的热量全部用于增加系统的热力学能。 当比热为定值时：,轴功：,dv=0,9,4-3 定压过程,压力保持不变时系统状态发生变化所经历的过程,过程方程： p=常量,过程中状态参数之间的关系：,由：,可得：,熵变：,当比热为定值时：,定压过程在状态参数坐标图上的表示：,T-s图上的斜率：,The Constant-Pressure Process,10,定压过程中能量转换关系 系统的容积变化功：,轴功：,系统接受的热量：,当比热为定值时：,q=dh-vd
5、p,11,4-4 定温过程,温度保持不变时系统状态发生变化所经历的过程,过程方程及状态参数之间的关系：,熵变：,当比热为定值时：,定温过程在状态参数坐标图上的表示：,The Constant-Temperature Process,12,过程中能量转换关系 定温过程系统所作的容积变化功为：,稳定流动的开口系统，若其工质的流动动能和重力位能的变化可以忽略不计，则按定温过程方程式，定温过程中系统所作的轴功为：,即定温过程中系统轴功等于容积变化功 热量：定温过程中系统的热力学能及焓均不变化，因而有,即定温过程中系统吸收的热量等于系统所作的功 。,q=dh-vdp q=du+pdv,13,4-5 绝热
6、过程,系统与外界不发生热量交换时所经历的过程。 对于无功耗散的准静态绝热过程即为定熵过程，因此有：,一、定值比热容情况下绝热（定熵）过程的分析,由熵变关系式,(3-36)，有：,整理可得：,即：,因此有：,对于理想气体：,过程方程,The Adiabatic Process,14,绝热过程在状态参数坐标图上的表示： k1,定熵线更陡些,初、终态参数之间的关系： The relation of the state parameters:,由,有,可得,又由,得到,15,能量转换关系,热量：,容积变化功：,当比热为定值时：,开口系统，若忽略动能及重力位能的变化，轴功可表示为 ：,由,，可得,因此有
7、,(可逆绝热过程),16,（1）采用平均绝热指数的方法 过程方程表示为： 常数,而,这种方法存在的问题：依然是一种近似计算。当终态温度不知道时，需要试算。方法：先假定T2 ，计算出m，按过程方程式计算得出T2，修正T2重复上述计算，直至假定温度值与计算温度值相同（接近）时，所得的m即为所求。,二、变比热容情况下绝热（定熵）过程的分析,当温度变化幅度较大时，按定值比热容方法计算所得结果误差较大，因而需采用变比热容进行计算,17,（2）利用热力性质表进行计算,由,，对于准静态的绝热过程可得：,上式可改写为：,按此式，利用热力性质表中s0 的数值，即可求取绝热过程终了状态的温度或压力。 即当p1 、
8、p2已知ln(p2 /p1 ) 由T1查表 ，按上式计算 ，查表T2 。,18,空气的热力性质表中还按温度列出了pr的数值。pr称为相对压力，其定义式为:,依上式和 可得：,即,按此式，利用气体热力性质表中pr与温度T的对应关系，计算绝热过程终了状态的压力和温度。 即当p1 、p2已知，由T1 查表pr1，依上式计算pr2, 查表T2 。,19,空气的热力性质表中还按温度列出了vr的数值。vr称为相对比体积，其定义式为:,上式整理可得：,利用热力性质表中vr的数据，应用类似由pr求p的方法，可以直接计算绝热过程终了状态下的比体积v2 。 变比热容情况下，绝热过程中系统能量转换关系可直接按能量方
9、程式求取。,容积变化功：,轴功：,热量：,20,4-6 多变过程,各种热力过程，其过程方程式通常都可以表示为下述形式：,前述的四种典型过程均为多变过程的一个特例：,多变过程在状态参数坐标图上的表示。,n顺时针方向增大。两图的过程线和区间一一对应。 dv0, 功量为正。 ds0, 热量为正。 dT0du0，dh0。,n=0pv0=p=常量定压过程； n=1pv=常量定温过程； n=pv=常量绝热过程； n= p1/nv= p0v= v=常量定容过程.,The Polytropic Process,21,多变过程的熵变： The entropy change of the polytropic p
10、rocess :,即,多变过程的容积变化功： The volume change work of the polytropic process:,22,多变过程的热量： The heat of the polytropic process:,即,按比热与热量之间的关系，上式可写为,对比上面二式，可得多变比热容为,23,多变过程的轴功： The shaft work of the polytropic process:,多变过程 ，因此有,即多变过程的轴功等于容积膨胀功的n倍，由此可得：,24,工程中，可按已有的热力过程来求取过程的多变指数n。,由,可得：,所以在lnp-lnv的坐标图上，多变过
11、程可表示为一条直线。又按多变过程的参数关系 ：,对上式取对数并整理后可以得到：,25,过程综合分析,过程线分布规律,过程特性的判定,过程功：以定容线分界,过程热量：以定熵线分界,定容线右侧(p-v图),或右下区域(T-s图):w0,定容线左侧(p-v图),或左上区域(T-s图):w0,定熵线右侧(T-s图),或右上区域(p-v图):s0、q0,定熵线左侧(T-s图),或左下区域(p-v图):s0、q0,热力学能(或焓)：以定温线分界,26,P101-102,27,27,例题1第四章A910133.ppt,例题2第四章A510144.ppt,例题3第四章A401155.ppt,例题4第四章A412155.ppt,例题5第四章A410266.ppt(习题4-10）,例题6第四章A313277.ppt,例题分析,28,教材例题,29,教材例题（续）,30,本章作业,4-4、 4-6、 4-10、 4-13,
