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1、工程热力学课件工程热力学课件第四章第四章理想气体的热力过程理想气体的热力过程IdealgasthermodynamicprocessIdealgasthermodynamicprocess41研究热力过程的目的及一般方法研究热力过程的目的及一般方法一、基本热力过程一、基本热力过程(fundamentalthermodynamicprocess)41）目的：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
2、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、研究热力过程的目的、方法二、研究热力过程的目的、方法5可用的公式4-2 4-2 定容过程定容过程定容过程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：过程方程：v常量常量过程中状态参数之间的关系：过程中状态参数之间的关系：由：由：可得：可得：熵变：熵变：当比热为定值时：当比热为定值时：定容过程在状态参数坐标定容过程在状态参数坐标图上的表示：图上的表示：T-s图上的斜率：图上的斜率：TheConstant-VolumeProcess过程中能量转换关系：过程中能量转换关
3、系：即系统接受的热量全部用于增加系统的热力学能。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：当比热为定值时：轴功：轴功：dv=04-34-3定压过程定压过程定压过程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：过程方程：p=常量常量过程中状态参数之间的关系：过程中状态参数之间的关系：由：由：可得：可得：熵变：熵变：当比热为定值时：当比热为定值时：定压过程在状态参数坐定压过程在状态参数坐标图上的表示：标图上的表示：T-s图上的斜率：图上的斜率：定压过程中能量转换关系定压过程中能量转换关系系统的容积变化功：系统的容积变化功：轴
4、功：轴功：系统接受的热量：系统接受的热量：当比热为定值时：当比热为定值时：q=dh-vdp4-4 4-4 定温过程定温过程定温过程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：过程方程及状态参数之间的关系：熵变：熵变：当比热为定值时：当比热为定值时：定温过程在状态参定温过程在状态参数坐标图上的表示：数坐标图上的表示：过程中能量转换关系过程中能量转换关系定温过程系统所作的定温过程系统所作的容积变化功容积变化功为：为：稳稳定定流流动动的的开开口口系系统统，若若其其工工质质的的流流动动动动能能和和重重力力位位能能的的变变化化
5、可可以以忽忽略略不不计计，则则按按定定温温过过程程方方程程式式，定定温温过过程程中中系系统统所所作的作的轴功轴功为：为：即定温过程中系统轴功等于容积变化功即定温过程中系统轴功等于容积变化功热量热量：定温过程中系统的热力学能及焓均不变化，因而有：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即定温过程中系统吸收的热量等于系统所作的功。q=dh-vdpq=du+pdv4-54-5 绝热过程绝热过程绝热过程绝热过程系统与外界不发生热量交换时所经历的过程。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：对于无功耗散的准静
6、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）过程的分析一、定值比热容情况下绝热（定熵）过程的分析由熵变关系式由熵变关系式，有：，有：整理可得：整理可得：即：即：因此有：因此有：对于理想气体：对于理想气体：过程方程过程方程绝热过程在状态参绝热过程在状态参数坐标图上的表示：数坐标图上的表示：状态参数之间的关系：状态参数之间的关系：由由有有可得可得又由又由得到得到能量转换关系能量转换关系热量热量：容积变化功容积变化功：当比热为定值时：当比热为定值时：开口系统，若忽略动能及重力位能的变化，开口系统，若忽略动能及重力位能的变化，轴功轴功可表示为可表示为：由由，可得，可得因此有因此有4
7、-64-6 多变过程多变过程多变过程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：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：前述的四种典型过程均为多变过程的一个特例：多变过程多变过程在状态参数坐标图上的表示在状态参数坐标图上的表示。n顺时针方向增大。顺时针方向增大。两图两图的过程线和区间一一对应的过程线和区间一一对应。dv0,功量为正。功量为正。ds0,热量为正。热量为正。dT0du0，dh0。n=0pv0=p=常量常量定压过程；定压过程；n=1pv=常量常量定温过程；定温过程；n=pv=常量常量绝热过程；绝热过程；n=p1/n
8、v=p0v=v=常量常量定容过程定容过程.多变过程的多变过程的熵变熵变：即即多变过程的多变过程的容积变化功容积变化功：多变过程的多变过程的热量热量：即即按比热与热量之间的关系，上式可写为按比热与热量之间的关系，上式可写为对比上面二式，可得对比上面二式，可得多变比热容多变比热容为为多变过程的多变过程的轴功轴功：多变过程多变过程，因此有，因此有 即多变过程的轴功等于容积膨胀功的即多变过程的轴功等于容积膨胀功的n倍，由此可得：倍，由此可得：例题：0.5kmol某种单原子理想气体，由25c，2m3可逆绝热膨胀到1atm，然后在此状态的温度下定温可逆压缩回到2m3。1）画出各过程的p-v图及T-s图；2
9、）计算整个过程的Q，W，U，H及S。2）先求各状态参数解：1）等温过程：热量=膨胀功=技术功22八、关于八、关于T-s图及图及p-v图图1、在在p-v图上确定图上确定T增大及增大及s增大方向增大方向在在T-s图上确定图上确定p增大及增大及v增大方向增大方向利用特殊过程的特性，如利用特殊过程的特性，如利用过程的能量关系，如利用过程的能量关系，如023242、在、在T-s图上用图形面积表示图上用图形面积表示u和和h例：ha-hb用什么面积表示用什么面积表示?考虑过程等压考虑过程等压c依据依据：a）T-s图上过程下面积表示图上过程下面积表示qb）qp=h，qv=ua例题：如图，某种理想气体有两任意过
10、程a-b和a-c，已知b，c在同一可逆绝热线上，试问：uab和uac哪个大？解：（方法一）过b、c分别作等温线（方法二）考虑过程b c例题：某理想气体经历4个过程，如T-s图1）将各过程画在p-v图上；2）指出过程加热或放热，膨胀或压缩。解：1-31-21-41-5例题：封闭气缸中，气体初态p1=8MPa，t1=1300，经过可逆的多变膨胀过程变化到终态p2=0.4MPa，t2=400。已知该气体的气体常数Rg=0.287kJ/kgk，试判断气体在该过程中各是放热还是吸热的？（比热为常数cV=0.716kJ/kgk）解：1到2是可逆多变过程，对初，终态用理想气体状态方程式有所以多变指数多变过程
11、膨胀功故是吸热过程 1 1 绝热过程是否一定是定熵过程？绝热过程是否一定是定熵过程？2 2 定熵过程的过程方程式是否一定是定熵过程的过程方程式是否一定是pvk常量？常量？3 3 是否所有的热力过程都是多变过程？是否所有的热力过程都是多变过程？4 4 试试根根据据p-v图图上上四四种种基基本本热热力力过过程程的的过过程程曲曲线线的的位位置置，画画出出自自点点1 1出发的下述过程的过程曲线，并指出其变化范围：出发的下述过程的过程曲线，并指出其变化范围：(1)(1)热力学能增大及热力学能减小的过程；热力学能增大及热力学能减小的过程；(2)(2)吸热过程及放热过程。吸热过程及放热过程。5 5 试试根根
12、据据T-s图图上上四四种种基基本本热热力力过过程程的的过过程程曲曲线线的的位位置置，画画出出自自点点1 1出发的下述过程的过程曲线，并指出其变化范围：出发的下述过程的过程曲线，并指出其变化范围：(1)(1)膨胀作功的过程及压缩耗功的过程；膨胀作功的过程及压缩耗功的过程；(2)(2)压力升高的过程及压力降低的过程。压力升高的过程及压力降低的过程。思思思思 考考考考 题题题题 6 6 如图如图4-8所示，所示，1-2及及1-3为两个任意过程，而为两个任意过程，而2-3为一多变过程。试问：当多变过程的多变指数为一多变过程。试问：当多变过程的多变指数n0.9或或n1.1时，时，1-2和和1-3两过程的热力学能的变化两过程的热力学能的变化u1,2和和u1,3哪一个大？哪一个大？
