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1、第四章第四章 理想气体热力过程理想气体热力过程及气体压缩及气体压缩本章基本知识点本章基本知识点熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变过程中状态参数过程中状态参数p、v、T、u、h、s的计算，的计算，过程量过程量Q、W的计算，以及上述过程在的计算，以及上述过程在p-v 、T-s图上的表示。图上的表示。分析对象分析对象: 闭口系统 过程性质过程性质:可逆过程过程特点过程特点: 定容过程、定压过程、定温过程、,绝热(多变)过程目的目的: 研究外部条件对热能和机械能研究外部条件对热能和机械能转换的影响，通过有利的外部条件，转换的影响，通过有利的外部条件，达到合理安排热
2、力过程，提高热能和达到合理安排热力过程，提高热能和机械能转换效率的目的。机械能转换效率的目的。基本任务基本任务: 确定过程中工质状态参数,能量转换关系实例实例: 取取开开口口系系统统的的气气体体压缩压缩41基本热力过程基本热力过程一一.研究热力学过程的目的与方法研究热力学过程的目的与方法目的目的:提高热力学过程的热功转换效率提高热力学过程的热功转换效率热力学过程受外部条件影响热力学过程受外部条件影响 主要研究外部条件对热功转换的影响主要研究外部条件对热功转换的影响利用外部条件利用外部条件, 合理安排合理安排过程过程，形成最佳，形成最佳循环循环对已确定的对已确定的过程过程，进行，进行热力计算热力
3、计算参数会计算，就可以研究能量转换的过程参数会计算，就可以研究能量转换的过程对象对象1) 参数参数 ( p, T, v, u, h, s ) 变化变化2) 能量转换关系能量转换关系, q , w, wt方法方法1)抽象分类抽象分类 2) 可逆过程可逆过程 (不可逆再修正不可逆再修正)基本过程基本过程研究热力学过程的依据研究热力学过程的依据2) 理想气体理想气体3)可逆过程可逆过程 1) 第一定律第一定律稳流稳流研究热力学过程的研究热力学过程的步骤步骤1) 确定确定过程方程过程方程-该过程中参数变化关系该过程中参数变化关系5) 计算计算w , wt , q4) 求求3) 用用T - s 与与 p
4、 - v 图表示图表示2) 根据以知参数及根据以知参数及过程方程过程方程求求未知未知参数参数斜率斜率=？曲线曲线上凸上凸？下凹下凹？斜率斜率斜率斜率理想气体 s 的p-v 图和 T-s 图 内能变化内能变化焓变化焓变化熵变化熵变化 理想气体理想气体 s u, h, s的计算的计算状态参数的变化与过程无关状态参数的变化与过程无关 膨胀功膨胀功 w理想气体理想气体 s w,wt ,q的的计算计算技术功技术功 wt热量热量 q若已知若已知p1,T1,T2 , 求求p2理想气体变比热理想气体变比热 s 过程过程理想气体变比热理想气体变比热 s 过程过程已知已知p1,T1,T2 , 求求p2若是空气，查
5、若是空气，查附表附表24-2 理想气体热力过程的综合分析理想气体热力过程的综合分析理想气体的理想气体的多变多变过程过程 (Polytropic process)过程方程过程方程n是常量，是常量，每一过程只有一每一过程只有一 n 值值初终态关系初终态关系n理想气体s 的初、终态4-3理想气体的理想气体的多变多变过程过程 (Polytropic process)过程方程过程方程n是常量，是常量，每一过程有一每一过程有一 n 值值初终态关系初终态关系n理想气体理想气体 n u, h, s的计算的计算 内能变化内能变化焓变化焓变化熵变化熵变化 状态参数的变化与过程无关状态参数的变化与过程无关理想气体理
6、想气体 n w,wt ,q的的计算计算多变过程比热容多变过程比热容(1) 当当 n = 0 (2) 当当 n = 1多变过程与基本过程的关系多变过程与基本过程的关系(3) 当当 n = k (4) 当当 n = 基本过程是多变过程的特例pTsvnpTsv初终态关系初终态关系过程方程过程方程理想气体的基本过程pTsvpTsv理想气体基本过程理想气体基本过程的的 u, h, s 内能变化内能变化焓变化焓变化熵变化熵变化 状态参数的变化与过程无关状态参数的变化与过程无关pTs v理想气体基本过程的理想气体基本过程的wpTsv理想气体基本过程的理想气体基本过程的wtpTsv理想气体基本过程的理想气体基
7、本过程的qpTsvcp 的定义的定义cv 的定义的定义斜率斜率理想气体基本过程的理想气体基本过程的p-v,T-s图图上凸上凸?下凹下凹？sTvpppp斜率斜率理想气体基本过程的理想气体基本过程的p-v,T-s图图上凸上凸?下凹下凹？sTvpppvvv斜率斜率理想气体基本过程的理想气体基本过程的p-v,T-s图图上凸上凸?下凹下凹？sTvpppTvvTT理想气体基本过程的理想气体基本过程的p-v,T-s图图sTvpppsvvTTss理想气体基本过程的理想气体基本过程的p-v,T-s图图sTvpppvvTTssu在在p-v,T-s图上图上的的变化趋势变化趋势sTvpuT= u0 u0w在在p-v,
8、T-s图上图上的的变化趋势变化趋势sTvp u0 u0 h0 h0w0w0q在在p-v,T-s图上图上的的变化趋势变化趋势sTvp u0 u0 h0 h0w0w0wt0wt0q0Tq0u,h,w,wt,q在在p-v,T-s图上图上的的变化趋势变化趋势sTvp u0 u0 h0 h0w0w0wt0wt0q0u,h (T ) w (v ) wt (p ) q (s )q04-4 活塞式压气机的压缩过程分析活塞式压气机的压缩过程分析压气机压气机的作用的作用生活中：自行车打气。生活中：自行车打气。工业上：锅炉鼓风、出口引风、工业上：锅炉鼓风、出口引风、炼钢、燃气轮机、制冷空调等等炼钢、燃气轮机、制冷空
9、调等等型式型式结构结构活塞式活塞式(往复式往复式)离心式离心式轴流式轴流式叶轮式连续流动叶轮式连续流动压压力力范范围围通风机通风机鼓风机鼓风机压缩机压缩机出口当连续流动出口当连续流动理论压气功理论压气功(可逆过程可逆过程)指什么功指什么功目的：目的：研究研究耗功耗功，越少越好越少越好活塞式压气机的压气过程活塞式压气机的压气过程技术功技术功wt(1)、特别快，来不及换热。特别快，来不及换热。(2)、特别慢，热全散走。特别慢，热全散走。(3)、实际压气过程是实际压气过程是 可能的压气过程可能的压气过程sTn 三种压气过程的参数关系三种压气过程的参数关系 三种压气过程功的计算三种压气过程功的计算最小
10、最小 重要启示重要启示分级压缩中间冷却分级压缩中间冷却两级压缩中间冷却分析两级压缩中间冷却分析有一个最佳增压比有一个最佳增压比 省功省功最佳增压比的推导最佳增压比的推导 省功省功最佳增压比的推导最佳增压比的推导 省功省功欲求欲求w分级分级最小值，最小值，最佳增压比的推导最佳增压比的推导 省功省功w分级分级最小值，最小值，最佳增压比最佳增压比可证明可证明若若m级级分级压缩的其它好处分级压缩的其它好处 润滑油要求润滑油要求t160180,高压压气机必须分级高压压气机必须分级分级压缩的级数分级压缩的级数省功省功分级分级降低出口温降低出口温多级压缩达到多级压缩达到无穷多级无穷多级(1)不可能实现不可能
11、实现(2)结构复杂结构复杂(成本高成本高)所以，一般采用所以，一般采用 2 4 级压缩级压缩T活塞式压气机的余隙影响活塞式压气机的余隙影响避免活塞与进排气避免活塞与进排气阀碰撞，留有阀碰撞，留有空隙空隙余隙容积余隙容积压缩过程压缩过程排气，状态未变排气，状态未变残留气体膨胀残留气体膨胀进新气，状态未变进新气，状态未变活塞式压气机的余隙影响活塞式压气机的余隙影响活塞排量活塞排量研究研究VC对对耗功耗功和和产产气量气量的影响的影响新气量新气量产气量产气量有效吸气容积有效吸气容积余隙容积余隙容积VC对理论压气功的影响对理论压气功的影响设设12和和43两过程两过程n相同相同功功面积面积12341面积面积12561面积面积43564余隙容积余隙容积VC对理论压气功的影响对理论压气功的影响余隙对单位产气余隙对单位产气量耗功不影响量耗功不影响
