工程熱力學(xué)第四章-理想氣體的熱力過程及氣體壓縮課件

第四章

理想氣體的熱力過程及氣體壓縮第四章

理想氣體的熱力過程及氣體壓縮1第一節(jié)分析熱力過程的目的及方法目的：

主要研究外部條件對熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的影響任務(wù)：揭示狀態(tài)變化規(guī)律與能量傳遞之間的關(guān)系，從而計算熱力過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化及傳遞的能量、熱量和功量第一節(jié)分析熱力過程的目的及方法目的：2二、熱力過程中工質(zhì)參數(shù)變化值的計算1.初、終狀態(tài)基本參數(shù)（p、v、T）的計算：理想氣體狀態(tài)方程過程方程式二、熱力過程中工質(zhì)參數(shù)變化值的計算1.初、終狀態(tài)基本參數(shù)（p32、過程中內(nèi)能、焓和熵的變化計算：內(nèi)能變化焓變化2、過程中內(nèi)能、焓和熵的變化計算：4理想氣體熵變化計算：理想氣體熵變化計算：5三、熱力過程中傳遞能量的計算閉口系統(tǒng)能量方程：開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程：可逆過程：三、熱力過程中傳遞能量的計算閉口系統(tǒng)能量方程：6四、分析熱力過程的一般步驟：1)依據(jù)熱力過程特性建立過程方程式，4)計算過程中傳遞的熱量和功量3)將過程線表示在T-s與p-v

圖上2)確定初、終狀態(tài)的基本狀態(tài)參數(shù)四、分析熱力過程的一般步驟：1)依據(jù)熱力過程特性建立過程7第二節(jié)絕熱過程定義：系統(tǒng)與外界沒有熱量交換情況下所進(jìn)行的狀態(tài)變化過程，即絕熱過程是實際過程的一種近似第二節(jié)絕熱過程定義：8一、絕熱過程的過程方程式一、絕熱過程的過程方程式9二、過程初、終狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系關(guān)系式說明系統(tǒng)氣體可逆絕熱膨脹時，p、T均降低，絕熱壓縮時，p、T均升高二、過程初、終狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系10三、過程在p-v圖及T－s圖上表示其中1－2為絕熱膨脹過程，1－2’為絕熱壓縮過程可逆絕熱過程稱為定熵過程三、過程在p-v圖及T－s圖上表示其中1－2為絕熱膨脹過程，11四、絕熱過程中的能量轉(zhuǎn)換內(nèi)能和焓變化：熱量：四、絕熱過程中的能量轉(zhuǎn)換內(nèi)能和焓變化：12膨脹功：定熵過程的膨脹功膨脹功：13絕熱過程膨脹功：絕熱過程膨脹功：14技術(shù)功穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流定比熱理想氣體定比熱理想氣體定熵過程絕熱過程的技術(shù)功等于膨脹功的k倍技術(shù)功絕熱過程的技術(shù)功等于膨脹功的k倍15第三節(jié)多變過程的綜合分析一、多變過程方程及多變比熱定義：凡過程方程為的過程稱為多變過程。幾個特殊過程： n=0，p=const.定壓過程 n=1，pv=const.定溫過程 n=，pv=const.定熵過程 n=，v=const.定容過程第三節(jié)多變過程的綜合分析一、多變過程方程及多變比熱16多變指數(shù)多變指數(shù)17多變過程比熱多變過程比熱18多變過程分析：1.多變過程在p-v圖和T－s圖上的分析多變過程分析：1.多變過程在p-v圖和T－s圖上的分析19在p-v圖上的斜率在p-v圖上的斜率20在T－s圖上的斜率在T－s圖上的斜率212.過程中q、w和Δu正負(fù)值的判斷Δu

：始于某狀態(tài)的過程，判斷其內(nèi)能變化，可以定溫線為基準(zhǔn)w：功量的判斷以定容線為基準(zhǔn)q：熱量的判斷以定熵線為基準(zhǔn)2.過程中q、w和Δu正負(fù)值的判斷22比熱c為負(fù)值的物理意義：當(dāng)氣體膨脹作功時，對外作的功大于加入的熱量，故氣體的內(nèi)能減小而溫度降低；壓縮時，外界對氣體作的功大于氣體向外界放出的熱量，故其內(nèi)能增加而溫度升高。比熱c為負(fù)值的物理意義：23第四節(jié)壓氣機(jī)的理論壓縮軸功定義：用來壓縮氣體的設(shè)備分類：1）按原理及構(gòu)造形式：活塞式、葉輪式、引射式壓縮器等2）按壓縮氣體壓力高低：通風(fēng)機(jī)（<115kPa）鼓風(fēng)機(jī)(115~350kpa)壓氣機(jī)（350kPa以上）第四節(jié)壓氣機(jī)的理論壓縮軸功定義：用來壓縮氣體的設(shè)備24一、單級活塞式壓氣機(jī)工作原理余隙容積：在活塞的左死點位置與氣缸頭之間必須留有的間隙：工作階段：

吸氣過程壓縮過程排氣過程一、單級活塞式壓氣機(jī)工作原理余隙容積：在活塞的左死點位置與氣25理論壓氣過程：沒有余隙存在整個壓縮過程可逆進(jìn)、排氣閥無阻力損失氣缸中排氣壓力等于儲氣罐壓力升壓比β：氣體終壓力與初壓之比理論壓氣過程：26二、單級活塞式

壓氣機(jī)理論壓氣軸功的計算壓氣機(jī)所耗的軸功等于熱力過程1-2的壓縮功（膨脹功的負(fù)值）和進(jìn)氣、排氣所耗流動功之代數(shù)和二、單級活塞式

壓氣機(jī)理論壓氣軸功的計算壓氣機(jī)所耗的軸功等于27按熱力學(xué)第一定律穩(wěn)定流動能量方程，略去壓氣機(jī)進(jìn)出口氣體的動能和位能的變化：對可逆過程：按熱力學(xué)第一定律穩(wěn)定流動能量方程，略去壓氣機(jī)進(jìn)出口氣體的動能28理論壓縮軸功的可能情況：1）定熵過程n＝k2）定溫過程n=1

3）多變過程1<n<k理論壓縮軸功的可能情況：29三種壓縮過程軸功定溫壓縮軸功三種壓縮過程軸功定溫壓縮軸功30定熵壓縮軸功定熵壓縮軸功31多變壓縮軸功多變壓縮軸功32當(dāng)初態(tài)及終壓給定時開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流可逆過程軸功閉口系統(tǒng)可逆過程膨脹功當(dāng)初態(tài)及終壓給定時33第五節(jié)活塞式壓氣機(jī)的余隙影響作用：避免活塞與進(jìn)排氣閥碰撞余隙百分比：余隙容積得相對大小第五節(jié)活塞式壓氣機(jī)的余隙影響作用：避免活塞與進(jìn)排氣閥碰撞34一、余隙對排氣量的影響容積效率：意義：反映了活塞排氣量的有效利用程度余隙容積一定時，有效吸氣量減少則容積效率減少一、余隙對排氣量的影響容積效率：35二、余隙對理論壓氣軸功的影響無論有無余隙，壓縮每kg氣體所需的理論壓氣軸功相同在設(shè)計制造活塞式壓氣機(jī)時，應(yīng)該盡量減少余隙容積二、余隙對理論壓氣軸功的影響36第六節(jié)多級壓縮及中間冷卻氣體壓縮終了溫度決定與氣缸潤滑油的性能氣體壓縮終了溫度影響氣機(jī)的容積效率第六節(jié)多級壓縮及中間冷卻37一、多級活塞式壓氣機(jī)的工作過程采用多級壓縮和中間冷卻得優(yōu)點：降低了排氣溫度節(jié)省功的消耗一、多級活塞式壓氣機(jī)的工作過程38分級壓縮中間冷卻實體照片分級壓縮中間冷卻實體照片39二、級間壓力的確定最有利的級間壓力應(yīng)使所需的總軸功最小當(dāng)兩級升壓比相等時，兩級壓縮所需的總軸功最小二、級間壓力的確定最有利的級間壓力應(yīng)使所需的總軸功最小40工程熱力學(xué)第四章-理想氣體的熱力過程及氣體壓縮課件41有利效果1.各級氣缸的排氣溫度相等有利效果1.各級氣缸的排氣溫度相等422.各級所消耗的軸功相等2.各級所消耗的軸功相等433.每級向外散出的熱量相等，而且每級的中間冷卻器向外放出的熱量也相等4.分級壓縮對提高容積效率有利，在每一級中升壓比減小，其容積效率比不分級時大工程熱力學(xué)第四章-理想氣體的熱力過程及氣體壓縮課件44壓氣機(jī)的定溫效率：當(dāng)壓縮前氣體的狀態(tài)相同、壓縮后氣體的壓力相同時，可逆定溫壓縮過程所消耗的功和實際壓縮過程所消耗的功之比絕熱壓縮效率——針對不采取冷卻措施的壓氣機(jī)壓氣機(jī)的定溫效率：當(dāng)壓縮前氣體的狀態(tài)相同、壓縮后氣體的壓力相45第四章

理想氣體的熱力過程及氣體壓縮第四章

理想氣體的熱力過程及氣體壓縮46第一節(jié)分析熱力過程的目的及方法目的：

主要研究外部條件對熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的影響任務(wù)：揭示狀態(tài)變化規(guī)律與能量傳遞之間的關(guān)系，從而計算熱力過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化及傳遞的能量、熱量和功量第一節(jié)分析熱力過程的目的及方法目的：47二、熱力過程中工質(zhì)參數(shù)變化值的計算1.初、終狀態(tài)基本參數(shù)（p、v、T）的計算：理想氣體狀態(tài)方程過程方程式二、熱力過程中工質(zhì)參數(shù)變化值的計算1.初、終狀態(tài)基本參數(shù)（p482、過程中內(nèi)能、焓和熵的變化計算：內(nèi)能變化焓變化2、過程中內(nèi)能、焓和熵的變化計算：49理想氣體熵變化計算：理想氣體熵變化計算：50三、熱力過程中傳遞能量的計算閉口系統(tǒng)能量方程：開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程：可逆過程：三、熱力過程中傳遞能量的計算閉口系統(tǒng)能量方程：51四、分析熱力過程的一般步驟：1)依據(jù)熱力過程特性建立過程方程式，4)計算過程中傳遞的熱量和功量3)將過程線表示在T-s與p-v

圖上2)確定初、終狀態(tài)的基本狀態(tài)參數(shù)四、分析熱力過程的一般步驟：1)依據(jù)熱力過程特性建立過程52第二節(jié)絕熱過程定義：系統(tǒng)與外界沒有熱量交換情況下所進(jìn)行的狀態(tài)變化過程，即絕熱過程是實際過程的一種近似第二節(jié)絕熱過程定義：53一、絕熱過程的過程方程式一、絕熱過程的過程方程式54二、過程初、終狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系關(guān)系式說明系統(tǒng)氣體可逆絕熱膨脹時，p、T均降低，絕熱壓縮時，p、T均升高二、過程初、終狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系55三、過程在p-v圖及T－s圖上表示其中1－2為絕熱膨脹過程，1－2’為絕熱壓縮過程可逆絕熱過程稱為定熵過程三、過程在p-v圖及T－s圖上表示其中1－2為絕熱膨脹過程，56四、絕熱過程中的能量轉(zhuǎn)換內(nèi)能和焓變化：熱量：四、絕熱過程中的能量轉(zhuǎn)換內(nèi)能和焓變化：57膨脹功：定熵過程的膨脹功膨脹功：58絕熱過程膨脹功：絕熱過程膨脹功：59技術(shù)功穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流定比熱理想氣體定比熱理想氣體定熵過程絕熱過程的技術(shù)功等于膨脹功的k倍技術(shù)功絕熱過程的技術(shù)功等于膨脹功的k倍60第三節(jié)多變過程的綜合分析一、多變過程方程及多變比熱定義：凡過程方程為的過程稱為多變過程。幾個特殊過程： n=0，p=const.定壓過程 n=1，pv=const.定溫過程 n=，pv=const.定熵過程 n=，v=const.定容過程第三節(jié)多變過程的綜合分析一、多變過程方程及多變比熱61多變指數(shù)多變指數(shù)62多變過程比熱多變過程比熱63多變過程分析：1.多變過程在p-v圖和T－s圖上的分析多變過程分析：1.多變過程在p-v圖和T－s圖上的分析64在p-v圖上的斜率在p-v圖上的斜率65在T－s圖上的斜率在T－s圖上的斜率662.過程中q、w和Δu正負(fù)值的判斷Δu

：始于某狀態(tài)的過程，判斷其內(nèi)能變化，可以定溫線為基準(zhǔn)w：功量的判斷以定容線為基準(zhǔn)q：熱量的判斷以定熵線為基準(zhǔn)2.過程中q、w和Δu正負(fù)值的判斷67比熱c為負(fù)值的物理意義：當(dāng)氣體膨脹作功時，對外作的功大于加入的熱量，故氣體的內(nèi)能減小而溫度降低；壓縮時，外界對氣體作的功大于氣體向外界放出的熱量，故其內(nèi)能增加而溫度升高。比熱c為負(fù)值的物理意義：68第四節(jié)壓氣機(jī)的理論壓縮軸功定義：用來壓縮氣體的設(shè)備分類：1）按原理及構(gòu)造形式：活塞式、葉輪式、引射式壓縮器等2）按壓縮氣體壓力高低：通風(fēng)機(jī)（<115kPa）鼓風(fēng)機(jī)(115~350kpa)壓氣機(jī)（350kPa以上）第四節(jié)壓氣機(jī)的理論壓縮軸功定義：用來壓縮氣體的設(shè)備69一、單級活塞式壓氣機(jī)工作原理余隙容積：在活塞的左死點位置與氣缸頭之間必須留有的間隙：工作階段：

吸氣過程壓縮過程排氣過程一、單級活塞式壓氣機(jī)工作原理余隙容積：在活塞的左死點位置與氣70理論壓氣過程：沒有余隙存在整個壓縮過程可逆進(jìn)、排氣閥無阻力損失氣缸中排氣壓力等于儲氣罐壓力升壓比β：氣體終壓力與初壓之比理論壓氣過程：71二、單級活塞式

壓氣機(jī)理論壓氣軸功的計算壓氣機(jī)所耗的軸功等于熱力過程1-2的壓縮功（膨脹功的負(fù)值）和進(jìn)氣、排氣所耗流動功之代數(shù)和二、單級活塞式

壓氣機(jī)理論壓氣軸功的計算壓氣機(jī)所耗的軸功等于72按熱力學(xué)第一定律穩(wěn)定流動能量方程，略去壓氣機(jī)進(jìn)出口氣體的動能和位能的變化：對可逆過程：按熱力學(xué)第一定律穩(wěn)定流動能量方程，略去壓氣機(jī)進(jìn)出口氣體的動能73理論壓縮軸功的可能情況：1）定熵過程n＝k2）定溫過程n=1

3）多變過程1<n<k理論壓縮軸功的可能情況：74三種壓縮過程軸功定溫壓縮軸功三種壓縮過程軸功定溫壓縮軸功75定熵壓縮軸功定熵壓縮軸功76多變壓縮軸功多變壓縮軸功77當(dāng)初態(tài)及終壓給定時開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流可逆過程軸功閉口系統(tǒng)可逆過程膨脹功當(dāng)初態(tài)及終壓給定時78第五節(jié)活塞式壓氣機(jī)的余隙影響作用：避免活塞與進(jìn)排氣閥碰撞余隙百分比：余隙容積得相對大小第五節(jié)活塞式壓氣機(jī)的余隙影響作用：避免活塞與進(jìn)排氣閥碰撞79一、余隙對排氣量的影響容積效率：意義：反映了活塞排氣量的有效利用程度余隙容積一定時，有效吸氣量減少則容積效率減少一、余隙對排氣量的影響容積效率：80二、余隙對理論壓氣軸功的影響