理想氣體的熱力過程

關(guān)于理想氣體的熱力過程研究熱力學(xué)過程的目的與方法目的提高熱力學(xué)過程的熱功轉(zhuǎn)換效率熱力學(xué)過程受外部條件影響

主要研究外部條件對(duì)熱功轉(zhuǎn)換的影響利用外部條件,合理安排過程，形成最佳循環(huán)對(duì)已確定的過程，進(jìn)行熱力計(jì)算第2頁,共76頁，2024年2月25日，星期天研究熱力學(xué)過程的對(duì)象與方法對(duì)象1)參數(shù)(p,T,v,u,h,s

)變化2)能量轉(zhuǎn)換關(guān)系,

q

,w,wt方法抽象分類2)可逆過程(不可逆再修正)基本過程第3頁,共76頁，2024年2月25日，星期天研究熱力學(xué)過程的依據(jù)2)理想氣體3)可逆過程

1)熱一律穩(wěn)流第4頁,共76頁，2024年2月25日，星期天研究熱力學(xué)過程的步驟1)確定過程方程------該過程中參數(shù)變化關(guān)系5)計(jì)算w

,

wt,

q4)求3)用T-s與p-v

圖表示2)根據(jù)以知參數(shù)及過程方程求未知參數(shù)第5頁,共76頁，2024年2月25日，星期天理想氣體的定熵過程(2)不僅,s處處相等

絕熱可逆s說明:(1)不能說絕熱過程就是等熵過程,

必須是可逆絕熱過程才是等熵過程。adiabaticisentropicReversibleadiabatic第6頁,共76頁，2024年2月25日，星期天三個(gè)條件:

(1)理想氣體(2)可逆過程(3)

k為常數(shù)理想氣體s

的過程方程當(dāng)理想氣體第7頁,共76頁，2024年2月25日，星期天理想氣體s

的過程方程第8頁,共76頁，2024年2月25日，星期天若已知p1,T1,T2,求p2理想氣體變比熱s

過程自學(xué)第9頁,共76頁，2024年2月25日，星期天

內(nèi)能變化焓變化熵變化

理想氣體s

u,

h,

s,的計(jì)算狀態(tài)參數(shù)的變化與過程無關(guān)第10頁,共76頁，2024年2月25日，星期天

膨脹功w理想氣體s

w,wt,q的計(jì)算技術(shù)功

wt熱量

q第11頁,共76頁，2024年2月25日，星期天§3-7理想氣體熱力過程的綜合分析理想氣體的多變過程(Polytropicprocess)過程方程n是常量，每一過程有一n值nn=ks第12頁,共76頁，2024年2月25日，星期天理想氣體n

w,wt,q的計(jì)算多變過程比熱容第13頁,共76頁，2024年2月25日，星期天(1)

當(dāng)n=0

(2)

當(dāng)n=1多變過程與基本過程的關(guān)系(3)

當(dāng)n=k

(4)

當(dāng)n=

pTsvnpTsv基本過程是多變過程的特例isothermalisentropicisobaricisochoric第14頁,共76頁，2024年2月25日，星期天

基本過程的計(jì)算是我們的基礎(chǔ)，要非常清楚，非常熟悉?；疽螅耗脕砭蜁?huì)算參見書上表3－4

公式匯總理想氣體基本過程的計(jì)算第15頁,共76頁，2024年2月25日，星期天斜率理想氣體過程的p-v,T-s圖上凸?下凹？sTvpppp第16頁,共76頁，2024年2月25日，星期天斜率理想氣體過程的p-v,T-s圖上凸?下凹？sTvpppvvv第17頁,共76頁，2024年2月25日，星期天斜率理想氣體過程的p-v,T-s圖上凸?下凹？sTvpppTvvTT第18頁,共76頁，2024年2月25日，星期天理想氣體過程的p-v,T-s圖sTvpppsvvTTss第19頁,共76頁，2024年2月25日，星期天理想氣體基本過程的p-v,T-s圖sTvpppvvTTss第20頁,共76頁，2024年2月25日，星期天u在p-v,T-s圖上的變化趨勢(shì)sTvpuT=

u>0

u>0第21頁,共76頁，2024年2月25日，星期天h在p-v,T-s圖上的變化趨勢(shì)sTvphT=

u>0

u>0

h>0

h>0第22頁,共76頁，2024年2月25日，星期天w在p-v,T-s圖上的變化趨勢(shì)sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0第23頁,共76頁，2024年2月25日，星期天wt在p-v,T-s圖上的變化趨勢(shì)sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0wt>0wt>0第24頁,共76頁，2024年2月25日，星期天q在p-v,T-s圖上的變化趨勢(shì)sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0Tq>0第25頁,共76頁，2024年2月25日，星期天u,h,w,wt,q在p-v,T-s圖上的變化趨勢(shì)sTvp

u>0

u>0

h>0

h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0u,h↑(T↑)w↑(v↑)wt↑(p↓)q↑(s↑)q>0第26頁,共76頁，2024年2月25日，星期天p-v,T-s圖練習(xí)（1）sTvp壓縮、升溫、放熱的過程，終態(tài)在哪個(gè)區(qū)域？第27頁,共76頁，2024年2月25日，星期天p-v,T-s圖練習(xí)（2）sTvp膨脹、降溫、放熱的過程，終態(tài)在哪個(gè)區(qū)域？第28頁,共76頁，2024年2月25日，星期天p-v,T-s圖練習(xí)（3）sTvp膨脹、升溫、吸熱的過程，終態(tài)在哪個(gè)區(qū)域？第29頁,共76頁，2024年2月25日，星期天§3-8活塞式壓氣機(jī)的壓縮過程分析壓氣機(jī)的作用生活中：自行車打氣。工業(yè)上：鍋爐鼓風(fēng)、出口引風(fēng)、煉鋼、燃?xì)廨啓C(jī)、制冷空調(diào)等等型式結(jié)構(gòu)活塞式(往復(fù)式)離心式，渦旋軸流式，螺桿連續(xù)流動(dòng)壓力范圍通風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)出口當(dāng)連續(xù)流動(dòng)Fan

CompressorFanner

第30頁,共76頁，2024年2月25日，星期天理論壓氣功(可逆過程)指什么功目的：研究耗功，越少越好活塞式壓氣機(jī)的壓氣過程技術(shù)功wtMinimizingworkinput第31頁,共76頁，2024年2月25日，星期天(1)、特別快，來不及換熱。(2)、特別慢，熱全散走。(3)、實(shí)際壓氣過程是

可能的壓氣過程sTn第32頁,共76頁，2024年2月25日，星期天作業(yè)3-163-173-203-21第33頁,共76頁，2024年2月25日，星期天

三種壓氣過程的參數(shù)關(guān)系第34頁,共76頁，2024年2月25日，星期天

三種壓氣過程功的計(jì)算最小重要啟示第35頁,共76頁，2024年2月25日，星期天兩級(jí)壓縮中間冷卻分析有一個(gè)最佳增壓比

省功Worksaved第36頁,共76頁，2024年2月25日，星期天最佳增壓比的推導(dǎo)

省功第37頁,共76頁，2024年2月25日，星期天最佳增壓比的推導(dǎo)

省功欲求w分級(jí)最小值，可證明若m級(jí)最佳增壓比第38頁,共76頁，2024年2月25日，星期天分級(jí)壓縮的其它好處

潤(rùn)滑油要求t<160~180℃,高壓壓氣機(jī)必須分級(jí)第39頁,共76頁，2024年2月25日，星期天分級(jí)壓縮的級(jí)數(shù)省功分級(jí)降低出口溫多級(jí)壓縮達(dá)到無窮多級(jí)(1)不可能實(shí)現(xiàn)(2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜(成本高)一般采用2~4

級(jí)壓縮T第40頁,共76頁，2024年2月25日，星期天壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算需要壓氣機(jī)，想設(shè)計(jì)一臺(tái)已知：要求：配馬達(dá)功率，

出口溫度。？sn？根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，有無冷卻水套假定，理論功s第41頁,共76頁，2024年2月25日，星期天壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)際過程有摩擦機(jī)械效率經(jīng)驗(yàn)值

70％第42頁,共76頁，2024年2月25日，星期天壓氣機(jī)的校核計(jì)算已有壓氣機(jī)，實(shí)測(cè)要求：壓氣機(jī)效率太低，則壓氣機(jī)報(bào)廢或修理第43頁,共76頁，2024年2月25日，星期天活塞式壓氣機(jī)的余隙影響避免活塞與進(jìn)排氣閥碰撞，留有空隙余隙容積壓縮過程排氣，狀態(tài)未變殘留氣體膨脹進(jìn)新氣，狀態(tài)未變Clearancevolume第44頁,共76頁，2024年2月25日，星期天活塞式壓氣機(jī)的余隙影響活塞排量研究VC對(duì)耗功和產(chǎn)氣量的影響新氣量產(chǎn)氣量有效吸氣容積第45頁,共76頁，2024年2月25日，星期天余隙容積VC對(duì)理論壓氣功的影響設(shè)12和43兩過程n相同功＝面積12341＝面積12561－面積43564第46頁,共76頁，2024年2月25日，星期天余隙容積VC對(duì)理論壓氣功的影響余隙對(duì)單位產(chǎn)氣量耗功不影響第47頁,共76頁，2024年2月25日，星期天余隙容積VC對(duì)產(chǎn)氣量的影響定義容積效率令余隙比工程上一般＝0.03~0.08Volumetricefficiency第48頁,共76頁，2024年2月25日，星期天余隙容積VC對(duì)產(chǎn)氣量的影響討論：（1）一定，c

（2）c

和n一定，極限第49頁,共76頁，2024年2月25日，星期天余隙影響例題已知：求（1）有余隙時(shí)的排氣量和耗功（2）無余隙時(shí)的排氣量和耗功解：（1）有效容積第50頁,共76頁，2024年2月25日，星期天例題(1)有余隙影響第51頁,共76頁，2024年2月25日，星期天余隙影響例題解：（2）無余隙時(shí)的排氣量和耗功第52頁,共76頁，2024年2月25日，星期天第三章小結(jié)Summary1、什么樣的氣體是理想氣體？2、理想氣體狀態(tài)方程的正確使用3、理想氣體比熱、內(nèi)能、焓的的特點(diǎn)和計(jì)算4、理想氣體各種可逆過程的特性，參數(shù)變化，功，熱的計(jì)算。5、p-v圖，T-s圖上的表示6、壓氣機(jī)熱力過程的分析方法第53頁,共76頁，2024年2月25日，星期天第三章討論習(xí)題課1、任何定溫過程都有

u=0,

h=0?溫度一定變?2、絕熱過程，溫度都不變?3、從同一初態(tài)，分別經(jīng)過程，到達(dá)同一終態(tài)是否可能Tsn=1.2?nsT4、一封閉系經(jīng)某可逆吸熱對(duì)外作功，問能否用一可逆絕熱過程使系統(tǒng)回到初態(tài)?理氣?第54頁,共76頁，2024年2月25日，星期天教材思考題10s在u-v圖上畫出加熱，加熱，加熱

膨脹，定比熱，理想氣體vpTq=u+wv加熱第55頁,共76頁，2024年2月25日，星期天教材思考題10p加熱斜率為正的直線v加熱p加熱第56頁,共76頁，2024年2月25日，星期天教材思考題10T加熱v加熱p加熱T加熱s膨脹上凸?下凹？s膨脹第57頁,共76頁，2024年2月25日，星期天作圖練習(xí)題（1）s比較：vp第58頁,共76頁，2024年2月25日，星期天作圖練習(xí)題（2）比較：第59頁,共76頁，2024年2月25日，星期天作圖練習(xí)題（3）比較：第60頁,共76頁，2024年2月25日，星期天計(jì)算練習(xí)題（1）同種氣體，TA=TB=T0=288K突然拔掉銷釘，經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間，TA=TB=T0I.

活塞無摩擦，完全導(dǎo)熱求：1）活塞移動(dòng)距離L2）A氣體對(duì)B氣體傳熱QAA氣體對(duì)B氣體作功WA3）氣缸與外界換熱QA+B4）

SA

,

SB,

SA+BII.

活塞有摩擦，完全導(dǎo)熱，且經(jīng)歷準(zhǔn)靜態(tài)等溫過程1)~4)第61頁,共76頁，2024年2月25日，星期天

I.活塞無摩擦，完全導(dǎo)熱1)解：1）活塞移動(dòng)距離LA和B質(zhì)量和溫度不變第62頁,共76頁，2024年2月25日，星期天

I.活塞無摩擦，完全導(dǎo)熱2)3)解：2）QA，WA突然，不是準(zhǔn)靜態(tài)無法確定3）QA+B第63頁,共76頁，2024年2月25日，星期天

I.活塞無摩擦，完全導(dǎo)熱4)解：4）

SA

,

SB,

SA+B

討論：QA+B=0SA+B>0QA，WA無法求

SA可求S狀態(tài)參數(shù)第64頁,共76頁，2024年2月25日，星期天

II.活塞有摩擦，導(dǎo)熱，準(zhǔn)靜態(tài)等溫解：1）活塞移動(dòng)距離LA和B質(zhì)量和溫度不變I.II.

距離L相等第65頁,共76頁，2024年2月25日，星期天

II.活塞有摩擦，導(dǎo)熱,T

解：2）QA，WA摩擦耗功3）QA+B第66頁,共76頁，2024年2月25日，星期天

II.活塞有摩擦，導(dǎo)熱,T

解：4）

SA

,

SA,

SA+B

討論：非巧合

SA＋B由摩擦不可逆引起第67頁,共76頁，2024年2月25日，星期天作業(yè)3-113-133-143-19若壓氣機(jī)缸套中……,求壓氣機(jī)必需的功率,可能達(dá)到的最高壓力4-1第68頁,共76頁，2024年2月25日，星期天計(jì)算練習(xí)題（2）教材3－13題氧氣瓶，V