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热力学第四章第1页，共91页，编辑于2022年，星期一4-14-1 热力过程分析的目的与方法热力过程分析的目的与方法分析热力过程的目的分析热力过程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，进行热力计算热力计算功热转 换是系统与外界通过工质的状态变化过程来实现。第2页，共91页，编辑于2022年，星期一研究热力学过程的研究热力学过程的对象对象与方法与方法对象对象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)基本过程基本过程第3页，共91页，编辑于2022年，星期一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)热一律热一律稳流稳流第4页，共91页，编辑于2022年，星期一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-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第5页，共91页，编辑于2022年，星期一4-2 4-2 理想气体的定容过程理想气体的定容过程 (isometric process)(isometric process)过程方程过程方程第6页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体理想气体 v 的参数关系的参数关系第7页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体理想气体 v 的热量和功的热量和功作为简单可压缩物质，对于气体的可逆定容过程，其过程功 根据热力学第一定律，有所有气体所有气体定容过程的热量等于工质的热力学能增量定容过程的热量等于工质的热力学能增量第8页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体理想气体 v 的热量和功（二）的热量和功（二）综合以上两式，有注：注：此式对此式对实际气体实际气体仅适用于仅适用于定容过程定容过程对对理想气体，理想气体，适用于理想气体的适用于理想气体的任何过程任何过程因为理想气体热力学能仅为温度的函数因为理想气体热力学能仅为温度的函数对有限定容过程，有（比热容为定值）（比热容为定值）第9页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体理想气体 v 的过程曲线的过程曲线Pv斜率斜率=？曲线曲线上凸上凸？下凹下凹？曲线为正斜率凹向上曲线曲线为正斜率凹向上曲线,且斜率随且斜率随T上升而增大上升而增大斜率斜率第10页，共91页，编辑于2022年，星期一第11页，共91页，编辑于2022年，星期一4-3 4-3 理想气体的定压过程理想气体的定压过程过程方程过程方程（isobaric process）第12页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体理想气体 P 的参数关系的参数关系第13页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体理想气体 P 的热量和功的热量和功作为简单可压缩物质，对于气体的可逆定容过程，其过程功对于可逆定压过程的技术功，则有可逆定压过程中系统不作技术功可逆定压过程中系统不作技术功第14页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体理想气体 P 的热量和功的热量和功 根据热力学第一定律，有所有气体所有气体可逆定压过程的热量等于工质的焓增量可逆定压过程的热量等于工质的焓增量 对有限定压过程所有气体所有气体比热容为定值比热容为定值第15页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体理想气体 P 的过程曲线的过程曲线Pv曲线为正斜率凹向上曲线曲线为正斜率凹向上曲线,且斜率随且斜率随T上升而增大上升而增大斜率斜率v相同温度下相同温度下显然，过同一点（温度相同）的定容线显然，过同一点（温度相同）的定容线斜率大于定压线斜率斜率大于定压线斜率第16页，共91页，编辑于2022年，星期一第17页，共91页，编辑于2022年，星期一4-4 4-4 理想气体的定温过程理想气体的定温过程（isothermal processisothermal process）过程方程过程方程对理想气体，有对理想气体，有第18页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体理想气体 T 的参数关系的参数关系定温过程中理想气体的压力与其比体积定温过程中理想气体的压力与其比体积成反比。成反比。理想气体的定温过程即定热力学能过程和理想气体的定温过程即定热力学能过程和定焓过程定焓过程第19页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体理想气体 T 的热量和功的热量和功对理想气体，定温过程即定热力学能过程对理想气体，定温过程即定热力学能过程，由热力学第一定律，有由热力学第一定律，有根据理想气体状态方程有根据理想气体状态方程有对有限过程对有限过程第20页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体理想气体 T 的过程曲线的过程曲线Pv理想气体的定温过程应为等腰双曲线在在Pv图上定温线有负的斜率图上定温线有负的斜率且根据理想气体状态方程不难推知，且根据理想气体状态方程不难推知，离坐标原点愈远的定温线其温度值愈离坐标原点愈远的定温线其温度值愈高高第21页，共91页，编辑于2022年，星期一第22页，共91页，编辑于2022年，星期一4-5 4-5 理想气体的绝热过程（理想气体的绝热过程（等熵等熵过程）过程）adiabatic processadiabatic process（isentropic processisentropic process）(2)不仅不仅 ,s 处处相等处处相等 绝热绝热可逆可逆s说明说明:(1)不能说不能说绝热绝热过程就是过程就是等熵等熵过程过程,必须是必须是可逆绝热过程才是等熵过程可逆绝热过程才是等熵过程。第23页，共91页，编辑于2022年，星期一三个三个条件条件:(1)理想气体理想气体 (2)可逆过程可逆过程 (3)k 为常数为常数理想气体理想气体 s 的的过程方程过程方程当当理想气体理想气体第24页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体理想气体 s 的的过程方程过程方程第25页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体 s 的初、终态第26页，共91页，编辑于2022年，星期一斜率斜率=？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 图第27页，共91页，编辑于2022年，星期一 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第28页，共91页，编辑于2022年，星期一 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第29页，共91页，编辑于2022年，星期一第30页，共91页，编辑于2022年，星期一4-6 4-6 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，每一过程有一每一过程有一 n 值值初终态关系初终态关系n第31页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体 s 的初、终态第32页，共91页，编辑于2022年，星期一4-6 4-6 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，每一过程有一每一过程有一 n 值值初终态关系初终态关系n第33页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体理想气体 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第34页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体理想气体 n w,wt,q的的计算计算多变过程比热容多变过程比热容第35页，共91页，编辑于2022年，星期一(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第36页，共91页，编辑于2022年，星期一已知热力过程，如何求取已知热力过程，如何求取n？因此在因此在 ln p-ln v 的坐标图上，的坐标图上，多变过程为一条直线多变过程为一条直线。取对数：取对数：又：又：第37页，共91页，编辑于2022年，星期一初终态关系初终态关系过程方程过程方程小结：理想气体的基本过程pTsvpTsv第38页，共91页，编辑于2022年，星期一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pTsv第39页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体基本过程的理想气体基本过程的wpTsv第40页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体基本过程的理想气体基本过程的wtpTsv第41页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体基本过程的理想气体基本过程的qpTsvcp 的定义的定义cv 的定义的定义第42页，共91页，编辑于2022年，星期一 基本过程的计算是我们的基础，要基本过程的计算是我们的基础，要非常清楚，非常熟悉。非常清楚，非常熟悉。基本要求：基本要求：拿来就会算拿来就会算参见书上参见书上表表41公式汇总公式汇总理想气体基本过程的计算理想气体基本过程的计算第43页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体基本过程的理想气体基本过程的p-v,T-s图图sTvpppp第44页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体基本过程的理想气体基本过程的p-v,T-s图图sTvpppvvv第45页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体基本过程的理想气体基本过程的p-v,T-s图图sTvpppTvvTT第46页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体基本过程的理想气体基本过程的p-v,T-s图图sTvpppvvTTss第47页，共91页，编辑于2022年，星期一理想气体基本过程的理想气体基本过程的p-v,T-s图图sTvpppvvTTss第48页，共91页，编辑于2022年，星期一u在在p-v,T-s图上的图上的变化趋势变化趋势sTvpuT=u0 u0第49页，共91页，编辑于2022年，星期一w在在p-v,T-s图上的图上的变化趋势变化趋势sTvp u0 u0 h0 h0w0w0第50页，共91页，编辑于2022年，星期一q在在p-v,T-s图上的图上的变化趋势变化趋势sTvp u0 u0 h0 h0w0w0wt0wt0q0Tq0第51页，共91页，编辑于2022年，星期一u,h,w,wt,q在在p-v,T-s图上的图上的变化趋势变化趋势sTvp u0 u0 h0 h0w0w0wt0wt0q0u,h(T)w(v)wt(p)q(s)q0第52页，共91页，编辑于2022年，星期一p-v,T-s图图练习（练习（1）sTvp压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？第53页，共91页，编辑于2022年，星期一p-v,T-s图图练习（练习（2）sTvp膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？第54页，共91页，编辑于2022年，星期一p-v,T-s图图练习（练习（3）sTvp膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？第55页，共91页，编辑于2022年，星期一4-4 水蒸气的基本过程目标：目标：初态和终态的参数初态和终态的参数过程功和热量过程功和热量依据：依据：可逆过程可逆过程第56页，共91页，编辑于2022年，星期一水蒸气的基本过程步骤：步骤：根据初态的两个参数根据初态的两个参数（p,tp,t），（），（p,xp,x）或）或（t,xt,x）从表或图中查得其它参数；从表或图中查得其它参数；根据过程特征和一个终态参数确定终态，再从根据过程特征和一个终态参数确定终态，再从表或图上查得其它参数表或图上查得其它参数根据求得的初、终态参数计算根据求得的初、终态参数计算q q，ww等等第57页，共91页，编辑于2022年，星期一水蒸气的基本过程定容过程（定容过程（v=const）w=0 定压过程（定压过程（p=const）wt=0;w=p(v2 v1)定温过程（定温过程（T=const）q=T(s2-s1)定熵过程（定熵过程（s=const）q=0最重要最重要第58页，共91页，编辑于2022年，星期一焓 熵 图h hs sC Cx x=1=1x x=0=0p pv vT Tx x第59页，共91页，编辑于2022年，星期一水蒸气的基本过程一、水蒸气的定压过程（图解或表解）一、水蒸气的定压过程（图解或表解）wt=0 q=h342pv1例：例：锅炉中，水从锅炉中，水从30，4MPa,定压加热到定压加热到450 q=h2-h1ts(4MPa)=250.33锅炉、换热器锅炉、换热器第60页，共91页，编辑于2022年，星期一q=h2-h12Tshs2h1=129.3 kJ/kg h2=3330.7 kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kgwt=0w=Pvu=(h2-h1)-Pv第61页，共91页，编辑于2022年，星期一二、水蒸气的绝热过程不可逆过程：不可逆过程：汽轮机、水泵汽轮机、水泵可逆过程：可逆过程：s1 2 1 2q=0212Tsp1p2第62页，共91页，编辑于2022年，星期一q=0hs不可逆过程不可逆过程 可逆过程：可逆过程：sp1p221h1h2h22透平效率透平效率 w=-uu=(h2-h1)-(p2v2-p1v1)第63页，共91页，编辑于2022年，星期一图优缺点：图优缺点：1 1）图没有表准确，但一般工程计算）图没有表准确，但一般工程计算可以；可以；2 2）图中数据连续，不需用内插值法；）图中数据连续，不需用内插值法；3 3）不需判断相区；）不需判断相区；4 4）在分析热力过程时，使用很方便。）在分析热力过程时，使用很方便。表优缺点：表优缺点：1 1）表列数据准确性高；）表列数据准确性高；2 2）数据不连续，有时需用内插值法；）数据不连续，有时需用内插值法；3 3）在湿蒸）在湿蒸汽区尚需用公式；汽区尚需用公式；4 4）查表之前要判断相区；）查表之前要判断相区；5 5）在分析热力过程时，尤其涉及相变时，使用很）在分析热力过程时，尤其涉及相变时，使用很不方便（分析热和功）。不方便（分析热和功）。第64页，共91页，编辑于2022年，星期一4-5 4-5 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、炼工业上：锅炉鼓风、出口引风、炼铁、燃气轮机、制冷空调等等铁、燃气轮机、制冷空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第65页，共91页，编辑于2022年，星期一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第66页，共91页，编辑于2022年，星期一(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第67页，共91页，编辑于2022年，星期一 三种压气过程的参数关系三种压气过程的参数关系？第68页，共91页，编辑于2022年，星期一 三种压气过程功的计算三种压气过程功的计算最小最小重要启示重要启示第69页，共91页，编辑于2022年，星期一两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 省功省功第70页，共91页，编辑于2022年，星期一最佳增压比的推导最佳增压比的推导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 省功省功第71页，共91页，编辑于2022年，星期一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t0QA，WA无法求无法求 SA可求可求S状态参数状态参数第84页，共91页，编辑于2022年，星期一 II.II.活塞活塞有有摩擦，导热，准静态等温摩擦，导热，准静态等温解：解：1）活塞移动距离活塞移动距离L A和和B质量和温度不变质量和温度不变I.II.距离距离L相等相等第85页，共91页，编辑于2022年，星期一 II.II.活塞活塞有有摩擦，导热摩擦，导热,T 解：解：2）QA，WA摩擦耗功摩擦耗功3）QA+B第86页，共91页，编辑于2022年，星期一 II.II.活塞活塞有有摩擦，导热摩擦，导热,T 解：解：4）SA,SA,SA+B 讨论：讨论：非巧合非巧合 SAB由摩擦由摩擦不可逆引起不可逆引起第87页，共91页，编辑于2022年，星期一思考题9如图所示，ab、ac为理想气体两个任意过程，b、c两点在同一条绝热线上。试说明uab与uac中以哪个的绝对值为大，为什么？若b、c是在同一条等温线上情况又如何？第88页，共91页，编辑于2022年，星期一p-v,T-s图图练习（练习（3）sTvp膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？第89页，共91页，编辑于2022年，星期一思考题试在P-v图和T-s图上画出过某一点的既膨胀又升压的过程曲线（要求给出定位参考）。第90页，共91页，编辑于2022年，星期一作业理想气体的基本过程：4-1，4-6，4-9多变及综合过程分析：4-2，4-3压气机：4-21（题目中有一个错字，“经多级压缩”改为“经多变压缩”）BAIDU：工程热力学 思考题 http:/
