热力学第三章理想气体热力过程幻灯片.ppt

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1、热力学第三章理想气体热力过程第1页，共70页，编辑于2022年，星期一3-5 3-5 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，进行热力计算热力计算第2页，共70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

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70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70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)根据已知参数及根据已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70页，编辑

3、于2022年，星期一斜率斜率理想气体理想气体 过程的过程的p-v,T-s图图上凸上凸?下凹？下凹？sTvpppp第6页，共70页，编辑于2022年，星期一斜率斜率理想气体理想气体 过程的过程的p-v,T-s图图上凸上凸?下凹？下凹？sTvpppvvv第7页，共70页，编辑于2022年，星期一斜率斜率理想气体理想气体 过程的过程的p-v,T-s图图上凸上凸?下凹？下凹？sTvpppTvvTT第8页，共70页，编辑于2022年，星期一3-7 3-7 理想气体的理想气体的等熵等熵过程过程(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

4、等熵过程过程,必须是必须是可逆绝热可逆绝热过程才是过程才是等熵等熵过程。过程。adiabaticisentropicReversible adiabatic 第9页，共70页，编辑于2022年，星期一三个条件三个条件:(1)理想气体理想气体 (2)可逆过程可逆过程 (3)k 为常为常数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10页，共70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11页，共70页，编辑于2022年，星期一理想气体理想气体 过程的过程的p-v,T-s图图sTvpppsvvTTss第12页，共70页，编辑于2022年，星期一

5、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13页，共70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14页，共70页，编辑于2022年，星期一3-7 3-7 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nn=ks第15页，共70页，编辑于2022年，星期一(1)当当 n

6、=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=pTsvnpTsv基本过程是多变过程的特例基本过程是多变过程的特例isothermalisentropicisobaricisochoric第16页，共70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17页，共70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

7、本过程的计算理想气体基本过程的计算第18页，共70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19页，共70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20页，共70页，编辑于2022年，星期一h在在p-v,T-s图上的图上的变化趋势变化趋势sTvphT=u0 u0 h0 h0第21页，共70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22页，共70页，编辑于2022年，星期一wt在在p-v,T-s图

8、上的图上的变化趋势变化趋势sTvp u0 u0 h0 h0w0w0wt0wt0第23页，共70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24页，共70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25页，共70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

9、区域？第26页，共70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27页，共70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28页，共70页，编辑于2022年，星期一3-8 3-8 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、炼钢、燃气轮机、制冷空调等等

10、钢、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，涡旋涡旋轴流式，螺杆轴流式，螺杆连续流动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Fan CompressorFanner 第29页，共70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wtMinimizing work input第30页，共70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)

11、、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31页，共70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32页，共70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33页，共70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Work saved第34页，共70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 省功省功第35页，共70页，编辑于2022年，星期一最佳增压比的推

12、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，可证明可证明若若m级级最佳增压比最佳增压比第36页，共70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63页，共70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LA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64页，共70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

13、擦耗功摩擦耗功3）QA+B第65页，共70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66页，共70页，编辑于2022年，星期一计算练习题（计算练习题（2 2）一小瓶氦气，初温为一小瓶氦气，初温为TA，小瓶绝热，保温箱初，小瓶绝热，保温箱初为为真空真空，由于小瓶漏气，某时刻，小瓶内温度为，由于小瓶漏气，某时刻，小瓶内温度为TA，箱内氦气温度为，箱内氦气温度为TB。氦气为理想气体，。氦气为理想气体，试分析试分析TA，TA，TB的大小关系。的大小关系。TBTA解：将解：将TA，TA，TB联系联系取保温箱为系统较好取保温箱为系统较好第67页，共70页，编辑于2022年，星期一计算练习题（计算练习题（2 2）TBTA解：取保温箱为系统解：取保温箱为系统小瓶内气体遵循小瓶内气体遵循焓焓第68页，共70页，编辑于2022年，星期一作作 业业4-124-178-10第69页，共70页，编辑于2022年，星期一第三章第三章 完完End of Chapter Three第70页，共70页，编辑于2022年，星期一