热力过程及主要参数
水蒸气的热力性质和热力过程
水蒸气的热力性质和热力过程水蒸气是水在升温和转化成气态时所形成的物质。
它具有一系列的热力性质和热力过程，对于理解水蒸气的特性和应用都非常重要。
首先，水蒸气的热力性质可以通过热容、比热容、蒸发潜热和饱和水蒸气压等参数来描述。
热容是指物质在吸收或释放热量时，温度的变化程度。
对于水蒸气来说，它的热容随着温度的升高而增加，这是因为水蒸气的分子间作用力较小，因此吸收热量后分子运动更活跃，温度升高的速率更快。
比热容是指单位质量物质温度升高一个单位时所吸收的热量，对于水蒸气来说，其比热容比水要小。
其次，水蒸气的热力过程包括等容过程、等压过程、准静态过程等。
等容过程是指在恒容条件下，水蒸气吸收或释放热量，而温度发生变化。
等压过程是指在恒压条件下，水蒸气吸收或释放热量，而温度发生变化。
准静态过程是指在过程中系统处于平衡状态，及时微小的温度波动也会使系统不再处于平衡状态。
水蒸气还具有一个重要的性质就是饱和水蒸气压。
饱和水蒸气压是指在一定温度下，液态水和水蒸气达到动态平衡时，水蒸气对应的压力。
饱和水蒸气压与温度之间存在着密切的关系，在一定温度范围内，饱和水蒸气压随着温度的升高而增加。
这个关系可以通过饱和水蒸气压与温度的对数关系来描述，即饱和水蒸气压-温度曲线。
这个曲线在一定条件下是稳定的，不会出现温度降低而饱和水蒸气压增加的情况。
水蒸气的热力过程在许多工业和自然现象中都有重要的应用。
例如，在汽轮机中，水的热力能被转化为机械能；在冷凝器中，水蒸气被冷却并变成液态水，释放出大量的热量，用于加热其他物质；在天气系统中，水的蒸发和凝结过程是形成云、降雨、雪等气象现象的基础。
综上所述，水蒸气具有一系列的热力性质和热力过程，对于理解其特性和应用具有重要意义。
我们可以通过热容、比热容、蒸发潜热和饱和水蒸气压等参数来描述水蒸气的热力性质。
水蒸气的热力过程包括等容过程、等压过程和准静态过程等。
这些性质和过程对于水蒸气在工业、自然现象中的应用都有重要的意义。
《热力学》理想气体的热力过程
p2 p1
v1 v2
n
T2 T1
v1 v2
n1
T2 T1
p2 p1
(n1) / n
n lnp2 lnp1 lnv2 ln v1
(2)利用已知或可求的与n有关的能量求解
2020年10月20日
第四章 理想气体的热力过程
28
例4-3（p80） 有一台空气压缩机，压缩前空气的温度为27 ℃、 压力为0.1 MPa，气缸的容积为5 000 cm3；压缩后空气的温度升 高到213 ℃。压缩过程消耗的功为1.166 kJ。试求压缩过程的多变 指数n。
15
（2）图表法 由
ds
cp0
dT T
Rg
dp p
对可逆绝热过程可得
ln
p2 p1
1 Rg
T2
T1
c
p
0
dT T
A:利用热力性质表中的标准状态熵
ln
p2 p1
1 Rg
T1
T0
c
p
0
dT T
c T2
T0
p0
dT T
1 Rg
s0 T2
s0 T1
T2 工质的热力性质表中还提供了u与h的数值。
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第四章 理想气体的热力过程
19
例4-2 (p76) 一台燃气轮机装置，从大气吸入温度为17 ℃、压 力为0.1 MPa的空气，然后在压气机中进行绝热压缩，使空气 的压力提高到0.9MPa。试求压气机消耗的轴功：(1)按定值比 热容计算；(2)按空气热力性质表计算。
思路：
定值比热容
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第四章 理想气体的热力过程
14
变比热容分析
化学反应的热力学参数
化学反应的热力学参数热力学是研究能量变化和转化的物理学分支，而化学反应的热力学参数则是描述反应的能量特征和行为的重要指标。
本文将围绕化学反应的热力学参数展开讨论，探究其含义、计算方法以及对反应过程的影响。
一、热力学参数的含义化学反应涉及物质的能量转化和物质结构的变化。
热力学参数是用于描述反应过程能量状态和稳定性的物理量。
其中最常用的参数包括焓变（ΔH）、熵变（ΔS）和自由能变（ΔG）。
焓变（ΔH）表示反应过程中吸热（ΔH>0）或放热（ΔH<0）的情况，即系统与周围环境之间的能量交换。
焓变为正值时，反应吸收能量；焓变为负值时，反应放出能量。
熵变（ΔS）是反应过程中体系内部的混乱度变化。
熵是物质无序程度的度量，熵变体现了反应过程中物质结构的变化。
当物质的有序性增加，熵变为负值；当物质的有序性减少，熵变为正值。
自由能变（ΔG）是描述反应驱动力的参数，它判断反应的可逆性和方向。
自由能变为负值时，反应是可逆的；自由能变为正值时，反应是不可逆的。
自由能变为零时，反应达到平衡。
二、热力学参数的计算方法热力学参数的计算需要借助热力学公式和实验数据。
以焓变为例，焓变的计算公式为：ΔH = ∑(H生成物 - H反应物)其中ΔH表示焓变，H表示反应物和生成物的焓值。
焓值可以通过测量反应物和生成物在标准状态下的热量变化得到。
熵变和自由能变的计算也需要根据各自的计算公式，其中熵变的计算需要考虑温度对熵的影响。
自由能变的计算通常会结合焓变和熵变，使用以下公式：ΔG = ΔH - TΔS其中ΔG表示自由能变，T表示系统的温度。
三、热力学参数对反应过程的影响热力学参数反映了反应过程中能量的流动和转化，对反应速率、平衡态和可逆性等方面有重要影响。
1. 反应速率：焓变和熵变共同影响反应速率。
一般来说，反应焓变越大，反应速率越快；反应熵变越大，反应速率也越快。
焓变和熵变对反应速率的影响可以通过活化能来解释，其中焓变决定反应的初速度，熵变决定反应的传递过程。
热工计算公式及参数
热工计算公式及参数热工计算是指通过一系列公式和参数来计算热量、功率、效率等热力学参数的过程。
热工计算在工程设计、能源管理和热力学研究等领域起着重要的作用。
本文将介绍一些常用的热工计算公式和参数。
1.热功率计算公式：热功率（Q）是表示单位时间内传输的热量的物理量。
常用的热功率计算公式如下：Q=m×c×ΔT其中，Q表示热功率，m表示物体的质量，c表示物体的比热容，ΔT表示物体的温度变化。
2.传热系数计算公式：传热系数（k）是表示单位时间内在单位面积上传输的热量的物理量。
常用的传热系数计算公式如下：k=Q/(A×ΔT)其中，k表示传热系数，Q表示传输的热量，A表示传热面积，ΔT表示温度差。
3.热效率计算公式：热效率（η）是指燃烧设备、热交换设备或热动力系统中实际产生的热量与理论上可能产生的最大热量之比。
常用的热效率计算公式如下：η=(实际产生的热量/理论可能产生的最大热量)×100%4.压力与体积关系公式：热工系统中的工质一般按照多种状态方程进行描述，其中最常用的是理想气体状态方程：PV=nRT其中，P表示压力，V表示体积，n表示物质的摩尔数，R表示气体常数，T表示温度。
5.比容与温度关系公式：比容（v）是指单位质量的物质占据的体积。
对于理想气体，比容与温度的关系可以用热力学公式来表示：v=(R×T)/P其中，v表示比容，R表示气体常数，T表示温度，P表示压力。
6.热辐射传热计算公式：热辐射传热是指两个物体之间通过热辐射方式传输热量的过程。
常用的热辐射传热计算公式如下：Q=ε×σ×A×(T1^4-T2^4)其中，Q表示传输的热量，ε表示发射率，σ表示热辐射常数，A表示辐射面积，T1和T2分别表示两个物体的温度。
7.热导率计算公式：热导率（λ）是指单位时间内通过单位厚度、单位面积的热流量。
常用的热导率计算公式如下：λ=(Q×L)/(A×ΔT)其中，λ表示热导率，Q表示传输的热量，L表示传热路径的长度，A表示传热的面积，ΔT表示温度差。
工程热力学第四章理想气体热力过程
03
CHAPTER
等容过程
等容过程是指气体在变化的整个过程中，其容积保持不变的过程。
定义
特点
适用场景
气体在等容过程中，气体温度和压力会发生变化，但容积保持不变。
等容过程常用于高压、高温或低温等极端条件下的气体处理。
03
02
01
等容过程定义
在等容过程中，气体吸收的热量等于气体所做的功和气体温度升高所吸收的热量之和。
多变过程的具体形式取决于气体所经历的压力和温度的变化规律。
多变过程定义热力学第一定律 Nhomakorabea热力学第二定律
理想气体状态方程
热效率
多变过程的热力学计算
01
02
03
04
能量守恒定律，用于计算多变过程中气体吸收或释放的热量。
熵增原理，用于分析多变过程中气体熵的变化。
描述气体压力、体积和温度之间的关系，可用于多变过程的计算。
衡量多变过程能量转换效率的指标，通过比较输入和输出的热量来计算。
提高热效率的方法
优化多变过程参数，如压力和温度的变化规律，以减少不可逆损失和提高能量转换效率。
热效率与熵增的关系
根据熵增原理，不可逆过程会导致熵的增加，从而降低热效率。因此，减少不可逆损失是提高多变过程热效率的关键。
热效率计算公式
$eta = frac{Q_{out}}{Q_{in}}$，其中$Q_{out}$为输出热量，$Q_{in}$为输入热量。
计算公式
通过优化气体的初态和终态，以及选择合适的加热和冷却方式，可以提高等容过程的热效率。同时，也可以通过改进设备结构和操作方式来提高热效率。
提高热效率的方法
等容过程的热效率
04
CHAPTER
理想气体基本热力过程
理想气体的基本热力过程热力设备中，热能与机械能的相互转化，通常是通过气态工质的吸热、膨胀、放热、压缩等热力过程来实现的。
实际的热力过程都很复杂，而且几乎都是非平衡、非可逆的过程。
但若仔细观察会发现，某些常见过程非常近似一些简单的可逆过程。
常见的主要有四种简单可逆过程-基本热力过程，指系统某一状态参数保持不变的可逆过程。
包括定容过程、定压过程、定温过程和绝热过程。
我们以1kg理想气体的闭口系统为例来分析这几种基本热力过程，分析方法包括5点：（1）依据过程特点建立过程方程式；（2）由过程方程和理想气体状态方程确定初、终态基本状态参数之间的关系，即P1、v1、T1和P2、v2、T2之间的关系；（3）绘制过程曲线；我们主要绘制两种坐标图P-v图和T-s图，因为P-v图上可以表示过程中做功量的多少，而T-s图上可以表示过程中吸收或放出热量的多少；（4）分析计算△u，△h，△s；（5）分析计算过程的热量q和功w。
一、定容过程定容过程即工质的容积在整个过程中维持不变，dv=0，通常是一定量的气体在刚性容器中进行定容加热或定容放热。
（1）依据过程特点建立过程方程式定容过程的特点是体积保持不变，所以建立过程方程式：v=常数；或dv=0或v1=v2（2）由过程方程和理想气体状态方程确定初、终态基本状态参数之间的关系过程方程式：v1=v2理想气体状态方程：112212Pv P v T T = 由以上两个方程可以得到初末基本状态参数之间的关系：122211v v P T P T =⎧⎪⎨=⎪⎩ 即定容过程中工质的压力与温度成正比。
（3）绘制过程曲线；定容过程有两种情况：定容加热和定容放热。
（4）分析计算△u ，△h ，△s ；2211v v u u u c dT c T ∆=-==∆⎰ 2211p p h h h c dT c T ∆=-==∆⎰ 222111ln ln ln p v v v P P s c c c v P P ∆=+=或222111ln ln ln v v T v T s c R c T v T ∆=+= （5）分析计算过程的热量q 和功w 。
热力学基本状态参数
热力学基本状态参数功和热量1-1 工质和热力系一、工质、热机、热源与冷源1、热机（热力发动机）：实现热能转换为机械能的设备。
如:电厂中的汽轮机、燃气轮机和内燃机、航空发动机等。
2、工质:实现热能转换为机械能的媒介物质。
对工质的要求:1）良好的膨胀性; 2）流动性好；3）热力性质稳定,热容量大；4）安全对环境友善；5）价廉，易大量获取。
如电厂中的水蒸汽；制冷中的氨气等。
问题：为什么电厂采用水蒸汽作工质？3、高温热源：不断向工质提供热能的物体（热源）。
如电厂中的炉膛中的高温烟气4、低温热源：不断接收工质排放热的物体（冷源）如凝汽器中的冷却水二、热力系统1、热力系统和外界概念热力系:人为划分的热力学研究对象(简称热力系）。
外界:系统外与之相关的一切其他物质。
边界:分割系统与外界的界面。
在边界上可以判断系统与外界间所传递的能量和质量的形式和数量。
边界可以是实际的、假想的、固定的，或活动的。
注意:热力系的划分，完全取决于分析问题的需要及分析方法的方便。
它可以是一个设备（物体），也可以是多个设备组成的系统。
如：可以取汽轮机内的空间作为一个系统，也可取整个电厂的作为系统。
2、热力系统分类按系统与外界的能量交换情况分1）绝热系统：与外界无热量交换。
2）孤立系统：与外界既无能量（功量、热量）交换，又无质量交换的系统。
注意：实际中，绝对的绝热系和孤立系统是不存在的，但在某些理想情况下可简化为这两种理想模型。
这种科学的抽象给热力学的研究带来很大的方便。
如：在计算电厂中的汽轮机作功时，通常忽略汽缸壁的散热损失，可近似看作绝热系统。
状态及基本状态参数状态参数特点u状态参数仅决定于状态，即对应某确定的状态，就有一组状态参数。
反之，一组确定的状态参数就可以确定一个状态。
状态参数的变化量仅决定于过程的初终状态，而与达到该状态的途径无关。
因此，状态参数的变化量可表示为（以压力p为例）：二、基本状态参数1.表压与真空表压力：当气体的压力高于大气压力时（称为正压），压力表的读数（pg），如锅炉汽包、主蒸汽的压力等。
分析热力过程的目的方法和内容等容过程等压过程等温过程
u C v T （ C p R ） T 2 （ T 1 ）
=（1.157－0.287）（1200－600）
=522 KJ/kg
整理课件
• 例 开始时活塞汽缸的体积为0.1m3，其中有压力 为1.15bar的空气0.1kg,若在压力不变的情况下, 体积缩小为原来的75%,求终点的温度,变化过程 中换热量的大小和方向。
整理课件
§3—2 等容过程
• 一、过程的定义
• 等容过程是指气体在容积不变或比容保持不 变的条件下进行的热力过程。活塞式发动机
和脉动式喷气发动机的燃烧过程就近似于等 容过程。图1—3—1(a)表示等容加热过程， 其中活塞不动。
• 二、过程特点
•
V= 常数
•或
ν= 常数
整理课件
• 三、过程方程
•或 说明：
压力为8bar，定容加热后的压力为40bar， 求加热后的温度，加给空气的热量，设空 气的等容比热为0.718 KJ/k gK
• 解 已知 T= 273＋300= 573K, P1 = 8bar
P2 = 40 bar 得加热后的空气温度为
T2P P1 2T148057328K5
• 加热量为
Q m （ v T 2 T C 1 ） 0 . 0 0 . 7 2 （ 2 1 5 8 8 ） 3 7 6 . 2 K 3 5 9
整理课件
• 分析热力过程时，作如下简化假定：
• (1)气体的状态变化过程是一个可逆过程； • (2)气体是完全气体。即在任一平衡状态
下，其参数关系符合完全气体的状态方程 式； • (3)比热容是常数，即比热容不随温度而 变化。 • (4)实际过程近似地看作是具有某一简单 特征的一个特殊过程。
理想气体的热力过程
= − ∫ v dp = v ( p1 − p 2 )
1
2
（4-5） ）
热能工程教研室
理想气体 v 的参数关系
求过程的△ 、 求过程的△U、 △ H、 △ S 、
du = c v dT dh = c p dT
取定值 比热容
∆ u = cv ∆ T ∆h = c p ∆T
显然，过温度相同的同一点的定容线斜率大于定压线斜率。 显然，过温度相同的同一点的定容线斜率大于定压线斜率。 定容线斜率大于定压线斜率
热能工程教研室
理想气体 P 的参数关系
对于定压过程,其初、终态状态参数间的关系： 对于定压过程 其初、终态状态参数间的关系： 其初
du = c v dT dh = c p dT
δwt = −vdP = 0 可逆定压过程的技术功： 10） 可逆定压过程的技术功： （4-10） 它表明：定压过程中系统不对外作技术功。 它表明：定压过程中系统不对外作技术功。 适用于 工质,不限于理想气体 上述式(4 8)、(4-9)和(4-10)适用 任何工质 不限于理想气体。 (4上述式(4-8)、(4-9)和(4-10)适用于任何工质 不限于理想气体。
（4-4） ）
结论：定容过程中工质不输出膨胀功， 结论：定容过程中工质不输出膨胀功，其获得的热量等于工质的 热力学能的增量。它直接由热力学第一定律推出， 热力学能的增量。它直接由热力学第一定律推出，适用于所有气 体。
q v的计算结果为正，是吸热过程，反之是放热过程。 的计算结果为正，是吸热过程，反之是放热过程。
取定值 比热容
∆ u = cv ∆ T ∆h = c p ∆T
dP = 0
dT ds = c p T dv ds = c p v
工程热力学基础知识
温熵图
dq = Tds
q = ∫ Tds = 面积12S 2 S1
1 2
ds > 0系统吸热； ds = 0系统绝热；
ds < 0系统放热。
第二节
热力学基本定律
一、热力学第一定律
（一）热力学第一定律
能量守恒定律
Q =W
（二）能量方程式
q = ∆u + W
式中：q—外界加给1kg工质的热量（J/kg）； w—1kg工质对外界作的功（J/kg）； △u—1kg工质内能的增量（J/kg）。
二、热力学第二定律
不可能创造出只从热源吸收热量作功 而不向冷源放热的热机。 热量不可能自发地从冷物体转移到热 物体。
第三节 气体的热力过程
一、定容过程
pv=RT （一）定容过程方程式为： 定容过程方程式为 v=常数 （二）气体状态参数的变化
p2 T2 = v1 = v2 或 p1 T1
绝对压力与绝对温度成正比
T2 T1
q = ∆u + w = cv (T2 − T1 ) + R(T2 − T1 )
cv (T2 − T1 ) + R(T2 − T1 ) = c p (T2 − T1 )
R = c p − cv
三、定温过程
（一）过程方程式 T=常数，即 pv=常数 （二）气体状态参数的变化
p1 v2 = p2 v1
工质对活塞作的功为： dw=pAdx=pdv
W = ∫ pdv
v1
v2
v 增大， 为“+” , 工质对活塞作功。 W W v 减小， 为“-” , 活塞对工质作功。
四、工质的比热容C （一）定义
单位量的物质作单位温度变化时所吸收或 放出的热量。
热动力参数
热动力参数热动力参数是指在热力学领域中用来描述热量转化和传递过程的参数。
热动力参数的研究对于能源的利用和环境保护具有重要意义。
本文将从热动力参数的定义、应用和未来发展等方面进行探讨。
一、热动力参数的定义热动力参数是指在热力学过程中，用来描述能量转化和传递的物理量。
常见的热动力参数包括热功、热容、热导率等。
热功是指单位时间内传递的热能量，通常用焦耳（J）来表示。
热容是指物质在吸热或放热过程中温度变化的大小，通常用焦耳/摄氏度（J/℃）表示。
热导率是指单位时间内单位面积上的热能传递速率，通常用瓦特/米·开尔文（W/m·K）表示。
热动力参数的应用广泛，涉及到能源、环境、材料等领域。
在能源领域，热动力参数的研究对于提高能源利用效率、降低能源消耗具有重要意义。
例如，通过研究热导率可以优化材料的热传导性能，提高能源转换效率。
在环境领域，热动力参数的研究可以帮助我们理解地球的能量平衡和气候变化等问题。
在材料领域，热动力参数的研究对于材料的设计和应用具有重要意义。
通过研究热容和热导率等参数，可以优化材料的热稳定性和热传导性能。
三、热动力参数的未来发展随着科学技术的不断进步，热动力参数的研究也在不断发展。
未来的研究重点将更加注重热动力参数的精确测量和理论模拟。
例如，通过发展更加精确的测量方法，可以提高热功和热导率等参数的测量精度。
同时，通过建立更加准确的理论模型，可以预测材料的热稳定性和热传导性能，为材料的设计和应用提供更加可靠的依据。
热动力参数是描述热量转化和传递过程的重要参数。
热动力参数的研究对于能源的利用和环境保护具有重要意义。
未来的研究将更加注重热动力参数的精确测量和理论模拟，以提高能源利用效率和材料性能。
通过深入研究热动力参数，我们可以更好地理解和应用热力学原理，推动能源技术的发展和环境保护的进步。
理想气体的热力性质和热力过程
况，进而找出影响转化的主要因素。 2、一般方法
(1)、对实际热力过程进行分析，将各种过程近似地概括为 几种典型过程，即定容、定压、定温和绝热过程。为使问题 简化，暂不考虑实际过程中的不可逆的耗损而作为可逆过程。
(2)、用简单的热力学方法对四种基本热力过程进行分析计算。
c t2 p,0℃
t2
-
c t1 p,0℃
t1
c t2 p,t1
c
t2 p,0℃
t2
-ct1 p,0℃来自t1t2 t1
p267附录A-4a给出了一些常用气体的平均比热容表
c c R t2
t2
v,t1
p,t1
g
(3)、平均比热容直线关系
qp
2 1
cp
(t)dt
2 1
(a
bt)dt
[a
b 2
所以MRg与物质的种类无关。（也与状态无关）令R＝ MRg ， R 称为摩尔气体常数。取标准状态参数得
R MRg
p0Vm0 T0
101325Pa 0.02241325m3/mol 273.15K
8.3143 J/(mol.K)
对于各种气体的气体常数的
Rg
R M
(3 5)
理想气体状态方程可有以下四种形式：
(t1
t2
)](t2
t1 )
c t2 p,t1
a
b 2
(t1
t2
)
(3 19)
上式称为比热容的线
性关系。附录A-5p268给 出了一些常用气体的平
均比热容直线关系式。
（4）、定值比热容
cp a
由分子运动论也可导出1mol理想气体的热力学能
基本热力过程
一、过程方程（ q=0 ）
Tds q dh vdp 0 vdp dh cpdT
( A)
Tds q du pdv 0 pdv du cV dT (B)
ds
qrev
T
, qrev
0
ds 0
(A)/(B)：
dp cp dv p cV v
dp dv (a)
p
v
定义：定熵指数κ， 理想气体时
第四章 理想气体的热力过程
Thermodynamic Process of Ideal Gas
气体和蒸汽的基本热力过程
4–1 研究热力过程的目的及一般方法 （理想气体的可逆多变过程）
一、基本热力过程(fundamental thermodynamic process)
汽车气缸内过程的p-v图
常见热力过程在 logp--logV 图 上有：
2. 方法和手段
• 给出 过程方程 p f (v)，建立初态与终态参数的关系 • 作 p-v图，T-s图 • 根据第一定律及理想气体性质计算过程中功（w或wt）和热(q) • 可用的公式：
u cV
T t2
t1
h cp
T t2
t1
s
s20
s10
Rg
ln
p2 〔3-27〕〔3-28〕〔3-37〕 p1
4–2 定容过程
过程方程式： dv 0, 参数关系式：
(4-1) (4-2)（4-16）
wt 0 wt 0
△u : △h : △s :
膨胀功: 技术功: 传热量:
u
u2
u1
cV
t2 t1
(t2
t1)
h
h2
h1
cp
第4章 理想气体的热力过程
① 闭口系： w =
由于定温时：
dp d dv
=−
T
p v
⎛ dp ⎞ ⎛ dp ⎞ ⎜ ⎟ 〉 ⎜ ⎟ ⎝ dv ⎠ s ⎝ dv ⎠T
∫ pdv = ∫ pv
1 1 2
2
k
dv vk
2
因 pvk 为常数，所以： 为常数 所以 w = pv k ∫ 同时，因 pv=RgT ，可得：
2
2 1− k pv dv k v = = pv k ∫ v − k dv = pv k 1− k 1 1 − k 1 1 v
② 开口系： wt = − ∫ vdp = − ∫
1
1
2
2
RgT dp p
5、功与热量的计算 ①闭口系： w =
∫
1
2
RgT dv pdv = ∫ v 1
2
2
= −RgT ∫
1
2
⎛ p1 ⎞ ⎛ v2 ⎞ dp = RgT ln⎜ ⎜p ⎟ ⎟ = RgT ln⎜ ⎜v ⎟ ⎟ p ⎝ 2⎠ ⎝ 1⎠
2
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦
n= k n= ± ∞
可见，绝热过程wt 是 w 的 k 倍 。热量q 为零。
2、状参关系式
3、绘制过程曲线
p 2 ⎛ v1 =⎜ p1 ⎜ ⎝ v2
T2 ⎛ v1 =⎜ T1 ⎜ ⎝ v2
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
n
n −1
由 pvn= const，pv=RgT
得
n −1
⎛ p2 T2 = ⎜ ⎜ p T1 ⎝ 1
如电厂中各种换热设备中的加热或冷却过程。 1、过程方程： 2、状参关系式 根据： p= const dp= 0
热力学第04章 气体和蒸汽的基本热力过程
p/MPa
0.001 0.01 0.1 1 10 22.12
/(kJ/kg)
10
方法：把实际过程抽象为可逆过程进行分析。
§4-2 定容过程 dv=0
§4-3 定压过程 dp=0 §4-4 定温过程 dT=0 §4-5 定熵过程 ds=0 四种典型的热力过程，都有一个参数 不变，分析简单，又有实际意义。
注意热力过程的多样性，因为状态变化就是热力过 程，故过程远不止这些这四种。
4.2 定容过程
定容过程的熵变是 (取定值比热容) ：
定容过程是n趋近于无穷大时的多变过程，因此
4.2 定容过程
p
2
1 2’
T
加热 放热 1
2
2’
v
q<0
q>0
s
4.3 定压过程
当n=0时的多变过程 可逆定压过程，p2=p1, dp=0
由于
因此 也就是，定压过程中气体比体积与热力 学温度成正比
各个过程的状态参数和q，w，wt的推导
pv
n
常数
n0 p 常数 n 1 pv 常数 n pv 常数 n v 常数
定压过程 定温过程 定熵(可逆绝热）过程 定容过程
( n 0)
0 p v p v
p p n v v n
上节课内容回顾
气体和蒸汽的基本热力过程 §4-2 定容过程 dv=0 §4-3 定压过程 dp=0 §4-4 定温过程 dT=0 §4-5 定熵过程 ds=0 注意热力过程的多样性，因为状态变化就是热力过 程，故过程远不止这些这四种。 四种典型的热力过程，都有一个参数 不变，分析简单，又有实际意义。
第三章内容回顾
第4章 理想气体的热力过程
dT dp − Rg T p
5、功与热量的计算 ①开口系： dwt=- vdp= 0 q=Δh+wt=Δh-vdp=Δh=cpΔT
dT 由于dp= 0，有： ds = c p T
dT 比较定容与定压过程，有： ds =
v
dT T = ds cp
dT T > ds cv =
p
T cp
定压线斜率小于 定容线斜率
2
1
故在p~v图上定熵线较定温线陡。
w=
wt
Rg Rg RgT (T1 − T2 ) = (T2 − T1 ) = k −1 1− k 1 1− k k −1 ⎡ ⎤ RgT1 ⎛ T2 ⎞ RgT1 ⎢ ⎛ p2 ⎞ k ⎥ ⎟ = ⎜1 − ⎟ = ⎜ ⎟ ⎟ 1− ⎜ ⎜ k − 1 ⎝ T1 ⎠ k − 1 ⎢ ⎝ p1 ⎠ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦
n −1
n 因 pvn 为常数，所以： w = pv n ∫ dv = pv n ∫ v − n dv = pv n
1
2
v
1
v 1− n = pv 1− n 1 1− n 1
2
2
Δs = cv ln(
T2 T ) + Rg ln( ) T1 T1
1 2 1− n
T Rg T Rg ⎤ T2 ⎡ = cv ln( 2 ) + ln( 2 ) = cv + ln( ) ⎢ T1 1 − n T1 1− n⎥ ⎣ ⎦ T1
4.1 分析热力过程的目的与方法
1、目的
选择最佳过程用于工程实践，提高热能和机械能转换效率。
2、方法
基于热力学第一定律找出Δu、Δh、 Δs、w、q 之间的关系。 （1）基本前提：① 热力学第一定律 ② 理想气体 ③ 过程可逆（或准静态过程） 四个基本热力过程：
热状态参数
热状态参数
热状态参数是指在热力学过程中描述物质状态的参数，如温度、热力
学势、压力、密度等。
在热力学中，热状态参数是进行热力学计算和分析
的基础。
常见的热状态参数包括：
1.温度（T）：反映物体内部分子的平均动能，是热力学过程中重要
的参数。
2.热力学势（U、H、F、G）：反映物质的能量状态和能够产生的做功，分别对应内能、焓、自由能和吉布斯函数。
3.压力（P）：表示物质单位面积上施加的力，是描述流体静力学性
质的参数。
4.密度（ρ）：表示物质单位体积的质量，是描述物质分布状态的参数。
5.热容（C）：表示物质在温度变化过程中吸收或释放的热量与温度
变化之间的比率。
6.熵（S）：反映物质的无序程度和能量分布状态，是描述热力学过
程中重要的参数。
这些热状态参数互相联系，在热力学计算和分析中必须协调使用。
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u 减轻重量和减小迎风面 u 单独火焰筒便于调试 u 拆换方便 u 缺点： u 出口温度场周向不均匀
环形燃烧室
u 由4个同心的圆筒组 成，火焰筒为环形
u 优点：
u 与压气机、涡轮的环 形通道气动配合好， 减少流动损失
u 出口温度场均匀 u 重量轻、迎风面小
u 缺点：
u 喷油与进气不易配合 u 调试需大型气源 u 装拆维护较困难
摩擦、扩压、掺混、加热热 阻
b
p* 3
p*
用总压恢复系数描述，
u 出口温度场要求
u 尺寸小、重量轻、发热量大
u 排气污染少
出口温度场要求 径向：一定分布 周向：均匀 轴向：火焰不能伸出燃烧室
工作环境
进口气流速度大 体积小 出口温度受涡轮耐热强度限制 工作条件变化范围宽
二、燃烧室结构形式
相似准则
T2
p1.75e 300 2
q ma
2、燃烧室熄火特性
u 余气系数 u 贫油熄火边界 u 富油熄火边界
u 进气流速
3、总压损失特性
p*
3
b
p*
2
u 单管燃烧室 u 联管燃烧室 u 环形燃烧室
单管燃烧室
u 由多个单独燃烧室组成 u 之间用联焰管相联,传
焰和均压作用
u 每个有自己的火焰筒和 外套
u 优点: u 实验调试用气少 u 便于拆换
u 缺点: u 迎风面大 u 出口温度场不均匀 u 重量大
联管燃烧室
u 有多个单独火焰筒，共用 内、外环形机匣
余气系数
qma qma
qmf l0 qmf
l0
u l0 — 1公斤航空煤油完全燃烧所需理论空气量
l0 =14.7kg/s u 最恰当油气比：f0 = 1/ l0 = 0.068
u = 1: 最恰当油气比 u 1: 富油状态 u 1: 贫油状态
2、基本性能要求
u 压力损失小
环形火焰筒
三、工作过程及主要零组件
1、气流扩压减速
压气机出口气流速度 150m/s 30~45m/s
扩压器
扩压损失
三、工作过程及主要零组件
2、喷油雾化
为使燃油在非常短的时间 内与气流充分掺混，达到 完全燃烧，靠燃油喷嘴喷 入雾状燃油，扩大燃料与 周围气体的接触面，加快 蒸发、汽化，形成混气， 以利于完全燃烧。
三、工作过程及主要零组件
u 掺混冷却
u 约35%由火焰筒上的 微细小孔或缝隙进入 ，在火焰筒壁形成气 膜，保护火焰筒。
u 约20%从后部进入， 掺混降温、到达出口 温度场分布要求。
l 火焰筒设计是燃烧室 的关键部件
l 只有30%的气流参与 燃烧
燃烧过程
四、燃烧室特性
1、燃烧效率特性
影响燃烧效率的因素： 余气系数、进气压力 进气温度、进气速度
u 航空发动机燃油喷嘴必须 具备使燃油雾化的功能。
三、工作过程及主要零组件
3.点火
一般利用外电源，使 高压火花塞打火。 一般有两个点火器。
三、工作过程及主要零组件
4、燃烧回流区的形成 与作用
u 形成：
气流经火焰筒头部的扰 流器，形成一股旋转气 流，在火焰筒的中心造 成低压区，下游一部分 气流逆流补充，形成回 流。
u 作用
u 稳定的点火源
u 对燃油破膜、雾化 、掺混
5、对燃烧过程进行组织
u 分区：主燃区、补燃区、掺混冷却区 u 分不同部位、不同量进气
三、工作过程及主要零组件
约15%的气流从火焰筒头部 旋转进入，形成回流区， 与油碰撞、掺混、燃烧；
约20%的气流从梢后的大孔 进入，回流，补充燃烧；
在火焰筒头部中心处形 成主燃区，按恰当油气 比形成混气，保证燃烧 稳定、充分，燃气温度 高达2600K。