第四章理想气体的热力过程

第四章理想气体的热力过程

一、目的及要求：

掌握四种基本热力过程的初终态状态参数的计算，掌握当理想气体经历某一热力过程后系统与外界所交换的热量及功量的计算。掌握多变过程的相关量的计算。会利用给定的已知条件在坐标图上定性的画出相应的过程曲线。

二、内容：

4.1研究理想气体的目的及一般方法

4.2定容过程、定压过程、定温过程、绝热过程及多变过程

4.3过程曲线在相应的坐标图上的表示。

三、重点及难点：

熟练掌握5种基本过程（定容过程、定压过程、定温过程、绝热过程及多变过程）的初

终态基本状态参数p、v、T之间的关系。

4.2熟练掌握当工质经历了4种基本过程以及多变过程过程系统与外界交换的热量、功量的

计算。

能将各过程表示在p－v图和T－s图上，并能正确地应用p－v图和T－s图判断过程的

特点，即△u，△h，q及w等的正负值。

四、主要外语词汇：

thermodynamic Process, isometric process, isobaric process, isothermal process, adiabatic process, isentropic process, polytropic process

五、本章节采用多媒体课件

六、复习思考题及作业：

思考题：

1、在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过程气体的温度不变，在定温膨胀过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？

2、任何定温过程都有∆u=0, ∆h=0？对于理想气体如何？

3、绝热过程，工质的温度都不变？反之温度一定变？

4、从同一初态，分别经历等温过程、等熵过程及n=1.2过程，能否到达同一终态？

5、一封闭系经某可逆吸热对外作功，问能否用一可逆绝热过程使系统回到初态

6、在p-v及T-s图上如何判断过程中的q、w、∆u、∆h的正负？

作业：

4－1、4－2、4－4、4－6、4－10、4－12、4－15、4－20

第四章理想气体的热力过程

§4－1 研究热力过程的目的及一般方法

1、目的

工程上广泛应用的各种热工设备，尽管它们的工作原理各不相同，但都是为了完成某种特定的任务而进行的相应的热力过程。例如：通过工质的吸热、膨胀、放热、压缩等一系列热力状态变化过程实现热能与机械能的相互转换，用热力学观点来进行热力分析时，这些热工设备，可以无一例外的看作是一种具体的热力学模型。它们都包括系统、边界、外界三个基本组成部分；具备“系统状态变化”、“系统与外界的相互作用”以及“两者之间的内在联系”这三个基本要素。

系统内工质状态的连续变化过程称为热力过程。工质状态变化是与各种作用密切相联系的，这种联系就是热力学基本定律及工质基本属性的具体体现，而各种热工设备，则是实现这种联系的具体手段。实施热力过程的目的就可归纳为两类：（一）控制系统内部工质状态变化的规律，使之在外界产生预期的效果；（二）为了使工质维持或达到某种预期的状态，应控制外部条件，使之对系统给以相应的作用量。第一种如各种动力循环及制冷循环；第二种如锅炉、炉管、压气机、换热器等等，实际上任何热力过程都包含工质的状态变化和外界作用量，这是同一事物的两个方面，仅是目的不同而已。

因此，研究热力过程的目的任务就在于：运用热力学的基本定律及工质的基本属性，揭示热力过程中工质状态变化的规律与各种作用量之间的内在联系，并从能量的量和质两方面进行定性分析和定量分析。

在热工设备中不可避免地存在摩擦、温差传热等等不可逆因素，若工质各个状态参数都在变化，则不易确定其变化规律。仔细观察发现，某些常见过程却又往往近似具有某一简单的特征。例如：汽油机气缸中工质的燃烧加热过程，由于燃烧速度很快，压力急剧上升而体积不变，接近定容；活塞式压气机中，若气缸套的冷却效果非常理想，压缩过程中气体的温度几乎不升高，近似定温；燃气流过汽轮机，或空气流经叶轮式压气机时，流速很大，气体向外界散失的热量相对极少，接近绝热。工程热力学将热力设备中的各种过程近似的概括为几种典型过程，既定容、定压、定温和绝热过

程。同时，为使问题简化，暂不考虑实际过程中不可逆的耗损而作为可逆过程。这四种典型的可逆过程称为基本热力过程，可用简单的热力学方法予以分析计算。随后，考虑到不可逆耗损，再借助一些经验系数进行修正。由此可对热设备或系统的性能、效率作出合理的评价，同时，计算结果与实际情况在量上也相当接近。可以认为，工质基本热力过程的分析和计算是热力设备设计计算的基础和依据。值得注意的是：工质热力状态变化的规律及能量转换状况与是否流动无关，对于确定的工质，它只取决于过程特征。2、研究的内容及方法

在热工设备中不可避免的存在摩擦、温差传热等等不可逆因素，因此实际过程都是不可逆过程。热力学的基本分析方法是，把实际过程近似的、合理的理想化为可逆的热力过程，即暂且不考虑次要因素，抓住问题的本质及主要因素来进行分析。具体说来有如下几点：

（1） 根据过程的特点，利用状态方程式及第一定律解析式，得出过程方程式p = f （v ）；

借助过程方程式并结合状态方程式，找出不同状态时状态参数间的关系式，从

而由已知初态确定终态参数，或者反之；（3） 在 p —v 图和T —s 图中画出过程曲线，直观的表达过程中工质状态参数的变化

规律及能量转换情况；

（4） 确定工质初、终态比热力学能、比焓、比熵的变化量。

理想气体的状态参数比热力学能、比焓、比熵的变化量u ∆、h ∆、s ∆，不论对哪种过程，或过程是否可逆，都可按下列公式计算；变比热容时： )(1221t t c u t

t v -=∆ )(122

1t t c h t t p -=∆ 1

2121212ln ln ln 21p p Rg T T c p p Rg s s s t t p o o -=--=∆ 定值比热容时： )(12T T c u v -=∆

)(12T T c h p -=∆