《工程热力学》第四章工质的热力过程.ppt
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2
wt q h h 1 cpdT
q0
若取比容为定值，则
w
cv
(T1
T2 )
k
R
1
(T1
T2 )
k
1( 1
p1v1
p2v2 )
RT1 k 1
1
T2 T1
RT1 k 1
1
p2 p1
k 1 k
RT1 k 1
1
v1 v2
k1
wt
cp (T1
T2 )
kR k 1 (T1
● 过程方程
q 0
q0
可逆绝热过程， 即等熵过程
ds q
T
0
s const
● 理想气体等熵过程的过程方程
ds 0
理想气体
ds
cv
dp p
cp
dv v
0
k cp cv
dp k dv 0 pv
当 k const ln p k ln v const
Biblioteka Baidu
pvk const
三个条件: （1）理想气体 （2）可逆过程 （3）k 为常数
轮机燃气的燃烧加热过程）——定压过程 ◆ 间歇操作的反应釜内的过程——定容过程 ◆ 活塞式压气机中，若汽缸的冷却效果好，
压缩过程温度几乎不升高——定温过程
● 对实际过程进行抽象与简化，从而可在理论 上用简单方法分析计算，再借助经验进行修 正——抓住主要特征、主要影响因素、突出 主要矛盾，从而进行定性分析与评价，又可 进行定量计算。
由理想气体的状态方 程 pv=RT 得：
p1v1 p2v2
且
h1 h2
u1 u2
s2
s1
cv
ln T2 T1
R ln
v2 v1
R ln
v2 v1
R ln
p2 p1
● 能量转换
膨胀功
w
2
pdv
2
RT
dv
RT ln v2
RT ln
p1
1
1
v
v1
p2
技术功
wt
2
vdp
1
2
RT
1
dp p
定压过程是工质在状态变化过程中压力 保持不变的过程。
● 过程方程
dp 0
p const
● 初终态状态参数之间的关系
由理想气体的状态方 程 pv=RT 得：
v2 T2 v1 T1
且
2
dh c p dT h2 h1 1 cpdT
2
du cv dT u2 u1 1 cvdT
dT dp dT
4 气体与蒸气的热力过程
● 热力过程：系统从一个平衡状态过渡到 另一个平衡状态所经历的历程。
◆ 实际的热力过程往往较复杂； ◆ 各过程都存在不同程度的不可逆性； ◆ 工质的各状态参数都在变化，难以找出规
律，也就很难用热力学方法分析。
● 但实际过程又具有某些简单的特征
◆ 保温良好的设备内的过程——绝热过程 ◆ 工质燃烧过程进行得很快——绝热过程 ◆ 大多化工设备内的压力变化很小（如燃气
研究热力过程的主要任务
◆ 根据过程的特征，确定过程中状态参数的 变化规律，即过程方程；
◆ 根据已知初态参数，确定其它初态参数； ◆ 根据过程方程及已知终态参数，确定其它
终态参数； ◆ 根据热力学基本定律及工质性质确定过程
中的能量转换关系。
研究热力学过程的依据
1） 热一律 q u w h wt
RT
ln
p1 p2
RT
ln
v2 v1
热量
q u w w h wt wt
RT ln v2 RT ln p1
v1
p2
● 过程曲线
定温过程，气体吸收的热量全部转变为膨胀功， 且全部是可资利用的技术功。
4.1.4 绝热过程
绝热过程是工质在与外界没有热量交换的 条件下所进行的状态变化过程。
ds cp T R p cp T
s2 s1
2 dT 1 cp T
cp
ln
T2 T1
● 能量转换
膨胀功 技术功
2
w 1 pdv p(v2 v1) R(T2 T1)
2
wt 1 vdp 0
热 量 q h wt h h2 h1 cp (T2 T1)
● 过程曲线
稳流
q
h
1 2
c
2
gz
ws
2） 理想气体 pv RT cp cv R
u f (T ) h f (T )
k cp cv
3）可逆过程
w pdv q Tds
wt vdp
研究热力学过程的任务和步骤
1） 确定过程方程------该过程中参数的变化规律
p f (v) , T f ( p) , T f (v)
定压过程，气体的技术功为零，其膨胀功全部用以支付 维持流动所必须的流动净功；它吸入的热量等于其焓的增加。
在T－s图上，
dT ds
p
T cp
dT ds
v
T cv
定压线较定容线平坦。
4.1.3 定温过程
定温过程是工质在状态变化过程中温度 保持不变的过程。
● 过程方程
dT 0
T const
● 初终态状态参数之间的关系
2） 根据已知参数及过程方程求未知参数
3） 求 u , h , s
4） 计算 w , wt , q
5） 用T - s 与 p - v 图表示热力过程
4.1 理想气体的热力过程
4.1.1 定容过程
一定量的气体在容积不变的容器（刚性 容器）内进行加热（或放热）的过程。
● 过程方程
dv 0 v const V const
ln
T2 T1
● 能量转换
膨胀功 技术功
2
w 1 pdv 0
2
wt 1 vdp v( p1 p2 ) R(T1 T2 )
热 量 q u w u u2 u1 cv (T2 T1)
● 过程曲线
定容过程，工质不做膨胀功，吸收的热 量全部用于增加其内能。
4.1.2 定压过程
T2 )
k k 1 ( p1v1
p2v2 )
k 1
k
k 1
RT1
1
T2 T1
k
k 1
RT1
1
p2 p1
k
且 wt kw
● 过程曲线
在p－v图上，
dp dv
● 初终态状态参数之间的关系
由理想气体的状态方 程 pv = RT 得：
p2 T2 p1 T1
且 dh cpdT du cvdT
2
h2 h1 1 cpdT cpT
2
u2 u1 1 cvdT cvT
ds
cv
dT T
R
dv v
cv
dT T
s2 s1
2 dT 1 cv T
cv
● 初终态状态参数之间的关系
p1v1k p2v2k
结合理想气体的状 态方程 pv=RT，有
T1v1k 1 T2v2k 1
1k
1k
T1 p1 k T2 p2 k
且
2
h2 h1 1 cpdT
2
u2 u1 1 cvdT
s2 s1
2q 0
1T
● 能量转换
膨胀功 技术功 热量
2
w q u u 1 cvdT
wt q h h 1 cpdT
q0
若取比容为定值，则
w
cv
(T1
T2 )
k
R
1
(T1
T2 )
k
1( 1
p1v1
p2v2 )
RT1 k 1
1
T2 T1
RT1 k 1
1
p2 p1
k 1 k
RT1 k 1
1
v1 v2
k1
wt
cp (T1
T2 )
kR k 1 (T1
● 过程方程
q 0
q0
可逆绝热过程， 即等熵过程
ds q
T
0
s const
● 理想气体等熵过程的过程方程
ds 0
理想气体
ds
cv
dp p
cp
dv v
0
k cp cv
dp k dv 0 pv
当 k const ln p k ln v const
Biblioteka Baidu
pvk const
三个条件: （1）理想气体 （2）可逆过程 （3）k 为常数
轮机燃气的燃烧加热过程）——定压过程 ◆ 间歇操作的反应釜内的过程——定容过程 ◆ 活塞式压气机中，若汽缸的冷却效果好，
压缩过程温度几乎不升高——定温过程
● 对实际过程进行抽象与简化，从而可在理论 上用简单方法分析计算，再借助经验进行修 正——抓住主要特征、主要影响因素、突出 主要矛盾，从而进行定性分析与评价，又可 进行定量计算。
由理想气体的状态方 程 pv=RT 得：
p1v1 p2v2
且
h1 h2
u1 u2
s2
s1
cv
ln T2 T1
R ln
v2 v1
R ln
v2 v1
R ln
p2 p1
● 能量转换
膨胀功
w
2
pdv
2
RT
dv
RT ln v2
RT ln
p1
1
1
v
v1
p2
技术功
wt
2
vdp
1
2
RT
1
dp p
定压过程是工质在状态变化过程中压力 保持不变的过程。
● 过程方程
dp 0
p const
● 初终态状态参数之间的关系
由理想气体的状态方 程 pv=RT 得：
v2 T2 v1 T1
且
2
dh c p dT h2 h1 1 cpdT
2
du cv dT u2 u1 1 cvdT
dT dp dT
4 气体与蒸气的热力过程
● 热力过程：系统从一个平衡状态过渡到 另一个平衡状态所经历的历程。
◆ 实际的热力过程往往较复杂； ◆ 各过程都存在不同程度的不可逆性； ◆ 工质的各状态参数都在变化，难以找出规
律，也就很难用热力学方法分析。
● 但实际过程又具有某些简单的特征
◆ 保温良好的设备内的过程——绝热过程 ◆ 工质燃烧过程进行得很快——绝热过程 ◆ 大多化工设备内的压力变化很小（如燃气
研究热力过程的主要任务
◆ 根据过程的特征，确定过程中状态参数的 变化规律，即过程方程；
◆ 根据已知初态参数，确定其它初态参数； ◆ 根据过程方程及已知终态参数，确定其它
终态参数； ◆ 根据热力学基本定律及工质性质确定过程
中的能量转换关系。
研究热力学过程的依据
1） 热一律 q u w h wt
RT
ln
p1 p2
RT
ln
v2 v1
热量
q u w w h wt wt
RT ln v2 RT ln p1
v1
p2
● 过程曲线
定温过程，气体吸收的热量全部转变为膨胀功， 且全部是可资利用的技术功。
4.1.4 绝热过程
绝热过程是工质在与外界没有热量交换的 条件下所进行的状态变化过程。
ds cp T R p cp T
s2 s1
2 dT 1 cp T
cp
ln
T2 T1
● 能量转换
膨胀功 技术功
2
w 1 pdv p(v2 v1) R(T2 T1)
2
wt 1 vdp 0
热 量 q h wt h h2 h1 cp (T2 T1)
● 过程曲线
稳流
q
h
1 2
c
2
gz
ws
2） 理想气体 pv RT cp cv R
u f (T ) h f (T )
k cp cv
3）可逆过程
w pdv q Tds
wt vdp
研究热力学过程的任务和步骤
1） 确定过程方程------该过程中参数的变化规律
p f (v) , T f ( p) , T f (v)
定压过程，气体的技术功为零，其膨胀功全部用以支付 维持流动所必须的流动净功；它吸入的热量等于其焓的增加。
在T－s图上，
dT ds
p
T cp
dT ds
v
T cv
定压线较定容线平坦。
4.1.3 定温过程
定温过程是工质在状态变化过程中温度 保持不变的过程。
● 过程方程
dT 0
T const
● 初终态状态参数之间的关系
2） 根据已知参数及过程方程求未知参数
3） 求 u , h , s
4） 计算 w , wt , q
5） 用T - s 与 p - v 图表示热力过程
4.1 理想气体的热力过程
4.1.1 定容过程
一定量的气体在容积不变的容器（刚性 容器）内进行加热（或放热）的过程。
● 过程方程
dv 0 v const V const
ln
T2 T1
● 能量转换
膨胀功 技术功
2
w 1 pdv 0
2
wt 1 vdp v( p1 p2 ) R(T1 T2 )
热 量 q u w u u2 u1 cv (T2 T1)
● 过程曲线
定容过程，工质不做膨胀功，吸收的热 量全部用于增加其内能。
4.1.2 定压过程
T2 )
k k 1 ( p1v1
p2v2 )
k 1
k
k 1
RT1
1
T2 T1
k
k 1
RT1
1
p2 p1
k
且 wt kw
● 过程曲线
在p－v图上，
dp dv
● 初终态状态参数之间的关系
由理想气体的状态方 程 pv = RT 得：
p2 T2 p1 T1
且 dh cpdT du cvdT
2
h2 h1 1 cpdT cpT
2
u2 u1 1 cvdT cvT
ds
cv
dT T
R
dv v
cv
dT T
s2 s1
2 dT 1 cv T
cv
● 初终态状态参数之间的关系
p1v1k p2v2k
结合理想气体的状 态方程 pv=RT，有
T1v1k 1 T2v2k 1
1k
1k
T1 p1 k T2 p2 k
且
2
h2 h1 1 cpdT
2
u2 u1 1 cvdT
s2 s1
2q 0
1T
● 能量转换
膨胀功 技术功 热量
2
w q u u 1 cvdT