理想气体的热力过程及气体压缩

第四章 理想气体的热力过程及气体压缩
本章目录
4.1 研究热力过程的目的及一般方法
4.2 定容、定压和定温过程
4.3 定熵过程 4.4 多变过程 4.5 压气机的热力过程 4.6 活塞式压气机余隙容积的影响 4.7 多级压缩及中间冷却
对每个热力过程，都是从以下几方面来分析的：
（1）过程方程、状态参数间的关系
（2）热力过程在坐标图上表示
（3）过程Δu、 Δh和Δs （4）过程中的功量和热量
4.1 研究热力过程的目的及一般方法
1、研究热力过程的目的
实现预期的能量转化，合理安排热力过程，从 而提高动力装置的热经济性。 对确定的过程，也可计算热、功多少。
2、研究热力过程的步骤
求出过程方程p=f(v)及计算各过程初、终态参数。
k
k
pv ( pv)v
p2 v1 k ( ) p1 v2
k 1
Tv
k 1
const
1 k
T2 v1 k 1 ( ) T1 v2
RTv
p1v1 p2 v2 T1 T2
k 1
const
v1 p2 v2 p1
k k k 1 k 1 1 p v ( RT ) k k p2v p p pv k T2 k const 2 2 1 2 k 1 p Tp p v p p 1 1 1 1 1
定压过程： q dh wt c p dT vdp c p dT
即Tds c p dT dT T ds c p
c p cV
定容线的斜率大于定压线的斜率，即定容线 比定压线陡。
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（3）求定压过程Δu、 Δh和Δs
若cV、c p为定值比热容，则
u cV T cV (T2 T1 )
计算过程中的内能、焓、熵的变化
确定过程中功和热转化的数量关系。 画出过程的p-v图及T-s图，帮助直观分析过程中 参数间关系及能量关系。 3、研究热力过程的方法和依据 热一律解析式，可逆过程 理想气体性质
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(1)热一律
q du w dh wt
1 2 q h c gz ws 2
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4.3 定熵过程
1、定义
可逆
ds
qrev
T
S
绝热
ds 0
说明: 不能说绝热过程就是定熵过程, 必须是可逆绝热过程才是定熵过程。
2 定熵过程方程
q du pdv cV dT pdv 0
pv 由于T , 代入上式得： R pv pdv vdp cV d ( ) pdv cV pdv 0 R R 即（cV R ) pdv cV vdp 0 或c p pdv cV vdp 0 两边同除以cV pv c p dv dp 0 cV v p
T2 v R ln 2 T1 v1
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（4）求定温过程中的热量和功量
w pdv
1
2
2
1
v2 pv dv RgT1 ln v v1
2
wt vdp
1
2
1
p2 vp dv RgT1 ln p p1
q u w h wt
q w wt
s
2 q 1 T
(3)可逆过程
w pdv
q Tds
wt vdp
4.2 定容、定压和定温过程
1、定容过程（v=常数）
（ 1）状态参数间的关系 n v v
1 2
v1
RgT1 p1
v2
RgT2 p2
p1 p2 T1 T2
p2 T2 p1 T1
p1v1 T1 Rg
p2v2 T2 Rg
p1 v1 p2v2
（2）热力过程在坐标图上表示 ？？？
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（3）求定温过程Δu、 Δh和Δs
u 0
h 0
T2 p2 s c p ln R ln T1 p1 p2 p1 R ln R ln p1 p2
s cV ln R ln v2 v1
（2）热力过程在坐标图上表示
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（3）定容过程Δu、 Δh和Δs
若cV、c p为定值比热容，则
u cV T cV (T2 T1 )
h c p T c p (T2 T1 )
T2 v2 s cV ln R ln T1 v1 T2 cV ln T1
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（4）定容过程中的功量和热量
pvk 常数
k cp cV
如果近似的把比热容当作定 值，则比热容比也是定值。
k ln v ln p 常数 ln pvk 常数 pvk 常数
三个条件: (1)理想气体 (2)可逆过程 (3) k —比热容比或绝热指数，为常数。
3、理想气体 s 的各参数之间的关系
pv const
h c p T c p (T2 T1 )
T2 p2 s c p ln R ln T1 p1 T2 c p ln T1
（4）求定压过程中的热量和功量
q p h vdp h h2 h1
1 2
3、定温过程
（1n ）状态参数间的关系 1 T1 T2
qV u w u
2、定压过程（p=常数）
（1 n）状态参数间的关系 0 p p
1 2
p1
RgT1 v1
p2
RgT2 v2
v1 v2 T1 T2
（2）热力过程在坐标图上表示
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定容过程： q du w cV dT pdv cV dT
即Tds cV dT dT T ds cV
(2) 理想气体
pv RT
2
cp cv R
2
k
cp cv
h cp u u f1(T )dT h f( T ) 1 cV dT
T2 p2 若c p为定值比热容，则 s c p ln R ln T1 p1
T2 v2 若cV 为定值比热容，则 s cV ln R ln T1 v1
4、等熵过程在坐标图上表示
பைடு நூலகம்
p2 v1 k ( ) p1 v2
T2 v1 k 1 ( ) T1 v2
理想气体可逆绝热膨 胀时，p和T都降低。