工程热力学第4章.ppt

1,第四章 气体和蒸汽的基本热力过程,2,（3）依据：热力学第一定律表达式、理想气体状态方程式及可逆过程的特征关系式一、理想气体热力过程的研究目的与方法,（1）目的：了解外部条件对热能与机械能之间相互转换的影响，以便合理地安排热力过程，提高热能和机械能转换效率2）任务：确定过程中工质状态参数的变化规律，分析过程中的能量转换关系4–1 研究理想气体热力过程的目的及一般方法,,,（4）分析方法：采用抽象、概括的方法，将实际过程近似为具有简单规律的典型可逆过程，如可逆定容、定压、定温、绝热过程等3,二、分析内容与步骤：,1）确定过程方程式，分析初、终状态参数之间的函数关系及热力学能和焓的变化；,2）在p-v图和T-s图上表示过程中状态参数的变化规律；,3）确定过程的功量（膨胀功和技术功）、热量及其比热容4,对理想气体可用公式：,定比热容,5,定容过程：气体比体积保持不变的过程一、 定容过程方程式及初、终状态参数关系式,定容过程方程式：,v = 常数,定容过程初、终态基本状态参数间的关系:,理想气体经历任何过程，热力学能和焓的变化都为：,,4-2 理想气体定容过程,6,二、 定容过程在p-v图和T-s图上的表示,定容过程在p-v图上为一条垂直于v 轴的直线。

对于定容过程,,如果比热容取定值，上式积分可得,可见，定容线在T-s图上为一指数函数曲线7,由于T与cV都不会是负值，所以定容过程在图上是一条斜率为正值的指数曲线三、 定容过程的功量和热量,因为dv = 0，所以膨胀功为零，即,技术功：,其斜率为,注意和p-v图对应,,热量：,8,四、Δu、 Δh、Δs和c,9,定压过程：气体压力保持不变的过程一、 定压过程方程式及初、终状态参数关系式,定压过程方程式：,p = 常数,定压过程初、终态基本状态参数间的关系:,二、 定压过程在 p-v 图和 T-s 图上的表示,定压过程在p-v图上为一条平行于v 轴的直线4-3 理想气体定压过程,10,对于定压过程，,若比热容取为定值，将上式积分，得:,可见，定压过程线在T-s图上也是一指数函数曲线其斜率为:,11,三、 定压过程的功量和热量,膨胀功,技术功,热量,四、Δu、 Δh、Δs和c,12,定温过程：气体温度保持不变的过程一、 定温过程方程式及初、终状态参数关系式,定温过程方程式：,T = 常数,pv= 常数,根据 pv= RgT ，,,,4-4 理想气体定温过程,,d(pv)=0,,13,二、定温过程在 p-v 图和 T-s 图上的表示,在 p-v 图上，定温过程线为一等边双曲线。

斜率：,,14,三、定温过程的功量和热量,膨胀功,技术功,热量,对于理想气体的定温过程，,根据热力学第一定律表达式，,15,热量也可以由熵的变化进行计算：,上式对实际气体或液体的定温过程同样适用四、Δu、 Δh、Δs和c,,16,绝热过程:气体与外界没有热量交换（q = 0）的过程一、 绝热过程方程式及初、终状态参数关系式,对于可逆绝热过程，,,4-5 理想气体绝热过程,可逆绝热过程也称为定熵过程注意,不可逆绝热过程不是定熵过程，是熵增过程！,17,对于理想气体：,可得,令,于是,,,,该式称为理想气体可逆绝热过程的过程方程式 称为比热容比，对于理想气体，一般用表示，通常称为绝热指数，也称为定熵指数定比热,18,二、 绝热过程在 p-v 图和 T-s 图上的表示,绝热过程初、终态基本状态参数间的关系:,,根据,，上式可变为,,,绝热线斜率,定温线斜率,,19,三 绝热过程的功量、热量及c,膨胀功:,,20,对于比热容为定值的理想气体,上式适用于比热容为定值的理想气体的任何绝热过程对于理想气体的可逆过程，,,代入上式,21,技术功,,上式适用于流动工质的可逆与不可逆绝热过程对于比热容为定值的理想气体，,对于理想气体的可逆过程,,代入上式,,22,4-6 理想气体多变过程,一、多变过程的定义及过程方程式,常数,n = 0，p = 常数，定压过程；,n = 1，pv= 常数，定温过程；,n = ，pv = 常数，定熵过程；,，v = 常数，定容过程。

二、 多变过程中状态参数的变化规律,多变过程的过程方程式及初、终状态参数关系式的形式与绝热过程完全相同23,多变过程中的u、h、s可按理想气体的有关公式进行计算定比热容,24,三、 多变过程在 p-v 图和 T-s 图上的表示,p-v 图：,p-v 图上多变过程曲线的斜率为,n = 0 :,n = 1 :,n =  :,n = ± :,25,T-s 图：,根据,,n = 0 :,n = 1 :,n =  :,n =  :,26,四、多变过程的功量和热量,膨胀功:,,pv=RgT,,(n  0,1),技术功:,(n  ),27,热量:,当n=1时，为定温过程， u=0,,,当n1时，若取比热容为定值，,称为多变比热容28,当 n=0 时，,(定压过程),当 n=1 时，,(定温过程),当 n= 时，,(绝热过程),当 n 时，,(定容过程),为了便于对比，将四种典型热力过程和多变过程的的公式汇总在下表中29,30,,4-7 理想气体过程综述,一、各种过程在p-v图和T-s图上的相对位置,定容、定压、定温和定熵（可逆绝热）四个典型过程都可以理解为多变过程的特例。

其在p-v图上和T-s图上的斜率如下：,,,31,四种典型的热力过程在p-v图和T-s图上的分布,,,,,,,,,,,,,,,在各区间沿顺时针方向，n值增大32,,,s,T,,,v,p,,,,,,,,,u,,T,,=,T>0 u>0,,,,,,T>0 u>0,u在p-v,T-s图上的变化趋势,二、利用图判断q、w、wt、ΔT、 Δu、 Δh、 Δs的正负,33,h在p-v,T-s图上的变化趋势,,,s,T,,,v,p,,,,,,,,,h,,T,,=,T>0 u>0  h>0,,,,,,T>0 u>0  h>0,34,w在p-v,T-s图上的变化趋势,,,s,T,,,v,p,,,,,,,,,,,,,,dv>0,w>0,dv>0,w>0,35,wt在p-v,T-s图上的变化趋势,,,s,T,,,v,p,,,,,,,,,,,,dp0,,,dp0,,,36,q在p-v,T-s图上的变化趋势,,,s,T,,,v,p,,,,,,,,,,,ds>0,q>0,ds>0,q>0,,,,,,37,u,h,w,wt,q在p-v,T-s图上的变化趋势,,,s,T,,,v,p,,,,,,,,,u>0,,,,,u>0,h>0,h>0,,,w>0,,,w>0,,,wt>0,,,wt>0,,,q>0,u,h↑(T↑) w↑(v↑) wt↑(p↓) q↑(s↑),,,q>0,38,在T-s图上用图形面积表示Δu和Δh,例：ha - hb用什么面积表示?,考虑过程等压 c,,依据： a）T-s图上过程下面积表示q,b）qp=Δh，qv=Δu,a,39,p-v,T-s图练习（1）,,,s,T,,,v,p,,,,,,,,,压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？,,,,,,,,,,,,40,p-v,T-s图练习（2）,,,s,T,,,v,p,,,,,,,,,膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？,,,,,,,,,,,,,41,p-v,T-s图练习（3）,,,s,T,,,v,p,,,,,,,,,,膨胀、降压、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？,,,,,,,,,,,,,,42,4-8 水蒸气的基本过程,定容、定压、定温及定熵四种,求解任务,水蒸汽基本过程,与解理想气体的过程一样，要求：1、初态和终态的参数；2、过程中的热量和功。

43,1、根据初态的两个已知参数，从表或图中查得其他参数 2、根据过程特征及一个终态参数确定终态，再从表或图上查得其他参数 3、根据已求得的初、终态参数计算q、u及w利用图表分析、计算水蒸气的步骤：,44,水蒸气基本公式：,45,蒸汽动力循环装置,,46,水蒸气的定压过程,q = hwt = 0,,3,4,2,,1,,,,例：锅炉中，水从30℃ ，4MPa, 定压加热到450 ℃,q = h2-h1,ts(4MPa)=250.33℃,锅炉、换热器,47,水蒸气的定压过程,例：水从30℃ ，4MPa, 定压加热到450 ℃,q = h2-h1,,2,T,s,,,h,s,2,h1 = 129.3 kJ/kg h2 = 3330.7 kJ/kg,,h2,h1,,,,1,3,4,,1,4,,,,3,,,,,,=3201.4kJ/kg,48,水蒸气的绝热过程,p1,2’,,p2,不可逆过程：,汽轮机、水泵,,1,2,,,,,,q = 0,49,水蒸气的绝热过程,汽轮机、水泵,q = 0,2’,1,2,,,,,,不可逆过程：,p1,p2,50,水蒸气的绝热过程,汽轮机、水泵,q = 0,不可逆过程,p1,p2,,2,1,,h1,h2,,,h2’,,,,,2’,透平内效率,51,水蒸气的定温过程,实际设备中很少见,C,远离饱和线，接近于理想气体,52,水蒸气的定温过程,,,1,2,T,s,,,,h,s,1,2,,,,2’,,,,,理想气体,测量干度原理 绝热节流,可逆过程：,12’,53,水蒸气的定容过程,实际设备中不常见,,,,,1,2,p,v,,54,水蒸气的定容过程,,,1,T,s,,,,,h,s,,,,p,,,,,,,,,,T,2,1,2,v,p,,v,,,,,,。