多变过程的综合分析pvn=const.ppt

第四章第四章 理想气体热力过程理想气体热力过程及气体压缩及气体压缩过程性质过程性质:理想理想气体、比热为定气体、比热为定值、可逆过程值、可逆过程研究目的: 研究外部条件对热能和机械能转换的影响，通过有利的外部条件，达到合理安排热力过程，提高热能和机械能转换效率的目的基本任务: 确定过程中工质状态参数,能量转换关系实例: 取压气机中的压气过程进行实际分析、计算第一节第一节 分析热力过程的目的及一般方法分析热力过程的目的及一般方法一.分析热力过程的目的与方法1 1、实施热力过程的目的、实施热力过程的目的: :•完成一定的能量转换；•使工质达到一定的状态; 研究外部条件对热功转换的影响；提高热力学过程的热功转换效率2 2、分析热力过程的目的、分析热力过程的目的: :对象对象1) 1) 参数参数 ( p, T, v, u, h, s ) ( p, T, v, u, h, s ) 变化变化2) 2) 能量转换关系能量转换关系, q , w, w, q , w, wt t二、状态参数的计算1、初、终态基本参数的计算(1)理想气体状态方程(2)过程方程2、过程中热力学能、焓和熵变化的计算（1）（2）根据定值比热（3）或根据定值比热或2)可逆过程 1) 第一定律稳流三、热力过程中传递能量的计算四、分析热力过程的一般步骤1) 确定过程方程------该过程中参数变化关系5) 计算w , wt , q4) 求3) 用T - s 与 p - v 图表示热力过程2) 根据以知参数及过程方程求未知参数第二节第二节 四种基本热力过程四种基本热力过程一、定容过程1、过程方程2、初、终态参数的关系及能量转换3、能量转换4、 p-v图和T-s图Ovp122’OsT122’q<0q>0二、定压过程2.状态参数关系式1.过程方程p=定值 或 dp=03.∆u、∆h和∆s的计算4.膨胀功和热量开口系统定压流动过程的技术功：T2-T1=1k时，R=wpR=1kg理想气体在定压过程中温度升高1k所作的功5.p-v图和T-s图Ovp122’W>0W<0OsT122’q<0q>0V=常数三、定温过程2.状态参数关系式1.过程方程T=定值 或 pv=定值3.∆u、∆h和∆s的计算4.膨胀功和热量开口系统定温流动过程的技术功：定温过程中的膨胀功等于流动技术功5.p-v图和T-s图OsT122’q>0q<0Ovp122’w<0w>0四、绝热过程（定熵过程）1.过程方程q=0 或 δq=0推导：由ds=0 或s=定值由热力学第一定律12或根据代入，并积分得：定熵指数或绝热指数即定熵过程方程为：2.状态参数关系式3.∆u、∆h和∆s的计算根据状态参数方程和过程方程：4.膨胀功和热量(1)热量(2)膨胀功或根据热力学第一定律：膨胀功=内能的减少(3)绝热流动技术功绝热流动过程中的技术功是膨胀功的K倍或根据热力学第一定律：技术功=焓的减少5.p-v图和T-s图Ovp122’w<0w>0s=常数T=常数OsT122’讨论： 四种典型热力过程 p-v图和T-s图p-v图和T-s图上的曲线簇实际的热力过程中，工质的所有参数都会变化，过程较为复杂。

例如气球在太阳照射下膨胀注意：多变过程也仅是任意过程中的一部分注意：多变过程也仅是任意过程中的一部分( (类类) )定义：热力过程中，状态参数之间的变化满足下式的， 称为多变过程(Polytropic process)n——n——多变指数，范围为多变指数，范围为-∞

3、试在p-v图及T-s图上表示将2/7加热量用于增加空气热力学能的多变过程Ï思考题4、试将满足以下要求的理想气体多变过程在p-v图和T-s图上表示出来：（1）工质又膨胀、又放热（2）工质又受压缩、又升温、又吸热（3）工质又受压缩、又降温、又降压5、定量氧气由初态1(p1)，经过以下不同过程膨胀到同一压力p2:(1)定温过程；(2)绝热过程；(3)n=1.2的多变过程比较不同过程中氧气对外所作的功、过程的热量、热力学能的变化和终态温度n=kn=1.2n=11p1p2pvn=1n=kTs1p1p2n=1.2例题4-10.3标准立方米氧气，在温度t1=45℃，p1=103.2kpa下盛在具有可移动活塞的圆筒中，先在定容下对氧气加热，过程为1-2，然后在定容下冷却到初温45℃，过程为2-3已知定容冷却终了氧气压力p3=58.8kpa试求这两个过程中所加入的热量与热力学能、焓和熵的变化，及所做的功pv123T=C例题4-24kg空气由初态t1=25℃，p1=0.4Mpa，经不同过程膨胀到终压p2=0.1Mpa：（1）定温过程；2）定熵过程求：两过程中空气对外作的膨胀功，交换的热量，终态参数及熵变。

n=kn=11p1p2pv例题4-3空气的容积V1=2m3， t1=40℃，p1=0.2Mpa，压缩到p2=1Mpa， V2=0.5m3求：过程的多变指数、压缩功、气体放出的热量及气体熵变第四节 压气机的理论压缩轴功生活中：自行车打气、压缩空气、高压氧气工业上：锅炉鼓风、出口引风、炼钢、燃气轮机、制冷空调等等型式结构活塞式(往复式)离心式轴流式叶轮式连续流动压力范围通风机（<115kpa)鼓风机(115~350kpa)压气机(>350kpa)压气机的作用一、单级活塞式压气机工作过程吸气过程压缩过程排气过程•理论压气过程：•升压比β：Vpp1p2二、单级活塞式压气机理论轴功Vp4312稳态流动能量方程：忽略动位能变化压缩mkg气体(1)、特别快，来不及换热，n=k(2)、特别慢，热全散走，n=1(3)、实际压气过程是1

第五节 活塞式压气机的余隙影响避免活塞与进排气阀碰撞，留有空隙余隙容积余隙容积V32-3 排气，状态未变3-4 残留气体膨胀4-1 进气，状态未变1-2 压缩过程余隙百分比一、余隙对排气量的影响1、活塞排量2、容积效率有效吸气容积V31234V31234V1-V321211211131311pp1p11p11141411二、余隙对理论压气轴功的影响设12和43两过程n相同：功＝面积12341＝面积12561－面积43564123456p余隙对单位产气量耗功不影响123456p第六节 多级压缩及中间冷却一、多级活塞式压气机的工作过程1、工作原理2、优点(1)降低了排气温度；(2)节省功耗122’33”3’sTp1p2p3122’33”3’456Vpp1p2p3pV=cons.注意：级间压力不同，耗功量不同二、最佳级间压力的推导取T1=T2’ 省功省功p332’3’v求ws最小值： 省功省功p332’3’v最佳增压比可证明若z级 省功省功p332’3’v三、分级压缩的其它好处122’33”3’sTp1p2p3122’33”3’456Vpp1p2p3pV=cons.1、各级气缸排气温度相等；2、各级消耗的轴功相等；3、各级放热量相等；4、容积效率高四、分级压缩的级数省功分级降低出口温多级压缩达到无穷多级(1)不可能实现(2)结构复杂(成本高)所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩定温过程•压气机的绝热压缩效率(无冷却措施时）五、压气机的效率•压气机的定温压缩效率例题4-5已知空气p1=0.1Mpa，t1=20ºC，经过三级压缩，压力提高到12.5Mpa。

假定气体进入各级气缸的温度相同，各级多变压缩指数n=1.25求生产1kg压缩空气所需的轴功和各级的排气温度？如果改用单级压缩，需要多少轴功？气缸排气温度为多少？本章要求：熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变过程中状态参数p、v、T、Δu、Δh、Δs的计算，过程量Q、W的计算，以及上述过程在p-v 、T-s图上的表示习题：4-3，4-6，4-7，4-8，4-11，4-12，4-18，。