第三章（二） 理想气体热力过程,Process of the Ideal-Gas,3-5 研究热力学过程的目的与方法,目的,提高热力学过程的热功转换效率,热力学过程受外部条件影响,主要研究外部条件对热功转换的影响,利用外部条件, 合理安排过程，形成最佳循环,对已确定的过程，进行热力计算,研究热力学过程的对象与方法,对象,方法,抽象分类,2) 可逆过程 (不可逆再修正),基本过程,研究热力学过程的依据,2) 理想气体,3)可逆过程,1) 热一律,稳流,研究热力学过程的步骤,1) 确定过程方程-该过程中参数变化关系,5) 计算w , wt , q,4) 求,3) 用T - s 与 p - v 图表示,2) 根据已知参数及过程方程求未知参数,斜率,理想气体 过程的p-v,T-s图,上凸?下凹？,s,T,v,p,p,p,p,斜率,理想气体 过程的p-v,T-s图,上凸?下凹？,s,T,v,p,p,p,v,v,v,斜率,理想气体 过程的p-v,T-s图,上凸?下凹？,s,T,v,p,p,p,T,v,v,T,T,3-7 理想气体的等熵过程,(2) 不仅 , s 处处相等,绝热,可逆,s,说明: (1) 不能说绝热过程就是等熵过程, 必须是可逆绝热过程才是等熵过程。,adiabatic,isentropic,Reversible adiabatic,理想气体 s 的过程方程,当,理想气体,理想气体 s 的过程方程,理想气体 过程的p-v,T-s图,s,T,v,p,p,p,s,v,v,T,T,s,s,内能变化,焓变化,熵变化,理想气体 s u, h, s,的计算,状态参数的变化与过程无关,膨胀功 w,理想气体 s w,wt ,q的计算,技术功 wt,热量 q,3-7 理想气体热力过程的综合分析,理想气体的多变过程 (Polytropic process),过程方程,n是常量， 每一过程有一 n 值,n,n = k,s,(1) 当 n = 0,(2) 当 n = 1,多变过程与基本过程的关系,(3) 当 n = k,(4) 当 n = ,p,T,s,v,n,p,T,s,v,isothermal,isentropic,isobaric,isochoric,理想气体 n w,wt ,q的计算,多变过程比热容,基本过程的计算是我们的基础，要非常清楚，非常熟悉。,基本要求：拿来就会算,参见书上表41 公式汇总,理想气体基本过程的计算,理想气体基本过程的p-v,T-s图,s,T,v,p,p,p,v,v,T,T,s,s,u在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u,T,=,u0,u0,h在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,h,T,=,u0,u0,h0,h0,w在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,wt在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,wt0,wt0,q在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,wt0,wt0,q0,T,q0,u,h,w,wt,q在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,wt0,wt0,q0,u,h(T) w(v) wt(p) q(s),q0,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？,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？,p-v,T-s图练习（3）,s,T,v,p,膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？,3-8 活塞式压气机的压缩过程分析,压气机的作用,生活中：自行车打气。,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 ，涡旋,轴流式，螺杆,连续流动,压力范围,通风机,鼓风机,压缩机,出口当连续流动,Fan,Compressor,Fanner,理论压气功(可逆过程),指什么功,目的：研究耗功，越少越好,活塞式压气机的压气过程,技术功wt,Minimizing work input,(1)、特别快，来不及换热。,(2)、特别慢，热全散走。,(3)、实际压气过程是,可能的压气过程,三种压气过程的参数关系,三种压气过程功的计算,最小,重要启示,两级压缩中间冷却分析,有一个最佳增压比,省功,Work saved,最佳增压比的推导,省功,最佳增压比的推导,省功,欲求w分级最小值，,可证明 若m级,最佳增压比,分级压缩的其它好处,润滑油要求t160180,高压压气机必须分级,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),一般采用 2 4 级压缩,压气机的设计计算,需要压气机，想设计一台,已知 ：,要求：配电动机功率， 出口温度。,？,？,根据经验，有无冷却水套,假定 ，理论功,压气机的设计计算,实际过程有摩擦,机械效率,经验值70,压气机的校核计算,已有压气机，实测,要求：压气机效率,太低，则压气机报废或修理,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,Clearance volume,活塞式压气机的余隙影响,活塞排量,研究VC对耗功和产气量的影响,新气量 产气量,有效吸气容积,余隙容积VC对理论压气功的影响,设12和43两过程n相同,余隙容积VC对理论压气功的影响,余隙对单位产气量耗功不影响,余隙容积VC对产气量的影响,定义容积效率,令,余隙比,工程上一般0.030.08,Volumetric efficiency,余隙容积VC对产气量的影响,讨论：,极限,余隙影响例题,已知：压缩空气,求（1）有余隙时的排气量和耗功 （2）无余隙时的排气量和耗功,解：,（1）有效容积,例题(1)有余隙影响,余隙影响例题,解：（2）无余隙时的排气量和耗功,例题(2),活塞式压气机把0.1 MPa、298K的空气加压到2.5 MPa，分别按单级和二级压缩、中间冷却计算压气机气缸容积效率及各缸终温。 已知：n1.25，,第三章 小结 Summary,1、什么样的气体是理想气体？,2、理想气体状态方程的正确使用,3、理想气体比热、内能、焓、熵的特点和计算,4、理想气体各种可逆过程的特性， 参数变化，功，热的计算。,5、p-v图，T-s图上的表示,6、压气机热力过程的分析方法,第三章 讨论习题课,思考题,s,在u-v图上画出 加热， 加热， 加热 膨胀，定比热，理想气体,v,p,T,q=u+w,思考题,p,加热,斜率为正的直线,v,加热,思考题,v,加热,上凸?下凹？,作图练习题（1）,s,比较：,作图练习题（2）,比较：,作图练习题（3）,比较：,计算练习题（1）,同种气体，TA=TB=T0=288K,突然拔掉销钉，经很长时间，TA=TB=T0,I. 活塞无摩擦，完全导热,求：,1）活塞移动距离L,2）A气体对B气体传热QA,A气体对B气体作功WA,3）气缸与外界换热QA+B,4） SA ,SB , SA+B,II. 活塞有摩擦，完全导热， 且经历准静态等温过程1)4),I. 活塞无摩擦，完全导热1),解：,1）活塞移动距离L,A和B质量和温度不变,I. 活塞无摩擦，完全导热2)3),解：,2） QA，WA,突然，不是准静态,无法确定,3） QA+B,I. 活塞无摩擦，完全导热4),解：,4） SA ,SB, SA+B,讨论：,QA+B=0 SA +B 0,QA，WA 无法求,SA可求,S状态参数,II. 活塞有摩擦，导热，准静态等温,解：,1）活塞移动距离L,A和B质量和温度不变,I. II. 距离L相等,II. 活塞有摩擦，导热, T,解：,2） QA，WA,摩擦耗功,3） QA+B,II. 活塞有摩擦，导热, T,解：,4） SA ,SA , SA+B,讨论：,非巧合 SAB由摩擦不可逆引起,计算练习题（2）,一小瓶氦气，初温为TA，小瓶绝热，保温箱初为真空，由于小瓶漏气，某时刻，小瓶内温度为TA，箱内氦气温度为TB。氦气为理想气体，试分析TA，TA，TB的大小关系。,TB,TA,解：将TA，TA，TB联系取保温箱为系统较好,计算练习题（2）,TB,TA,解：取保温箱为系统,小瓶内气体遵循,焓,作 业,4-12 4-17 8-10,第三章 完End of Chapter Three,