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1、工程热力学与传热学热力过程1第1页，本讲稿共28页3-4 分析热力过程的目的与一般方法 热能和机械能的相互转化是通过工质的一系列状态变化过程来实习的。这种热力系统状态连续变化的过程，称为热力过程。l揭示过程中工质状态参数的变化规律l该过程中热能和机械能的转化情况l找出影响热能和机械能转化的主要因素一、分析热力过程的目的2第2页，本讲稿共28页二、对实际热力过程的简化l严格来讲，实际热力过程都是不可逆过程l工质的各状态参数都在变化，不易找出规律l但仔细观察热力设备中常见的一些过程，发现它们往往近似地具有某些简单的特征。3第3页，本讲稿共28页实际过程分析l汽油机在气缸中燃烧l燃气轮机动力装置燃烧
2、室中的燃烧加热过程l燃气流过燃气涡轮的喷嘴和叶片，或空气流过叶轮式压气机4第4页，本讲稿共28页 4.简化处理方法：简化处理方法：（1）将复杂的实际不可逆过程简化为可逆过程；将复杂的实际不可逆过程简化为可逆过程；（2）将实际过程近似为有简单规律的典型过程：将实际过程近似为有简单规律的典型过程：四个基本的热力过程四个基本的热力过程：定容过程定容过程（constant volume process）定压过程定压过程（constant pressure process）定温过程定温过程（isothermal process）可逆绝热过程可逆绝热过程（reversible adiabatic proc
3、ess）以及多变过程。以及多变过程。5第5页，本讲稿共28页理论假设l本章所讨论的热力过程为可逆过程l工质为理想气体l单位质量取1kgl比容为定值6第6页，本讲稿共28页 分析热力过程理论依据；分析热力过程理论依据；（1）热力学第一定律表达式；热力学第一定律表达式；（2）理想气体状态方程式；理想气体状态方程式；（3）可逆过程的特征方程式。可逆过程的特征方程式。热力学第一定律表达式：热力学第一定律表达式：理想气体的计算公式：理想气体的计算公式：可逆过程的特征方程式可逆过程的特征方程式7第7页，本讲稿共28页三、分析热力过程的一般方法l根据过程的特征和工质的热力性质，写出过程方程式l根据过程方程式
4、及理想气体状态方程，求出初、终基本状态参数p，v，T之间的函数关系l计算过程中工质的内能、焓、熵的变化以及工质与外界交换的热量和功量l将各热力过程表示在p-v图及T-s图上，直接观察和分析各过程工质状态参数变化规律及能量转移情况8第8页，本讲稿共28页 3-5 理想气体的基本热力过程理想气体的基本热力过程 1.定容过程：定容过程：气体的比体积保持不变的过程。气体的比体积保持不变的过程。（1）过程方程式：）过程方程式：（2）初，终态参数间的关系：）初，终态参数间的关系：（3）热力学能，焓，熵的变化：）热力学能，焓，熵的变化：9第9页，本讲稿共28页 功量的计算功量的计算 膨胀功：膨胀功：技术功：
5、技术功：热量的计算：热量的计算：定容过程中，吸收的热量全部用于增加工质的定容过程中，吸收的热量全部用于增加工质的 热力学能，因此温度升高。热力学能，因此温度升高。定容过程中，工质的温度和压力升高后，定容过程中，工质的温度和压力升高后，做功能力得到提高，是热变功的准备过程。做功能力得到提高，是热变功的准备过程。10第10页，本讲稿共28页（4）p-v图，图，T-s图表示图表示p-v图：一条垂直于图：一条垂直于v轴的直线。轴的直线。T-s图：一条指数函数曲线图：一条指数函数曲线根据熵变的计算式：根据熵变的计算式：对定容过程：对定容过程：设设 并积分上式：并积分上式：可得：可得：11第11页，本讲稿
6、共28页 2.定压过程：定压过程：气体的压力保持不变的过程。气体的压力保持不变的过程。（1）过程方程式：）过程方程式：（2）初，终态参数间的关系：）初，终态参数间的关系：（3）热力学能，焓，熵的变化：）热力学能，焓，熵的变化：12第12页，本讲稿共28页 功量的计算：功量的计算：膨胀功：膨胀功：技术功：技术功：热量的计算：热量的计算：定压过程中，气体吸收（或放出）的热量等于其定压过程中，气体吸收（或放出）的热量等于其 焓的变化。而热能转化的机械能全部用来维持工焓的变化。而热能转化的机械能全部用来维持工 质流动。质流动。13第13页，本讲稿共28页（4）p-v图，图，T-s图表示图表示p210v
7、2vpT2210s.pvp-v图：一条平行于图：一条平行于v轴的直线。轴的直线。T-s图：一条指数函数曲线图：一条指数函数曲线v对比对比14第14页，本讲稿共28页例3-315第15页，本讲稿共28页 3.定温过程：定温过程：气体的温度保持不变的过程。气体的温度保持不变的过程。（1）过程方程式；）过程方程式；（2）初，终态参数间的关系：）初，终态参数间的关系：（3）热力学能，焓，熵的变化：）热力学能，焓，熵的变化：16第16页，本讲稿共28页 功量的计算：功量的计算：膨胀功：膨胀功：技术功：技术功：膨胀功和技术功的关系：膨胀功和技术功的关系：17第17页，本讲稿共28页 热量的计算：热量的计算
8、：思考思考对定温过程，可否应用对定温过程，可否应用 计算热量。计算热量。理想气体定温膨胀时，加入的热量全部用于对理想气体定温膨胀时，加入的热量全部用于对外作功；反之，定温压缩时，外界所消耗的功外作功；反之，定温压缩时，外界所消耗的功量，全部转变为热，并对外放出。量，全部转变为热，并对外放出。T2210sTs答；定温过程中答；定温过程中18第18页，本讲稿共28页（4）p-v图，图，T-s图表示图表示.p2210vTT2210sTp-v图：一条等边双曲线；图：一条等边双曲线；T-s图：一条平行于图：一条平行于s轴的水平线。轴的水平线。19第19页，本讲稿共28页 4.可逆绝热过程可逆绝热过程（1
9、）过程方程式：）过程方程式：推推导导 可逆绝热过程：可逆绝热过程：绝热指数绝热指数k 不考虑不考虑k随温度变化：随温度变化：k=1.67（单原子气体）（单原子气体）k=1.40（双原子气体）（双原子气体）k=1.29（多原子气体）（多原子气体）因此：因此：既是；既是；热力学第一定律表达式：热力学第一定律表达式：20第20页，本讲稿共28页（2）初，终态参数间的关系：）初，终态参数间的关系：（3）热力学能，焓，熵的变化；）热力学能，焓，熵的变化；21第21页，本讲稿共28页 热量的计算：热量的计算：功量的计算：功量的计算：膨胀功：膨胀功：推导推导任何工质，任何绝热过程任何工质，任何绝热过程理想气
10、体理想气体cv=常数的任何绝热过程常数的任何绝热过程理想气体的可逆绝热过程理想气体的可逆绝热过程22第22页，本讲稿共28页 技术功技术功推导推导任何工质，任何绝热过程任何工质，任何绝热过程理想气体理想气体cp=常数的任何过程常数的任何过程理想气体的可逆绝热过程理想气体的可逆绝热过程23第23页，本讲稿共28页 膨胀功和技术功的关系：膨胀功和技术功的关系：绝热过程中的技术功是膨胀功的绝热过程中的技术功是膨胀功的k倍。倍。绝热过程中，气体与外界无热量交换，绝热过程中，气体与外界无热量交换，过程功来自于工质本身的能量交换。过程功来自于工质本身的能量交换。24第24页，本讲稿共28页（4）p-v图，图，T-s图表示图表示.p2210vTsT2210sTsp-v图：一条高次双曲线图：一条高次双曲线T-s图：一条垂直于图：一条垂直于s轴的垂直线。轴的垂直线。T对比对比25第25页，本讲稿共28页多变过程26第26页，本讲稿共28页总结l理想气体l比热l内能、焓、熵l四种典型的热力过程27第27页，本讲稿共28页课后作业l思考题1，2（周三布置）l练习题1，3，6（周五布置）28第28页，本讲稿共28页