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1、第四章第四章 志向气体志向气体热热力力过过程程及气体及气体压缩压缩过程性质过程性质:志向志向气体、比热为定气体、比热为定值、可逆过程值、可逆过程探讨目的:探讨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，达到合理支配热力过程，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:完成确定的能量转换；使工质达到确定的状态;探讨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
2、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)志向气体状态方程(2)过程方程2、过程中热力学能、焓和熵变更的计算（1）（2）依据定值比热（3）或依据定值比热或2)可逆过程 1)第确定律稳流三、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-该过程中参数变更关系5)计算w,wt,q4)求3)用T-s 与 p-v 图表示热力过程2)依据以知参数及过程方程求未知参数其次节其次节
3、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Ovp122OsT122q0二、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淌过程的技术功：T2-T1=1k时，R=wpR=1kg志向气体在定压过程中温度上升1k所作的功5.p-v图和T-s图Ovp122W0W0OsT122q0V=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淌过程的技术功：定温过程中的膨胀功等于流淌技术功5.p-v图
4、和T-s图OsT122q0q0Ovp122w0四、绝热过程（定熵过程）1.过程方程q=0 或 q=0推导：由ds=0 或s=定值由热力学第确定律12或依据代入，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的计算依据状态参数方程和过程方程：4.膨胀功和热量(1)热量(2)膨胀功或依据热力学第确定律：膨胀功=内能的削减(3)绝热流淌技术功绝热流淌过程中的技术功是膨胀功的K倍或依据热力学第确定律：技术功=焓的削减5.p-v图和T-s图Ovp122w0s=常数T=常数OsT122探讨：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
5、质的全部参数都会变更，过程较为困难。例如气球在太阳照射下膨胀留意：多变过程也仅是随意过程中的一部分留意：多变过程也仅是随意过程中的一部分(类类)。定义：热力过程中，状态参数之间的变更满足下式的，称为多变过程(Polytropic process)nn多变指数，范围为多变指数，范围为-n+-n+第三节第三节 多变过程的综合分析多变过程的综合分析 pvn=const (n为多变指数)n=0 p=const 定压 n=1 pv=const 定温 n=k pvk=const 定熵 n=v=const 定容志向气体的基本热力过程是多变过程的特例：一、多变过程方程及多变比热1.过程方程pvn=定值2.多变
6、比热多变比热留意：1nk时，cn为负值。1nk二、多变过程方程分析1、多变过程在p-v图和T-s图上的分析2.过程中的能量转换关系1、试在p-v图及T-s图上表示n=1.2的多变膨胀过程。2、试在p-v图及T-s图上表示cn=2 kJ/kgK 的空气多变压缩过程。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。思索题4、试将满足以下要求的志向气体多变过程在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
7、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、热力学能的变更和终态温度。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、焓和熵的变更，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；
8、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淌压力范围通风机（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：Vpp1p2二、单级活塞式压气机理论轴功Vp431
9、2稳态流淌能量方程：忽视动位能变更压缩mkg气体(1)、特殊快，来不及换热，n=k(2)、特殊慢，热全散走，n=1(3)、实际压气过程是1nk 可能的压气过程Vpp2p1STp2p1 三种压气过程的参数关系 三种压气过程功的计算最小例题4-4志向的活塞式压气机吸入p1=0.1Mpa、t1=20的空气1000m3/h，并压缩至p2=0.6Mpa，设压缩指数n=1、n=1.25、n=k，求志向压气机的耗功率。第五节 活塞式压气机的余隙影响避开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
10、响1、活塞排量2、容积效率有效吸气容积V31234V31234V1-V321211211131311pp1p11p11141411二、余隙对理论压气轴功的影响设12和43两过程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)节约功耗12233”3sTp1p2p312233”3456Vpp1p2p3pV=cons.留意：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p3323v求ws最小值：省功省功p3323v最佳
11、增压比可证明若z级 省功省功p3323v三、分级压缩的其它好处12233”3sTp1p2p312233”3456Vpp1p2p3pV=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)不行能实现(2)结构困难(成本高)所以，一般接受 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=20C，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？假如改用单级压缩，须要多少轴功？气缸排气温度为多少？本章要求：娴熟驾驭定容、定压、定温、绝热、多变过程中状态参数p、v、T、u、h、s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，