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1、工程热力学河北理工大学第四章第四章气体和蒸汽的基本的热力过程气体和蒸汽的基本的热力过程Basic thermodynamic process 4-1 研究热力过程的目的及一般方法研究热力过程的目的及一般方法4-3 理想气体的定压、定容和定温过程理想气体的定压、定容和定温过程4-4 理想气体等比熵（可逆绝热）过程理想气体等比熵（可逆绝热）过程4-2 理想气体多变过程理想气体多变过程4-5 水蒸气的基本过程水蒸气的基本过程工程热力学河北理工大学 1.1.理想气体理想气体理想气体与实际气体理想气体与实际气体 理想气体模型理想气体模型:气体分子之间的平均距离相当大气体分子之间的平均距离相当大,分分子体
2、积与气体所占有的总体积相比可忽略不计子体积与气体所占有的总体积相比可忽略不计;分子之分子之间无作用力间无作用力;分子之间以及分子与容器壁之间的碰撞为分子之间以及分子与容器壁之间的碰撞为弹性碰撞。弹性碰撞。2.2.实际气体实际气体 不能用简单的式子描述，真实工质不能用简单的式子描述，真实工质:火力发电的水和火力发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等。水蒸气、制冷空调中制冷工质等。工程热力学河北理工大学3.哪些气体可当作理想气体哪些气体可当作理想气体?T常温常温，p5MPa的双原子分子的双原子分子O2,N2,Air,CO,H2如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气等如汽车发动机和航空发动机以空气
3、为主的燃气等工程热力学河北理工大学三原子分子（三原子分子（H2O,CO2)一般不能当作理想气体。一般不能当作理想气体。当实际气体当实际气体 p 很小很小,V 很大很大,T不太低时不太低时,即处即处于远离液态的稀薄状态时于远离液态的稀薄状态时,可视为理想气体。可视为理想气体。特殊，如空调的湿空气，高温烟气的特殊，如空调的湿空气，高温烟气的CO2，可，可以当作理想气体。以当作理想气体。工程热力学河北理工大学1目的目的 以热力学第一定律为基础，理想气体为工质，分析可逆以热力学第一定律为基础，理想气体为工质，分析可逆的基本热力过程中能量转换、传递关系，揭示过程中工质状的基本热力过程中能量转换、传递关系
4、，揭示过程中工质状态参数的变化规律及热量和功量的计算。态参数的变化规律及热量和功量的计算。2方法和手段方法和手段 求出过程方程及计算各过程初终态参数。求出过程方程及计算各过程初终态参数。根据第一定律及理想气体性质计算过程中功和热。根据第一定律及理想气体性质计算过程中功和热。画出过程的画出过程的p-v图及图及T-s图，帮助直观分析过程中图，帮助直观分析过程中参数间关系及能量关系。参数间关系及能量关系。可用的公式。可用的公式。41 研究热力过程的目的及一般方法研究热力过程的目的及一般方法工程热力学河北理工大学工程热力学河北理工大学42 理想气体可逆多变过程理想气体可逆多变过程一、基本热力过程一、基
5、本热力过程(fundamental thermodynamic process)汽车发动机的p-V图为了实现热能和机械能之为了实现热能和机械能之间转化，通过工质的吸热、间转化，通过工质的吸热、膨胀、放热、压缩等热力膨胀、放热、压缩等热力过程实现。过程实现。工程热力学四种基本热力工程热力学四种基本热力过程：过程：定容、定压、定温定容、定压、定温和绝热。和绝热。工程热力学河北理工大学二、理想气体可逆多变过程方程二、理想气体可逆多变过程方程满足方程：满足方程：n多变指数多变指数由上面两个方程得：由上面两个方程得：工程热力学河北理工大学(reversible polytropic process)(i
6、sobaric process;constant pressure process)(isometric process;constant volume process)(isentropic process;reversible adiabatic process)(isothermal process;constant temperature process)工程热力学河北理工大学三、多变指数三、多变指数四、多变过程四、多变过程p-v图及图及T-s图图由方程由方程由熵定义由熵定义多变过程多变过程k绝热指数，理想气体绝热指数等于比热容比，绝热指数，理想气体绝热指数等于比热容比，n=k。工程热
7、力学河北理工大学五、多变过程功五、多变过程功w，技术功，技术功wt和过程热量和过程热量q工程热力学河北理工大学工程热力学河北理工大学q=多变过程比热容多变过程比热容工程热力学河北理工大学六、多变过程的能量关系六、多变过程的能量关系w/q膨胀，吸热，压缩膨胀，吸热，压缩,放热放热膨胀，放热，压缩膨胀，放热，压缩,吸热吸热工程热力学河北理工大学42 理想气体定容、定压和定温过程理想气体定容、定压和定温过程一、过程方程一、过程方程定容定容过程（过程（v=常数）常数）定压过程（定压过程（p=常数）常数）工程热力学河北理工大学定温过程（定温过程（T=常数）常数）二、在二、在p v 图及图及T s 图上表
8、示图上表示斜率分别为：斜率分别为：工程热力学河北理工大学定容过程定容过程：定压过程定压过程：定温过程定温过程：工程热力学河北理工大学定容过程的过程曲线定容过程的过程曲线pvTs1212放热加热工程热力学河北理工大学定压过程的过程曲线定压过程的过程曲线vp122w0w0压缩膨胀sT12q0q02放热加热定压p定压v定压过程曲线斜率定压过程曲线斜率定容过程曲线斜率定容过程曲线斜率定压线较定容线平坦定压线较定容线平坦工程热力学河北理工大学sT122q0q0压缩膨胀vp122w0w0吸热放热定温过程的过程曲线定温过程的过程曲线工程热力学河北理工大学三、比热容三、比热容定容过程定容过程 定压过程定压过程
9、 定温过程定温过程 四、四、u、h、w、q、wt定容过程定容过程工程热力学河北理工大学定压过程定压过程定温过程定温过程工程热力学河北理工大学43 理想气体绝热过程理想气体绝热过程一、过程方程一、过程方程定比热容定比热容(1)(2)(1)(2)工程热力学河北理工大学由由推导过程，上述三式适用于推导过程，上述三式适用于：理想气体，定比热容，理想气体，定比热容，可逆绝热过程。可逆绝热过程。二、在二、在p v 图及图及T-s 图上表示图上表示温差较大，可采用定熵指数温差较大，可采用定熵指数或斜率分别为：斜率分别为：和和工程热力学河北理工大学定熵过程曲线斜率：定熵过程曲线斜率：定温过程曲线斜率：定温过程
10、曲线斜率：pv122绝热过程绝热过程绝热过程绝热过程w0w0Ts122定熵斜率绝对值定熵斜率绝对值定温斜率，定熵线定温斜率，定熵线较定温线更陡。较定温线更陡。绝绝热热降降温温绝绝热热升升温温膨胀膨胀压缩压缩工程热力学河北理工大学工程热力学河北理工大学三、比热容三、比热容四、四、u、h、s、w、q、wt工程热力学河北理工大学或或0工程热力学河北理工大学0工程热力学河北理工大学五、变比热绝热过程的计算五、变比热绝热过程的计算1.查表查表2.用用代替代替工程热力学河北理工大学3.定义相对压力定义相对压力pr 工程热力学河北理工大学定义相对比体积定义相对比体积vr 工程热力学河北理工大学44 理想气体
11、热力过程综合分析理想气体热力过程综合分析多变过程多变过程p-v图斜率图斜率定压定压 n=0，定容定容 n=，多变过程多变过程T-s图斜率图斜率定温定温 n=1，定熵定熵 n=k，一、分布规律及过程特性一、分布规律及过程特性工程热力学河北理工大学 几种过程p-v图和T-s图工程热力学河北理工大学过程功以定容线为分界：过程功以定容线为分界：定容线右侧（定容线右侧（p-v图）或右下区域（图）或右下区域（T-s图），图），w0；定容线左侧（定容线左侧（p-v图）或左上区域（图）或左上区域（T-s图），图），w0；过程热量以定熵线为分界：过程热量以定熵线为分界：定熵线右上区域（定熵线右上区域（p-v图）
12、或定熵线右侧（图）或定熵线右侧（T-s图），图），q0，加热过程；，加热过程；定熵线左下区域（定熵线左下区域（p-v图）或定熵线左侧（图）或定熵线左侧（T-s图），图），q0，放热过程；，放热过程；热力学能（或焓）以定温线为分界：热力学能（或焓）以定温线为分界：右上区域（右上区域（p-v图）或定温线上侧（图）或定温线上侧（T-s图），图），u或或h 0；左下区域（左下区域（p-v图）或定温线下侧（图）或定温线下侧（T-s图），图），u或或h 0；工程热力学河北理工大学二、能量转换规律二、能量转换规律过程功和过程热量比值过程功和过程热量比值（1）n0）,必须对气必须对气体加热（体加热（q0）；）
13、；压缩过程（压缩过程（w0）,必须对气必须对气体放热（体放热（q0）1n气体吸热量：气体吸热量：膨胀过程：热力学能减少，膨胀过程：热力学能减少，温度降低；温度降低；压缩过程：热力学能增加，压缩过程：热力学能增加，温度升高。温度升高。工程热力学河北理工大学（2）nk的多变过程的多变过程w与与q正负相反：正负相反：膨胀过程（膨胀过程（w0）,必须对气必须对气体放热体放热（q0）；）；压缩过程（压缩过程（w0）工程热力学河北理工大学在在T-s图上用图形面积表示图上用图形面积表示u和和h例：例：ha-hb用什么面积表示用什么面积表示?考虑过程等压考虑过程等压 c依据依据：a）T-s图上过程下面积表示图
14、上过程下面积表示qb）qp=h，qv=ua工程热力学河北理工大学45 水蒸气的基本过程水蒸气的基本过程一、基本公式一、基本公式过程中状态参数确定过程中状态参数确定图表或专用程序计算。图表或专用程序计算。功、热量的计算式：功、热量的计算式：工程热力学河北理工大学二、定压过程二、定压过程汽化潜热汽化潜热p p/MPa0.0010.0010.010.010.10.11 1101022.1222.12/(kJ/kg)/(kJ/kg)2 485.02 485.02 392.92 392.92 257.92 257.92 013.62 013.61 319.71 319.70 0工程热力学河北理工大学三、定熵过程三、定熵过程注意：水蒸气注意：水蒸气其中其中为为经验数字经验数字过热蒸汽过热蒸汽饱和蒸汽饱和蒸汽湿蒸汽湿蒸汽或或工程热力学河北理工大学四、定容过程四、定容过程vvc时，定容加热时，定容加热x上升上升 定容加热时定容加热时x如何变化如何变化？思考：思考：