《工程热力学10 理想气体的热力过程.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程热力学10 理想气体的热力过程.docx（10页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、十、抱负气体的热力过程10.1过程目的及分析方法实施一热力过程（热力学状态连续变化过程）之.1.实现预期的热能-机械能的相互转换目的I（如燃气轮机、制冷机等）;12.达到预期的热力状态（如压气机）。分析方法：因实际热力过程简单、不行逆（存在摩擦、流阻、温差散热、 内部扰动）分析热力过程，先按抱负的可逆过程（忽视上述不行逆因素） 计算，在实际应用时，引入阅历（试验）系数 对其修正，以得到最终和实际接近的结果。抱负的可逆过程中有四个便于热力学分析的典型热力过程，定压过程p = Const（如燃气轮机燃烧室加热过程）定容过程v = Const（如汽油机汽缸中燃烧加热过程）定温过程 T = Const
2、（冷却压气机的压缩过程）定烯过程S = Const（气体的高速压缩、膨胀过程）4个过程参量分别对应着两对共轲的广延量与强度量。因一般 热力设施中的热力过程都可抽象为这四种或它们的组合，上述过 程称为基本热力过程。热力过程可更一般地表为多变过程 pvn = ConstJ（ =0 定压， =1 定温， =K /cv）定麻 =00 定容。U = C）于是方程简化为dU + hout6mout = 0加1加=-dm， hout = h代入上式，得dU - hdm d(mu) = hcbn - mdu + udm = hdmT indu = (A - iT)dm = pvdm该掌握体边界固定 dV =
3、0 d(mv) = 0 - mdv + vdm = 0 T=-m v代入得du + pdv = 0考虑到热力学基本关系式du = Tds - pdv 一杰=。即绝热放气时容器中气体按定嫡过程变化。留意：上述证明未用到抱负气体假定，故对任何气体皆适用。(2)对抱负气体，将pu=RgT, cv = -R代入，得& / -1dm _ 1 dTm 7 -1 T考虑到状态方程pV = mRsT的微分形式dp dV dm dT一十 二 + 且 ” =0p V m 1dT y - dp则-积分之T Y p/-Iy-ri Ip Ip也可直接由ds = 0,得出。可见刚性容器中气体绝热放气时，容器内抱负气体参数
4、的变化规律与定质量系统定比端过程相同。留意：此是对容器内单位质量而言的，即比焙而非总焙。简单的实际过程总可用分段（n变化）的多变过程来靠近对于不能抽象成抱负气体的实际气体（如水蒸气、氟利昂等离相变区 不远的气体）的热力过程借助图表分析计算。10.2过程方程定压过程定压过程p - Const定容过程定容过程v = Const定温过程定温过程T = Const绝热（定烯）过程s = Constds = cpds = cp虫+ c包M2包+包=0 v P gup+ = 0 f pvK = Const v p若定比热取4=鱼，K = y，2若变比热取或”=”包，勺=9,仁=2 c 22c ,c o八V
5、,1V,2多变过程v = Const10.3初、终态参数间关系定压过程P2=P,、定容过程匕=%定温过程T2 f +定端过程$2=5|Kkf p2y2 = pm多变过程2苗=P1jpv = RJ以=21P1 _ 22_P T1P2V2 = PMA/217定比热=c In + 7? In （名匕2- 1 p- P山变比热10.4 内能、靖、端的变化=cv In + c In P 匕过程体积功与技术功定压过程.=pdv = p（岭_ %） = 4（% _ （）定容过程 W = J pdv = 0 , 叱=手助= U（P1 - 2）定温过程.=1小=4工小广2广2 R“=二 J, w= wt绝热过程
6、VV=pdv =( dv11=1 PM 1-K-(I=1的小 zc - 1(也可通过能量方程去推q = u-w f w = -Am = cv(7 - T2) = - k叱=Jjdp= j yp= kJPKorq = Ah+ wt -叱=-A/z = cp(Tx 一5)=kwt = KW ( 、多变过程w1-丛-1 l= T(T|)= 一 n-1n= R Tn- = Vjln =-pjVjln , 匕匕PT dp = -RTn - = -pxvAn -PPiPi2=C；=同仁卜尸l - K I1 -K、kT-I1 ( 、”L=RKJ V2JK 一r n y k 2。，顺时针n由。-00变化;也=
7、 _n2 dv Jm n c dpdv因 pvn = C f一=n , Pu定崎线（ = K1）较定温线陡。在I、in区，0,顺时针n由-oo f0变化。实际上0的热力过程极少存在，可不予争论。T-s图上，n的值也是按顺时针方向增大，变化规律同上。7 6q cndTdT Tas =t =TTds cn也）_Z_ 也_I_ds）v cj （dsjp Cp因Cp心，定容线较定压线陡。q,A/z, w,叱正负的确定4的正负以过起点的定端线为界，右方为正，左方为负；A,A/z的正负以过起点的定温线为界，上方为正，下方为负;卬的正负以过起点的定容线为界，右方为正，左方为负； 叱的正负以过起点的定压线为界
8、，下方为正，上方为负；热力过程火用分析公式（4-成2）+碎=叱+，10.9非稳态流淌过程以上几种热力过程分析只适用于闭口系及开口稳流定质量系统 可逆变化分析，对于一般不行逆、非稳态、变质量系统不适用。对于匀称的非稳态开口系统分析，需用微分形式表示的能量平衡方程质量平衡方程状态方程以求得掌握体中参数的变化规律以及通过掌握面与外界交换的 热量与功量。对于多个子系统组成的简单系统，还需加约束关系和 已知条件联立求解。例1输气管道向一个绝热的气缸-活塞装置充气，活塞处于平衡状 态，上侧承受有固定压力打，初始气缸体积为匕，空气温度为今 打开阀门充入空气，活塞提升，气缸体积增大到匕后关闭阀门。设充 气过程
9、中输气管内参数为（八P”,）且保持肯定，若活塞本身重量 不计，（1）试证明T2= 3匕 Tl v2）(2)若初始时活塞在气缸底部，即匕=0,这时心多大?Pl，Tl 嬴解：(1)取气缸-活塞内空间为热力系，它是一可变边界的掌握 体。活塞处于平衡，因而气缸内空气的压力与p“相同，即.=卬，充 气过程是定压。由开系一般能量方程式超=dEcv + houtdmout - hin&nin +由题给 绝热切=0 ,充气5m()llJ = 0 , 8min = dm ,对外做功处=pwdV = pdV o掌握体内气体的动能差与势能差 可忽视不计，故花s=dUs，因而能量方程0 = dUcv - hLdm +
10、 pdV f d(mu) = hLdm - pdV f mdu + udm = hLdm - pdV对于抱负气体mcvdT + cvTdm = cpTLdm - pdV两边同除以胸口，考虑到c/=y,J_ = 3,则生+则=退姻_( 伫 T m T m V 7 V由抱负气体状态方程= 得其微分形式dp dV dm dTH=+p V m本题dp = O ，故本题dp = O ，故dmdV dT将代入整理得dV TlV -（7； - T）T积分上式件寸占*吟一用啥行1(2)若匕=0,由上式得T2=Tl即此时定压绝热充气过程也是定温 过程。例2体积为V的刚性绝热容器内，装有高压气体。初始时，气体参 数为小,刀，打开阀门向外界低压空间放气，当容器内气体的压力降 为P2时关闭阀门。(1)试分析放气过程中容器内气体的过程特性；(2)若为抱负气体，求终温72。解：(1)取容器内空间为掌握体。当排气的动能、势能可忽视不计,其能量方程为 SQ = dEcv + %皈“二与刎 +即又掌握体的储存能只有内能，由题给 绝热壁超=0,不对外做功即=0,无气流流入3min = 0,