工程热力学第4章气体和蒸汽的基本热力过程.

工程热力学EngineeringThermodynamics大连理工大学能源与动力学院第三版和第四版教材的差异：章节删减第四版教材删除了第三版教材的第一节《研究热力过程的目的及一般方法》知识体系第三版教材，从特殊（定容、定压、定温、绝热过程）到普遍（多变过程）第四版教材，从普遍（多变过程）到特殊（定容、定压、定温、绝热过程）4.0Introduction第四章气体和蒸汽的基本热力过程一、热力过程分析计算的目的揭示过程中工质状态参数的变化规律及能量转化情况找出影响能量转化的主要因素二、一般方法对实际热力过程进行分析，并近似地概括为几种简单过程。为使问题简化，暂不考虑实际过程中的不可逆的损耗而作为可逆过程。用简单的热力学方程予以分析计算。考虑不可逆损耗，借助一些经验系数进行修正。4.0Introduction第四章气体和蒸汽的基本热力过程三、对理想气体热力过程分析的具体方法根据过程的特点，利用状态方程式及第一定律解析式，得出过程方程式p=f(v)。借助过程方程式并结合状态方程式，找出不同状态时的状态参数间关系式，从而初态参数确定终态参数；或者反之。在p−v图和T−s图中画出过程曲线，找出不同状态是状态参数的变化规律和能量转换情况。确定工质初、终态的Δu、Δh、Δs。确定单位质量工质的w、wt、q。4.0Introduction第四章气体和蒸汽的基本热力过程三、对理想气体热力过程分析的具体方法状态方程式：第一定律解析式：Δu、Δh、Δs的计算：4.0全章内容概述和引入第四章气体和蒸汽的基本热力过程gpvRT112212pvpvTTδddqupvδddqhvppfv221121dTTVVTTucTcTT221121dTTppTThcTcTT2100221g122g11ln=lnlnTpTpsssRpTpcRTp21VucTT21phcTT22g11lnlnpTpscRTp22g11lnlnVTvscRTv2211lnlnVppvsccpvw、wt、q的计算：quwtqhw21dqTs21dwpv2t1dwvp过程方程式：第四章气体和蒸汽的基本热力过程4.1理想气体的可逆多变过程4.2定容过程4.3定压过程4.4定温过程4.5绝热过程4.6理想气体热力过程综合分析4.7水蒸气的基本过程4.8非稳态流动过程（不要求）一、气体的基本热力过程概括为：定容、定压、定温、绝热过程不考虑：不可逆的损耗这四种典型的可逆过程称为基本热力过程。4.1理想气体的可逆多变过程第四章气体和蒸汽的基本热力过程二、理想气体可逆多变过程方程式定义：n为常数，这样的可逆过程就是多变过程（polytropicprocess）。n称为多变指数。n的范围为从−∞到+∞。注意：多变过程也仅是任意过程中的一部分（类）。4.1理想气体的可逆多变过程第四章气体和蒸汽的基本热力过程npv常数1122nnpvpv二、理想气体可逆多变过程方程式过程方程式：4.1理想气体的可逆多变过程第四章气体和蒸汽的基本热力过程n取值过程方程式说明符号n=0p=常数定压过程n=1pv=常数定温过程n=κpvκ=常数定熵过程（可逆绝热过程）n=±∞v=常数定容过程npv常数pTsv二、理想气体可逆多变过程方程式初、终态状态参数的关系：由4.1理想气体的可逆多变过程第四章气体和蒸汽的基本热力过程npv常数1122nnpvpv状态方程式gpvRT得到2112npvpv12112nTvTv12211nnTpTp很重要，后续的推导经常用到三、多变指数根据可得整理得到另，还可以根据得到4.1理想气体的可逆多变过程第四章气体和蒸汽的基本热力过程1122nnpvpv1122lnlnlnlnpnvpnv21211212lnlnlnlnlnlnppppnvvvv多变指数1nVnccnnpnVccncc四、多变过程的p−v图和T−s图如何将多变过程在p−v图和T−s图上用实线表示，关键求得各点的斜率。对于p−v图由对于T−s图由式中，κ称为绝热指数。理想气体绝热指数等于比热容比，即γ=κ。4.1理想气体的可逆多变过程第四章气体和蒸汽的基本热力过程npv常数δdqTsδdnqcTnppnvv得到得到1nnVnTTTscnc五、w、wt、q的计算w的计算由得到4.1理想气体的可逆多变过程第四章气体和蒸汽的基本热力过程21dwpv11nnpvpv代入11222212111111111211122111122d11d111111nnnnnnnnnpvpvvwpvpvpvvpvvvvnnpvpvpvpvnng1211wRTTn1211VwcTTn12g11111nnpwRTnpgpvRT根据状态方程式g11VcR根据迈耶公式根据初、终态状态参数关系五、w、wt、q的计算wt的计算对于稳定流动开口系整理可得：4.1理想气体的可逆多变过程第四章气体和蒸汽的基本热力过程222t112211111221122dddd11wvppvpvpvpvpvpvpvpvpvntg121nwRTTn12tg1111nnpnwRTnpt11221nwpvpvn与多变过程功比较，技术功是过程功的n倍，即wt=nw。五、w、wt、q的计算q的计算定值比热容时引入多变过程比热容，则有：因此多变过程的比热容为：4.1理想气体的可逆多变过程第四章气体和蒸汽的基本热力过程211221111VVVquwncTTcTTcTTnn21nqcTT1nVnccn第四章气体和蒸汽的基本热力过程4.1理想气体的可逆多变过程4.2定容过程4.3定压过程4.4定温过程4.5绝热过程4.6理想气体热力过程综合分析4.7水蒸气的基本过程4.8非稳态流动过程（不要求）可逆定容过程是比体积不变的过程，是n→∞的多变过程。一、过程方程式二、初、终态参数的关系根据4.2定容过程（isometricprocess、constantvolumeprocess）第四章气体和蒸汽的基本热力过程v定值gpvRT21vvd0vv定值得到2211pTpT三、p−v图和T−s图过程曲线：1、p−v图上，是与横坐标垂直的直线；2、T−s图上，定值比热容时，是一条对数曲线。4.2定容过程（isometricprocess、constantvolumeprocess）第四章气体和蒸汽的基本热力过程sTvpvvOO122'2'12q0q01-2是定容吸热过程线，指向右上方，是吸热升温增压过程。1-2'是定容放热过程线，指向左下方，是放热降温减压过程。加热放热四、初、终态热力学能、比焓、比熵的变化（Δu、Δh、Δs）取定值比热容时五、w、wt、q的计算4.2定容过程（isometricprocess、constantvolumeprocess）第四章气体和蒸汽的基本热力过程2121VuuucTT2121phhhcTT222g111lnlnlnVVTvTscRcTvT21quwuuu21d0wpv2t21121dwvpvppvpp第四章气体和蒸汽的基本热力过程4.1理想气体的可逆多变过程4.2定容过程4.3定压过程4.4定温过程4.5绝热过程4.6理想气体热力过程综合分析4.7水蒸气的基本过程4.8非稳态流动过程（不要求）n=0的可逆多变过程即是实际定压过程的理想化，例如加热器、冷却器、锅炉、燃烧器等。一、过程方程式二、初、终态参数的关系根据4.3定压过程（isometricprocess、constantvolumeprocess）第四章气体和蒸汽的基本热力过程p定值gpvRT21ppd0pp定值得到2211vTvT三、p−v图和T−s图过程曲线：1、p−v图上，是一条水平直线；2、T−s图上，定值比热容时，也是一条对数曲线。4.3定压过程（isometricprocess、constantvolumeprocess）第四章气体和蒸汽的基本热力过程sTvpppOO122'2'12q0q0加热放热膨胀压缩w0w01-2是定压吸热过程线，指向右上方，是吸热升温膨胀过程。1-2'是定压放热过程线，指向左下方，是放热降温压缩过程。p=定值v=定值思考：T−s图中，为什么定压线要比定容线更平坦些？分析：对可逆定容过程对可逆定压过程又有：得到：4.3定压过程（isometricprocess、constantvolumeprocess）第四章气体和蒸汽的基本热力过程sTpO2'12q0q0加热p=定值v=定值ddVqupvucTddpqhvphcTdqTsvVTTsc可逆定容线斜率ppTTsc可逆定压线斜率pVcc任意气体同一温度下pvTTss放热四、初、终态热力学能、比焓、比熵的变化（Δu、Δh、Δs）取定值比热容时五、w、wt、q的计算4.3定压过程（isometricprocess、constantvolumeprocess）第四章气体和蒸汽的基本热力过程2121VuuucTT2121phhhcTT222g111lnlnlnppTpTscRcTpTt21qhwhhh2211dwpvpvv2t1d0wvp第四章气体和蒸汽的基本热力过程4.1理想气体的可逆多变过程4.2定容过程4.3定压过程4.4定温过程4.5绝热过程4.6理想气体热力过程综合分析4.7水蒸气的基本过程4.8非稳态流动过程（不要求）工质状态变化时，温度保持不变的过程，n=1，例如锅炉内水定压汽化、冰箱内制冷剂吸热汽化等。一、过程方程式二、初、终态参数的关系根据4.4定温过程（isothermalprocess、constanttemperatureprocess）第四章气体和蒸汽的基本热力过程T定值gpvRT21TTd0TT定值得到2211pvpv三、p−v图和T−s图过程曲线：1、p−v图上，是一条等轴双曲线；2、T−s图上，是水平直线。4.4定温过程（isothermalprocess、constanttemperatureprocess）第四章气体和蒸汽的基本热力过程sTvpTTOO122'2'12q0q0w0w0pv=定值1-2是吸热膨胀降压过程，定温膨胀吸热量转变为膨胀功。1-2'是放热压缩增压过程，定温压缩消耗压缩功转变为放热量。四、初、终态热力学能、比焓、比熵的变化（Δu、Δh、Δs）理想气体热力学能和焓值仅是温度的函数，因此五、w、wt、q的计算4.4定温过程（isothermalprocess、constanttemperatureprocess）第四章气体和蒸汽的基本热力过程210uuu210hhh222gg111lnlnlnpTppscRRTppttqhww22222gg11111dddlnlnvvvvwpvpvRTRTpvvvvv22222tg11111dddlnlnppppwvppvRTRgTpvpppp222gg111lnlnlnVTvvscRRTvv21lnppvp以及21lnvpvv以及w=wt21TqTss或q