4气体和蒸汽的热力过程.

第四章气体和蒸汽的基本热力过程gasthermodynamicprocess本章基本要求•熟练掌握四种基本过程（定容、定压、定温及定熵）以及多变过程的初终态基本状态参数p、v、T之间的关系。•熟练掌握四种基本过程以及多变过程中系统与外界交换的热量、功量的计算。•能将各过程表示在p-v图和T-s图上，并能正确地应用p-v图和T-s图判断过程的特点，即u、h、q及w等的正负值4-1理想气体的可逆多变过程一、实测汽车发动机工作过程中气缸内压力和气缸容积的关系nnvpvp2211122111nnvTvTnnnnpTpT122111二、多变可逆过程及方程npv常数1nTv常数1nnTp常数其中n为常数，称为多变指数。0np常数定压过程=常数多变过程(polytropicprocess)npv1npv常数定温过程(npv常数定熵可逆绝热）过程nv常数定容过程四、研究热力过程的目的1、实施热力过程的目的：达到预期的状态变化，如压气机中消耗功量使气体升压实现预期的能量转换，如锅炉中工质定压吸热，提高蒸汽的焓使之获得作功能力；2、热力分析的目的：以第一定律为基础，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，揭示过程中工质状态参数的变化规律及热量和功量的转化情况，进而找出影响转化的主要因素。五、研究热力过程的一般方法1、根据实际过程的特点，将实际过程近似地概括为几种典型过程：定容、定压、定温和绝热过程。2、不考虑实际过程中不可逆的耗损，视为可逆过程。3、工质视为理想气体4、比热容取定值实际过程是一个复杂过程，很难确定其变化规律，一般需要作些假设：六、分析热力过程的一般步骤1、确定过程方程p=f(v)2、确定初态、终态参数的关系及热力学能、焓、熵的变化量3、确定过程中系统与外界交换的能量4、在p-v图和T-s图画出过程曲线，直观地表达过程中工质状态参数的变化规律及能量转换21tVtucT21tpthcT?s21dwpv2t1dwvp21dqTsquwtqhw可用的公式ppvv()()cpvRTccRkcufThfT4-2四种典型热力过程分析一、定容过程1、过程方程.0constvdv2、初、终态参数的关系及能量转换121212,.TTppvvTRpvconstvg121212121212lnlnlnln)()(ppcTTcvvRTTcsTTchTTcuVVgVvpV能量转换)(021122121ppvvdpwuuuwuqpdvwpptvvv0dv3、p-v图和T-s图VVVvcTdsdTTdTcds二、定压过程1、过程方程.0constpdp2、初、终态参数的关系及能量转换121212,.TTvvppTRpvconstpg121212121212lnlnlnln)()(vvcTTcppRTTcsTTchTTcuppgpppV能量转换212121210()ptpvvptwvdpwpdvpvvqhwhhh0dp3、p-v图和T-s图ppppcTdsdTTdTcds三、定温过程1、过程方程..0constpvTRpvconstTdTg2、初、终态参数的关系及能量转换211212,..ppvvTTconstpvconstT121212121212lnlnlnln0)(0)(vvRppRppRTTcsTTchTTcugggpTpV能量转换wwppvpvvvpvvTRdvvTRpdv1211121112lnlnln0)(021213、p-v图和T-s图vpdvdpconstpvT.四、绝热可逆过程.00constsdsTqdsqrevrev绝热可逆过程是定熵过程1、过程方程.00constpvpdpvdvpdpcvdvcdsVp定熵过程为指数方程，定熵指数通常以k表示。对于理想气体k=.pvconst2、初、终态参数的关系及能量转换kkkkkkppTTvvTTvvppconstTvconstpv112121211221121..0)()(1212sTTchTTcupV能量转换121212121122121211220()11()()11()()()11revrevtrevtVgtpgqwuuuquwwhhhqhwwcTTRTTpvpvwcTTwRTTpvpv3、p-v图和T-s图vpkdvdpconstpvSk.五、四种典型热力过程p-v图和T-s图STSTdvdpdvdpvpkdvdpvpdvdpVpVVppdsdTdsdTcTdsdTcTdsdT4-6理想气体热力过程综合分析一、多变过程方程nnvpvp2211二、在p-v图及T-s图上表示vpnvpn122111nnvTvTnnnnpTpT122111nncTsTVcnnT1三、Δu、Δh和Δs1221TTcuttV1221TTchttp00221g1lnpsssRp22g11lnlnpTpscRTp定比热22g11lnlnVTvcRTv1212lnlnvvcppcpV四、w，wt和q12g1g21211d111nnRTRpwpvTTnpn12g1211d11nntnRTpwvpnwnpq=ggg211221111VRRRuwcTTTTTTnn五、比热容12121TTcTTcnnwuqnV121TTcnnV12TTcn21dTs1nVnccn1nVnccn六、多变指数22112211lnlnlnlnvnpvnpvpvpnn2112ln/ln/ppnvv等由或VnpnVnccccncnnc1Vpccn0定压过程Tcn1定温过程0sckn定熵过程Vcn定容过程七、多变过程与四种典型热力过程的关系定容过程定熵过程定温过程定压过程.......1..010constvconstpvnconstsconstpvknconstTconstpvconstpvnconstpconstpvnk.constpvn八、多变过程的能量关系w/q：g1212211111VVRwTTcTTnnnqcTTn001qwnn膨胀，吸热;压缩,放热膨胀，放热;压缩,吸热nqw1001qwnn1、多变过程在p-v图和T-s图上表示从定容线出发，n由-0+，沿顺时针方向递增九、关于T-s图及p-v图3、在p-v图上确定T增大及s增大方向在T-s图上确定p增大及v增大方向利用特殊过程的特性，如41144141vvppTTTT利用过程的能量关系，如wuqTT41041410ssqvvp-v图和T-s图上的曲线簇4-7水蒸气的基本过程一、基本公式过程中状态参数确定—图表或专用程序计算。功、热量的计算式：t2121222t111dddquwqhwuuuhhhwpvwvpqTs注意理想气体过程的区别第一定律与第二定律表达式均成立理想气体特有的性质和表达式不能用tqdhwqduwwpdvtwvdp可逆qTdspvRT()ufT()hfT22p11lnlnTpscRTppvgccRp1kcRkv11cRk二、水蒸气基本热力过程计算步骤计算步骤：1、确定初终态参数：根据初态已知两个参数，从表或图中查其他参数；根据过程特征及一个终态参数确定终态，再从表或图上查得其他参数。2、计算过程中的功和热：根据已求得的初、终态参数计算q、△u及w。3、在p-v、T-s、h-s图上表示热力过程：psTv三、定压过程初末hhqp01hhql03hhqp12hh23suphhq汽化潜热p/MPa0.0010.010.111022.12/(kJ/kg)2485.02392.92257.92013.61319.70水蒸气的定压过程q=hwt=0342pv1qhvdp例：锅炉中，水从30℃，4MPa,定压加热到450℃q=h2-h1ts(4MPa)=250.33℃锅炉、换热器水蒸气的定压过程例：水从30℃，4MPa,定压加热到450℃q=h2-h12Tshs2h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kg四、定熵过程t1212111222whhwuuhpvhpv注意：水蒸气常数pv其中vpcc为经验数字过热蒸汽饱和蒸汽湿蒸汽或1221lnlnvvpp1.31.1351.0350.1x水蒸气的绝热过程p12’pvp2不可逆过程：汽轮机、水泵12可逆过程：s1212’q=0t12whhh水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=0t12whh2’12Ts不可逆过程：可逆过程：st12'whhp1p2水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=0t12whhhs不可逆过程可逆过程：st12'whhp1p221h1h2h2’2’透平内效率12'oi12hhhh例1.水蒸气从初态p1、t1定压冷却到终态p1、x2的定压过程。1.查图2112pdvwhhhqshp1t1x=1x221h1h22.查表(1)根据查出h1，再查p2下的饱和蒸汽和饱和水的h”、h’(2)再根据h2=x2h”+(1-x)h’计算得到h2例2.水蒸气从初态p1、t1可逆绝热膨胀到p2的过程。2121hhhwuuuwtshp1t1x=1x221p2h1h2查图如右