04-第4章-气体和蒸汽的基本热力过程

4－3定压过程4－2定容过程基本内容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4－4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水蒸气的基本过程理想气体的基本热力过程（一）、实施热力过程的目的1.实现预期的能量转换；2.获得预期的热力状态。（二）、研究热力过程的任务1.确定工质的状态变化规律；2.确定热力过程中能量传递和转换的状况。（三）、前提条件1.工质为理想气体；2.可逆过程。一、概述gpvRTgpVccRVucTphcT2222gg1111lnlnlnlnpVTpTvscRcRTpTv（四）、依据1.理想气体状态参数的计算公式2.热力学第一定律qduwddupvddVcTpvdTsdcT可逆可逆理气qtdhwddhvpddpcTvpdTsdcT可逆可逆理气（五）、研究步骤1.列出过程方程式：根据过程特点，一般整理成p,v的表达式，即f(p,v)=0;2.建立基本状参间的关系式：过程方程＋状态方程3.计算u，h，s的值：为q，w，wt的计算打基础。4.计算过程中能量的传递和转换量q，w，wt：闭口系功的输出形式对应为w，开口系功的输出形式对应为wt。5.在p-v，T-s图上绘出过程曲线：可清晰地看出各过程状态变化及能量转换状况，即参数的变化趋势，q，w，wt的正负。计算过程中能量的传递和转换量q，w，wt：计算q：qquwd0pvpv定压定容dTsdqcT可逆thwTs可逆等温计算w,wt：wd0vpvp定容定压可逆twwqutwqhddpVcTcT定压定容保持一个状态参数不变的过程称为基本热力过程。（1）定容过程理想气体基本过程（2）定压过程（3）定温过程（4）定熵过程四个基本热力过程——可逆过程4-2、定容过程——比体积不变的过程1、过程方程2、初、终态参数间的关系3、初、终态热学能、比焓、比熵的变化22110TpTpTpdvv或定值121221TTppvv)(1212TTcuuuv)(1212TTchhhp121212lnlnlnTTcvvRTTcsvgv4、膨胀功、技术功和热量5、在p-v、T-s图上表示210pdvw2112)(ppvvdpwt)(12TTcuqvv()vVTTsc4-3、定压过程——压力保持不变的过程1、过程方程2、初、终态参数间的关系3、初、终态热学能、比焓、比熵的变化22110TvTvTvdpp或定值121221TTvvpp)(1212TTcuuuv)(1212TTchhhp121212lnlnlnTTcppRTTcspgp4、膨胀功、技术功和热量5、在p-v、T-s图上表示2112)(vvppdvw210vdpwt)(12TTchqpp()()ppvVTTscTTsc4-4、定温过程——温度保持不变的过程1、过程方程2、初、终态参数间的关系3、初、终态热学能、比焓、比熵的变化22110vpvppvdTT或定值221121vpvpTT012uuu012hhh1212lnlnvvRppRsgg4、膨胀功、技术功和热量5、在p-v、T-s图上表示2112lnvvTRpdvwg1221lnppTRvdpwgt)(12ssTwwqtT1212lnlnppTRvvTRwwggt()Tppvv4-4、定熵过程——可逆绝热过程（熵保持不变）pvcvdpcpdv1.过程方程定熵过程＝绝热过程+可逆过程注意：可逆绝热是定熵过程;不可逆绝热是熵增过程0,qred0constqssT，ddd0pVvpsccvp0lnlnCdpdvpvpvpv定值pvcc令＝理想气体定熵过程的过程指数等于比热比。定熵过程方程pv定值2、初、终态参数间的关系1122112212pvpvpvpvTT2112pvpv11212121,TvpTvp3、初、终态热学能、比焓、比熵的变化0q4、膨胀功、技术功和热量0s)(1212TTcuuuv)(1212TTchhhp22211111111122121121dd11111ggvvwpdvpvpvvvpvpvRTTRTpp12()vquwwucTT12211111tgpwvdpRTptww技术功12()ttpqhwwhcTT12()vwucTT5、在p-v、T-s图上表示vpvps)(定熵过程vpvpT)(定温过程11、过程方程2、状态参数间的关系npvconstn为常数，称为多变指数0nconstp，等压过程1nconstpv，定温过程nconstpv，定熵过程n1constnpv，定容过程1122=constnnpvpv11221112nnnTpvTpv4-1、理想气体的多变过程3、初、终态热学能、比焓、比熵的变化12121212lnlnlnlnppRTTcsvvRTTcsgpgv)(1212TTcuuuv)(1212TTchhhp4、膨胀功、技术功和热量22111122111212111()11()1111nngnngdvwpdvpvpvpvvnRTTnpRTnp技术功22112211221111221212111()()()1()1()111tgnngwvdppdvpvpvpvpvpvnnpvpvnnRTTnpnRTnptwnw过程热量21122112211()()11()()1()1vgvvvquwcTTRTTncTTcTTnncTTn21n21()()1vnqcTTcTTn1vncnnc＝令cn称为多变过程的比热容5、在p-v、T-s图上表示多变过程方程式为pvn=常数，n取不同值，可得到不同的过程。当n＝0时，p＝常数，则为定压过程当n＝1时，pv＝常数，则为定温过程当n＝κ时，pvκ＝常数，则为定熵过程当n＝∞时，v＝常数，则为定容过程因此，把多变过程表示在p-v图上时，要先画出四个基本热力过程，然后再根据n值的大小画出相应的多变过程。4-6理想气体热力过程综合分析一、过程的分布规律、过程特性及能量转换规律v1nn0nnpTs0n1nn1.在p-v图上分布，沿顺时针方向，从n=0水平线到n=垂直线，曲线斜率只与n有关，n确定，相对位置就可以确定。npTSvvSTp()sppvv()Tppvv()()pvpVTTTTscscv1nn0nnpd0npvddppnvvpv，总为正，nddpv，线越陡Ts0n1nn2.在p-v图上定熵线与定温线是斜率为负的曲线，且定熵线比定温线更陡。在T-s图上定压线与定容线是斜率为正的曲线，且定容线比定压线更陡。pTc，定压过程VTc,定容过程ddnqcTTsnnTTscnpTSvvSTpp3.w，wt，q，u（h）变化情况的判断w——由等容线来划分，dv0q——由等熵线来划分，ds0u/h——由等温线来划分，dT0wt——由等压线来划分，dp0v1nn0nnpTs0n1nnnpTSvvSTp4.p-v，T-s图上各种线条的分析定温线定熵线定压线定容线pvpvTsTsvTsp定容线TRpvgvppvggdTdvdTdpdvdpdscRcRccTvTpvp二、理想气体可逆过程计算公式表——P121理想气体小结例1：如图，某种理想气体有两任意过程a-b和a-c，已知b，c在同一可逆绝热线上，试问：Δuab和Δuac哪个大？解：（方法一）过b、c分别作等温线cbcbuuTT（方法二）考虑过程bwuuwuqbccacacababuuuuuu即00wvvqbc0cbabacuuuu即例2：一容积为0.15m3的储气罐内有氧气，初态压力p1=0.55MPa，温度t1=38，罐上装有压力控制阀，压力超过0.7MPa时，阀门打开,维持罐内压力为0.7MPa。对罐内氧气加热，问：当罐中氧气温度为285℃时，对罐内共加入多少热量？Rg=260J/(kg·K)；cv=657J/(kg·K)；cp=917J/(kg·K）解：氧气kgTRVpmkgTRVpmgg274.028527326015.0107.0020.13827326015.01055.063336111QV：因1到2为定容过程，过程中m不变，所以KTppT82.39531155.07.01122kJTTcmQVV84.5631185.395657.002.1121Qp：2到3过程中气体压力不变，但质量改变dTmcQppdTmcQTTpp32kJQp17.12782.395273285ln26.015.0107.0917.06kJQQQpV01.18417.12784.562333ln32TTRVpcdTcTRVpgppTTg例3：初压力为0.1MPa，初温为27℃的1kg氮气，在n=1.25的压缩过程中被压缩至原来体积的1/5，若取比热容为定值，试求压缩后的压力、温度、压缩过程所耗压缩功及与外界交换的热量。若从相同的初态出发分别经定温和定熵过程压缩至相同体积，试进行相同的计算，并将此三过程画在同一p-v图和T-s图上。解（1）多变过程由已知得：Rg=0.297kJ/(kgK),cV=0.742kJ/(kgK)；v1/v2=5由过程方程得：1.2512120.15MPa=0.748MPanvppv10.251212(27273)5K=448.6KnvTTv120.297()300448.6kJ/kg176.5kJ/kg11.251gRwTTn单位质量工质耗功：单位质量气体与外界交换的热量：0.742448.6300kJ/kg176.5kJ/kg=-66.24kJ/kgVquwcTw解（2）定温过程由已知得：Rg=0.297kJ/(kgK),cV=0.742kJ/(kgK)；v1/v2=5由过程方程得：12120.15MPa=0.5MPavppv21(27273)=300KTT耗功：2111ln0.297300lnkJ/kg143.4kJ/kg5gvwRTv与外界交换的热量：=qw解（3）定熵过程由已知得：Rg=0.297kJ/(kgK),cV=0.742kJ/(kgK)；v1/v2=5由过程方程得：1.412120.15MPa=0.952MPavppv10.41212(27273)5=571.1KvTTv120.297(300571.1)kJ/kg201.3kJ/kg11.41gRwTT耗功及与外界交换的热量：=0q12s