工程热力学10理想气体的热力过程.doc

十、理想气体的热力过程 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 实现预期的热能-机械能的相互转换 目的 （如燃气轮机、制冷机等）； 达到预期的热力状态（如压气机）。 分析方法： 因实际热力过程 复杂、不可逆（存在摩擦、流阻、温差散热、内部扰动） 分析热力过程，先按理想的可逆过程（忽略上述不可逆因素）计算，在实际应用时，引入经验（实验）系数对其修正，以得到最终和实际接近的结果。 理想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 （如燃气轮机燃烧室加热过程） 定容过程 （如汽油机汽缸中燃烧加热过程） 定温过程 （冷却压气机的压缩过程） 定熵过程 （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轭的广延量与强度量。因一般热力设备中的热力过??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 （） 复杂的实际过程总可用分段（n 变化）的多变过程来逼近 对于不能抽象成理想气体的实际气体（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 定容过程 定温过程 绝热（定熵）过程 若定比热 取， 若变比热取 ，或， ， 多变过程 初、终态参数间关系 定压过程 定容过程 定温过程 + 定熵过程 ， 多变过程 ， 内能、焓、熵的变化 变比热 定比热 过程体积功与技术功 定压过程 定容过程 ， 定温过程 绝热过程 （也可通过能量方程去推） or 多变过程 过程热量 利用上面求得的即可由得过程热量 定压过程 或 定容过程 或 定温过程 或 因过程可逆 绝热过程 多变过程 = = 故可得多变过程的比热 过程图示 II I III IV p-v 图上，定容线与定压线将其分为了II、、IV四个区。 在II、IV区， ，顺时针n由变化； 因 ， 定熵线（）较定温线陡。 在I、III 区，，顺时针n由变化。 实际上的热力过程极少存在，可不予讨论。 II I III IV T-s 图上，n的值也是按顺时针方向增大，变化规律同上。 ， 因 ， 定容线较定压线陡。 正负的确定 的正负以过起点的定熵线为界，右方为正，左方为负； 的正负以过起点的定温线为界，上方为正，下方为负； 的正负以过起点的定容线为界，右方为正，左方为负； 的正负以过起点的定压线为界，下方为正，上方为负； 热力过程火用分析公式 非稳态流动过程 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，对于一般不可逆、非稳态、变质量系统不适用。 对于均匀的非稳态开口系统分析，需用微分形式表示的 ① 能量平衡方程 ② 质量平衡方程 ③ 状态方程 以求得控制体中参数的变化规律以及通过控制面与外界交换的热量与功量。对于多个子系统组成的复杂系统，还需加 约束关系 和 ⑤ 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,初始气缸体积为，空气温度为。今打开阀门充入空气，活塞上升，气缸体积增大到后关闭阀门。设充气过程中输气管内参数为且保持一定，若活塞本身重量不计，（1）试证明 ； （2）若初始时活塞在气缸底部，即，这时多大？ 解：（1）取气缸-活塞内空间为热力系，它是一可变边界的控制体。活塞处于平衡，因而气缸内空气的压力与相同，即，充气过程是定压。 由开