工程热力学课件第4章气体与蒸汽的热力过程.pptx
第四章
气体与蒸汽的热力过程
达到预期的状态变化,如:定压吸热过程(锅炉:水的焓↑,液→汽,获作功能力)定压放热过程(凝气器:乏汽焓↓,汽→液,便于泵送)研究热力过程的目的:揭示过程中工质状态参数的变化规律以及能量转化情况,进而找出影响转化的主要因素。实现预期的能量转换,如:绝热膨胀过程(热机:Q→W;喷管:Q→c)绝热压缩过程(压缩机:W→p;泵:W→p)实施热力过程的目的:引言
研究热力过程的一般方法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。01不考虑实际过程中不可逆的耗损,视为可逆过程。02工质视为理想气体03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。为简化分析,假设:04
分析热力过程的一般步骤01确定过程方程p=f(v)03确定过程中系统与外界交换的能量02确定初态、终态参数的关系及热力学能、焓、熵的变化量04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
基本公式:1.过程方程过程分析:典型热力过程:定容、定压、定温、绝热过程。
3.能量转换
4.p-v图和T-s图
4.p-v图和T-s图定v线比定p线陡Why?定v:
过程方程
3.能量转换
四、绝热过程可逆的绝热过程是定熵过程01可逆过程:02ds=003绝热过程:?q=004
1.过程方程即:定熵过程方程为指数方程
3.能量转换
4.p-v图和T-s图绝热线比定T线陡Why?定T:
例1V=0.15m3p1=0.55MPat=38℃,m1V=0.15m3p2=0.7MPat2=123℃,m1V=0.15m3p3=0.7MPat3=285℃,m3定v定p定v:T2/T1=p2/p1T2=396K=123℃氧气储罐上安全阀起跳压力为0.7MPa,问:加热到285℃时,加入的Q=?判断安全阀是否起跳:V=0.15m3p1=0.55MPat1=38℃定v:T2/T1=p2/p1p2=0.987MPa
V=0.15m3p1=0.55MPat=38℃,m1V=0.15m3p2=0.7MPat2=123℃,m1V=0.15m3p3=0.7MPat3=285℃,m3定v定p(1)定v:T2/T1=P2/P1T2=396K=123℃=126.2kJ需加热量:Q=Qv+Qp=56.3+126.2=182.5kJ
例2:1kg空气:t1=100℃、p1=2bar;t3=0℃、p3=1bar,其中1-2为不可逆绝热膨胀过程,其熵变为0.1kJ/kg·K,2-3为可逆定压放热过程,求:1)?s123;2)q12312pv3[分析]:理想气体、定比热容要求T2T2可由求出2)q123=+q12+q230可逆定压0
[证]可逆:例3:某气体的状态方程为p(v-b)=RT,热力学能u=cvT+u0,其中cv、u0为常数。试证明在可逆绝热过程中该气体满足下列方程式:可逆绝热:ds=0kbvp=-定值)(kbvp=-定值)(
例4:将理想气体在可逆绝热过程中所作技术功的大小,表示在T-s图上。[分析]:绝热过程技术功:=面积1ba2’1122baTS
五、多变过程010203?工程实际中有些热力过程,p、v、T有明显变化,且系统与外界交换的Q不可忽略。则不能用上述4种基本热力过程来描述。?实验发现,这种过程p、v的关系依然保持近似的指数函数,因此提出了一种具有广泛代表性的过程-----多变过程,其过程方程为:n---多变指数,-∞<n+∞
1.过程方程:
)(112TTcnknV---=)(1)(2112TTRnTTcV--+-=wuq+D=nwwt=)(1)TRnvpvpn--=--=211121vdvvppdvwnn==∫∫
或:若q/w不是恒定,则n是变化的。为便于分析计算,常用一个与实际过程相近似的n不变的多变过程来代替,该多变指数称为平均多变指数。
(1)等端点多变指数适用:初、终参数计算(2)等功法多变指数多变过程假想一多变过程,使之Wt与实际过程Wt相等。v适用:功量计算p实际过程Wt12
将实际的多个(p,v)数据点画在lgp–lgv坐标图上,然后拟合成一条直线,因:∴n就是该直线的斜率。(4)利用p–v图面积比计算vp实际过程wt12w
[例5]活塞对汽缸内的2kg空气压缩后,比容降为原来的1/5,汽缸对外散热100kJ。已知等功法多变指数n=1.31,等端点多变指数n=1.21。比热容取定值,求技术功.[解]n用哪个?n=1.21cv、k、R查表T1=38