工程热力学第四章-理想气体的热力过程及气体压缩课件.ppt

1、第四章理想气体的热力过程及气体理想气体的热力过程及气体压缩压缩第一节 分析热力过程的目的及方法o 目的：主要研究外部条件对热能和机械能转换的影响o 任务：揭示状态变化规律与能量传递之间的关系，从而计算热力过程中工质状态参数的变化及传递的能量、热量和功量二、热力过程中工质参数变化值的计算1.初、终状态基本参数（p、v、T）的计算：n 理想气体状态方程n 过程方程式1 12212pvRTp vp vTT()pf v2、过程中内能、焓和熵的变化计算：n 内能变化n 焓变化21vuc dT 21phc dT n 理想气体熵变化计算：2122221111221122221111lnlnlnlnlnlnv

2、vvvpppvqsTqdupdvc dTpdvdTpdTRscdvcdvTTTvTvscRTvqdhvdpc dTvdpTpvpscRccTpvp 定义式：带入定义式：得：带入定义式得：三、热力过程中传递能量的计算o 闭口系统能量方程：o 开口系统稳态稳流能量方程：o 可逆过程：quw tqhw 212121twp d vwv d pqT d s四、分析热力过程的一般步骤：1)依据热力过程特性建立过程方程式，4)计算过程中传递的热量和功量3)将过程线表示在T-s 与 p-v 图上2)确定初、终状态的基本状态参数()pf v第二节 绝热过程o 定义：系统与外界没有热量交换情况下所进行的状态变化过

3、程，即o 绝热过程是实际过程的一种近似00qq 及一、绝热过程的过程方程式0T()0()00lnln0ln.vvvvvpvpvpvqdupdvc dTpdvpvpvpdvvdpc dpdvcpdvRRRcR pdvc vdpc pdvc vdpcdvdpcvpcvpcpvconstpvconst由 带入：整理得：令得：绝热过程方程式：二、过程初、终状态参数间的关系o 关系式说明系统气体可逆绝热膨胀时，p、T均降低，绝热压缩时，p、T均升高1 122211 12212121211212211p vp vpvp vp vTTpvTvTvTpTp和过程方程式，联立求解得：三、过程在p-v图及Ts图上

4、表示n 其中12为绝热膨胀过程，12为绝热压缩过程n 可逆绝热过程称为定熵过程sppvv 0qdsT四、绝热过程中的能量转换o 内能和焓变化：o 热量：pvdhc dTduc dT00qqo 膨胀功：n 定熵过程的膨胀功2121 11 122121111211121()()111111wpdvdvRwp vp vp vTTvRTpRTvwpvn 绝热过程膨胀功：12120()vquwwuuc TT o 技术功n 稳态稳流稳态稳流n 定比热理想气体定比热理想气体n定比热理想气体定熵过程定比热理想气体定熵过程12twhhh 12121 122()()()11tpwc TTR TTp vp v121

5、111ttpwRTpww绝热过程的技术功绝热过程的技术功等于膨胀功的等于膨胀功的k倍倍第三节 多变过程的综合分析一、一、多变过程方程及多变比热多变过程方程及多变比热o 定义：凡过程方程为定义：凡过程方程为 的过程称的过程称为多变过程。为多变过程。o 几个特殊过程：几个特殊过程：n=0，p=const.定压过程定压过程 n=1，pv=const.定温过程定温过程 n=，pv=const.定熵过程定熵过程 n=，v=const.定容过程定容过程.pvconsto 多变指数2112ln()ln()ppnv vnpvconst由推导得：o 多变过程比热nc211221212121()()11()()1

6、()()111nvvvvnnvnquwRqc TTTTnc TTc TTnnc TTc TTnnccnnkc 由：得：当时，为负多变过程分析：1.多变过程在p-v图和Ts图上的分析o 在p-v图上的斜率0,0,1,0,0,dppndvvdpndvdppndvvdppndvvdpndv 即定压线为一水平线即定温线为一斜率为负的等边双曲线即定熵线为一斜率为负的高次双曲线即定容线为一垂直线多变指数越大，过程线斜率的绝对值也愈大o 在Ts图上的斜率1()0,0,1,0,0,0,nnvpnvqdTdTTndscTTTdscc nkdTTndscdTndsdTncdsdTTdsc 由得：即定压线为一斜率为

7、正的对数曲线即定温线为一水平线即定熵线为一垂直线n即定容线为一斜率为正的对数曲线2.过程中q、w和u正负值的判断o u：始于某状态的过程，判断其内能：始于某状态的过程，判断其内能 变化，可以定温线为基准变化，可以定温线为基准o w：功量的判断以定容线为基准：功量的判断以定容线为基准o q：热量的判断以定熵线为基准：热量的判断以定熵线为基准o 比热比热c为负值的物理意义：为负值的物理意义：当气体膨胀作功时，对外作的功大于加入当气体膨胀作功时，对外作的功大于加入的热量，故气体的内能减小而温度降低；压的热量，故气体的内能减小而温度降低；压缩时，外界对气体作的功大于气体向外界放缩时，外界对气体作的功大

8、于气体向外界放出的热量，故其内能增加而温度升高。出的热量，故其内能增加而温度升高。第四节 压气机的理论压缩轴功o 定义：用来压缩气体的设备o 分类：1）按原理及构造形式：活塞式、叶轮式、引射式压缩器等 2）按压缩气体压力高低：通风机（115kPa）鼓风机(115350kpa)压气机（350kPa以上）一、单级活塞式压气机工作原理o 余隙容积：在活塞的左死点位置与气缸头之间必须留有的间隙：o 工作阶段：吸气过程 压缩过程 排气过程o 理论压气过程：n 没有余隙存在n 整个压缩过程可逆n 进、排气阀无阻力损失n 气缸中排气压力 等于储气罐压力p 升压比：气体终压力与初压之比 12/pp二、单级活塞

9、式压气机理论压气轴功的计算o 压气机所耗的轴功等于热力过程压气机所耗的轴功等于热力过程1-2的压缩功（膨的压缩功（膨胀功的负值）和进气、排气所耗流动功之代数和胀功的负值）和进气、排气所耗流动功之代数和21122122211122112121()()cctsWp Vp d Vp Vp d Vp Vp Vp d Vdp VV d pWWWV d p 理 论 轴 功：o 按热力学第一定律稳定流动能量方程，略去按热力学第一定律稳定流动能量方程，略去压气机进出口气体的动能和位能的变化：压气机进出口气体的动能和位能的变化：o 对可逆过程：对可逆过程：sQHW 2121sQHVdpWVdp o 理论压缩轴功

10、的可能情况：1）定熵过程 nk 2）定温过程 n=1 3）多变过程 1nk三种压缩过程轴功o 定温压缩轴功222,1 11111,21lnln()s TTs Ts TTTppWVdppVmRTppQHWWHHQQ o 定熵压缩轴功122,1 11112,2111()1s ss spWVdppVpmR TTWHH o 多变压缩轴功122,1 11112,2111()1()nns ns nnpnWVdppVnpnmR TTnWHHQ o 当初态及终压给定时当初态及终压给定时o 开口系统稳态稳流可逆过程轴功开口系统稳态稳流可逆过程轴功o 闭口系统可逆过程膨胀功闭口系统可逆过程膨胀功,s Ts ns

11、sWWWsWVdp.nsWpdVpVconstVdpnpdVWVdpn pdVnW 和则：得：第五节 活塞式压气机的余隙影响o 作用：避免活塞与进排气阀碰撞o 余隙百分比：余隙容积得相对大小313313c100%VVVVVV=余隙容积（）活塞排量一、余隙对排气量的影响o 容积效率 ：n 意义：反映了活塞排气量的 有效利用程度n 余隙容积一定时，有效吸气量减少则容积效率 减少433144131313312111111vnVVVVVVVVVVVVVpcp vv二、余隙对理论压气轴功的影响n无论有无余隙，压缩每kg气体所需的理论压气轴功相同n在设计制造活塞式压气机时，应该尽量减少余隙容积1132,1

12、14414143212,1141121112111111,()111111nnnns nnns nnnnnppnnWp Vp VnpnppppppnWpVVnppnp Vnppnm RTnp第六节 多级压缩及中间冷却o 气体压缩终了温度决定与气缸润滑油的性能o 气体压缩终了温度影响气机的容积效率一、多级活塞式压气机的工作过程o 采用多级压缩和中间冷却得优点：n降低了排气温度n节省功的消耗分级压缩中间冷却实体照片二、级间压力的确定o 最有利的级间压力应使所需的总轴功最小o 当两级升压比相等时，两级压缩所需的总轴功最小1132,.1 12212211 12211321 11232212212111

13、1210nnnnss ls hnnnnssppnnWWWpVp VnpnpTTpVp VppnWpVnppdWpppp pdppp，则3212122332121213111;zzpppppppp ppppzpp 令：级压气机，每级升压比有利效果1.各级气缸的排气温度相等各级气缸的排气温度相等113322112232121223,;nnnnTpTpTpTpppTTppTT2.各级所消耗的轴功相等各级所消耗的轴功相等,11 12212,2223 3232123,1,2,1()()11()()11,2ssssssnnwp vp vR TTnnnnwp vp vR TTnnTT TTwwww3.每级向

14、外散出的热量相等，而且每级的中间每级向外散出的热量相等，而且每级的中间冷却器向外放出的热量也相等冷却器向外放出的热量也相等4.分级压缩对提高容积效率有利，在每一级中分级压缩对提高容积效率有利，在每一级中升压比减小，其容积效率比不分级时大升压比减小，其容积效率比不分级时大o 压气机的定温效率：当压缩前气体的状态相同、压缩压气机的定温效率：当压缩前气体的状态相同、压缩后气体的压力相同时，可逆定温压缩过程所消耗的功后气体的压力相同时，可逆定温压缩过程所消耗的功和实际压缩过程所消耗的功之比和实际压缩过程所消耗的功之比o 绝热压缩效率绝热压缩效率针对不采取冷却措施的压气机针对不采取冷却措施的压气机,s Tc Tsww,s sc sTs sww