工程热力学1-6课件.ppt

1、工程热力学工程热力学注册公用设备工程师考试专业基础课辅导2013.5考试大纲1.1 基本概念基本概念 热力学系统 状态平衡 状态参数 状态公理 状态方程式 热力参数及坐标图 功和热量 热力过程 热力循环 单位制 1.2 准静态过程、可逆过程和不可逆过程准静态过程、可逆过程和不可逆过程 1.3 热力学第一定律热力学第一定律 热力学第一定律的实质 内能 焓 热力学第一定律在开口系 统和闭口系统表达式 储存能 稳定流动能量方程及其应用 1.4 气体性质气体性质 理想气体模型及其状态方程 实际气体模型及其状态方程 压缩因子临界参数 对比态及其定律 理想气体比热 混合气 体的性质 1.5 理想气体基本热

2、力过程及气体压缩理想气体基本热力过程及气体压缩 定压 定容 定温和绝热过程 多变过程气体压缩轴功 余隙 多级压缩和中间冷却 1.6 热力学第二定律热力学第二定律 热力学第二定律的实质及表述 卡诺循环和卡诺定理 熵 孤立系统 熵增原理 1.7 水蒸气和湿空气水蒸气和湿空气 蒸发 冷凝 沸腾 汽化 定压发生过程 水蒸气图表 水蒸气基本热力过程 湿空气性质 湿空气焓湿图 湿空气基本热力过程 1.8 气体和蒸汽的流动气体和蒸汽的流动 喷管和扩压管 流动的基本特性和基本方程 流速 音速 流量 临界状态 绝热节流 1.9 动力循环动力循环 朗肯循环 回热和再热循环 热电循环 内燃机循环 1.10 制冷循环

3、制冷循环 空气压缩制冷循环 蒸汽压缩制冷循环 吸收式制冷循环 热泵 气体的液化 第一部分第一部分 基本概念基本概念工程热力学工程热力学 是一门研究是一门研究热能热能有效利用及有效利用及 热能热能和其它形式和其它形式能量能量转换规律转换规律 的科学的科学1、热力学系统（热力系统、热力系、系统）、热力学系统（热力系统、热力系、系统）人为选取一定范围内的物质作为研究对象。外界（或环境）外界（或环境）系统以外的所有物质。边界边界 系统与外界的分界面。系统系统与与外界外界的作用都通过的作用都通过边界边界外界（或环境）的定义是指外界（或环境）的定义是指()()。A A与系统发生热交换的热源与系统发生热交换

4、的热源 B B与系统发生功交换的功源与系统发生功交换的功源 C C与系统发生质量交换的物源与系统发生质量交换的物源 D D系统边界之外与系统发生联系的一切物体系统边界之外与系统发生联系的一切物体 答案：答案：D D系统边界之外与系统发生联系的一切物体系统边界之外与系统发生联系的一切物体 边界特性边界特性真实、假想真实、假想固定、运动固定、运动热力系统分类热力系统分类以系统与外界关系划分：以系统与外界关系划分：有有 无无是否传质是否传质 开口系开口系 闭口系闭口系是否传热是否传热 非绝热系非绝热系 绝热系绝热系是否传功是否传功 非绝功系非绝功系 绝功系绝功系是否传热、功、质是否传热、功、质 非孤

5、立系非孤立系 孤立系孤立系1234mQW1 开口系开口系非孤立系相关外界非孤立系相关外界孤立系孤立系1+2 闭口系闭口系1+2+3 绝热闭口系绝热闭口系1+2+3+4 孤立系孤立系无热交换的热力系统称为无热交换的热力系统称为()()。A A孤立系统孤立系统 B B闭口系统闭口系统 C C绝热系统绝热系统 D D开口系统开口系统 答案：答案：C C绝热系统绝热系统 2、状态、状态 某一瞬间热力系统所呈现的宏观物理状态。3、状态参数、状态参数 描述热力系状态的物理量特征特征：是宏观量，是大量粒子的平均效应 状态的单值函数 变化量与路径无关，只与初终态有关4、平衡状态、平衡状态 在不受外界影响的条件

6、下（重力场除 外），系统的状态参数不随时间变化。热平衡 力平衡 相平衡 化学平衡 温差 热不平衡势 压差 力不平衡势 相变 相不平衡势 化学反应 化学不平衡势平衡的平衡的本质本质：不存在不平衡势：不存在不平衡势平衡与稳定平衡与稳定稳定：稳定：参数不随时间变化参数不随时间变化稳定稳定但存在但存在不平衡势差不平衡势差去掉去掉外界影响，外界影响，则则状态变化状态变化稳定不一定平衡，但平衡一定稳定稳定不一定平衡，但平衡一定稳定平衡与均匀平衡与均匀平衡平衡：时间上：时间上均匀均匀：空间上：空间上平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的平衡状态平衡状态可用可用一组一

7、组状态参数描述其状态状态参数描述其状态状态公理：确定热力系统平衡态所状态公理：确定热力系统平衡态所需的独立参数数目的经验规则。需的独立参数数目的经验规则。想确切描述某个热力系，是否想确切描述某个热力系，是否需要所有状态参数？需要所有状态参数？5、状态公理、状态公理闭口系：闭口系：而不平衡势差彼此独立 独立参数数目N=不平衡势差数 =能量转换方式的数目 =各种功的方式+热量=n+1n 容积变化功、电功、拉伸功、表面张力功等不平衡势差不平衡势差 状态变化状态变化 能量传递能量传递简单可压缩系统的独立变量数简单可压缩系统的独立变量数简单可压缩系统：N=n+1=2只交换热量和一种准静态的容积变化功 可

8、以选取可测量参数p,v和T中的任意两个独立参数作为自变量，其余参数（u,h,s等）则为p,v和T的因变量6、状态方程式、状态方程式简单可压缩系统：N=2 基本状态参数（基本状态参数（p,v,T)之间的关系之间的关系),(Tpfv0),(Tvpf理想气体的状态方程RTpv pVmRT具体形式：取决于工质的性质7、热力参数及坐标图、热力参数及坐标图强度参数：强度参数：与系统内所含工质的数量无关与系统内所含工质的数量无关 如如压力压力 p、温度温度T广延参数：广延参数：与系统内所含工质的数量有关与系统内所含工质的数量有关可加性可加性 如如质量质量m、容积容积 V、内能内能 U、焓焓 H、熵熵S比参数

9、：比参数：比比容容VvmUum比比内能内能Hhm比比焓焓Ssm比比熵熵基本状态参数：基本状态参数：直接用仪表测定直接用仪表测定压力压力 p、温度、温度 T、比容、比容 v大气气压力为大气气压力为B B，系统中工质真空表压力读数为，系统中工质真空表压力读数为P Pl l时，系统的真实压力为时，系统的真实压力为()()。A A P P1 1 B BB+PB+P1 1 C CB-PB-P1 1 D.D.P P1 1B B 答案：答案：C CB-PB-P1 1 某容器中气体的表压力为某容器中气体的表压力为0.04MPa0.04MPa，当地大气压力，当地大气压力为为0.1MPa0.1MPa，则该气体的绝

10、对压强为（，则该气体的绝对压强为（）MPaMPa。A.0.06 B.0.04 C.0.14 D.0.05A.0.06 B.0.04 C.0.14 D.0.05 答案：答案：C C0.140.14压力表测量的压力是压力表测量的压力是()()。A A绝对压力绝对压力 B.B.标准大气压标准大气压 C C真空度真空度 D D相对压力相对压力 答案：答案：D D相对压力相对压力 座标图座标图简单可压缩系统简单可压缩系统 N=2，平面平面坐标图坐标图pv1 1）系统任何平衡态可系统任何平衡态可 表示在坐标图上表示在坐标图上说明：说明：2 2）过程线中任意一点过程线中任意一点 为平衡态为平衡态3 3）不平

11、衡态无法在图不平衡态无法在图 上用实线表示上用实线表示常见常见p-v图和图和T-s图图218、功和热量、功和热量功功在力的推动下，通过有序运动方式传递 的能量。能量转换的两种方式：做功和传热 热量热量在温度的推动下，以微观无序运动方 式传递的能量。功和热量是过程量，其大小与过功和热量是过程量，其大小与过程初终态以及过程性质有关程初终态以及过程性质有关 热力学中规定：热力学中规定：系统对外界作功取为正，系统对外界作功取为正，而外界对系统作功取为负。而外界对系统作功取为负。9、热力过程、热力过程处于平衡状态的热力学系统，当外界条件变化，在外界和系统间处于平衡状态的热力学系统，当外界条件变化，在外界

12、和系统间形成热或力的不平衡时，受该不平衡势的作用，在系统内部造成形成热或力的不平衡时，受该不平衡势的作用，在系统内部造成不平衡，使系统的平衡状态遭到破坏，从而引起系统状态的变化，不平衡，使系统的平衡状态遭到破坏，从而引起系统状态的变化，向新的平衡状态过渡。可见，热力过程中系统所经历的是一系列向新的平衡状态过渡。可见，热力过程中系统所经历的是一系列不平衡状态。因为只有平衡状态才有确定的状态参数，才能用状不平衡状态。因为只有平衡状态才有确定的状态参数，才能用状态方程表示状态参数间的关系，为此，热力学引入一种理想的热态方程表示状态参数间的关系，为此，热力学引入一种理想的热力过程，即力过程，即准静态过

13、程准静态过程。热力系统从一个状态向另一个状态变化时所经历的全部状态的总和。当完成了某一过程之后，若有可能使工质沿相同的路径逆当完成了某一过程之后，若有可能使工质沿相同的路径逆行而恢复到原来状态，并使相互作用中所涉及的外界也恢复到行而恢复到原来状态，并使相互作用中所涉及的外界也恢复到原来的状态，而不留下改变，则这一过程就称为原来的状态，而不留下改变，则这一过程就称为可逆过程可逆过程。不满足上述条件的过程称为不满足上述条件的过程称为不可逆过程不可逆过程。若工质经历一可逆过程和一不可逆过程，且其若工质经历一可逆过程和一不可逆过程，且其初态和终态相同，则两过程中与外界交换的热初态和终态相同，则两过程中

14、与外界交换的热量量()()A A相同相同 B B不相同不相同 C C不确定不确定 D D与状态无关与状态无关 答案：答案：C C不确定不确定10、热力循环、热力循环热力系统经过一系列变化回到初态的封 闭热力过程称为热力循环。可逆循环：全部由可逆过程组成的循环可逆循环：全部由可逆过程组成的循环不可逆循环：循环中由部分过程或全部过程是不可不可逆循环：循环中由部分过程或全部过程是不可逆的循环逆的循环正向循环：将热能转化为机械能的循环正向循环：将热能转化为机械能的循环逆向循环：将热量从低温热源传给高温热源的循环逆向循环：将热量从低温热源传给高温热源的循环性质性质目的目的热效率热效率制冷系数制冷系数供热

15、系数供热系数11、单位制、单位制国际单位制和工程单位制。第二部分第二部分 准静态过程、准静态过程、可逆过程、可逆过程、不可逆过程不可逆过程平衡状态平衡状态状态不变化状态不变化能量不能转换能量不能转换非平衡状态非平衡状态无法简单描述无法简单描述热力学引入热力学引入准静态准静态（准平衡准平衡）过程过程1、准静态过程、准静态过程破坏平衡所需时间破坏平衡所需时间（外部作用时间）（外部作用时间）恢复平衡所需时间恢复平衡所需时间（驰豫时间）（驰豫时间）有足够时间恢复新平衡有足够时间恢复新平衡 准静态过程准静态过程准静态是一种热力参数和作用力都有变化的过程，准静态是一种热力参数和作用力都有变化的过程，具有特

16、性具有特性()()A A内部和边界一起快速变化内部和边界一起快速变化 B B边界上已经达到平衡边界上已经达到平衡 C C内部状态参数随时处于均匀内部状态参数随时处于均匀 D D内部参数内部参数变化变化远快于外部作用力远快于外部作用力变化变化(恢复平衡？恢复平衡？)答案：答案：C C内部状态参数随时处于均匀内部状态参数随时处于均匀 准静态过程中，系统经过的所有的状态都接近准静态过程中，系统经过的所有的状态都接近()()。A A相邻状态相邻状态 B B初状态初状态 C C低能级状态低能级状态 D D平衡状态平衡状态 答案：答案：D D平衡状态平衡状态疑问：疑问：理论上理论上准静态准静态应无限缓慢，

17、表应无限缓慢，表示示工程上工程上怎样处理？怎样处理？例：例：活塞式内燃机活塞式内燃机 20002000转转/分分 曲柄曲柄 2 2冲程冲程/转，转，0.150.15米米/冲程冲程活塞运动速度活塞运动速度=20002000 2 2 0.150.15/6060=1010 m/s m/s压力波恢复平衡速度（声速）压力波恢复平衡速度（声速）350350 m/s m/s破坏平衡所需时间破坏平衡所需时间（外部作用时间）（外部作用时间）恢复平衡所需时间恢复平衡所需时间（驰豫时间）（驰豫时间）一般的工程过程都可认为是一般的工程过程都可认为是准静态过程准静态过程 系统经历某一过程后，如果能使系统与外界同时恢复到

18、初始状态，而不留下任何痕迹。注意注意可逆过程只是指可能性，并不可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初态的过程。是指必须要回到初态的过程。2、可逆过程和不可逆过程、可逆过程和不可逆过程准静态过程准静态过程 +无耗散效应无耗散效应 =可逆过程可逆过程无不平衡势差无不平衡势差通过摩擦使功通过摩擦使功变热的效应变热的效应(摩阻，电阻，摩阻，电阻，非弹性变性，非弹性变性，磁阻等）磁阻等）不平衡势差不平衡势差不可逆根源不可逆根源 耗散效应耗散效应 耗散效应耗散效应常见的不可逆过程常见的不可逆过程不等温传热T1T2T1T2Q节流过程(阀门）p1p2p1p2混合过程 自由膨胀真空判断后选择正确答案是判断后

19、选择正确答案是()()。A.A.无约束的自由膨胀为一可逆过程无约束的自由膨胀为一可逆过程 B.B.混合过程是一不可逆过程混合过程是一不可逆过程C C准平衡过程就是可逆过程准平衡过程就是可逆过程 D D可逆过程是不可实现过程可逆过程是不可实现过程 答案：答案：B B混合过程是一不可逆过程混合过程是一不可逆过程 准静态过程是实际过程的理想化过程，但并非最优过程，可逆过程是最优过程。可逆过程的功与热完全可用系统内工质 的状态参数表达，可不考虑系统与外界 的复杂关系，易分析。实际过程不是可逆过程，但为了研究方 便，先按理想情况（可逆过程）处理，用系统参数加以分析，然后考虑不可逆 因素加以修正。第三部分

20、第三部分 热力学第一定律热力学第一定律1、热力学第一定律的本质、热力学第一定律的本质表述：表述：自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态转被创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态转变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量的总量变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量的总量保持不变。保持不变。本质：能量转换与守恒定律在热力学中的应用，它确本质：能量转换与守恒定律在热力学中的应用，它确定了热力过程中各种能量在数量上的相互关系。定了热力过程中各种能量在数量上的相互关系。能量守恒与转换定律是自然界的基本规律之一。能

21、量守恒与转换定律是自然界的基本规律之一。进入系统的能量离开系统的能量进入系统的能量离开系统的能量系统储存能的变化系统储存能的变化关系式：2、内能分子动能（热运动）分子动能（热运动）分子位能（分子间相互作用）分子位能（分子间相互作用）化学能化学能维持一定分子结构维持一定分子结构 原子能原子能 电磁能电磁能内能内能 移动移动转动转动振动振动储存于系统内部的能量。储存于系统内部的能量。内能内能是状态量是状态量 U U:广延参数广延参数 kJ kJ u u :比参数比参数 kJ/kg kJ/kg 内能内能总以变化量出现，内能的变化只与初终态有关，总以变化量出现，内能的变化只与初终态有关，而与过程路径无

22、关。而与过程路径无关。定义：定义：h=u+pv kJ/kg H=U+pV kJ 1、焓焓是状态量是状态量2、H为广延参数为广延参数 H=U+pV=m(u+pv)=mh h为比参数为比参数3、对流动工质，对流动工质，焓焓代表能量代表能量(内能内能+推进功推进功)对静止工质，对静止工质，焓焓不代表不代表能量能量4、物理意义：开口系中随工质物理意义：开口系中随工质流动而携带流动而携带的、取决的、取决 于热力状态的于热力状态的能量能量。某理想气体经历了一个内能不变的热力过程，某理想气体经历了一个内能不变的热力过程，则该过程中工质的焓变（则该过程中工质的焓变（）。）。A A大于零大于零 B.B.等于零等

23、于零 C.C.小于零小于零 D D不确定不确定 答案：答案：B B等于零等于零 W W Q Q一般式一般式 Q Q =d dU U +W W Q Q =U U +W W q q =d du u +w w q q =u u +w w单位工质单位工质适用条件：适用条件：1 1）任何工质）任何工质 2)2)任何过程任何过程热力学第一定律是关于热能与其他形式的能量相热力学第一定律是关于热能与其他形式的能量相互转换的定律，适用于互转换的定律，适用于()()A A一切工质和一切热力过程一切工质和一切热力过程 B B量子级微观粒子的运动过程量子级微观粒子的运动过程 C C工质的可逆或准静态过程工质的可逆或准

24、静态过程 D D热机循环的一切过程热机循环的一切过程 答案：答案：A A一切工质和一切热力过程一切工质和一切热力过程 理想气体定温膨胀，必然有理想气体定温膨胀，必然有()()。A AQ=W BQ=W BQW C.QW C.Q0 S0 C.C.S=0 S0S0 答案：答案：D.D.T=0 T=0 S0 S0 第四部分第四部分 气体性质气体性质工程热力学的两大类工质工程热力学的两大类工质 1、理想气体理想气体 可用简单的式子描述，如空调中的湿空气等可用简单的式子描述，如空调中的湿空气等2、实际气体、实际气体 不能用简单的式子描述，真实工质不能用简单的式子描述，真实工质 火力发电的水和水蒸气、制冷空

25、调中制冷工质等火力发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等1.分子之间没有作用力分子之间没有作用力 2.分子本身不占容积分子本身不占容积 但是但是,当实际气体当实际气体 p 很小很小,V 很大很大,T不太低不太低时时,即处于即处于远离液态远离液态的的稀薄稀薄状态时状态时,可视为可视为理想气理想气体体。现实中没有理想气体现实中没有理想气体1、理想气体模型及其状态方程、理想气体模型及其状态方程 当实际气体当实际气体 p 很小很小,V 很大很大,T不太低时不太低时,即即处于处于远离液态远离液态的的稀薄稀薄状态时状态时,可视为可视为理想气体理想气体。T常温常温，p7MPa的的双原子双原子分子分子理想气体

26、理想气体O2,N2,Air,CO,H2如汽车发动机和航空发动机以空气为主的如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气燃气等等三原子三原子分子（分子（H2O,CO2)一般一般不能不能当作当作理想气体理想气体特殊可以，如空调的特殊可以，如空调的湿空气湿空气，高温烟气的，高温烟气的CO2 理想气体理想气体定义：定义：是一种假想的气体，即气体分子是一些弹性的，忽是一种假想的气体，即气体分子是一些弹性的，忽略分子相互作用力，不占有体积的质点；当实际气略分子相互作用力，不占有体积的质点；当实际气体体p0，v的极限状态时的气体。的极限状态时的气体。mm1 kmol:pVR Tm kmol:npVnR T1 k

27、g :pvRTmRTpVm :kg 注意注意:Rm 与与R 摩尔容积摩尔容积V Vm m状态状态方程方程标准状况下标准状况下500(1.0132510273.15)pPaTKkmolmVm30414.22Rm通用通用气体常数气体常数mkJ8.3143 kmol KR gR气体常数气体常数 mkJ/kg.KRRMm8.3143kJ0.287kg K28.97RRM空气空气例如例如与气体种类无关与气体种类无关与气体种类有关与气体种类有关 1 1、绝对压力绝对压力2 2、温度温度单位单位 K K3 3、统一单位（最好均用统一单位（最好均用国际单位国际单位）V V=1m=1m3 3的容器有的容器有N

28、N2 2，温度为，温度为20 20 ，压力表读数，压力表读数1000mmHg1000mmHg，p pb b=1atm=1atm，求，求N N2 2质量质量。1000 1.0 28168.48.3143 20mpVMmkgR T1 1）2 2）510001.013 101.0 287601531.58.3143 293.15mpVMmkgR T3 3）51000(1)1.013 101.0 2876026588.3143 293.15mpVMmkgR T4 4）51000(1)1.013 101.0 287602.6588.3143 1000 293.15mpVMmkgR T1.分子间作用力不可

29、忽略分子间作用力不可忽略 2.分子本身容积不可忽略分子本身容积不可忽略范德瓦尔斯范德瓦尔斯(Vander Waals)方程方程:实际气体是真实气体实际气体是真实气体2、实际气体模型及其状态方程、实际气体模型及其状态方程 2mR Tapvbv引入压缩因子，实际气体方程引入压缩因子，实际气体方程:实际气体的体积与实际气体的体积与同温度同温度下理想气体的体积之比。下理想气体的体积之比。3、压缩因子、压缩因子 idmvpvzvR TmpvzR T说明说明:z是气体温度和压力的函数，是状态是气体温度和压力的函数，是状态函数，通常采用对比态定律建立的通函数，通常采用对比态定律建立的通用性图表用性图表压缩因

30、子图来确定。压缩因子图来确定。z z压缩因子法是依据理想气体计算参数修正后得压缩因子法是依据理想气体计算参数修正后得出实际气体近似参数，下列说法中不正确的是出实际气体近似参数，下列说法中不正确的是（）A Az=f(pz=f(p，t)t)B Bz z是状态的函数，可能大于是状态的函数，可能大于1 1或小于或小于1 1 C Cz z表明实际气体偏离理想气体的程度表明实际气体偏离理想气体的程度 D Dz z是是同样压力同样压力下实际气体体积与理想气体体下实际气体体积与理想气体体积的比值积的比值 答案：答案：D Dz z是同样压力下实际气体体积与是同样压力下实际气体体积与理想气体体积的比值理想气体体积

31、的比值5、对比态定律、对比态定律 在气、液相变时存在临界状态，此时相应的热力学参数。4、临界参数、临界参数 对比态定律：对于满足同一对比态方程式的各种气体，对比参数中若有两个相等，则第三个对比参数就一定相等，物质也就处于对应状态中。对比参数：各状态参数与临界状态的同名参数的比值。对比态方程：用对比参数表示的状态方程。范德瓦尔斯范德瓦尔斯 对比态方程对比态方程:28331rrrrTpvv6、理想气体的比热容、内能及焓、理想气体的比热容、内能及焓比热（比热容）比热（比热容）：单位物量的物体，当其温度变化1K或1oC时，物体与外界交换的热量。比热容qCdtc:质量比热容质量比热容 kJkg KCm:

32、摩尔比热容摩尔比热容kJkmol KC:容积比热容容积比热容3kJNmKCm=Mc=22.414CokJkgCokJkmolC3okJNmCTs(1)(2)1 Kc1c2qCdt用的最多的某些特定过程的比热容用的最多的某些特定过程的比热容定容比热容定容比热容定压比热容定压比热容1、cv 和和 cp ，过程已定，过程已定,可当作可当作状态量状态量。2、推导推导没有没有用到用到理想气体理想气体性质性质3、h、u、s的计算要用的计算要用cv 和和 cp。vv()ucT适用于适用于任何气体任何气体。pp()hcTcv物理意义物理意义：v 时时1kg工质升高工质升高1K内能的增加量内能的增加量cp物理意

33、义物理意义：p 时时1kg工质升高工质升高1K焓的增加量焓的增加量vTvTd()d()dd()duuuuTvcTvTvv理想气体，任何过程理想气体，任何过程理想气体理想气体 实际气体实际气体(,)uf T vvv()ucT()uf Tvdduc T理想气体或实际理想气体或实际气体定容此项气体定容此项0理想气体一切过程或者实际气体定容过程：理想气体一切过程或者实际气体定容过程：2211,()vvvduc dTuc dTuc TT 当气体温度不太高且变化范围不大，或计算精度要求当气体温度不太高且变化范围不大，或计算精度要求不高时，可将比热容近似看作不随温度而变的定值。不高时，可将比热容近似看作不随

34、温度而变的定值。答案：空气视为双原子理想气体答案：空气视为双原子理想气体 C.1010J/(kg.K)C.1010J/(kg.K)把空气作为理想气体，当其中02的质量分数为21%，N2的质量分数为78%，其他气体的质量分数为1%，则其定压比热容cp为（)。A.707J/(kg K)B.910J/(kg K)C.1010J/(kg.K)D.1023J/(kg K)pTpTd()d()dpd()dphhhhTcTTpp理想气体，任何过程理想气体，任何过程理想气体理想气体 实际气体实际气体(,)hf T ppp()hcT()hf Tpddhc T理想气体或实际理想气体或实际气体定压此项气体定压此项0

35、理想气体一切过程或者实际气体定压过程：理想气体一切过程或者实际气体定压过程：2211,()pppdhc dThc dThc TT 6、混合气体、混合气体 由相互不发生化学反应的理想气体组成，其中每一组元的性质如同它们单独存在一样，因此整个混合气体也具有理想气体的性质。混合气体的性质取决于各组元的性质与份额。如燃气，空气,等1iiiimgmmmg1iiiiVrVVVr1iiiixnnnnx 1 1、由摩尔质量定义，混合物折合摩尔质量为：、由摩尔质量定义，混合物折合摩尔质量为：2 2、混合物的折合气体常数为：、混合物的折合气体常数为：121122iiimmmx Mx Mx MmMnnn112211

36、nniiiiiiiiMx Mx Mx Mx MrM111nnmiimnimmiiiiiRmn RRnRMRg RMmmmP=piGas 1V,T+p1Gas 2V,Tp2Gas iV,Tpi=Gas mixtureV,TP=pi道尔顿定律道尔顿定律理想气体混合物的压力等理想气体混合物的压力等 于各组成气体分压力之和于各组成气体分压力之和V=ViGas 1p,T+V1Gas 2p,TV2Gas ip,TVi=Gas 1p,TV1Gas 2p,TV2Gas ip,TViGas mixturep,TV=Vi亚美格定律亚美格定律理想气体混合物的体积等理想气体混合物的体积等 于各组成气体分体积之和于各组

37、成气体分体积之和第五部分第五部分 理想气体基本热力理想气体基本热力 过程及气体压缩过程及气体压缩研究热力学过程的目的与方法研究热力学过程的目的与方法目的目的提高热力学过程的热功转换效率提高热力学过程的热功转换效率热力学过程受外部条件影响热力学过程受外部条件影响 主要研究外部条件对热功转换的影响主要研究外部条件对热功转换的影响利用外部条件利用外部条件,合理安排合理安排过程过程，形成最佳，形成最佳循环循环对已确定的对已确定的过程过程，进行，进行热力计算热力计算研究热力学过程的对象与方法研究热力学过程的对象与方法对象对象1)参数参数(p,T,v,u,h,s)变化变化2)能量转换关系能量转换关系,q,

38、w,wt方法方法1)抽象分类抽象分类 2)可逆过程可逆过程 (不可逆再修正不可逆再修正)pvsTn基本过程基本过程研究热力学过程的依据研究热力学过程的依据2)理想气体理想气体p pvv()()cpvRTccRkcuf Thf T3)可逆过程可逆过程t wpdvwvdp qTds 1)热一律热一律tqduwdhwswzgchq221稳流稳流研究热力学过程的步骤研究热力学过程的步骤1)确定确定过程方程过程方程-该过程中参数变化关系该过程中参数变化关系(),(),()pf vTf pTf v5)计算计算w,wt,q4)求求shu,3)用用T-s 与与 p-v 图表示图表示2)根据已知参数及根据已知参

39、数及过程方程过程方程求求未知未知参数参数1 1、定容、定压、定温和定熵过程、定容、定压、定温和定熵过程工质比体积保持不变的过程工质比体积保持不变的过程过程方程：过程方程：v常量常量由：由：pvRT得：得：2211TpTpv()?dTdsT斜率斜率上凸上凸?下凹？下凹？vTdsc dTpdvsTvpvTcvn n vv021w21 2211dvquuc T 加给气体的热量并未转变为机械能，全部用于加给气体的热量并未转变为机械能，全部用于增加气体的内能。增加气体的内能。21()vuc TT 21()phc TT 2lnvTscT 2211TvTv工质压力保持不变的过程工质压力保持不变的过程过程方程

40、：过程方程：p常量常量由：由：pvRT得：得：vv0n p()?dTdsT斜率斜率上凸上凸?下凹？下凹？sTvpppTc0n ppn n pvcc21 221211d()()wp vp vvR TT21 2211dpqhhcT 加入（或放出）的热量等于初、终状态的焓差。加入（或放出）的热量等于初、终状态的焓差。21()vuc TT 21()phc TT 2lnpTscT 1 122p vp v工质温度保持不变的过程工质温度保持不变的过程过程方程：过程方程：T常量常量由：由：pvRT得：得：0n T()?dpdvp斜率斜率上凸上凸?下凹？下凹？pvCsTvpppv 0n pT0pdvvdpn n

41、 vv1n TT1n 定温膨胀时吸热量全部转换为膨胀功；定温定温膨胀时吸热量全部转换为膨胀功；定温压缩时消耗的压缩功全部转换为放热量。压缩时消耗的压缩功全部转换为放热量。0u 0h 2112lnlnvpsRRvp 2211 211112dlnlnvpwp v RTRTvp2211 21 211112dlnlnvpqwp v RTRTvp工质与外界没有热交换的过程，称为工质与外界没有热交换的过程，称为绝热过程，可逆绝热过程即为定熵过程。绝热过程，可逆绝热过程即为定熵过程。过程方程：过程方程：s常量常量由：由：pvRT得：得：()()=vvvvvpvpvqdupdvc dTpdvc dpdvRc

42、vdpcR pdvpdvvdpcpdvRRRc pdvc vdpRRvp0dpdvdsccpvconstk constpvk三个条件三个条件:(1)(1)理想气体理想气体 (2)(2)可逆过程可逆过程 (3)(3)k k 为常数为常数pvckc0dpdvkpv当当lnlnpkvconst0ds理想气体理想气体p,v,T关系式关系式1 122kkp vp v2112()kTvTv12211()kkTpTp空气进行可逆绝热压缩，压缩比为6.5，初始温度为27，则终了时气体温度可达()A.512K B.450K C.168 D.46 答案：答案：D.460n sTvpp0n psn n vv1n T

43、T1n nksnks?sdpdvCpvkkpv0)(kpvd10kkkpvdvv dpT()dppdvv 定熵膨胀时，膨胀功等于工质内能的减量；定熵定熵膨胀时，膨胀功等于工质内能的减量；定熵压缩时，消耗的压缩功等于工质内能的增量。压缩时，消耗的压缩功等于工质内能的增量。0s 1 20q211 2221 111()11kkccwpdvdvvp vp vvkk21()vuc TT 21()phc TT 过程方程过程方程constpvnn是常量，是常量，每一过程有一每一过程有一 n 值值nn=ksnvvpp)(211212112)(nvvTTnnppTT11212)(2 2、多变过程、多变过程0n

44、sTvpp0n pn n vv1n TT1n nksnks1221221-21-2多变膨胀、吸热降温；多变膨胀、吸热降温；1-21-2多变压缩、放热升温多变压缩、放热升温Cpvk0)(kpvd工质进行了一个吸热、升温、压力下降的多变过程，则多变指数()。A.0n1 B.lnk D.n 答案：答案：A.0n1A.0nW*BWsW*CWs=Ws D三种情况均可 答案：答案：B.B.WsW*(1)、特别快，来不及换热。特别快，来不及换热。(2)、特别慢，热全散走。特别慢，热全散走。(3)、实际压气过程是实际压气过程是 kn 12p1p1T2n2s2pvT2n21Ts2p1ps2sTnnk1n 2p1

45、p1T2n2s2pvT2n21Ts2p1ps2tTtntswww2T2n2svvvTns0qqq12T2n2sTTTT2p1p1T2n2s2pvT2n21Ts2p1ps21tT12lnpwRTpn 12ntn111()1npwRTnp12ts111()1kkkpwRTkp最小最小重要启示重要启示避免活塞与进排气避免活塞与进排气阀碰撞，留有阀碰撞，留有空隙空隙pV1234CV余隙容积余隙容积12压缩过程压缩过程23排气，状态未变排气，状态未变34残留气体膨胀残留气体膨胀41进新气，状态未变进新气，状态未变4 4、余隙、余隙活塞排量活塞排量pV1V3VCV1234V研究研究VC对对耗功耗功和和产气

46、产气量量的影响的影响h13VVV14VVV新气量新气量产气量产气量11pVmRT有效吸气容积有效吸气容积pV1V3VCV1234V设设12和和43两过程两过程n相同相同12t111134441111nnnnnpWpVnppnp Vnp56功功面积面积12341面积面积12561面积面积4356423pp14pp2p1p1p1111pVm RTpV1V3VCV1234V12t1141()11nnnpWp VVnp11pVmRT121111nnnppVnp1t2t1111nnWnpwRTmnp余隙对单位产气余隙对单位产气量耗功不影响量耗功不影响pV1V3VCV1234V14Vh13VVVVVVCh

47、VcV定义定义容积效率容积效率433413133111VVVVVVVVV 33VV令令余隙比余隙比1132V411111nnppccpp 工程上一般工程上一般0.030.08活塞式压气机余隙的存在会使()A容积效率降低，单位质量工质所消耗的理论功减小B容积效率不变，单位质量工质所消耗的理论功减小C容积效率降低，单位质量工质所消耗的理论功不变D容积效率不变，单位质量工质所消耗的理论功也不变 答案：答案：C.C.容积效率降低，单位质量工质所消耗的理论功不变5 5、两级压缩中间冷却分析、两级压缩中间冷却分析储气罐冷却水高压缸低压缸进气口123452p1p12pp有一个最佳增压比有一个最佳增压比pv

48、省功省功123454p1ppv 省功省功IIIt(n)t(n)www分级n-12n11n-14n331()11()1npRTnpnpRTnpn-1n-124nn1122()()1nppwRTnpp分级2p2412pppp123454p1ppv 省功省功n-1n-124nn1122()()1nppwRTnpp分级欲求欲求w分级分级最小值，最小值，20wp分级412ppp 2p1424111pp ppppppp终初可证明可证明若若m级级mpp终初最佳增压比最佳增压比压气机采用三级压缩，pl是压气机第一级进口压力，p4是最后一级的出口压力，则最佳压力比为()。A.B.C.D.答案：答案：B.B.41

49、3p341/pp41/pp441/pp341/pp123454p1ppvTs2p1p2p4p123456645TT 润滑油要求润滑油要求t100不可能不可能 t=100不可能不可能2 2、卡诺循环与卡诺定理、卡诺循环与卡诺定理法国工程师卡诺法国工程师卡诺 (S.Carnot)，1824年提出年提出卡诺循环卡诺循环热二律奠基人热二律奠基人效率最高效率最高卡诺循环示意图4-14-1定熵压缩定熵压缩过程，对内作功过程，对内作功1-21-2定温吸热定温吸热过程，过程，q q1 1=T T1 1(s s2 2-s s1 1)2-32-3定熵膨胀定熵膨胀过程，对外作功过程，对外作功3-43-4定温放热定温

50、放热过程，过程，q q2 2=T T2 2(s s2 2-s s1 1)卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成，卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成，过程的条件是过程的条件是()()A A绝热过程必须可逆，而等温过程可以任意绝热过程必须可逆，而等温过程可以任意 B B所有过程均是可逆的所有过程均是可逆的 C C所有过程均可以是不可逆的所有过程均可以是不可逆的 D D等温过程必须可逆，而绝热过程可以任意等温过程必须可逆，而绝热过程可以任意 答案：答案：B B所有过程均是可逆的所有过程均是可逆的一热机按某种循环工作，自热力学温度为一热机按某种循环工作，自热力学温度为T1 T1=2000K=2