第4章-工质的热力过程.ppt

第4章

工质的热力过程

;本章以热力学第一定律为基础，工质为理想气体或者实际气体，可逆过程为前提，分析研究不同热力过程中能量转换关系。;4.1分析热力过程的目的及一般方法

;实际热力过程十分复杂，并都是不可逆过程，某些常见热力过程往往近似具有某一简单的特征，近似地概括为4种典型过程：定容、定压、定温和绝热过程。

为使问题简化，将实际过程看做可逆过程，采用简单的热力学方法分析计算。再借助一些经验系数进行修正不可逆耗损。;4.1.2热力过程应解决的问题、采用的方法及步骤;4.2典型可逆热力过程分析;可逆定容过程的熵变量可简化为Δsv=cvlnT2/T1，定值比热容的可逆定容过程在T-s图上是一条对数曲线。;比容不变，dv=0，可逆的定容过程的过程功w为零：;可逆定容过程的热量q或热力学能差Δu与定容比热关系：;有2.3千克的CO，初态T1=477K，p1=0.32MPa，经可逆定容加热，终温T2=600K，设CO为理想气体，比热容为定值，摩尔质量M=28.01×10?3kg/mol，求ΔU、ΔH、ΔS，过程功及过程热量。;4.2.2可逆定压过程

;;;可逆定压过程的热量或焓差采用定压比热容计算：;遵守迈耶公式

当t2-t1为无穷小量dt时，相应的比热容是温度为t时的真实比热容cp、cv，即为迈耶公式。;甲烷CH4的初始状态p1=0.47MPa，T1=393K，经可逆定压冷却对外放出热量4110.76J/mol，CH4的摩尔质量M=16.04×10-3kg/mol，试确定其终温及1molCH4的热力学能变化量ΔUm、焓变化量ΔHm。设甲烷的比热容近似为定值，cp=2.3298kJ/(kg·K)。;4.2.3可逆定温过程

;;可逆定温过程的熵变量Δs12为：

Δs12=Rgln(v2/v1)=-Rgln(p2/p1);可逆定温过程技术功wt：;4.2.4可逆绝热过程

;（1）过程方程式;（2）初、终态参数的关系;温度变化幅度较小时，可逆绝热指数k可看成定值。

温度变化幅度较大时，为减少计算误差，采用平均可逆绝热指数kav来代替：;（3）可逆绝热过程在p-v图和T-s图上的表示;（4）过程中能量的传递和转换;对于定值热容理想气体绝热过程：;q=Δh+wt，q=0

绝热稳流过程的技术功wtwt=-Δh=h1-h2;对于定值比热容理想气体：;当利用pvk＝常数，以及由此而推得的其它结论，对可逆绝热过程进行数值计算时，由于把比热当作定值，计算结果往往不够难确，尤其是当过程初、终温度变化范围较大时，有较大的误差。因此，在热力发动机要求难确度很高的设计计算中，现在一般应用图表计算法，而不应用这些公式。;试由导出理想气体进行可逆绝热过程时过程功和技术功的计算式。;氧气O2由t1=40℃，p1=0.1MPa被压缩到p2=0.4MPa，试计算压缩1kg氧气消耗的技术功（氧气摩尔质量M=32.0×10?3kg/mol）：

（1）按定温压缩；

（2）按绝热压缩，设为定值比热容；

（3）将它们表示p—v图和T—s图上，试比较两种情况技术功大小。;（2）按绝热压缩;（3）将消耗的技术功表示p—v图和T—s图上，比较两种情况技术功大小。;例题4.1;[解]因刚性容器有一小孔与大气相通，故电热丝对刚性容器加热过程近似为压力不变过程，过程中刚性容器内空气压力p不变，且容器容积V不变。则加热过程每一时刻容器内空气质量m=pV(RgT)，因初态时m1=pV(RgT1)，

m=m1T1/T。;例题4.2;[证明]设该理想气体的质量为m，定压比热容为cp、定容比热容为cv。;例题4.3;[解]将空气取作闭口系统;②对可逆绝热过程1-2s，由可逆绝热过程参数间关系，可得：;四种热力过程的比较;4.3可逆多变热力过程分析

;4.3.1多变过程及过程方程式;4.3.2初、终态参数的关系;4.3.3.?u、w、wt、h及qn;对于稳流开口系统，技术功wt：;过程热量qn（理想气体、可逆）：;某气缸中空气初始参数p1=8MPa，t1=1300℃，进行了一个可逆多变过程，终态p2=0.4MPa，t2=400℃，空气的气体常数Rg=0.287kJ/(kg·K)，分别按下列两种方法计算，判断空气该过程是放热还是吸热？

（1）按定值热容，cv=0.718kJ/(kg·K)

（2）比热容是温度的线性函数