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第四章 理想气体热力过程及气体压缩

h cp dT
焓变化
熵变化
s
2 1
2
1
dT v2 cv R ln T v1
2 2 dT p2 dv dp cp R ln cp cv 1 1 T p1 v p
2014年5月3日
理想气体基本过程的w
p
T s
w pdv pv
RT v2 w pdv dv RT ln q T s v v1 q u w k 1 R RT1 p2 k w pdv (T1 T2 ) 1 k 1 k 1 p1 w pdv 0
1
w12 pdv
2-3:排气,传输推动功p2v2 压气机耗功:
2014年5月3日
二、单级活塞式压气机理论压气轴功
• 假定活塞在左死点时,活塞 与汽缸盖之间没有余隙存在, 整个气缸容积均为工作容积。 还假定压缩过程是可逆的, 气体流过进、排气阀时没有 阻力损失,气缸中排气压力 等于储气罐压力。 • 以上假定工作条件下的压气 机工作过程,称为理论压气 过程。理论轴功为图中面积 12301。
• 用气筒快速给自行车打气,气 筒为什么会发热?用湿毛巾包 在打气筒外壁,会有什么作用?
2014年5月3日
活塞式压气机的压气过程
目的:研究耗功,越少越好 指什么功 技术功wt
p
2
1
理论压气功(可逆过程)
2014年5月3日
v
一、单级活塞式压气机工作原理
0-1:吸气,传输推动功p1v1 1-2:压缩,耗外功 2
h>0 q>0 u> 0 p w>0
q Tds
T
qw
T
h>0 u>0
n0
n 1 wt>0
w>0
n0
wt>0
n
2014年5月3日
n 1
nk
n
q>0
nk
v
s
u,h,w,wt,q在p-v,T-s图上的变化趋势
h>0 q>0 u> 0 p w>0
u↑,h ↑(T ↑) w ↑(v ↑) wt ↑(p ↓) q ↑(s ↑)
p1
2014年5月3日
T1 T2T T2n T2s
T
2T 2n
2s
p2 p1
1
1
v
s
三种压气过程功的计算
最小 重要启示
p
2 n 2s
T
2n
2s
2014年5月3日
v
s
例9-1
例题
1、 叶轮式压缩机,氮气进口参数p1=0.0972MPa,t1=20℃, 出口压力p2=311.11kPa,进口处氮气流量 qV 113.3m3 / min 压气机绝热效率c,s=0.80,略去进出口动能差和位能差, 求: 1)压气机定熵压缩的耗功量; 2)实际耗功量; 已知氮气:
q w wt
cp 的定义
T
s v
q0
q u cv T
cv 的定义
2014年5月3日
理想气体基本过程的p-v,T-s图
p ( dT ) ? T p
ds
cp
上凸?下凹?
p
p
Tds cp dT vdp
T
n0
T
斜率
n0
p
v
2014年5月3日
s
理想气体基本过程的p-v,T-s图
• 作业: • 习题4-2
2014年5月3日
§4-3 理想气体的多变过程
过程方程
n是常量, 每一过程有一 n 值 初终态关系 n
2014年5月3日
每课一题
• 乒乓球打瘪了,放在热水里为 什么会鼓起来?
2014年5月3日
理想气体 n u, h, s的计算
状态参数的变化与过程无关
内能变化
2)
P
' s ,t
Ps ,t
c,s
15178kJ/min 18972.5kJ/min 316.21kW 0.8
2014年5月3日
§4-5 活塞式压气机的余隙影响
p 避免活塞与进排气 阀碰撞,留有空隙 余隙容积 VC 1 2
• 作业: • 习题4-4、4-6
2014年5月3日
§4-4
压气机的理论压缩轴功
生活中:自行车打气。 压气机 工业上:锅炉鼓风、出口引风、 作用 炼钢、燃气轮机、制冷空调等等 型式 结构 压 力 范 围
2014年5月3日
活塞式(往复式) 离心式 叶轮式连续流动 轴流式 通风机 鼓风机 压缩机
每课一题
cn cn 0
p
T
pv RT (3) 当 n = k pv const s C
k
1 n
s
v
c c 基本过程是多变过程的特例 n v (4) 当 n = p v const v C
2014年5月3日
理想气体的基本过程
过程方程
p
s
T C v
T v
pv C
T p
n
v
T
v
n0
n 1
n0 n 1
T p
n
v
2014年5月3日
s
理想气体基本过程的p-v,T-s图
s
dp kp ( dp ) p ( )s T v dv v dv
p T
p
s v
T
n0
n 1
s v
n0
T p
n
nk
n 1
n
2014年5月3日
nk
v
s
2014年5月3日
可能的压气过程
(1)、特别快,来不及换热。 s (2)、特别慢,热全散走。 T (3)、实际压气过程是
nk n 1 1 n k
2s
n
T
2n
1
2014年5月3日
1
s
三种压气过程的参数关系
wtT wtn wts
v2T v2n v2s
p 2 2 2 n T s p2
边膨胀,边放热
1 n13 且T3 T1及s3 s1 1-3:
边压缩,边放热
2014年5月3日
1-4: 0 n14
且T4 T1及s4 s1
边膨胀,边吸热
1-5: 1 n15
边膨胀,边吸热,边降 温
且T5 T1及s5 s1
2014年5月3日
p
T dT v ( )v ? cv ds
Tds cv dT pdv cp cv
上凸?下凹? T 斜率
v p
n
T
dT T ( )p ds cp
v
n0
n0
p
n
v
2014年5月3日
s
理想气体基本过程的p-v,T-s图
p
pv C pdv vdp 0 dp p T ( )T ? 上凸?下凹? p 斜率 dv v
主要研究外部条件对热功转换的影响 利用外部条件, 合理安排过程,形成最佳循环 对已确定的过程,进行热力计算
2014年5月3日
参数会计算,就可以研究能量转换的过程 1) 参数 ( p, T, v, u, h, s ) 变化 对象 2) 能量转换关系, q , w, wt 1) 抽象分类 方法
P、T、V、S
焓变化
熵变化
2014年5月3日
理想气体 n w,wt ,q的计算
多变过程比热容
2014年5月3日
多变过程与基本过程的关系
n p T s v
n k pv n const cn n 1 cv
0
k 1cn n cv 1 1 n
(1) 当 n = 0 pv const p C cn kcv cp (2) 当 n = 1 pv1 const T C
第四章 理想气体热力过程 及气体压缩
2014年5月3日
本章重点
熟练掌握定容、定压、定温、绝 热、多变过程中状态参数p、v、 T、u、h、s的计算,过程量Q、W 的计算,以及上述过程在p-v 、 T-s图上的表示。
2014年5月3日
• 目的:
• 研究外部条件对热能和机械能转换的影 响,通过有利的外部条件,达到合理安 排热力过程,提高热能和机械能转换效 率的目的。
2014年5月3日
理想气体 u, h, s的计算
状态参数的变化与过程无关
热力学能变化 焓变化
熵变化
2014年5月3日
理想气体s的计算
若定比热
2014年5月3日
§4-2 可逆绝热过程(等熵)
系统与外界没有热量交换 过称为可逆过程
2014年5月3日
理想气体的等熵过程
可逆 绝热
s
说明: (1) 不能说绝热过程就是等熵过程, 必须是可逆绝热过程才是等熵过程。 (2) 不仅 s 0 , ds 0 s 处处相等
n 1
n 1
n
2014年5月3日
nk
n
nk
v
s
w在p-v,T-s图上的变化趋势
h>0 p u>0
w pdv
w>0
T
h>0 u>0
n0
n 1
T2 v1 k 1 ( ) T1 v2
w>0
n0
n 1
n
2014年5月3日
nk
n
nk
v
s
q在p-v,T-s图上的变化趋势
T
h>0 u>0
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