1、工程热力学课件第四章理想气体的热力过程Idealgasthermodynamicprocess41研究热力过程的目的及一般方法一、基本热力过程(fundamentalthermodynamicprocess)41）目的：以第一定律为基础，理想气体为工质，分析可逆的基本力程中能量、关系，揭示程中工状参数的化律及量和功量的算2）方法和手段求出过程方程及计算各过程初终态参数。根据第一定律及理想气体性质计算过程中功和热。画出过程的p-v图及T-s图，帮助直观分析过程中参数间关系及能量关系。二、研究热力过程的目的、方法5可用的公式4-2 4-2 定容过程定容过程比体积保持不变时系统状态发生变化所经历的过
2、程过程方程：v常量过程中状态参数之间的关系：由：可得：熵变：当比热为定值时：定容过程在状态参数坐标图上的表示：T-s图上的斜率：TheConstant-VolumeProcess过程中能量转换关系：即系统接受的热量全部用于增加系统的热力学能。当比热为定值时： 轴功：dv=04-34-3定压过程定压过程压力保持不变时系统状态发生变化所经历的过程过程方程：p=常量过程中状态参数之间的关系：由：可得：熵变：当比热为定值时：定压过程在状态参数坐标图上的表示：T-s图上的斜率：定压过程中能量转换关系系统的容积变化功：轴功：系统接受的热量：当比热为定值时：q=dh-vdp4-4 4-4 定温过程定温过程温
3、度保持不变时系统状态发生变化所经历的过程过程方程及状态参数之间的关系：熵变：当比热为定值时：定温过程在状态参数坐标图上的表示：过程中能量转换关系定温过程系统所作的容积变化功为：稳定流动的开口系统，若其工质的流动动能和重力位能的变化可以忽略不计，则按定温过程方程式，定温过程中系统所作的轴功为：即定温过程中系统轴功等于容积变化功热量：定温过程中系统的热力学能及焓均不变化，因而有即定温过程中系统吸收的热量等于系统所作的功。q=dh-vdpq=du+pdv4-54-5 绝热过程绝热过程系统与外界不发生热量交换时所经历的过程。对于无功耗散的准静态绝热过程即为定熵过程，因此有：一、定值比热容情况下绝热（定
4、熵）过程的分析由熵变关系式，有：整理可得：即：因此有：对于理想气体：过程方程绝热过程在状态参数坐标图上的表示：状态参数之间的关系：由有可得又由得到能量转换关系热量：容积变化功：当比热为定值时：开口系统，若忽略动能及重力位能的变化，轴功可表示为：由，可得因此有4-64-6 多变过程多变过程各种热力过程，其过程方程式通常都可以表示为下述形式：前述的四种典型过程均为多变过程的一个特例：多变过程在状态参数坐标图上的表示。n顺时针方向增大。两图的过程线和区间一一对应。dv0,功量为正。ds0,热量为正。dT0du0，dh0。n=0pv0=p=常量定压过程；n=1pv=常量定温过程；n=pv=常量绝热过程
5、；n= p1/nv= p0v= v=常量定容过程.多变过程的熵变：即多变过程的容积变化功：多变过程的热量：即按比热与热量之间的关系，上式可写为对比上面二式，可得多变比热容为多变过程的轴功：多变过程，因此有 即多变过程的轴功等于容积膨胀功的n倍，由此可得：例题：0.5kmol某种单原子理想气体，由25c，2m3可逆绝热膨胀到1atm，然后在此状态的温度下定温可逆压缩回到2m3。1）画出各过程的p-v图及T-s图；2）计算整个过程的Q，W，U，H及S。2）先求各状态参数解：1）等温过程：热量=膨胀功=技术功22八、关于T-s图及p-v图1、在p-v图上确定T增大及s增大方向在T-s图上确定p增大及
6、v增大方向利用特殊过程的特性，如利用过程的能量关系，如023242、在T-s图上用图形面积表示u和h例：ha-hb用什么面积表示?考虑过程等压c依据：a）T-s图上过程下面积表示qb）qp=h，qv=ua例题：如图，某种理想气体有两任意过程a-b和a-c，已知b，c在同一可逆绝热线上，试问：uab和uac哪个大？解：（方法一）过b、c分别作等温线（方法二）考虑过程b c例题：某理想气体经历4个过程，如T-s图1）将各过程画在p-v图上；2）指出过程加热或放热，膨胀或压缩。解：1-31-21-41-5例题：封闭气缸中，气体初态p1=8MPa，t1=1300，经过可逆的多变膨胀过程变化到终态p2=
7、0.4MPa，t2=400。已知该气体的气体常数Rg=0.287kJ/kgk，试判断气体在该过程中各是放热还是吸热的？（比热为常数cV=0.716kJ/kgk）解：1到2是可逆多变过程，对初，终态用理想气体状态方程式有所以多变指数多变过程膨胀功故是吸热过程 1 绝热过程是否一定是定熵过程？ 2 定熵过程的过程方程式是否一定是pvk常量？ 3 是否所有的热力过程都是多变过程？ 4 试根据p-v图上四种基本热力过程的过程曲线的位置，画出自点1出发的下述过程的过程曲线，并指出其变化范围： (1)热力学能增大及热力学能减小的过程； (2)吸热过程及放热过程。 5 试根据T-s图上四种基本热力过程的过程曲线的位置，画出自点1出发的下述过程的过程曲线，并指出其变化范围： (1)膨胀作功的过程及压缩耗功的过程； (2)压力升高的过程及压力降低的过程。思思 考考 题题 6 如图4-8所示，1-2及1-3为两个任意过程，而2-3为一多变过程。试问：当多变过程的多变指数n0.9或n1.1时，1-2和1-3两过程的热力学能的变化u1,2和u1,3哪一个大？
