工程热力学 课件 第四章 理想气体的热力过程.ppt

第四章理想气体的热力过程研究热力过程的一般方法
工质热力状态的变化规律及能量转换状况与是否流动无关，对于确定的工质只取决于过程特征

根据过程特点，利用状态方程式及第一定律解析式得出过程方程式p=f(v)

借助过程方程式并结合状态方程式，找出不同状态时状态参数间的关系，从而由已知初态确定终态参数，或者反之

在p-v图和T-s图中画出过程曲线，直观地表达过程中工质状态参数的变化规律及能量转换情况
确定工质初、终态比热力学能、比焓、比熵的变化量。对于理想气体，不论过程是否可逆，都可按下列公式计算：
变比热容时

定值比热容时确定1kg工质对外作出的功和过程热量
各种可逆过程的膨胀功都可由计算
各种可逆过程的技术功都可由计算
过程热量可按计算
定容过程和定压过程还可按比热容乘以温差计算
定温过程可由温度乘以比熵差计算4-2定容过程
定容过程
定容过程即比体积保持不变的过程，过程方程式为v=定值
初、终态参数间的关系根据v=定值和pv=RgT得出
，
定容过程中气体的压力与热力学温度成正比
定容过程曲线在p-v图上是一条与横坐标垂直的直线，在T-s图上是一条对数曲线
定容过程的熵变量在T-s图上定容吸热过程线1-2指向右上方，是吸热升温增压过程，定容放热过程线1-2'指向左下方，是放热降温减压过程定容过程的过程功、过程热量和技术功
定容过程的过程功为零，即

过程热量由热力学第一定律得出

定容过程的技术功

定容过程中工质不输出膨胀功，加给工质的热量全部用于增加工质的热力学能并使温度升高，此结论由热力学第一定律推得，适用于任何工质
4-3定压过程
定压过程
定压过程是工质在状态变化过程中压力保持不变的过程，过程方程式为p=定值
初、终态参数间的关系根据p=定值和pv=RgT得出
，
定压过程中气体的比体积与绝对温度成正比
定压过程曲线在p-v图上是一水平直线，在T-s图上也是一条对数曲线，但较定容线平坦
定压过程的熵变量定压过程1-2是吸热升温膨胀过程，1-2'是放热降温压缩过程在T-s图上定压过程曲线较定容过程曲线平坦
对于可逆定容过程，由于
，，
得

对于可逆定压过程，由于
，，
得

因为所以

定容线和定压线均为正斜率对数曲线定压过程的过程功、过程热量和技术功
定压过程的过程功为

对于理想气体，定压过程的过程功为
或

理想气体的气体常数Rg数值上等于1kg气体在定压
过程中温度升高1K所作的膨胀功，单位为J/(kg·K)

过程热量由热力学第一定律得出

或

任何工质在定压过程中吸入的热量等于焓增，放
出的热量等于焓降
定压过程的技术功

工质按定压过程流过换热器等设备时，不对外作
技术功，，为流
动功，热能转化的机械能全部用来维持工质流动
上述过程功、过程热量和技术功的计算式由过程功
定义和热力学第一定律导出，对任何工质都适用
对于理想气体，过程热量还可由下式计算

与前式比较可得

上式表明，同样温度范围内的平均比定压热容与平
均比定容热容之间的关系也遵守迈耶公式4-4定温过程
定温过程
定温过程是工质在状态变化过程中温度保持不变的过程，T=定值，过程方程式为pv=定值
初、终态参数间的关系根据T=定值和pv=RgT得出
，
定温过程中气体的压力与比体积成反比
定温过程线在p-v图上是一条等轴双曲线，在T-s图上则为水平直线
图4-4定温过程的热力学能、焓和熵变量
理想气体的热力学能和焓都只是温度的函数
，
定温过程的熵变量为

定温过程的过程功、过程热量和技术功
定温过程的过程功为
过程热量为

理想气体定温过程的热量qT和过程功数值相等，正负
相同。
定温膨胀时的吸热量全部转变为膨胀功，定温压缩时
消耗的压缩功全部转变为放热量
技术功为

理想气体定温稳定流经开口系时技术功wT与过程
热量qT相同，流动功(p2v2-p1v1)为零，吸热量全部
转变为技术功
上述过程功、过程热量和技术功的计算公式及过程方程式只适用于理想气体

4-5绝热过程
绝热过程
绝热过程是状态变化的任何一微元过程中系统与外界都不交换热量的过程，即δq=0，全部过程与外界交换的热量也为零，即q=0
可逆绝热过程又称为定熵过程
可逆绝热时δqrev=0，故

s=定值
过程方程式
对理想气体，可逆过程热力学第一定律解析式为
或
绝热过程，得

比热容比

设比热容为定值，则γ也为定值，得

定熵过程方程式为
微分形式

定熵指数为

对于理想气体，定熵指数等于比热容比γ，数值
可由附表3查得初、终态参数的关系
将初、终态的p、v、T参数代入过程方程及状态方程，整理得

，

当初、终态温度变化范围在室温到600K之间时，将比热容比或定熵指数作为定值误差不大
若温度变化幅度较大，则用平均定熵指