第四章 理想气体的热力过程及气体压缩.ppt

1、第四章 理想气体的热力过程及气体压缩,本章目录,4.1 研究热力过程的目的及一般方法,4.2 定容、定压和定温过程,4.3 定熵过程,4.4 多变过程,4.5 压气机的热力过程,4.6 活塞式压气机余隙容积的影响,4.7 多级压缩及中间冷却,（1）过程方程、状态参数间的关系,（2）热力过程在坐标图上表示,（3）过程u、 h和s,（4）过程中的功量和热量,对每个热力过程，都是从以下几方面来分析的：,1、研究热力过程的目的 实现预期的能量转化，合理安排热力过程，从而提高动力装置的热经济性。 对确定的过程，也可计算热、功多少。,4.1 研究热力过程的目的及一般方法,5,2、研究热力过程的步骤,求出过

2、程方程p=f(v)及计算各过程初、终态参数。,确定过程中功和热转化的数量关系。,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。,计算过程中的内能、焓、熵的变化,3、研究热力过程的方法和依据,热一律解析式，可逆过程,理想气体性质,(2) 理想气体,(1)热一律,(3)可逆过程,8,4.2 定容、定压和定温过程,1、定容过程（v=常数）,（1）状态参数间的关系,（2）热力过程在坐标图上表示,9,（3）定容过程u、 h和s,（4）定容过程中的功量和热量,11,2、定压过程（p=常数）,（1）状态参数间的关系,（2）热力过程在坐标图上表示,12,定容过程：,定压过程：,定容线

3、的斜率大于定压线的斜率，即定容线比定压线陡。,（3）求定压过程u、 h和s,（4）求定压过程中的热量和功量,15,3、定温过程,（1）状态参数间的关系,（2）热力过程在坐标图上表示,？,16,（3）求定温过程u、 h和s,17,（4）求定温过程中的热量和功量,4.3 定熵过程,绝热,可逆,说明: 不能说绝热过程就是定熵过程, 必须是可逆绝热过程才是定熵过程。,1、定义,S,2 定熵过程方程,如果近似的把比热容当作定值，则比热容比也是定值。,3、理想气体 s 的各参数之间的关系,21,4、等熵过程在坐标图上表示,理想气体可逆绝热膨胀时，p和T都降低。,22,5、等熵过程u、 h和s,23,6、等

4、熵过程w，wt和q,或,0,24,0,25,4.4 多变过程,1、过程方程,n多变指数，不同的多变过程有不同的n值，每个n值代表一个多变过程。其中当n取以下几种数值时，将代表理想气体的四个典型热力过程。,(1) 当 n = 0时 ，,(2) 当 n = 1时 ，,(3) 当 n = k时 ，,(4) 当 n = 时 ，,p,T,S,V,26,2、多变指数n的求取,已知多变过程线上两点,27,3、多变过程的分析,（1）初、终参数关系式,（2）多变过程膨胀功,（3）多变过程技术功,28,（4）多变过程的热量及多变比热容,对于理想气体：,多变比热容,任何工质、任何过程,29,（5）在p-v图及T-s

5、图上表示,图43多变过程p-v图,四个基本热力过程是多变过程的特例，借助于其在坐标图上的相对位置，便可确定n为任意值的多变过程线的大致位置。,T,S,比,陡（在p-v上）。,n越大，在p-v图上，过程线的斜率的绝对值越大。,30,（5）在p-v图及T-s图上表示,图43多变过程T-s图,在T-s图上，通过同一状态的定容线斜率大于定压线斜率，即定容线比定压线陡（前面已证明）。,31,（6）多变过程u、h和s,32,（7）多变,图43多变过程p-v图,图43多变过程T-s图,将过程123表示在P-V图上，如图45所示。,各状态点基本参数：,因为,所以,又因为,所以,氧气的质量：,氧气的定值比热容：

6、,焓变化：,定压过程12：,热力学能变化：,熵变化：,热量：,膨胀功：,焓变化：,热力学能变化：,熵变化：,热量：,膨胀功：,（2）定容过程2-3：,由于理想气体热力学能和焓都是温度的单值函数，而过程123中,所以,（1）定温过程:,空气的气体常数:,膨胀功:,热量:,终态温度：,熵变化：,（2）定熵过程:,膨胀功:,热量:,终态温度：,熵变化：,多变指数:,压缩功：,40,4.5 压气机的热力过程,41,（1）压缩气体的用途：,1、概述,（2) 压气机分类,（3）几个基本概念,2、 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量,（1）工作原理,(3)WC取决于初、终态及 过程特征,（2）压气机耗功：

7、,(4)讨论,42,（1）压缩气体的用途： 作为动力，可以驱动各种风动机械、风动工具 冶金炉、锅炉中的鼓风 大、中型柴油机的启动 国防工业中某些武器如导弹、鱼雷的发射，潜水艇的沉浮、沉船打捞等。 各种热能动力装置如内燃机、燃气轮机、航空发动机需要高压空气进行强化燃烧和做功。 人工制冷：如氨或氟利昂的压缩。 气体的分离，利用气体经压缩、冷却、膨胀而液化。,1、概述,43,（2压气机分类,活塞式压力高，流量小,叶轮式压力低，流量大,压头高低,通风机表压0.115MPa以下,鼓风机表压0.1150.35MPa,压气机表压0.35MPa以上,工作原理,44,上止点、下止点，进气阀、排气阀、行程、内径,

8、（3）几个基本概念,余隙容积：活塞处于上止点时，活塞顶面与缸盖之间的空隙。,45,2、 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量,（1）工作原理,f-1：吸气，传输推动功p1v1 1-2：压缩，耗外功,2-g：排气，传输推动功p2v2,（2）压气机耗功：,因为,所以,至此：,理论轴功取决于初、终态及过程特征,47,3、WC取决于初、终态及 过程特征,等温压缩,出,48,(3)WC取决于初、终态及 过程特征,定熵压缩,因为,49,(3)WC取决于初、终态及 过程特征,多变压缩,因为,50,，且终温最高,改善压气机的工作性能：,(4)讨论,也可以：,也可以：,53,4.6 活塞式压气机余隙容积的影响,

9、1、余隙容积clearance volume,2、工作过程,3、余隙容积对排气量的影响,54,4.6 活塞式压气机余隙容积的影响,1、余隙容积clearance volume,原因：防止排气时，活塞壁与气缸壁碰撞，引起事故。压气机余隙容积的存在，则余隙容积残留气体在工作中产生气垫作用，增强压气机在运行中的平稳性。,余隙容积：空气压缩机在排气时，活塞位于上死点位置，它和气缸壁保留一部分空间，这些空间叫作余隙容积。,55,1-2 质量m1气体压缩：p1p2,气体排向储气罐,3-4,气体膨胀p2 p1,4-1,气体吸入气缸,2、工作过程,2-3,活塞排量 Vh=V1V3,余隙容积 Vc=V3,有效吸

10、气容积 Ves=V1V4,余隙容积比 C=Vc/Vh,3、余隙容积对排气量的影响,（1）几个概念,57,3、余隙容积对排气量的影响,（1）容积效率volumetric efficiency,（2）影响,一般10-12,58,4、余隙容积对理论耗功的影响,但有,59,4.6 多级压缩和级间冷却,(multistage compression and intervening cooling),1、多级压缩和中间冷却,2、级间压力确定,3、讨论：,60,4.6 多级压缩和级间冷却,(multistage compression and intervening cooling),1、多级压缩和中间冷却

11、,降低排气温度， 节省功耗。 增大容积效率,是指气体依次在几个气缸中连续压缩，同时为了避免过高的温度和减少气体的比容以降低下一级所消耗的功，在前一级压缩后，将气体引入中间冷却器进行定压冷却至初始温度，然后进行下一级继续压缩，直到所需要的压力为止。,2-5 低压气缸向中间冷却器的排气过程,5-2冷却后的气体被吸入高压气缸的过程,62,2、级间压力确定,设,63,2、级间压力确定,64,65,）,3、讨论：,因,66,）,3、讨论：,67,）,4、压缩机的效率,（1）,68,（2）,69,70,71,72,总结,四种典型热力过程：定压过程、定温过程 定容过程、绝热过程 多变过程 应用：压气机的工作原理理想压气机实际压气机多级压气机,基本过程的计算是我们的基础，要非常清楚，非常熟悉。,基本要求：拿来就会算,参见书上表41公式汇总,理想气体基本过程的计算,p-v,T-s图练习（1）,s,T,v,p,压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？,p-v,T-s图练习（2）,s,T,v,p,膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？,p-v,T-s图练习（3）,s,T,v,p,膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？,本章作业,P81:思考题4-3 P82-83：习题4-2、4-6、4-8、 4-10、4-13、4-15,