《《工程熱力學(xué)》第四章-工質(zhì)的熱力過程.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《工程熱力學(xué)》第四章-工質(zhì)的熱力過程.ppt（117頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、4 氣體與蒸氣的熱力過程, 熱力過程：系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)過渡到 另一個平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的歷程。 實(shí)際的熱力過程往往較復(fù)雜； 各過程都存在不同程度的不可逆性； 工質(zhì)的各狀態(tài)參數(shù)都在變化，難以找出規(guī) 律，也就很難用熱力學(xué)方法分析。, 但實(shí)際過程又具有某些簡單的特征 保溫良好的設(shè)備內(nèi)的過程絕熱過程 工質(zhì)燃燒過程進(jìn)行得很快絕熱過程 大多化工設(shè)備內(nèi)的壓力變化很?。ㄈ缛?xì)? 輪機(jī)燃?xì)獾娜紵訜徇^程）定壓過程 間歇操作的反應(yīng)釜內(nèi)的過程定容過程 活塞式壓氣機(jī)中，若汽缸的冷卻效果好， 壓縮過程溫度幾乎不升高定溫過程, 對實(shí)際過程進(jìn)行抽象與簡化，從而可在理論 上用簡單方法分析計算，再借助
2、經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修 正抓住主要特征、主要影響因素、突出 主要矛盾，從而進(jìn)行定性分析與評價，又可 進(jìn)行定量計算。,研究熱力過程的主要任務(wù), 根據(jù)過程的特征，確定過程中狀態(tài)參數(shù)的 變化規(guī)律，即過程方程； 根據(jù)已知初態(tài)參數(shù)，確定其它初態(tài)參數(shù)； 根據(jù)過程方程及已知終態(tài)參數(shù)，確定其它 終態(tài)參數(shù)； 根據(jù)熱力學(xué)基本定律及工質(zhì)性質(zhì)確定過程 中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。,研究熱力學(xué)過程的依據(jù),2） 理想氣體,3）可逆過程,1） 熱一律,穩(wěn)流,研究熱力學(xué)過程的任務(wù)和步驟,1） 確定過程方程------該過程中參數(shù)的變化規(guī)律,4） 計算 w , wt , q,3） 求,5） 用T - s 與 p - v 圖表示熱力過程,2） 根
3、據(jù)已知參數(shù)及過程方程求未知參數(shù),4.1 理想氣體的熱力過程,4.1.1 定容過程 一定量的氣體在容積不變的容器（剛性容器）內(nèi)進(jìn)行加熱（或放熱）的過程。, 過程方程, 初終態(tài)狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系,,,,,,,,,由理想氣體的狀態(tài)方程 pv = RT 得：,且, 能量轉(zhuǎn)換,,,膨脹功,技術(shù)功,熱 量, 過程曲線,定容過程，工質(zhì)不做膨脹功，吸收的熱量全部用于增加其內(nèi)能。,4.1.2 定壓過程,定壓過程是工質(zhì)在狀態(tài)變化過程中壓力保持不變的過程。, 過程方程, 初終態(tài)狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系,,,,,由理想氣體的狀態(tài)方程 pv=RT 得：,且, 能量轉(zhuǎn)換,,膨脹功,技術(shù)功,熱 量, 過程曲線,定壓過程，氣體的
4、技術(shù)功為零，其膨脹功全部用以支付維持流動所必須的流動凈功；它吸入的熱量等于其焓的增加。,在Ts圖上， 定壓線較定容線平坦。,4.1.3 定溫過程,定溫過程是工質(zhì)在狀態(tài)變化過程中溫度保持不變的過程。, 過程方程, 初終態(tài)狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系,,,由理想氣體的狀態(tài)方程 pv=RT 得：,且, 能量轉(zhuǎn)換,,,膨脹功,技術(shù)功,熱 量, 過程曲線,定溫過程，氣體吸收的熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)榕蛎浌?，且全部是可資利用的技術(shù)功。,4.1.4 絕熱過程,絕熱過程是工質(zhì)在與外界沒有熱量交換的條件下所進(jìn)行的狀態(tài)變化過程。, 過程方程,可逆絕熱過程，即等熵過程, 理想氣體等熵過程的過程方程,,,當(dāng),理想氣體,
5、 初終態(tài)狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系,,,結(jié)合理想氣體的狀態(tài)方程 pv=RT，有,且, 能量轉(zhuǎn)換,,,膨脹功,技術(shù)功,熱 量,若取比容為定值，則,且, 過程曲線,在pv圖上， 所以絕熱線比定溫線陡。, 變值比熱容絕熱過程的計算,以上的推導(dǎo)和計算是以k（比熱容）為常數(shù)為基礎(chǔ)的，一般僅適用于對過程進(jìn)行定性分析或用于溫度變化范圍不大且計算精度不高的情況。,在通常的設(shè)計計算中, 按平均絕熱指數(shù)計算 以平均絕熱指數(shù)km 代替k 利用氣體熱力性質(zhì)表計算,例1:一容積為0.15m3的儲氣罐，內(nèi)裝氧氣，其初態(tài)壓力p1=0.55MPa、溫度t1=38。若對氧氣加熱，其溫度、壓力都升高。儲氣罐上裝有
6、壓力控制閥，當(dāng)壓力超過0.7MPa時，閥門便自動打開，放走部分氧氣，即儲氣罐中維持的最大壓力為0.7MPa。問：當(dāng)儲氣罐中氧氣溫度為285時，對罐內(nèi)氧氣共加入多少熱量？（設(shè)氧氣的比熱容為定值： ， ）,,,例2：空氣在膨脹透平中由p1=0.6MPa、T1=900K絕熱膨脹到 p2=0.1MPa，工質(zhì)的質(zhì)量流量為qm=5kg/s。設(shè)比熱容為定值，k=1.4，R=0.287kJ/(kgK)。試求: 膨脹終了時，空氣的溫度及膨脹透平的功率； 過程中內(nèi)能和焓的變化量； 將單位質(zhì)量的透平輸出功表示在p-v圖、T-s圖上； 若透平的效率為T=0.9，則終態(tài)溫度和膨脹透平 的功率又為多少？,例
7、3：如圖所示，兩端封閉而且具有絕熱壁的氣缸，被可移動的、無摩擦的、絕熱的活塞分為體積相同的A、B兩部分，其中各裝有同種理想氣體1kg。開始時活塞兩邊的壓力、溫度都相同，分別為0.2MPa，20，現(xiàn)通過A腔氣體內(nèi)的一個加熱線圈，對A腔氣體緩慢加熱，則活塞向右緩慢移動，直至pA2=pB2=0.4MPa時，試求： A，B腔內(nèi)氣體的終態(tài)容積各是多少？ A，B腔內(nèi)氣體的終態(tài)溫度各是多少？ 過程中供給A腔氣體的熱量是多少？ A，B腔內(nèi)氣體的熵變各是多少？ 在p-v圖、T-s圖上，表示出A，B腔氣體經(jīng)過的過程 設(shè)氣體的比熱容為定值：,,4.1.5 多變過程, n稱為多變指數(shù)， 不同的n代表不同的過程 同
8、一過程，n有確定的值 復(fù)雜過程，可分為n段不同多變指數(shù)的多 變過程,, 過程方程,對于幾種基本熱力過程, 定壓過程 定溫過程 絕熱過程 定容過程, 初終態(tài)狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系,,,,,,,多變過程與絕熱過程方程類似，所以, 能量轉(zhuǎn)換,,,膨脹功,（n1）,技術(shù)功,熱 量,n與k和q/w有關(guān)。除非q/w保持不變，否則n是變化的。,取cv為定值，且n1,稱為多變過程的比熱容,則,所以, 平均多變指數(shù),為便于對實(shí)際情況進(jìn)行分析計算，常 用一個與實(shí)際過程相近似的指數(shù)不變的多 變過程來代替，該多變指數(shù)稱為平均多變 指數(shù)。, 等端點(diǎn)多變指數(shù),這種方法主要用于初、終態(tài)狀態(tài)參數(shù)計算。 已知過程線
9、上兩端點(diǎn)狀態(tài)參數(shù)1（p1，v1）、2 （p2，v2）則根據(jù)過程方程 求得多變指數(shù), 等功法多變指數(shù),從過程始點(diǎn)假設(shè)一條多變過程線，使之與縱軸（p軸）所圍的面積與實(shí)際過程線與p軸所圍成的面積相等。由此求出的多變指數(shù)稱為等功法多變指數(shù)。 這種方法主要用于功量計算。, 利用實(shí)際過程的 lgplgv 坐標(biāo)圖計算,將實(shí)際過程中的多個點(diǎn)畫在lgp-lgv圖上，然后用一條直線擬合為多變過程線，因pvn=Const，則 lgp + nlgv=Const 所以n為該直線的斜率。, 利用p-v圖面積對比計算,實(shí)際過程線與p軸間圍成的面積為技術(shù)功 wt，與v軸圍成的面積為膨脹功w，依功量計算有,例4
10、：空氣以qm=0.012kg/s的流速穩(wěn)定流過壓縮機(jī)，入口參數(shù)p1=0.102MPa、T1=305K，出口壓力p2=0.51MPa，然后進(jìn)入儲氣罐。求在下列兩種情況下，1kg空氣的焓變h和熵變s，以及壓縮機(jī)的技術(shù)功率Pt和每小時散熱量qQ。 （1）空氣按定溫壓縮； （2）空氣按n=1.28的多變過程壓縮，比熱容 取定值。,4.2 蒸氣的熱力過程,水蒸氣的基本熱力過程也是定容、定壓、定溫、定熵四種。 求解的任務(wù)與理想氣體的過程一樣：初態(tài)和終態(tài)的參數(shù)；過程中的熱量和功。 但蒸汽沒有適當(dāng)而簡單的狀態(tài)方程式，較難用解析方法求得各參數(shù)；蒸汽的cp、cv以及h、u不是溫度的單值函數(shù) ，而是p或v
11、和T的復(fù)雜函數(shù)；所以通過查圖、表或由專用方程用計算機(jī)計算得出。,熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的基本原理和從其推導(dǎo)得出的一般關(guān)系式仍可利用。例如：,適用于可逆過程, 利用圖表分析計算水蒸氣的狀態(tài)變化過 程， 一般步驟如下：, 根據(jù)初態(tài)的兩個已知獨(dú)立參數(shù)，通常為（p，t） 或（p，x）、（t，x）從表或圖中查得其他參數(shù)； 根據(jù)過程特征及一個終態(tài)參數(shù)確定終態(tài)，再從表 或圖上查得其他參數(shù)； 根據(jù)已求得的初、終態(tài)參數(shù)計算q、u及w等。 方法如下：, 定容過程, 定壓過程, 定溫過程, 定熵（絕熱）過程,上述過程以定壓過程和絕熱過程最重要。,下圖是水蒸氣從初態(tài)1（p1，t1）定壓冷卻到終態(tài)2（p1
12、，x2）的過程。,從定壓線p1與定溫線t1的交點(diǎn)定出狀態(tài)1，縱坐標(biāo)為h1 。同一定壓線與干度線x2的交點(diǎn)就是狀態(tài)2，縱坐標(biāo)為h2 。所以q= h1 - h2 。若查表計算，由（p1，t1）查出h1 、及p1查出h” 、 h ，則 h2 =x h” +(1-x) h 。,下圖為水蒸氣從初態(tài)1（p1，t1）可逆絕熱膨脹到終態(tài)p2的過程。,由（p1，t1）在h-s圖上定出狀態(tài)1及h1 。再從狀態(tài)1作垂直線與定壓線p2的交點(diǎn)就是狀態(tài)2，從2查出h2、 x2 。所以 wt= h1 -h2 ， w= u1 -u2。,蒸氣的絕熱過程不能用pvk=Const表示，但有時需要絕熱指數(shù)的數(shù)值，也可寫成pvk=Co
13、nst的形式。但必須注意，此時的k已不是cp/cv，而是,近似估算：過熱蒸氣 k=1.3 干飽和蒸氣 k=1.135 濕水蒸氣 k=1.035+0.1x,例5：水蒸氣從p1=1MPa，t1=300 的初態(tài) 可逆絕熱膨脹到p2=0.1MPa，求1kg水 蒸氣所作的膨脹功和技術(shù)功。,例6：一封閉絕熱的汽缸活塞裝置內(nèi)有1kg壓力為 0.2MPa的飽和水，缸內(nèi)維持壓力不變。 （1）若裝設(shè)一葉輪攪拌器攪動水，直至汽缸內(nèi) 80%的水蒸發(fā)為止，求帶動此攪拌器需消耗 多少功？ （2）若除去絕熱層，用450K的恒溫?zé)嵩磥砑訜? 缸內(nèi)的水，使80%的水蒸發(fā)，這時加熱量又是 多少？,例7：
14、在一臺蒸汽鍋爐中，煙氣定壓放熱，溫度從1500降低到250。所放出的熱量用以生產(chǎn)水蒸汽。壓力為10MPa、溫度為30的鍋爐給水被加熱汽化、過熱成壓力為10MPa、溫度為450的過熱蒸氣。取煙氣的比熱容為定值，cp=1.079kJ/(kgK)。試求：（1）產(chǎn)生1kg過熱蒸汽需要多少kg的煙氣？（2）生產(chǎn)1kg過熱蒸汽時，煙氣的熵變以及過熱蒸汽的熵變。（3）將煙氣和水蒸汽作為孤立系統(tǒng)，求生產(chǎn)1kg過熱蒸汽時孤立系統(tǒng)的總熵變。,4.3 濕空氣的熱力過程,濕空氣過程的計算主要是研究過程中濕空氣的焓值h及含濕量d、相對濕度之間的變化關(guān)系。計算過程主要應(yīng)用焓濕圖、穩(wěn)定流動能量方程和質(zhì)量守恒方程。 4.3.
15、1 單純加熱或冷卻過程 濕空氣單純地加熱或冷卻時，其壓力與含濕量均不變，所以是定濕加熱、定濕冷卻過程。,,如上圖所示，根據(jù)穩(wěn)態(tài)流動能量方程，過程中吸熱量（或放熱量）等于焓差，即：,式中， 、 分別是初、終態(tài)濕空氣的焓值。,例8：將p10.1MPa， t15，160的濕空氣在加熱器內(nèi)加熱，在t220下離開。試確定在此定壓過程中對空氣供的熱量及離開加熱器時的濕空氣相對濕度。（114頁習(xí)題8）,4.3.2 絕熱加濕過程, 噴水加濕過程 在絕熱條件下，向空氣中噴水使空氣含濕量增加的過程。 過程進(jìn)行時蒸發(fā)水分所需要的熱量全部來自于濕空氣本身，所以加濕后空氣的溫度將降低。 質(zhì)量守恒：
16、噴水量mw等于空氣含濕量的增加mst ，即：,穩(wěn)定流動的能量方程：,則,即,所以,由于水的焓值遠(yuǎn)小于濕 空氣的焓值，所以有：,噴水加濕過程可以近似視為定焓過程。噴水之后，空氣的含水量d、相對濕度增大，而溫度t減小。, 噴蒸汽加濕過程 與噴水加濕過程類似，可以推導(dǎo)出：,噴入水蒸氣后，濕空氣的焓h、含濕量d、相對濕度均將增大。 噴蒸汽加濕過程可以近似當(dāng)作等溫加濕過程。,例9：烘干用空氣的初態(tài)參數(shù)是t125 ， 160 ，p1=0.1MPa。在加熱器內(nèi)被 加熱到50 之后再送入烘箱。從烘箱 出來時的溫度是40 。求: （1）每蒸發(fā)1kg水分需供入多少空氣； （2）加熱器中應(yīng)加入多少熱量。,4
17、.3.3 冷卻去濕過程,濕空氣被冷卻到露點(diǎn)溫度（飽和狀態(tài)），然后繼續(xù)冷卻，則有蒸汽不斷凝結(jié)成水析出，達(dá)到冷卻去濕的目的。此時含濕量降低，空氣將一直處于飽和狀態(tài)。,質(zhì)量守恒：凝結(jié)水量mw等于空氣中含濕量的減少mst ，即：,所以，冷卻水 帶走的熱量為：,穩(wěn)定流動的能量方程：,則,即,由于水的焓值較小， 可忽略，則：,例10： p10.1MPa，t132，160的濕空氣，以qm=1.5kg/s的質(zhì)量流量進(jìn)入到冷卻設(shè)備的蒸發(fā)盤管被冷卻去濕，最后以t215的飽和濕空氣下離開。求每秒的凝結(jié)水量qm,w以及放熱量Q。,4.3.4 增壓冷凝過程,將初參數(shù)為 p1、 t1、1的空氣壓縮后，其壓力、溫度達(dá)到 p
18、2 、 t2 ，則水蒸氣的分壓也將從pst1 = 1 ps1增加到 pst2 = pst1 p2 / p1 = 1 ps1 p2 / p1 。然后在壓力 p2下冷卻到 t2 ，與之對應(yīng)的水蒸氣的飽和蒸氣壓為ps2 ，若pst2 ps2， 則將有水分凝析；反之就不會有水分凝析。,例11：某壓氣機(jī)吸氣（濕空氣）壓力為 p1=0.1MPa，溫度為25 ，相對濕度 =62%，若把它壓縮至p2=0.4MPa，然 后冷卻為35 ，問是否會出現(xiàn)凝析？,4.3.5 絕熱混合過程,將幾股不同狀態(tài)的濕空氣在絕熱條件下混合，以得到符合要求的濕空氣。混合后的濕空氣狀態(tài)取決于混合前各股濕空氣的狀態(tài)和流量比。,質(zhì)量守
19、恒,能量守恒,4.5 壓氣機(jī)中的熱力過程, 壓氣機(jī)是生產(chǎn)壓縮氣體的設(shè)備，它不是動力機(jī)，是通過消耗機(jī)械能而使氣體壓力升高的一種工作機(jī)。 分類（按工作原理和構(gòu)造） 容積式：往復(fù)式（活塞式） 速度式：離心式（葉輪式） 引射式,4.5.1 壓氣機(jī)的理想熱力過程,壓氣機(jī)工作的時候，有氣體的進(jìn)出，是開口系統(tǒng)。從進(jìn)、出口氣流來看，可視為穩(wěn)態(tài)流動，所以滿足方程： 忽略動能和位能的變化，則有 即壓氣機(jī)消耗的功量等于技術(shù)功。,根據(jù)壓氣機(jī)不同的工作條件，壓縮過程12可能出現(xiàn)三種情況： 一是過程進(jìn)行得很快，氣體來不及與外界交換熱量，可視為絕熱過程； 二是過程進(jìn)行得十分緩慢，氣體及時向外界散熱，氣
20、體溫度始終與初溫相等，可視為定溫過程； 三是實(shí)際的壓縮過程，既有向外散熱，氣體溫度也有所升高，多變指數(shù)n介于1和k之間。,壓氣機(jī)壓縮過程的 p-v、T-s 圖,氣體耗功,1-2 絕熱過程，壓縮后溫度升高,1-2” 定溫過程，耗功,氣體耗功,1-2 實(shí)際多變過程，壓縮后溫度,可以看出，在相同的p2/ p1和T1下， 即絕熱過程耗功最多，最終氣溫最高 ；定溫壓縮耗功最少，最終氣溫最低；多變過程介于兩者之間。在實(shí)際壓縮過程中，終溫過高不僅會損壞壓縮機(jī)，嚴(yán)重時還會引起爆炸。因此應(yīng)力求使工質(zhì)得到充分冷卻，使之趨于定溫壓縮。 同時，由于氣缸散熱面積有限，一次壓縮時間又短，散熱量有限，所以，工程上常
21、采用多級壓縮、級間冷卻的方法。,,4.5.2 活塞式壓縮機(jī), 組成 曲柄連桿機(jī)構(gòu) 活塞 氣缸 吸、排氣閥,4.5.2 .1活塞式壓縮機(jī)的工作原理,壓縮機(jī)每完成一個循環(huán)，曲柄旋轉(zhuǎn)一周，依次進(jìn)行一次吸氣、壓縮、排氣和膨脹的過程。,死點(diǎn)：活塞左右兩極限的位置點(diǎn)； 行程（沖程）：兩死點(diǎn)之間的距離； 行程容積Vh ：一次行程活塞所掃過的體積。 活塞右行時，壓力為p1的低壓氣體通過吸氣閥吸入氣缸，活塞行至右死點(diǎn)； 活塞左行時，吸氣閥關(guān)閉，氣體因所占的容積縮小而壓力升高。當(dāng)壓力達(dá)到p2時，排氣閥頂開，開始排氣過程，直到活塞運(yùn)行至左死點(diǎn)為止。, 理想情況, 實(shí)際情況 余隙：在左死點(diǎn)，為防止相
22、撞，活塞端面與氣缸端面之間的間隙。 余隙容積Vc：間隙的容積。,活塞左行排氣時，由于余隙的存在，只能行至3點(diǎn)；當(dāng)其再次右行時，由于余隙內(nèi)氣體壓力p2高于吸氣壓力p1 ，吸氣閥無法打開。所以余隙內(nèi)的氣體首先膨脹降壓至4點(diǎn)，才開始吸氣。,4.5.2.2 壓氣功的計算, 理想壓氣功,氣體在壓氣機(jī)中的壓縮和膨脹過程可視為多變過程。,, 有余隙的壓氣功, 功率,,,此時，壓氣功為面積1-2 -3-4-1，即壓縮過程技術(shù)功與膨脹過程技術(shù)功的差值。,是壓氣機(jī)的有效吸氣容積。,4.5.2.3 容積效率,壓氣機(jī)的有效吸氣容積Ve與行程容積Vh的比值稱為容積效率。,稱為相對余隙容積，則,容積效率與p2/p1有
23、關(guān),因此，依靠單級壓縮往往難以達(dá)到工程實(shí)際中所要求的高壓，實(shí)際工程中多采用多級壓縮。,由此可見，當(dāng)n一定時，越大，v越??；當(dāng)n與一定時，提高p2/p1，v越小，當(dāng)p2/ p1增加到某一值時，容積效率v 為零，此時4與1重合。 對一定的壓氣機(jī)，當(dāng)v為零時，單級壓縮的最大升壓比,4.5.3 葉輪式壓縮機(jī),葉輪式壓縮機(jī)主要分離心式和軸流式兩種，它們的特點(diǎn)都是氣體連續(xù)不斷地進(jìn)入壓縮機(jī)，被壓縮后壓力升高不斷地流出壓縮機(jī)。即氣體的壓縮是在連續(xù)流動下進(jìn)行的。 以離心式壓縮機(jī)為例說明。 離心式壓縮機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子兩部分。,氣體由吸氣口進(jìn)入吸氣室，在吸氣室導(dǎo)流的作用下均勻進(jìn)入葉輪。高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使氣體
24、在離心力的作用下加速，由葉輪出來的高速氣體進(jìn)入截面積逐漸變大的擴(kuò)壓器，將氣體的動能轉(zhuǎn)換為壓力能，從而得到高壓氣體。 葉輪式壓縮機(jī)里的氣體以極高的速度流過，在短暫的壓縮過程氣體來不及散熱，所以該壓縮過程可視為絕熱壓縮。,4.5.4 多級壓縮和級間冷卻,多級壓縮、級間冷卻的原理是氣體逐級在不同氣缸中被壓縮，每經(jīng)過一次壓縮后，就在中間冷卻器中定壓冷卻至壓縮前的低溫，然后進(jìn)入下一級氣缸中繼續(xù)被壓縮。 被壓縮氣體中帶有一些水蒸氣或油氣，在高壓冷卻下會析出水滴或油滴，會對壓縮機(jī)的氣缸造成沖擊現(xiàn)象，因此在級間冷卻器后設(shè)有油水分離器，除去析出的水分或油分。,,,兩級壓縮、中間冷卻的流程示意圖及p-v、
25、T-s 圖,, p1和p2之間的壓縮級數(shù)越多，壓縮過程就越 接近定溫壓縮； 但級數(shù)越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，摩擦損失多，經(jīng)濟(jì) 上不合算； 級數(shù)的多少視p1、p2的大小確定，一般24級。, 多級壓縮與單級壓縮相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：, 排氣溫度低，每一級的壓力比較小，又有級 間冷卻器，能夠保證壓縮機(jī)的安全； 省功； 每一級壓力比小，則容積效率高； 多級壓縮活塞上所受的最大氣體力較小， 高壓級的氣缸直徑可做得較小。, 多級壓縮的中間壓力的最佳值,采用多級壓縮、級間冷卻時，最有利的中間壓力是使各級壓縮的總功耗最小。 以兩級壓縮為例，設(shè)各級壓縮指數(shù)n相同，則,令 得最有利的中間壓力,則，最佳壓
26、力比,同理，對于 z 級壓縮來說，有,每一級耗功為,z 級總耗功,,例12：要將p1=0.1MPa，t1=17的空氣 壓縮到 p2=1.6MPa。設(shè)壓縮過程的 多變指數(shù)n=1.25，余隙容積與行程 容積之比為5%。試用計算證實(shí)采 用雙級壓縮比單級壓縮更好。,例13：空氣由初態(tài)壓力98.07kPa，溫度20，經(jīng)三級壓氣機(jī)壓縮后，壓力提高到12.26MPa。若空氣進(jìn)入各級氣缸時的溫度相同，且各級壓縮指數(shù)均為1.25。試求生產(chǎn)質(zhì)量為1kg的壓縮空氣所消耗的最小功，并求各級氣缸的排氣溫度；又若單級壓氣機(jī)一次壓縮到12.26MPa，壓縮指數(shù)也是1.25，則所耗的功和排氣溫度各為多少？,4.6 往
27、復(fù)式膨脹機(jī)中的熱力過程,4.6.1 工作過程分析 往復(fù)式膨脹機(jī)的工作原理與往復(fù)式壓縮機(jī) 基本相同，只是作用相反而已。 完全膨脹示功圖,4 1 定壓吸氣線1 2 膨脹降溫、降壓線2 3 定壓排氣線3 4 壓縮升壓線, 不完全膨脹、不完全壓縮示功圖,實(shí)際過程中膨脹機(jī)的 p-V 圖（1-2-2”-3- 4-4-1）,4-4 定容無功吸氣線4 - 1 定壓吸氣線1 -2 膨脹降溫、降壓線2-2” 定容無功排氣線2”-3- 定壓排氣線3- 4 壓縮線2-2-2” 不完全膨脹損失的功3-4-4-3-3 不完全壓縮多回收的功4-4 不完全過程多充氣的量, 不完全膨脹與完全膨脹相比：,多回收功 充氣量多 單位
28、質(zhì)量氣體回收能量少,4.7 鍋爐生產(chǎn)蒸汽的熱力過程,鍋爐是產(chǎn)生蒸汽或熱水的重要設(shè)備。 燃料在鍋爐中燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為高溫?zé)煔獾臒崮堋８邷責(zé)煔鈱崃總鬟f給鍋爐內(nèi)表面的水冷壁里溫度較低的水，水被加熱，沸騰汽化，產(chǎn)生蒸汽，蒸汽流經(jīng)過熱器最終成為高溫高壓的過熱蒸汽，然后進(jìn)入汽輪機(jī)做功。 高溫?zé)煔饬鹘?jīng)過熱器、再熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器后進(jìn)入除塵器，并依靠引風(fēng)機(jī)將除塵后的煙氣送入煙囪排至大氣中。,鍋爐的工作包括三個同時進(jìn)行著的過程：燃料的燃燒過程，煙氣向水、水蒸汽傳熱的過程，水的受熱升溫、汽化、過熱的過程。 鍋爐里水蒸汽的產(chǎn)生過程，壓力變化不大，可認(rèn)為是定壓過程。該過程工質(zhì)吸收的熱量： 其中，
29、ha是進(jìn)入鍋爐過冷水的焓值， he是鍋爐出口過熱蒸汽的焓值。,4.8 汽輪機(jī)中工質(zhì)膨脹的熱力過程,汽輪機(jī)是一種以蒸汽為工質(zhì)，將高溫高壓蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械功的高速旋轉(zhuǎn)的動力機(jī)械。 理想狀況下，蒸汽在汽輪機(jī)中做功，是可逆絕熱膨脹過程。 做功量： 其中， ha是進(jìn)入汽輪機(jī)的過熱蒸汽的焓值， hb是汽輪機(jī)出口乏汽的焓值。,理想氣體熱力過程小結(jié),掌握熱力過程計算公式 應(yīng)用p-v圖與T-s圖分析多變過程,要求熟練掌握4種基本過程及多變過程的初、終態(tài)p、v、T 參數(shù)之間的關(guān)系式，以及過程中系統(tǒng)與外界交換的熱量、功的計算。 計算公式匯總于下表。, 掌握熱力過程計算公式, 在p，v，T 初、終態(tài)參
30、數(shù)之間的關(guān)系式中，定容、定壓、定溫過程很容易從狀態(tài)方程中推得，不必死記。 定熵過程和多變過程，其狀態(tài)參數(shù)僅僅是指數(shù)不同，記住其中一種過程，另一種過程也就記住了。 在定熵過程（或多變過程）參數(shù)之間的3個公式中，只需記住一個，其余2個可以從這一個和狀態(tài)方程中求得。,各種過程熱量和功量的計算公式，可以概括為如下兩公式的具體應(yīng)用。,,,從以上2式中看到，計算功和熱量的方法有：,,,,, 無論什么過程，理想氣體的內(nèi)能、焓和熵均 按下列式子計算（按比熱容為定值考慮）：,,, 應(yīng)用p-v圖與T-s圖分析多變過程,掌握p-v圖與T-s圖上多變過程線的分布規(guī)律,,,在p-v圖上，過程線的斜率可根據(jù)
31、 確定,在T-s圖上，過程線的斜率可根據(jù) 求得,,過程中q、u、h、w和wt值正負(fù)的判斷方法,,,根據(jù)過程的要求，在p-v圖和T-s圖上表示該過程。 例如要求將工質(zhì)又膨脹、又吸熱、又降溫的 過程表示在p-v圖和T-s圖上。,先在p-v圖和T-s圖上畫出四條基本過程線 找出工質(zhì)膨脹的區(qū)域 找出工質(zhì)吸熱的區(qū)域 找出工質(zhì)降溫的區(qū)域 在p-v圖和T-s圖上所標(biāo)的以上3個區(qū)域的重疊部分，就是工質(zhì)又膨脹、又吸熱、又降溫區(qū)域。從起始點(diǎn)向該區(qū)域畫一條線，該過程線即為所要求的過程線。,知道p-v圖和T-s圖上各線群的大小變化趨向,例14：試分析多變指數(shù)在1
32、：試確定下列多變過程的多變指數(shù)n，將過程繪于同一 p-v圖和T-s圖上，并判定過程特性：吸熱還是放熱？輸出功還是耗功？內(nèi)能增大還是減??？設(shè)工質(zhì)為空氣，比熱容cv0.717kJ/(kgK)，絕熱指數(shù)k=1.4。（1）用示功器測得的某氣缸中氣體的一組p-v數(shù)據(jù)在lgp-lgv圖上為一直線，其中兩個狀態(tài)為p1=0.09MPa、V1=436.2cm3和p2=0.9667MPa、 V2=72.7cm3。（2）已知是多變過程，測得吸熱q=650kJ/kg，溫差T150K。,例16：某氣體循環(huán)由下列可逆過程組成：1-2為絕熱壓縮過程，初溫度為T1，壓縮比=(V1/V2)=8；2-3為定壓加熱過程，V3=2V
33、2；3-4為定溫膨脹過程，V4=V1；4-1為定容放熱過程。若設(shè)氣體k=1.4，試： （1）繪出該循環(huán)的p-v圖及T-s圖； （2）計算相同溫限的卡諾循環(huán)熱效率； （3）計算該循環(huán)的熱效率。,例17：氧氣O2由t1=40，p1=0.1MPa被壓縮到p2=0.4MPa，試計算壓縮1kg氧氣消耗的技術(shù)功：（1）按定溫壓縮；（2）按絕熱壓縮，設(shè)為定值比熱容；（3）將上述兩過程表示在p-v圖和T-s圖上，試比較兩種情況下技術(shù)功的大小。,例18：如圖所示，1mol理想氣體，從狀態(tài)1經(jīng)定壓過程達(dá)到狀態(tài)2，再經(jīng)定容過程達(dá)到狀態(tài)3。另一途徑為經(jīng)直線1-3直接達(dá)到3。已知p10.1MPa，T1300K，v2=3v1，p3=2p2，試證明：（1） ；（2） 。,,,
《工程熱力學(xué)》第四章-工質(zhì)的熱力過程.ppt
