工程热力学word版理想气体热力过程

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1、长沙理工大学备课纸第4章理想气体热力过程一、教案设计教学目标:使学生理解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。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。知识点：掌握理想气体的几个典型的热力过程特点，过程方程形式及其状态参数p、v、T、u、h、s的计算，过程量Q、W的计算。掌握过程在p-v、T-s图上的表示。重点：结合热力学第一定律，分析和导出各种基本热力过

2、程及多变过程的相应计算式并进行计算，利用p-v、T-s图分析热力过程。难点：几种典型热力过程与多变过程的相互关系；确定过程中工质状态参数,能量转换关系。教学方式：讲授+多媒体演示+课堂讨论师生互动设计：提问+启发+讨论J问：理想气体定温过程中w=wt=q是否意味着q可以全部转化功量？为什么？J问：理想气体分别从同一初态出发分别经历定容、定压过程，吸收相同的热量后那么到达终态时，哪个过程的终点温度高？为什么？J问：在p-v图上，T和s减小的方向分别在哪个方向，在T-s图上p和v减小的方向分别在哪个方向。J问：实际工质经历的

3、热力过程就是多变过程吗？学时分配：2学时+2（讨论）二、基本知识第一节基本热力过程一、研究热力过程的目的及一般分析法实施过程目的：实现预期的能量转换，如锅炉中工质定压吸热，提高蒸汽的焓而获得作功能力；达到预期的状态变化，如压气机中消耗功量使气体升压。35长沙理工大学备课纸分析热力过程的目的：揭示过程中工质状态参数的变化规律以及能量转化情况，进而找出影响转化的主要因素。一般分析方法：假设：Ø根据实际过程的特点，将实际过程近似地概括为几种典型过程：定容、定压、定温和绝热过程；Ø不考虑实际过程中不可逆的耗损，视为可逆过程；Ø工

4、质视为理想气体；Ø比热容取定值。分析热力过程的一般步骤：1．建立过程方程依据：过程方程线p=f(v)2．确定初终状态参数依据：状态方程3．p-v图与T-s图分析4．求传递能量，依据能量方程：Q-W=U二、参数关系式及传递能量（见教材中列表）如：定容过程35长沙理工大学备课纸其他三个典型过程（见ppt）第二节多变过程已知某多变过程任意两点参数，求n一、多变过程方程及多变比热过程方程:pv=constn=0时，定压过程n=1时，定温过程n=k时,定温过程n=±∞时，定容过程二、多变过程分析过程中q、w、u的判断l．q的判断：

5、以绝热线为基准:2．w的判断：以等容线为基准3．u的判断：以等温线为基准~例1.1kg空气多变过程中吸取41.87kJ的热量时，使其容积增大10倍，压力降低8倍，求：过程中空气的内能变化量，空气对外所做的膨胀功及技术功。35长沙理工大学备课纸解：按题意空气的内能变化量：由理想气体的状态方程得：多变指数多变过程中气体吸取的热量气体内能的变化量：空气对外所做的膨胀功及技术功：膨胀功由闭系能量方程或由公式来计算技术功：AB图4.2例2：一气缸活塞装置如图所示，气缸及活塞均由理想绝热材料组成，活塞与气缸间无摩擦。开始时活塞将气缸

6、分为A、B两个相等的两部分，两部分中各有1kmol的同一种理想气，其压力和温度均为p1=1bar，t1=5℃。若对A中的气体缓慢加热（电热），使气体缓慢膨胀，推动活塞压缩B中的气体，直至A中气体温度升高至127℃。试求过程中B气体吸取的热量。设气体kJ/(kmol·K)，kJ/(kmol·K)。气缸与活塞的热容量可以忽略不计。解：取整个气缸内气体为闭系。按闭系能量方程35长沙理工大学备课纸ΔU=Q－W因为没有系统之外的力使其移动，所以W=0则其中kmol故（1）在该方程中是已知的，即。只有是未知量。当向A中气体加热时，A

7、中气体的温度和压力将升高，并发生膨胀推动活塞右移，使B的气体受到压缩。因为气缸和活塞都是不导热的，而且其热容量可以忽略不计，所以B中气体进行的是绝热过程。又因为活塞与气缸壁间无摩擦，而且过程是缓慢进行的，所以B中气体进行是可逆绝热压缩过程。按理想气体可逆绝热过程参数间关系（2）由理想气体状态方程，得初态时终态时其中V1和V2是过程初，终态气体的总容积，即气缸的容积，其在过程前后不变，故V1=V2，得因为kmol所以（3）合并式（2）与（3），得35长沙理工大学备课纸比值可用试算法求用得。按题意已知：=445K，=278K

8、故计算得：=1.367代式入（2）得代入式（1）得Q=12.56[(445－278)+(315－278)]=2562kJ例3：2kg的气体从初态按多变过程膨胀到原来的3倍，温度从300℃下降至60℃，已知该过程膨胀功为100kJ自外界吸热20kJ，求气体的cp和cv各是多少？本题两种解法：解1：由题已知：V1=3V2