理想气体的热力过程

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1、1第四章理想气体的热力过程能量转换装置中工质通过不同的热力过程而实现能量转换。因此研究各种热力过程的特点，确定热力过程中工质状态变化的规律及能量转换的规律，是热力分析的重要内容。不同性质的工质，同一热力过程中的参数变化规律也不同。本章只讨论理想气体的热力过程。4-1热力过程分析概述为了从理论上研究能量转换装置中的能量转换过程，热力学中把装置的工作循环概括为工质的热力循环，通过对热力循环的分析，找出装置中能量转换的规律。在分析热力循环时，通常把整个循环分成几个典型的热力过程，并逐一地分析各个热力过程中能量转换的规律。能量转

2、换装置中工质状态变化的热力过程常可近似地看作定容过程、定压过程、定温过程、绝热过程及其它多变过程等，因此本章将主要讨论这些典型的热力过程。分析热力过程的主要目的是要确定过程中能量转换的关系，也就是要确定热力过程中系统对外作的功、系统从外界接受的热量、系统本身的热力学能及焓的变化等。为此，还必须分析该过程中系统的状态参数如温度、压力、比体积及熵的变化规律，并把压力随比体积变化的关系作为工质状态变化的特征关系式，称为过程方程式。工程上通常所用的能量转换设备，按其常用工作情况，都可看作热力学上的闭口系统或稳定流动的开口系统。对

3、于一个闭口·82第四章理想气体的热力过程·系统，当它和外界间发生作用时，系统的状态就发生一系列的变化而实现能量转换。对应于一定的状态变化过程就有一定的能量转换规律。对于一个稳定流动的开口系统，则是依靠不断地流过系统的工质，在由进口流到出口的过程中和外界间发生作用，其状态发生连续的变化而实现能量转换。按照稳定流动过程的性质可知，相继流过系统的工质，其状态变化过程及能量转换均保持相同，并且对应于一定的状态变化过程有一定的能量转换规律。因此，从工质的状态变化过程、能量转换规律和这两者间的关系来说，闭口系统和稳定流动的开口系统的

4、情况是完全一样的。所不同的地方，如第二章中讨论的，只是在稳定流动过程中由热能转换所得的机械能可表现为轴功、净推动功、工质的流动动能和重力位能的增量等多种形式。因此，在以后各节讨论各种热力过程时，凡是有关热力过程的基本性质方面的内容，对于闭口系统和稳定流动的开口系统都是适用的。分析热力过程的主要依据是热力学第一定律能量的守恒表达式。此外，还必须利用实现能量转换所用工质的有关热力性质，如状态方程式、比热力学能、比焓、比熵及热容的公式等。本章只涉及理想气体的有关内容。只有在无耗散的准静态过程中，系统的状态变化关系及能量转换规律

5、才能简单地确定，因而本章只讨论这类过程。下面各节中将首先讨论定容过程、定压过程、定温过程及绝热过程等几个典型的热力过程，然后讨论较为普遍的多变过程。其中有些已熟悉的内容，仅作为自学复习之用。4-2定容过程系统的比体积保持不变时系统状态发生变化所经历的过程称为定容过程，其过程方程式为v＝常量4-2定容过程·83·按理想气体状态方程式pv＝RgT，可得定容过程中系统的压力和温度成正比，即pp1＝TT1按理想气体比熵变化的关系式(3-13)，在定容过程中系统比熵的变化为dTds＝cV0T若比热容为定值，则有Ts－s＝cln22

6、1V0T1如图4-1所示，定容过程1-2在p-v图上是一条垂直线，在T-s图上是一条指数曲线。图4-1定容过程的p-v图及T-s图定容过程中，容积不变，系统所作的容积变化功为零。按能量方程式可以得到系统的能量转换关系为2q1-2＝u2–u1＝∫cV0dT1即系统接受的热量全部用于增加系统的热力学能。若比热容为定值，则上式可写成q1-2＝u2–u1＝cV0(T2–T1)对于稳定流动的开口系统，若工质的流动动能和重力位能的·84第四章理想气体的热力过程·变化可以忽略不计时，则定容过程中系统所作的轴功为2ws＝∫−vdp＝v(

7、p1–p2)1在T-s图上曲线1-2下面的面积相当于过程中系统所接受的热量q1-2。4-3定压过程压力不变时系统状态发生变化所经历的过程称为定压过程，其过程方程式为p＝常量按理想气体状态方程式pv＝RgT，可得定压过程中系统的比体积和温度成正比，即vv1＝TT1按理想气体比熵变化的关系式(3-14)，在定压过程中系统的比熵变化为dTds＝cp0T若比热容为定值，则有Ts＝cln22–s1p0T1如图4-2所示，定压过程1-2在p-v图上是一条水平线，在T-s图上是一条指数曲线。由于cp0＞cV0，所以定压过程线较定容过程

8、线平坦些。定压过程中，系统所作的容积变化功为2w1-2＝∫pdv＝p(v2–v1)＝Rg(T2–T1)1并可用p-v图上水平线1-2下面的面积表示。系统接受的热量可按能量方程式求得，为4-2定温过程·85·图4-2定压过程的p-v图及T-s图2q1-2＝h2–h1＝∫cp0dT1即定压过程中系统吸收的热量等于系统焓的