工程热力学教学分析.ppt

第三章 理想气体热力性质及热力过程 本章主要学习内容： 1. 理想气体的定压、定容比热容：cp，cv及两个比热 容之间的关系。（掌握） 2. 理想气体的内能、焓与比热容之间的关系及理想气 体内能、焓、熵的计算。（掌握） 3. 理想混合气体的分体积、分压定律及热力学关系式。（了解） 4. 基本热力过程：定压、定容、定温、定熵的过程线及 在p-v、T-s图上的表达。（掌握） 5. 多变热力过程及其在状态参数坐标图上的表达。 （了解） 折合气体常数按气体常数的定义可表示为： 例题 已知：空气的体积分数为ФN2＝78.026％， Фo2＝21.0％， Фco2＝0.036％， ФH2＝0.014％， ФAr＝0.93％，试计算其平均摩尔质量、气体常数和各组成气体的分压力。 分析：体积分数＝摩尔分数Фi＝xi，而摩尔质量可以表示为： 例题 例题 1.一热机在高温热源1000k和低温热源300k之间工作，若热机从高温热源吸收2000kJ的热量，则分析下列热力循环能否发生，是否可逆？1.向低温热源排放800kJ的热量；2.做出1400kJ的功量；3.向低温热源排放400kJ的热量。 例题.有质量均为m的二物体，比热容相同，均为cp（比热容为定值，不随温度变化）。A物体初温为TA,B物体初温为TB(TA＞TB）。用它们作为热源和冷源，使可逆热机工作于期间，直至二物体温度相等为止。试证明： 1.二物体最后达到平衡温度为 2.可逆热机做出的总功为 3.若抽掉可逆热机，使二物体直接接触，直至温度相等，这时二物体的熵增为： 2.一盆20kg，50℃的水放在室外，环境温度为0℃，若在热水和环境之间装一热机，则热机能做出的最大功为多少？ 3.有人声称能做出一种装置，能使65℃的热水通过时一部分变成100℃的热水，一部分变成15℃的水，环境温度为15℃，试分析此热力过程能否实现？ 五 可用能和不可逆损失 可用能 能量基准：环境温度 定义：能量中可以做出的最大有用功 恒温热源的可用能： 变温热量的可用能： 不可逆过程引起的做功能力的损失： 习题课 3-20 10L的容器中装有压力为0.15Mpa、温度为室温293k的氩气。先将容器阀门突然打开，氩气迅速排向大气，容器中的压力很快降至大气压力0.1Mpa。这时立即关闭阀门，经一段时间后容器内恢复到大气温度。试求：1.放气过程达到的最低温度； 2.恢复到大气温度后容器内的压力； 3.放出的气体质量； 4.关闭阀门后气体从外界吸收的热量。 4-3 以氩气为工质，在温度为1200k和300k的两个恒温热源之间进行回热卡诺循环，已知p1＝p4＝1.5Mpa，p2＝p3＝0.1Mpa，试计算各过程的功、热量和循环的热效率。 若不采用回热器，过程4-1由热源供热，过程2-3向冷源排热，这时循环的热效率为若干？由于不等温传热引起的孤立系的熵增为若干？ 4-5 以T1、T2为变量，导出图中所示二循环热效率的比值，并求T1无限趋大时此值的极限。若热源温度为1000k，冷源温度为300k，则循环热效率各为多少？热源每供应100kJ的热量，b图所示循环比卡诺循环少做多少功？冷源的熵多增加多少？整个孤立系的熵增加多少？ 例题 试设计一喷管，流体为空气，已知滞止压力为0.8Mpa，滞止温度为290k，喷管出口压力为0.1Mpa，流量为1kg/s（按定比热容理想气体计算，不考虑摩擦） 根据上述分析，此时喷管出口压力小于临界压力，意味喷管出口的流速大于临界流速，流体从滞止状态变化到超临界流动，则需要一个渐缩、渐括形的喷管才能完成。 喷管中流体的流速一定，则在喷管的喉部，流体具有临界流速，则所需要的喉部截面积可以很容易求出，即：临界流速为： 出口面积： 余隙容积对压缩比的影响 余隙容积使容积效率降低，随着余隙容积的增大，压气机的容积效率降低。 本次课堂授课内容： 1.蒸汽压缩式制冷循环装置及循环过程分析 2.蒸汽压缩式制冷循环过程的p-v、T-s、lgP-h图，及制冷系数的分析、计算。 3.例题 4.蒸汽压缩式制冷循环的实际循环过程，相应的状态参数坐标图 5.例题 8-4 制冷剂的发展 只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。 制冷剂热力学性质 (1) 工作温度范围内有合适的压力和压力比。 采用再热循环同时减小了乏汽的湿度，有利于汽轮机的正常运行。 一级抽汽回热循环的热效率即为： 抽汽回热循环中吸热量与朗肯循环相同，没有变化 火力发电循环： 1、主、再热蒸汽系统（一次中间再热）：锅筒的饱和蒸汽→过热器→汽轮机电动主汽门→汽轮机自动主汽门→高压缸→高压缸排汽逆止门→再热器→汽轮机中压