工程热力学 第五章 图文

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5-2
水蒸气的状态参数
一般情况下，水蒸气的性质与理想气体差 别很大 , 为了便于工程计算，将不同温度和不 压力下的未饱和水、饱和水、干饱和蒸汽和过 热蒸汽的状态参数列成表或绘成线算图。
国际规定，蒸汽表取三相点（即固、液、汽 三相共存状态）液相水的热力学能和熵为零。
即：
p = 611.7 Pa，v = 0.00100021 m3/kg, T = 273.16 K, u = 0 kJ/kg， s = 0 kJ/(kg· K) h u pv 0.00061 kJ/kg 0 kJ/kg
湿空气：含有水蒸气的空气。
干空气：完全不含水蒸气的空气。
在干燥、空气调节以及精密仪表和电绝缘的防 潮等对空气中的水蒸气特殊敏感的领域，则必须考 虑空气中水蒸气的影响。 湿空气中水蒸气的分压力很低，可视水蒸气为 理想气体。一般情况下，湿空气可以看作理想混合 气体。根据道尔顿定律，湿空气的总压力等于水蒸 气的分压力与干空气的分压力之和：
1
液体 汽化
蒸发 ：任何温度下在液体表面进行的
汽化现象，温度愈高愈强烈。
沸腾 ： 沸腾是在给定压力所对应的温
度下发生并伴随着大量汽泡产生 的汽化现象。
p
饱和状态：液面上蒸气空间中 的蒸气和液体两相达 饱和蒸气 到动态平衡的状态 。
饱和液体
ts
饱和压力ps、饱和温度ts： ps f (ts ) 水蒸气：ps＝0.101325 MPa，ts=100 º C
hv 2501 1.863t
kJ/kg（干空气）
27
h 1.005t d (2501 1.863t )
6. 湿空气的焓－湿图
湿空气的焓-湿图是湿空气工程计算的重要工具。 （1） 定焓线簇 （2） 定含湿量线簇

T1 q1
Rc w q2
T2
卡诺循环热机效率的说明
t,C
1
T2 T1
• t,c只取决于恒温热源T1和T2
而与工质的性质无关；
• T1 t,c , T2 c ，温差越大，t,c越高
• T1 = K, T2 = 0 K, t,c < 100%， 热二律
• 当T1=T2， t,c = 0, 单热源热机不可能
热量传递的角度
开尔文－普朗克表述
不可能从单一热源取热，并使之完全 转变为有用功而不产生其它影响。
理想气体 T 过程 q = w
热机不可能将从热源吸收的热量全部转 变为有用功，而必须将某一部分传给冷源。 冷热源:容量无限大，取、放热其温度不变
热二律与第二类永动机
第二类永动机：设想的从单一热源取热并 使之完全变为功的热机。
于19世纪中叶克劳修斯(R.Clausius)首先引入，式中S从 1865年起称为entropy，由清华刘仙洲教授译成为“熵”。
可逆过程S与传热量的关系
定义：熵 dS Qre
T
比熵
ds qre
T
热源温度=工质温度
克劳修斯不等式
Q
Ñ T r
0Ñ dS 0
可逆时
dS 0
dS 0
dS 0
所有满足能量守恒与转换定律 的过程是否都能自发进行
自发过程的方向性
自发过程：不需要任何外界作用而自动进 行的过程。
热量由高温物体传向低温物体 摩擦生热 水自动地由高处向低处流动 电流自动地由高电势流向低电势
自然界自发过程都具有方向性
自发过程的方向性
功量 功量
摩擦生热
100% 发电厂 40%
W’

6
7
土壤源热泵用于建筑空调供暖
Because the ground stores the sun’s heat for rather long periods of time, the temperature of the cooling source stays constant, thereby ensuring high
T1=973K Q1=2000kj Q2=800kj W0
T1=973K Q1=？kj
Wmin
T2=303K
Q2=800kj T2=303K
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例题4
如图为一烟气余热回收方案，设烟气比热容CP=1.4kj/ （kg.k）， CV=1.0kj/（kg.k），求： 1）烟气流经换热器时传给热机工质的热量？ 2）热机放给大气的最小热量Q2？ T2=37+273k 3）热机输出的最大功？ P2=0.1MPa
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五、关于自发过程与非自发过程
1、自发过程：自发实现的过程。 EG：热量总是自发的从高温物体传向低温物体而不能反 向自发进行；两种气体可自发混合而不能自发地分离 2、非自发过程：自发过程的逆向；非自发过程不能自发 地实现。即使利用热机、制冷机或其他任何方法，使 非自发过程得以实现，总需要另一种自发过程伴随进 行 3、结论：自发过程是不可复逆的 4、热力学第二定律可概括为：一切自发实现的涉及热现 象的过程都是不可复逆的
四、火用参数

闭口系统工质火用 开口系统工质火用 火用分析
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ题5


温度为800K,压力为5.5MPa的燃气进入燃气轮机,在燃 气轮机内绝热膨胀后流出燃气轮机.在燃气轮机出口处 测得两组数据,一组压力为1.0MPa ,温度为485K;另一组 压力为0.7MPa,温度495K,问那组参数正确?此过程是否 可逆,作功能力损失多少?并将作功能力表示在T-S图上. (燃气可视作空气, CP=1.004kj/（kg.k）， Rg=0.287kj/ （kg.k），环境T0=300K)

§5-1 活塞式内燃机动力循环
一、四冲程高速柴油机（混合加热循环）
四冲程柴油机工作原理
空气、油
废气
吸气 压缩， 喷油燃烧
膨胀 作功
排气
四冲程高速柴油机工作过程
0—1 吸空气
p3
1—2’ 多变压缩
一般n=1.34~1.37
2 2’
p2’=3~5MPa t2’=600~800℃
柴油自燃t=335℃ p0
四冲程高速柴油机的理想化
1. 工质
p3 4
定比热理想气体
工质数量不变
2
P-V图p-v图
2’
2. 0-1和1’ -0抵消 开口闭口循环
3. 燃烧外界加热
p0 0
5 1’
1
4. 排气向外界放热
V
5. 多变绝热
6. 不可逆可逆
理想混合加热循环（萨巴德循环）
分析循环吸热量，放热量，热效率和功量
p
3
4
T
4 3
s
理想混合加热循环的计算
热效率
T
t
1 T3
T5 T2
T1
k T4
T3
4 3
5
k 1
2
T5
v4 v5
T4
p5 p1
T1
kT1
1
t
1
k 1
k 1
1 k
1
s
各因素对混合加热循环的影响
t
1
k 1
k
1
1
k
1
1、当 、 不变
k
t
t
受气缸材料限制
一般柴油机 14 21
潜艇用氦气，k=1.66
比较的对象：混合加热，定容加热，定压加热