理想气体的热力过程

十、理想气体的热力过程10.1 过程目的及分析方法实施一热力过程（热力学状态连续变化过程）之1. 实现预期的热能-机械能的相互转换目的 （如燃气轮机、制冷机等）；2. 达到预期的热力状态（如压气机）。

分析方法：因实际热力过程 复杂、不可逆（存在摩擦、流阻、温差散热、内部扰动）分析热力过程，先按理想的可逆过程（忽略上述不可逆因素）计算，在实际应用时，引入经验（实验）系数对其修正，以得到最终和实际接近的结果。

理想的可逆过程中有四个便于热力学分析的典型热力过程， 定压过程 C o n s t p = （如燃气轮机燃烧室加热过程） 定容过程 C o n s t v = （如汽油机汽缸中燃烧加热过程） 定温过程 C o n s t T = （冷却压气机的压缩过程）定熵过程 C o n s t s = （气体的高速压缩、膨胀过程） 4个过程参量分别对应着两对共轭的广延量与强度量。

因一般热力设备中的热力过程都可抽象为这四种或它们的组合，上述过程称为基本热力过程。

热力过程可更一般地表为 多变过程 C o n s t pv n =（)(/101C v p n c c n n n nv p '=±∞====定容）定熵，（定温，定压，κ）复杂的实际过程总可用分段（n 变化）的多变过程来逼近对于不能抽象成理想气体的实际气体（如水蒸气、氟利昂等离相变区不远的气体）的热力过程借助图表分析计算。

10.2 过程方程定压过程 C o n s t p = 定容过程 C o n s t v = 定温过程 C o n s t T =绝热（定熵）过程 C o n s t s =p dp c V dv c ds v p +=−−→−=0ds 0=+p dpv dv c c v p →0=+pdp v dv κConst pv =→κ若定比热 取vp c c =κ，γκ=若变2121t t vt t p av c c =κ，或221κκκ+=av ， 1,1,1v p c c =κ，2,2,2v p c c =κ多变过程C o n s t pv n = pv1n2n3n10.3 初、终态参数间关系定压过程 12p p = 1212T T v v = 定容过程 12v v =1212T T p p = 定温过程 12T T = + T R pv g = 1122v p v p = 定熵过程 12s s =κκ1122v p v p =→ 12112-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=κv v T T ，11212-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=κp p T T多变过程nn v p v p 1122= 12112-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n v v T T ，11212-⎪⎪⎭⎫⎝⎛=n p p T T10.4 内能、焓、熵的变化)(12T T c u v -=∆ )(1221t t c u t t v -=∆ )(12T T c h p -=∆ )(1221t t c h t t p -=∆1212ln ln p p R T T c s g p -=∆ 1212ln ln 21p p R T T c s gT T p -=∆ 1212ln lnv vR T T c g v +=1212ln lnv v c p p c p v +=10.5 过程体积功与技术功定压过程 )()(122112T T R v vp pdv w g -=-==⎰⎰=-=210v d p w t定容过程 ⎰==210pdv w ， )(2121p p v v d p wt-=-=⎰定比热变比热定温过程 12111211122121ln ln lnp p v p v v v p v v T R dv vT R pdv w g g -=====⎰⎰ 1211211221ln lnp pv p p p T R dp pT R vdp w g g t -=-=-=-=⎰⎰ t w w = 绝热过程()kv v v p vC dv v C pdv w -----=-===⎰⎰1112112121121111κκκκκκ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=--12111211111-111-1κκκκv v T R v v v p g⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-κκκ112111-1p p T R g （也可通过能量方程去推()2211212111)(1)(v p v p T T R T T c u w w u q gv --=--=-=∆-=→-∆=κκ） ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-=-=--⎰⎰κκκκκκκκκ112112121111211111p p T R v v T R dp p C vdp w g g t or()()()22112121211)(1v p v p T T R T T c T T c h w w h q g V p t t --=--=-=-=∆-=→+∆=κκκκκw w t κ=多变过程 ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=--n n g n g p p T R n v v T R n w 1121121111-111-1 ()22112111)(1v p v p n T T n R g--=--=nw w t =10.6 过程热量利用上面求得的w u ∆∆,即可由w u q +∆=得过程热量定压过程 ()())(12T T c h pv u pv u v p u q p -=∆=+∆=∆+∆=∆+∆=或 ()1221t t c q t t p-=定容过程 )(12T T c u q V -=∆= 或 ()1221t t c q t t V -=定温过程 0)(12=-=∆T T c u V1211121112ln ln ln p p v p v v v p v v T R w q g -====或 因过程可逆 121221ln ln v v T R p p T R s T Tds q g g =-=∆==⎰ 绝热过程 0=q多变过程 w u q +∆==)(1)(2112T T n R T T c gV --+- =)(1)(11-)(122112T T c n n T T c n T T c V V V ---=--+-κκ 故可得多变过程的比热V n c n n c 1--=κ10.7 过程图示IIIIIIIVvp定压0=n 定温1=n 定熵κ=n 定容±∞=np-v 图上，定容线与定压线将其分为了II 、、IV 四个区。

理想气体的基本热力过程热力设备中，热能与机械能的相互转化，通常是通过气态工质的吸热、膨胀、放热、压缩等热力过程来实现的。

实际的热力过程都很复杂，而且几乎都是非平衡、非可逆的过程。

但若仔细观察会发现，某些常见过程非常近似一些简单的可逆过程。

常见的主要有四种简单可逆过程-基本热力过程，指系统某一状态参数保持不变的可逆过程。

包括定容过程、定压过程、定温过程和绝热过程。

我们以1kg理想气体的闭口系统为例来分析这几种基本热力过程，分析方法包括5点：（1）依据过程特点建立过程方程式；（2）由过程方程和理想气体状态方程确定初、终态基本状态参数之间的关系，即P1、v1、T1和P2、v2、T2之间的关系；（3）绘制过程曲线；我们主要绘制两种坐标图P-v图和T-s图，因为P-v图上可以表示过程中做功量的多少，而T-s图上可以表示过程中吸收或放出热量的多少；（4）分析计算△u，△h，△s；（5）分析计算过程的热量q和功w。

一、定容过程定容过程即工质的容积在整个过程中维持不变，dv=0，通常是一定量的气体在刚性容器中进行定容加热或定容放热。

（1）依据过程特点建立过程方程式定容过程的特点是体积保持不变，所以建立过程方程式：v=常数；或dv=0或v1=v2（2）由过程方程和理想气体状态方程确定初、终态基本状态参数之间的关系过程方程式：v1=v2理想气体状态方程：112212Pv P v T T = 由以上两个方程可以得到初末基本状态参数之间的关系：122211v v P T P T =⎧⎪⎨=⎪⎩ 即定容过程中工质的压力与温度成正比。

（3）绘制过程曲线；定容过程有两种情况：定容加热和定容放热。

（4）分析计算△u ，△h ，△s ；2211v v u u u c dT c T ∆=-==∆⎰ 2211p p h h h c dT c T ∆=-==∆⎰ 222111ln ln ln p v v v P P s c c c v P P ∆=+=或222111ln ln ln v v T v T s c R c T v T ∆=+= （5）分析计算过程的热量q 和功w 。