空气动力学与热工基础
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空气动力学与热工基础讲义
升力 Y，尾 并对飞机重心形成俯仰操纵力矩，迫使机头上仰增大
迎角(图3—4—36)。由于迎角增大，引起飞机产生正的附加升力 Y飞机，此附加升力作用在飞机焦点上，对飞机重心形成俯仰恢复 力矩，其方向同俯仰操纵力矩的方向相反，力图恢复原来的迎角 。随着迎角逐渐增大，飞机的附加升力和它形成的俯仰恢复力矩 也逐渐增大，及致迎角增大到一定程度，相互矛盾的俯仰恢复力 矩与俯仰操纵力矩重新平衡时，飞机就停止俯仰转动，保持以较 大的迎角飞行。
方向舵是靠脚左右蹬来操纵的(图3—4—34)．左脚向前蹬左 脚蹬，方向舵向左偏转，飞机便向左方转过去；右脚向前蹬右脚 蹬，方向舵向右偏转，飞机便右转。
三个舵面的操纵，在空气动力作用的原理方面，它们基本上 是一样的，都是改变舵面上的空气动力，产生附加力，对飞机重 心形成操纵力矩，来达到改变飞机飞行状态的目的，下面我们仍 从飞机的纵向、横向和方向三方面来分别说明操纵性的基本原理 、影响因素，最后简单介绍随空布局飞机的直接力操纵问题。
如果飞机的迎角稳定性较强，则移动驾驶杆操纵水平尾翼( 或升降舵)偏转时，飞机迎角改变甚少，俯仰恢复力矩就能与俯 仰操纵力矩相平衡，也就是说，水平尾翼(或升降舵)偏转相同角 度的条件下，飞机迎角变化较少，即飞机的纵向操纵性较差。由 此可知，飞机的纵向稳定性和纵向操纵性是互相矛盾的，飞机的 纵向稳定性增强，其纵向操纵性变差。飞机从亚音速飞行向超音 速飞行过渡时，由于飞机焦点位置显著后移，纵向稳定性大大增 加，纵向操纵性要变差。
(二)增强飞机俯仰操纵性的措施——全动水平尾翼
一般亚音速飞机都采用升降舵进行俯仰操纵，飞行员操纵 升降舵，升降舵偏转所引起的压力变化能逆气流传播，使整个水 平尾翼的压力分布发生显著变化，产生较大的附加升力，故升降 舵效能提高，能够保证飞机具有良好俯仰操纵性(图3—4—37a) 。
迎角(图3—4—36)。由于迎角增大，引起飞机产生正的附加升力 Y飞机，此附加升力作用在飞机焦点上，对飞机重心形成俯仰恢复 力矩，其方向同俯仰操纵力矩的方向相反，力图恢复原来的迎角 。随着迎角逐渐增大，飞机的附加升力和它形成的俯仰恢复力矩 也逐渐增大，及致迎角增大到一定程度，相互矛盾的俯仰恢复力 矩与俯仰操纵力矩重新平衡时，飞机就停止俯仰转动，保持以较 大的迎角飞行。
方向舵是靠脚左右蹬来操纵的(图3—4—34)．左脚向前蹬左 脚蹬，方向舵向左偏转，飞机便向左方转过去；右脚向前蹬右脚 蹬，方向舵向右偏转，飞机便右转。
三个舵面的操纵，在空气动力作用的原理方面，它们基本上 是一样的，都是改变舵面上的空气动力，产生附加力，对飞机重 心形成操纵力矩，来达到改变飞机飞行状态的目的，下面我们仍 从飞机的纵向、横向和方向三方面来分别说明操纵性的基本原理 、影响因素，最后简单介绍随空布局飞机的直接力操纵问题。
如果飞机的迎角稳定性较强，则移动驾驶杆操纵水平尾翼( 或升降舵)偏转时，飞机迎角改变甚少，俯仰恢复力矩就能与俯 仰操纵力矩相平衡，也就是说，水平尾翼(或升降舵)偏转相同角 度的条件下，飞机迎角变化较少，即飞机的纵向操纵性较差。由 此可知，飞机的纵向稳定性和纵向操纵性是互相矛盾的，飞机的 纵向稳定性增强，其纵向操纵性变差。飞机从亚音速飞行向超音 速飞行过渡时，由于飞机焦点位置显著后移，纵向稳定性大大增 加，纵向操纵性要变差。
(二)增强飞机俯仰操纵性的措施——全动水平尾翼
一般亚音速飞机都采用升降舵进行俯仰操纵，飞行员操纵 升降舵，升降舵偏转所引起的压力变化能逆气流传播，使整个水 平尾翼的压力分布发生显著变化，产生较大的附加升力，故升降 舵效能提高，能够保证飞机具有良好俯仰操纵性(图3—4—37a) 。
热工基础第12章气体动力循环
冲程 四冲程 (进气,压缩,燃烧膨胀,排气) 二冲程 (进气-压缩-燃烧膨胀,排气)
四冲程柴油机的工作过程
内燃机的整个工作过程存在着诸多不可逆因 素，因此实际内燃机的工作循环是不可逆的。
P
0-1：吸气过程。由于阀门的阻力，吸入
3 4 气缸内空气的压力略低于大气压力。
1-2：压缩过程
2
2－3－4－5：燃烧和膨胀
混合加热循环
内燃机按加热方式 定容加热循环
定压加热循环 (一) 混合加热循环
特征参数：
p3
4
压缩比：压缩前的比体积与
压缩后的比体积之 2
比，它是表征内燃
5
v1 机工作体积大小的
1
v2 结构参数。
0
v
混和加热理想循环
定容升压比：
p
定容加热后的压力与加热前
3
的压力之比，它表示内燃机
2
定容燃烧情况的特性参数。
第一节 活塞式内燃机的理想循环
内燃机一般都是活塞式
Hale Waihona Puke 活塞式内燃机的分类：（特或点称是往用复燃式烧）的的产，物其作共为同工
使用燃料
煤气机 质推动活塞作功，燃料的燃
烧过程以及工质的膨胀和压
汽油机 缩都在同一个带活塞的气缸
柴油机
中进行，再由连杆带动曲轴 转动。
点火方式 点燃式 （汽油机、煤气机）
压燃式 （柴油机）
1 T1 T2
1
1
1
定容加热理想循环
定容加热理想循环的热效率:
t
1
1
1
混合加热理想循环的热效率:t
1
1[(
1 1) (
冶金炉热工基础-冶金炉热工基础-气体力学
提高燃烧效率与降低污染排放
优化燃料配比
01
根据不同燃料的特点和燃烧需求，合理配比燃料和空气的比例，
实现高效燃烧和低排放。
采用高效燃烧器
02
选用具有高效燃烧性能的燃烧器，提高燃料的燃烧速度和燃烧
效率，降低未燃尽气体和有害物质的排放。
烟气处理与净化
03
采用适当的烟气处理技术和净化设备，如脱硫、脱硝、除尘等
通过气体力学的研究，可以进一步揭示冶金炉内的流动规律和传热机制，为新型高 效、环保的冶金炉的开发提供科学依据。
未来发展方向与挑战
随着科技的不断发展，气体力学在冶金炉热工基础领域的 应用将更加广泛和深入，需要进一步研究新型的数学模型 和计算方法，以提高模拟精度和计算效率。
未来发展中，需要加强气体力学与其他学科的交叉融合， 如化学反应动力学、传热学和计算流体动力学等，以推动 冶金炉热工基础领域的创新发展。
装置，对排放的烟气进行净化处理，减少对环境的影响。
新型冶金炉的开发与应用
新型燃烧技术的研究与应用
研究开发新型的燃烧技术，如富氧燃烧、催化燃烧等，提高燃烧 效率和降低污染排放。
智能化控制技术的引入
将先进的智能化控制技术引入冶金炉中，实现炉内参数的实时监测、 控制和优化，提高冶金炉的自动化和智能化水平。
流动速度的影响
气体流动速度越快，越有利于燃料与氧气混合，提高燃烧效率。但 过高的流速可能导致氧气供应不足，影响燃烧效率。
流动状态的影响
湍流流动有利于增强燃料与氧气的混合程度，提高燃烧效率；层流流 动则有利于形成稳定的燃烧区域，减少燃烧产物的波动。
05
气体力学在冶金炉优化中的应用
优化炉内气流组织
1 2 3
合理设计炉膛结构
热工基础的原理及应用
热工基础的原理及应用1. 热工基础的概念热工基础是热力学和热传导学的基础，是研究能量转化、能量传递和能量转换的科学。
它主要涉及热力学、热传导、热辐射等内容，可以应用于各个领域，如工业、航空航天、能源等。
热工基础对于理解和应用能量转化、传递和转换非常重要。
2. 热工基础的原理2.1 热力学的原理热力学是热工基础的重要组成部分，它研究的是热力学系统中能量的转化和传递规律。
热力学的基本原理包括以下几个方面：•热力学第一定律：能量守恒，能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量不会减少或增加。
•热力学第二定律：熵增原理，自然界的熵总是增加的，热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。
•热力学第三定律：绝对零度原理，当温度接近绝对零度时，物体的熵趋于零。
2.2 热传导的原理热传导是热工基础中的重要内容，研究的是物体内部的热量传递规律。
热传导的原理可以用以下几个概念和公式来描述：•热导率：热导率是物质传导热量的能力，它的单位是瓦特/米·开尔文（W / m · K）。
•热传导方程：热传导方程描述了物体内部的温度变化与热流量之间的关系，可以用下面的公式表示： $Q = -k \\cdot A \\cdot \\frac{{dT}}{{dx}}$ •热阻和热导：热阻是物体传输热量的阻力，它的大小取决于物体的热导率和几何形状。
2.3 热辐射的原理热辐射是热工基础中的另一个重要内容，研究的是物体通过辐射传递热量的规律。
热辐射的原理可以用以下几个概念和公式来描述：•黑体辐射：黑体是理想的辐射体，它能完全吸收所有进入它表面的辐射能，并能以最大的效率辐射出去。
•斯特藩-玻尔兹曼定律：斯特藩-玻尔兹曼定律描述了黑体辐射的功率密度与温度的关系，可以用下面的公式表示： $P = \\sigma \\cdot A \\cdot T^4$•辐射传热：物体的辐射传热是指物体通过辐射的方式将热量传递给其它物体，其传热速率与物体的温度差和表面特性有关。
《热工基础》第一章
第一篇 工程热力学
1
第一章 基本概念
本章重点介绍工程热力学中常用的基本 概念，了解和掌握这些基本概念是学习工程 热力学的基础。
1-1 热机、工质、热源与热力系统
热机：
能将热能转换为机械能的机器。如蒸汽 机、蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机和喷气发 动机等。
2
3
工质：
实现热能和机械能之间转换的媒介物质。
例如：在活塞式热力机械中，活塞运动的 速度一般在10m/s以内，但气体的内部压力 波的传播速度等于声速，通常每秒数百米， 活塞运动的速度很慢，这类情况就可按准平 衡过程处理。
38
不平衡过程 ：过程中并非每一点都
非常接近于平衡状态
平衡状态1
平衡状态2
39
思考： 准平衡过程和不平衡过程哪个常见？ • 准平衡过程：一般均可视作 • 不平衡过程：会特别说明
36
在系统内外的不平衡势（如压力差、温
度差等）较小、过程进行较慢、弛豫时间非
常短的情况下，可以将实际过程近似地看作
准平衡过程。
非平衡态→近平衡态 时间
在状态参数坐标图上，准平衡过程可以近 似地用连续的实线表示。
p
1
2
v 37
在系统内外的不平衡势（如压力差、温度 差）不是很大的情况下，弛豫时间非常短， 可以将实际过程近似地看做准平衡过程。
（3）可逆过程
如果系统完成了某 一过程之后可以沿原路 逆行回复到原来的状态， 并且不给外界留下任何 变化，这样的过程为可 逆过程。
实际过程都是不可逆过程，如传热、混合、 扩散、渗透、溶解、燃烧、电加热等 。
可逆过程是一个理想过程。可逆过程的
条件：准平衡过程＋无耗散效应。
不可逆过程无法恢复到初始状态？ 错！
1
第一章 基本概念
本章重点介绍工程热力学中常用的基本 概念，了解和掌握这些基本概念是学习工程 热力学的基础。
1-1 热机、工质、热源与热力系统
热机：
能将热能转换为机械能的机器。如蒸汽 机、蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机和喷气发 动机等。
2
3
工质：
实现热能和机械能之间转换的媒介物质。
例如：在活塞式热力机械中，活塞运动的 速度一般在10m/s以内，但气体的内部压力 波的传播速度等于声速，通常每秒数百米， 活塞运动的速度很慢，这类情况就可按准平 衡过程处理。
38
不平衡过程 ：过程中并非每一点都
非常接近于平衡状态
平衡状态1
平衡状态2
39
思考： 准平衡过程和不平衡过程哪个常见？ • 准平衡过程：一般均可视作 • 不平衡过程：会特别说明
36
在系统内外的不平衡势（如压力差、温
度差等）较小、过程进行较慢、弛豫时间非
常短的情况下，可以将实际过程近似地看作
准平衡过程。
非平衡态→近平衡态 时间
在状态参数坐标图上，准平衡过程可以近 似地用连续的实线表示。
p
1
2
v 37
在系统内外的不平衡势（如压力差、温度 差）不是很大的情况下，弛豫时间非常短， 可以将实际过程近似地看做准平衡过程。
（3）可逆过程
如果系统完成了某 一过程之后可以沿原路 逆行回复到原来的状态， 并且不给外界留下任何 变化，这样的过程为可 逆过程。
实际过程都是不可逆过程，如传热、混合、 扩散、渗透、溶解、燃烧、电加热等 。
可逆过程是一个理想过程。可逆过程的
条件：准平衡过程＋无耗散效应。
不可逆过程无法恢复到初始状态？ 错！
热工基础(正式)全
17
正向运动（膨胀）时，吸 收热源的热量，所作膨胀功除 去用于排斥大气外，全部储存 在飞轮的动能中。
若无摩擦等耗散效应
反向运动（压缩）时，利用飞 轮的动能来推动活塞逆行，压缩工 质所消耗的功恰与膨胀功相等。
同时压缩过程中质向热源所 排热量也恰与膨胀时所吸收的热 量相等。
如果系统经历了一个过程后，系统可沿原过程的路线反 向进行，回复到原状态，不在外界留下任何影响，则该过 程称为可逆过程。
热力学第零定律
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系 统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。 这一结论称做《热力学第零定律》。
热力学第零定律表明，一切互为热平衡的系统具有一 个数值上相等的共同的宏观性质──温度。温度计测定物体 温度正是依据这个原理。
热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和 温度的测量方法。它为建立温度概念提供了实验基础。
理想气体实际并不存在， 在现实物质中，即使是绝热可 逆过程，系统的熵也在增加， 不过增加的少。
热力学第三定律发现者 德国物理化学家能斯特
三、理想气体的状态方程
kg K
pV mRgT
Pa m3
pv RgT pV nRT p0V0 RT0
1kg n mol 1mol标准状态
气体常数：J/(kg.K) R=mRg=8.3145J/(mol.K)
(2) 特别是在下列技术领域存在传热问题
a 航空航天：高温叶片冷却；空间飞行器重返大气 层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷却；
b 微电子： 电子芯片冷却 c 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器
官的冷冻保存 d 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存 e 新 能 源：太阳能；燃料电池
正向运动（膨胀）时，吸 收热源的热量，所作膨胀功除 去用于排斥大气外，全部储存 在飞轮的动能中。
若无摩擦等耗散效应
反向运动（压缩）时，利用飞 轮的动能来推动活塞逆行，压缩工 质所消耗的功恰与膨胀功相等。
同时压缩过程中质向热源所 排热量也恰与膨胀时所吸收的热 量相等。
如果系统经历了一个过程后，系统可沿原过程的路线反 向进行，回复到原状态，不在外界留下任何影响，则该过 程称为可逆过程。
热力学第零定律
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系 统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。 这一结论称做《热力学第零定律》。
热力学第零定律表明，一切互为热平衡的系统具有一 个数值上相等的共同的宏观性质──温度。温度计测定物体 温度正是依据这个原理。
热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和 温度的测量方法。它为建立温度概念提供了实验基础。
理想气体实际并不存在， 在现实物质中，即使是绝热可 逆过程，系统的熵也在增加， 不过增加的少。
热力学第三定律发现者 德国物理化学家能斯特
三、理想气体的状态方程
kg K
pV mRgT
Pa m3
pv RgT pV nRT p0V0 RT0
1kg n mol 1mol标准状态
气体常数：J/(kg.K) R=mRg=8.3145J/(mol.K)
(2) 特别是在下列技术领域存在传热问题
a 航空航天：高温叶片冷却；空间飞行器重返大气 层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷却；
b 微电子： 电子芯片冷却 c 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器
官的冷冻保存 d 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存 e 新 能 源：太阳能；燃料电池
833热工基础
833热工基础
热工基础是工程热力学的一个重要分支，主要研究与能量转化和传递有关的基本原理和基础知识。
在热工基础课程中，通常包括以下内容：
1. 热力学和能量守恒：研究热力学系统的性质，如温度、压力、体积和热量等之间的关系，并探讨能量在系统内的转化和传递规律。
2. 热工循环：研究各种热力循环，如卡诺循环、布雷顿循环等，了解不同循环对功和效率的影响。
3. 理想气体和真实气体：研究理想气体的状态方程、性质和状态变化，以及真实气体的特性和修正方法。
4. 蒸汽和水的性质：研究蒸汽和水的物理性质，如饱和蒸汽表、湿汽表等，以及蒸汽湿度和干度的计算方法。
5. 热量传递：研究热量传递的方式和计算方法，包括传导、对流和辐射三种传热方式的原理和应用。
6. 热工设备：介绍各种常用的热工设备，如锅炉、蒸汽发生器、换热器等的工作原理和性能。
通过学习热工基础，学生可以了解热力学和能量转化的基本原理，掌握热工系统的基本计算方法，为后续的热工工程设计和实践奠定基础。
空气动力学与热工基础 2—3三角翼的空气动力特性
在气流尚未分离的引角下， 升力系数随迎角的增大而直线增长，升力系数与迎角表 现为线性变化关系。例如歼7飞机就是这样，参见图3— 1—15所示。
•
而细长三角翼具有不寻常的升力特性，其不同点为： 升力系数曲线的斜率比大展弦比机翼小得多；其随迎角 的变化呈现非线性，升力系数的增长比迎角更快一些， 如图3—2—34所示。其所以如此，是因为升力由两部 分组成。一部分是翼面的附着流(整个下表面和部分上 表面)所产生的升力，叫做“位流升力”，其变化与迎 角成线性关系。另一部分是上表面脱体涡所产生的升力， 叫“涡升力”，其变化与迎角成非线性关系。
• 在很小的迎角下，上式可写成 • 2 C y K p K N
Kp 式中第一项是位流升力，第二项是涡升力； 与 Kn 均为常值，其大小取决于展弦比。图3—2—36表明了 按上式计算的结果与实验结果的比较。 • 当迎角增大到一定程度，脱体涡在机翼上表面后缘 发生破碎，变得不规则，这会使流谱发生变化。迎角进 步增大，破碎点向前移动，能量进一步耗散，涡升力减 小。再后，出现失速，升力相应下降。临界迎角可高 达 35 ~ 40 。 • 三角翼虽然有这样大的临界迎角，但起飞、着陆， 还很难得到充分利用。因为起飞、着陆，增大迎角或迎 角过大，势必影响飞行员的视界，还会造成机身尾部擦 地。例如歼7飞机起飞的着陆迎角，不超过 9 ~ 10，远 远小于临界迎角。为此，有的超音速飞机将机头向下折 转，改善视界。同时，加高起落架，防止机尾擦地。
•
•
脱体涡具有增大上表面吸力，使升力增大的作 用。因为脱体涡从前缘连续产生，形成稳定的低压区， 上表面正处于脱体涡低压之下，所以吸力很大。迎角 大，低压区吸力也大，所以升力增大更多。图3—2— 35是一个展弦比为1的三角翼，在20°迎角下的各个 横断面上压强分布图。它说明了上表面在脱体涡所复 盖的区域，吸力很大。 • 据理论分析结果：细长三角翼的升力系数( C y ) 与迎角( )之间的关系，如下式所示： C y K p sin a cos 2 K N cos a sin 2
•
而细长三角翼具有不寻常的升力特性，其不同点为： 升力系数曲线的斜率比大展弦比机翼小得多；其随迎角 的变化呈现非线性，升力系数的增长比迎角更快一些， 如图3—2—34所示。其所以如此，是因为升力由两部 分组成。一部分是翼面的附着流(整个下表面和部分上 表面)所产生的升力，叫做“位流升力”，其变化与迎 角成线性关系。另一部分是上表面脱体涡所产生的升力， 叫“涡升力”，其变化与迎角成非线性关系。
• 在很小的迎角下，上式可写成 • 2 C y K p K N
Kp 式中第一项是位流升力，第二项是涡升力； 与 Kn 均为常值，其大小取决于展弦比。图3—2—36表明了 按上式计算的结果与实验结果的比较。 • 当迎角增大到一定程度，脱体涡在机翼上表面后缘 发生破碎，变得不规则，这会使流谱发生变化。迎角进 步增大，破碎点向前移动，能量进一步耗散，涡升力减 小。再后，出现失速，升力相应下降。临界迎角可高 达 35 ~ 40 。 • 三角翼虽然有这样大的临界迎角，但起飞、着陆， 还很难得到充分利用。因为起飞、着陆，增大迎角或迎 角过大，势必影响飞行员的视界，还会造成机身尾部擦 地。例如歼7飞机起飞的着陆迎角，不超过 9 ~ 10，远 远小于临界迎角。为此，有的超音速飞机将机头向下折 转，改善视界。同时，加高起落架，防止机尾擦地。
•
•
脱体涡具有增大上表面吸力，使升力增大的作 用。因为脱体涡从前缘连续产生，形成稳定的低压区， 上表面正处于脱体涡低压之下，所以吸力很大。迎角 大，低压区吸力也大，所以升力增大更多。图3—2— 35是一个展弦比为1的三角翼，在20°迎角下的各个 横断面上压强分布图。它说明了上表面在脱体涡所复 盖的区域，吸力很大。 • 据理论分析结果：细长三角翼的升力系数( C y ) 与迎角( )之间的关系，如下式所示： C y K p sin a cos 2 K N cos a sin 2
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• 解：(1)因为V=常数 • • • 所以容积功 (2)焓的变化
W12 pdv 0
1
2
2
•
I m i m C p dT 8 2.（ 2 187 17） 2990 KJ 1 (3) 换热量
Qv mCv T 8 1.682 （ 18717 ） 2287
q p C（ ） 1.157 （ 1200 600 ） 694.2kJ / kg p T2 T 1
W12 P（v2 v1） R（T2 T1） 0.287 600 172.2KJ / kg
• (5)每千克气体的内能变化量
u Cv T （C p R）（T2 T1）
• 五、过程能量交换情况 • 1、容积功 • V=0常数或dv=0，所以不论是加热或放热，气体对外 均不做容功，即
w12 Pdv 0
1
2
• 2、内能的变化量
u2 u1 C （ ） v T2 T 1
• 3、换热量
qv u2 u1 C（ ） v T2 T1
例：气缸内有0.002kg空气，温度为300℃， 压力为8bar，定容加热后的压力为40bar， 求加热后的温度，加给空气的热量，设空 气的等容比热为0.718 KJ / kg K • 解 已知 T= 273＋300= 573K, P 1 = 8bar P2 = 40 bar 得加热后的空气温度为
=（1.157－0.287）（1200－600） =522 KJ / kg
• 例 开始时活塞汽缸的体积为0.1m3，其中有压力 为1.15bar的空气0.1kg,若在压力不变的情况下, 体积缩小为原来的75%,求终点的温度,变化过程 中换热量的大小和方向。 • 解 开始时，空气的温度由完全气状态变化过程是一个可逆过程； • (2)气体是完全气体。即在任一平衡状态 下，其参数关系符合完全气体的状态方程 式； • (3)比热容是常数，即比热容不随温度而 变化。 • (4)实际过程近似地看作是具有某一简单 特征的一个特殊过程。
• 分析热力过程的主要内容是： • (1)建立工质在热力过程中状态参数的变 化规律： • 根据过程进行的特点，在符合状态方程 及热力学定律解析式的条件下，求出状 态参数之间变化关系——过程方程式。 • (2)确定工质在热力过程中能量变换特性： • 计算过程中内能的变化、焓的变化和工 质与外界之间所交换的热量和功。
§3—2 等容过程
• 一、过程的定义 • 等容过程是指气体在容积不变或比容保持不 变的条件下进行的热力过程。活塞式发动机 和脉动式喷气发动机的燃烧过程就近似于等 容过程。图1—3—1(a)表示等容加热过程， 其中活塞不动。 • 二、过程特点 • V= 常数 • 或 ν= 常数
• 三、过程方程
• 或
正号表示对该气体加热。
§3—3 等压过程
• 一、过程的定义 • 气体在压力保持不变的条件下进行的热 力过程。有些活塞式柴油机及涡轮喷气 发动机的燃烧过程，压力变化很小，近 似于定压加热。图1—3—2(a) 。 • 二、过程特点
•
P = 常数
• 三、过程方程式 •
‘
V R 常数 T P
V2 T2 V1 T1
• 说明： • 在定压过程中，气体的比容与热力学温度 成正比；对气体加热，温度升高，比容增 大，气体放热，温度降低，比容减小。
• 四、过程曲线
• P—V图如图1—3—2(b)所示；
• T—s图如图1—3—2(c) 所示。
• 即在P—v图上是一条与P轴相垂直的直线； 在T—s图上是一条指数曲线，且斜率随 温度的升高而增大，亦即温度越高，曲 线的斜率在T—s图中越陡峭。
P R 常数 T v P2 T2 P1 T1
说明： 在等容过程中，气体的压力与热力学温度成正比， 当对气体加热时，温度升高，压力增大，气体放 热，温度降低，压力减少。
• 四、过程曲线
• 图1—3—1（b）和图1—3—1（c）
• 即在P—v图上是一条与v轴相垂直 的直线；在T—s图上是一条指数曲 线，且斜率随温度的升高而增大， 亦即温度越高，曲线的斜率在T—s 图中越陡峭。
分析热力过程的目的、方法和内容 等容过程 等压过程 等温过程
介绍等容、等压、等温的 过程方程、能量转换和过程曲线
过程的能量转换 能量转换及其计算 2/14
第三章 气体的热力过程
§3—1 分析热力过程的目的、方法和内容 • 热力发动机中热能和机械能的相互转 换是通过工质的状态变化过程实现的。 研究热力过程才可以弄清楚热能和机 械能的实际转换情况和影响它们转换 的因素。
P2 40 T2 T1 573 285K P 8 1
• 加热量为 Q mC （ ） 0.02 0.718 （2865 573 ） 3.29KJ v T2 T 1
• 例 某完全气体的定压比热容为2.2 KJ / Kg ，分子量 K 为16.04。该气体8kg在等容条件下自17℃加热至 187℃，求该气体的(1)容积功（2）焓的变化(3)换热 量。
• 五、能量交换情况 • 1、容积功
W12 Pdv P（V2 V1）
1
2
• 2、内能的变化量 •
u12 u2 u1 C（ ） V T2 T 1
• 3、换热量 • q C（T
p p
2
T1） i2 i1
• 例 压力为8bar，温度为327℃的空气进入 燃烧室内定压加热，使其温度升高到927℃。 C p 1.157KJ / Kg K 设燃气的定压比热容 • 燃气的气体常数 R 287J / kg K，求(1)燃烧 前后气体的比容(2)每千克气体的加热量(3) 膨胀功(4)内能的变化量 • 解 (1)燃烧前的比容
RT1 287 （327 273 ） 3 v1 0.2153 m / kg 5 P 8 10 1
• (2)燃烧后的比容
• (3)每千克气体的加热量
• (4)每千克气体的容积功
T2 927 273 v2 v1 0.2153 0.4305 m3 / kg T1 327 273
W12 pdv 0
1
2
2
•
I m i m C p dT 8 2.（ 2 187 17） 2990 KJ 1 (3) 换热量
Qv mCv T 8 1.682 （ 18717 ） 2287
q p C（ ） 1.157 （ 1200 600 ） 694.2kJ / kg p T2 T 1
W12 P（v2 v1） R（T2 T1） 0.287 600 172.2KJ / kg
• (5)每千克气体的内能变化量
u Cv T （C p R）（T2 T1）
• 五、过程能量交换情况 • 1、容积功 • V=0常数或dv=0，所以不论是加热或放热，气体对外 均不做容功，即
w12 Pdv 0
1
2
• 2、内能的变化量
u2 u1 C （ ） v T2 T 1
• 3、换热量
qv u2 u1 C（ ） v T2 T1
例：气缸内有0.002kg空气，温度为300℃， 压力为8bar，定容加热后的压力为40bar， 求加热后的温度，加给空气的热量，设空 气的等容比热为0.718 KJ / kg K • 解 已知 T= 273＋300= 573K, P 1 = 8bar P2 = 40 bar 得加热后的空气温度为
=（1.157－0.287）（1200－600） =522 KJ / kg
• 例 开始时活塞汽缸的体积为0.1m3，其中有压力 为1.15bar的空气0.1kg,若在压力不变的情况下, 体积缩小为原来的75%,求终点的温度,变化过程 中换热量的大小和方向。 • 解 开始时，空气的温度由完全气状态变化过程是一个可逆过程； • (2)气体是完全气体。即在任一平衡状态 下，其参数关系符合完全气体的状态方程 式； • (3)比热容是常数，即比热容不随温度而 变化。 • (4)实际过程近似地看作是具有某一简单 特征的一个特殊过程。
• 分析热力过程的主要内容是： • (1)建立工质在热力过程中状态参数的变 化规律： • 根据过程进行的特点，在符合状态方程 及热力学定律解析式的条件下，求出状 态参数之间变化关系——过程方程式。 • (2)确定工质在热力过程中能量变换特性： • 计算过程中内能的变化、焓的变化和工 质与外界之间所交换的热量和功。
§3—2 等容过程
• 一、过程的定义 • 等容过程是指气体在容积不变或比容保持不 变的条件下进行的热力过程。活塞式发动机 和脉动式喷气发动机的燃烧过程就近似于等 容过程。图1—3—1(a)表示等容加热过程， 其中活塞不动。 • 二、过程特点 • V= 常数 • 或 ν= 常数
• 三、过程方程
• 或
正号表示对该气体加热。
§3—3 等压过程
• 一、过程的定义 • 气体在压力保持不变的条件下进行的热 力过程。有些活塞式柴油机及涡轮喷气 发动机的燃烧过程，压力变化很小，近 似于定压加热。图1—3—2(a) 。 • 二、过程特点
•
P = 常数
• 三、过程方程式 •
‘
V R 常数 T P
V2 T2 V1 T1
• 说明： • 在定压过程中，气体的比容与热力学温度 成正比；对气体加热，温度升高，比容增 大，气体放热，温度降低，比容减小。
• 四、过程曲线
• P—V图如图1—3—2(b)所示；
• T—s图如图1—3—2(c) 所示。
• 即在P—v图上是一条与P轴相垂直的直线； 在T—s图上是一条指数曲线，且斜率随 温度的升高而增大，亦即温度越高，曲 线的斜率在T—s图中越陡峭。
P R 常数 T v P2 T2 P1 T1
说明： 在等容过程中，气体的压力与热力学温度成正比， 当对气体加热时，温度升高，压力增大，气体放 热，温度降低，压力减少。
• 四、过程曲线
• 图1—3—1（b）和图1—3—1（c）
• 即在P—v图上是一条与v轴相垂直 的直线；在T—s图上是一条指数曲 线，且斜率随温度的升高而增大， 亦即温度越高，曲线的斜率在T—s 图中越陡峭。
分析热力过程的目的、方法和内容 等容过程 等压过程 等温过程
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过程的能量转换 能量转换及其计算 2/14
第三章 气体的热力过程
§3—1 分析热力过程的目的、方法和内容 • 热力发动机中热能和机械能的相互转 换是通过工质的状态变化过程实现的。 研究热力过程才可以弄清楚热能和机 械能的实际转换情况和影响它们转换 的因素。
P2 40 T2 T1 573 285K P 8 1
• 加热量为 Q mC （ ） 0.02 0.718 （2865 573 ） 3.29KJ v T2 T 1
• 例 某完全气体的定压比热容为2.2 KJ / Kg ，分子量 K 为16.04。该气体8kg在等容条件下自17℃加热至 187℃，求该气体的(1)容积功（2）焓的变化(3)换热 量。
• 五、能量交换情况 • 1、容积功
W12 Pdv P（V2 V1）
1
2
• 2、内能的变化量 •
u12 u2 u1 C（ ） V T2 T 1
• 3、换热量 • q C（T
p p
2
T1） i2 i1
• 例 压力为8bar，温度为327℃的空气进入 燃烧室内定压加热，使其温度升高到927℃。 C p 1.157KJ / Kg K 设燃气的定压比热容 • 燃气的气体常数 R 287J / kg K，求(1)燃烧 前后气体的比容(2)每千克气体的加热量(3) 膨胀功(4)内能的变化量 • 解 (1)燃烧前的比容
RT1 287 （327 273 ） 3 v1 0.2153 m / kg 5 P 8 10 1
• (2)燃烧后的比容
• (3)每千克气体的加热量
• (4)每千克气体的容积功
T2 927 273 v2 v1 0.2153 0.4305 m3 / kg T1 327 273