长 沙 理 工 大 学 备 课 纸
第4章 理想气体热力过程
一、教案设计
教学目标: 使学生理解外部条件对热能和机械能转换的影响，通过有利的外部条件，达到合理安排热力过程，提高热能和机械能转换效率的目的。熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变过程中状态参数p、v、T、?u、?h、?s的计算，过程量Q、W的计算，以及上述过程在p-v 、T-s图上的表示。
知 识 点：掌握理想气体的几个典型的热力过程特点，过程方程形式及其状态
参数p、v、T、?u、?h、?s的计算，过程量Q、W的计算。掌握过程在p-v 、T-s图上的表示。
重 点：结合热力学第一定律，分析和导出各种基本热力过程及多变过程的相应计算式并进行计算，利用p-v、T-s图分析热力过程。
难 点：几种典型热力过程与多变过程的相互关系；确定过程中工质状态参数,能量转换关系。
教学方式：讲授+多媒体演示+课堂讨论 师生互动设计：提问+启发+讨论
? 问：理想气体定温过程中w=wt=q是否意味着q可以全部转化功量？为
什么？
? 问：理想气体分别从同一初态出发分别经历定容、定压过程，吸收相同
的热量后那么到达终态时，哪个过程的终点温度高？为什么？ ? 问：在p-v图上，T和s减小的方向分别在哪个方向，在T-s图上p和v
减小的方向分别在哪个方向。
? 问：实际工质经历的热力过程就是多变过程吗？ 学时分配：2学时+2（讨论） 二、基本知识
第一节 基本热力过程
一、 研究热力过程的目的及一般分析法
实施过程目的：实现预期的能量转换，如锅炉中工质定压吸热，提高蒸汽的焓而获得作功能力；达到预期的状态变化，如压气机中消耗功量使气体升压。
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分析热力过程的目的：揭示过程中工质状态参数的变化规律以及能量转化情况，进而找出影响转化的主要因素。 一般分析方法： 假设：
? 根据实际过程的特点，将实际过程近似地概括为几种典型过程：定容、
定压、定温和绝热过程；
? 不考虑实际过程中不可逆的耗损，视为可逆过程； ? 工质视为理想气体； ? 比热容取定值。 分析热力过程的一般步骤：
1．建立过程方程 依据：过程方程线p=f (v) 2．确定初终状态参数 依据：状态方程3．p-v图与T-s图分析
4．求传递能量，依据能量方程：Q-W=?U 二、参数关系式及传递能量（见教材中列表） 如：定容过程
P1v1P2v2? T1T2
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其他三个典型过程（见ppt）
第二节 多变过程
已知某多变过程任意两点参数p1,v1,p2,v2，求n n?lnp(2/p1)
lnv(1/v2)一、多变过程方程及多变比热 过程方程:pvn =const
n=0时，定压过程 n=1时，定温过程 n=k时, 定温过程 n=±∞时，定容过程 二、多变过程分析 过程中q、w、?u的判断
l．q的判断： 以绝热线为基准: 2．w的判断： 以等容线为基准 3．?u的判断： 以等温线为基准
~
例1. 1kg空气多变过程中吸取41.87kJ的热量时，使其容积增大10倍，压力降低8倍，求：过程中空气的内能变化量，空气对外所做的膨胀功及技术功。
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解：按题意 qn?41.87kJ/kg v2?10v1 p2?空气的内能变化量：由理想气体的状态方程
p1V1?RT1 p2V2?RT2 得： T2?1p1 510T1 8多变指数 n?ln(p1/p2)ln8??0.903
ln(v2/v1)ln10多变过程中气体吸取的热量
n?k1n?kqn?cn(T2?T1)?cv(T2?T1)?cvT1
n?14n?1T1?57.1K
气体内能的变化量：?U12?mcv(T2?T1)?8.16kJ/kg 空气对外所做的膨胀功及技术功：膨胀功由闭系能量方程
w12?qn??u12?33.71kJ/kg p1RT1[1?(2)或由公式w12?n?1p1n?1n]来计算
npRT1[1?(2)技术功：w12?n?1p1n?1n]?nw12?30.49kJ/kg
例2：一气缸活塞装置如图所示，气缸及活塞均由理想绝热材料组成，活塞与气缸间无摩擦。开始时活塞将气缸分为A、B两个相等的两部分，两部分中各有1kmol的同一种理想气，其压力和温度均为p1=1bar，t1=5℃。若对A中的气体缓慢加热（电热），使气体缓慢膨胀，推动活塞压缩B中的气体，直至A中气体温度升高至127℃。试求过程中B气体吸取的热量。设气体Cv0?12.56kJ/(kmol〃K)，
图4.2 A B Cp0?12.56kJ/(kmol〃K)。气缸与活塞的热容量可以忽略不计。
解：取整个气缸内气体为闭系。按闭系能量方程
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