气体热力学性质

第二章 气体热力学性质

第一节 理想气体的性质

一、理想气体：

1、假设：①气体分子是弹性的、不占据体积的特点；

②气体分子间没有相互作用力。

对于气体分子的体积相对气体比容很小，分子间作用力相对于气体压力也很小时，可

作为理想气体处理。 2、状态方程

理想气体在任一平衡状态时的压力P、温度T、比容v之间的关系应满足状态方程，

即克拉佩龙方程 Pv= RT

mkg质量气体为： Pv=mRT=mR0T

R 气体常数，反映气体特征的物理量，和气体所处状态无关； n 物质的量（千克数或摩尔数）； R0 通用气体常数，与气体状态、其他性质无关的普适恒量； R0??R?831415J/Kmol?K

CV,CP分别表示定压比容及定容比容，对于理想气体，他们仅是温度的单值函

数，CV?CP 其 CV?CP?R 比值CV/CP?k（绝热指数） 标准状态时（压力未101.325Kpa, 0℃） 单原子气体 k=1.66?1.67 双原子气体 k=1.40?1.41 多原子气体 k=1.10?1.3

此外

Rkk?CV/CP?1,CV?,CP??R

R?1k?1

二、过程方程及过程功

气体在压缩和膨胀过程中，状态的变化应符合动量守恒及转换定律，即内能、外功、热

交换三者间应满足 dq?dU?dW,其中dU?CVdT,dW?PdV

压缩过程中的能量关系 1、 等温过程

数字式：T?const即dT?0 过程方程式：PV?const 过程功：W?RTlnV2VP?P1V1ln2?P1V1ln1 V1V1P2内能变化：U2?U1?0

热交换：q?w

等温过程的热交换q 和过程功w 值相等，且正负号相同，即气体加热进行等温膨胀时，加入的热量全部用于对外膨胀做功，气体被压缩时外界对气体所作的功全部转换为热量的形式排出。

2、 绝热过程

数字式：q?0,dq?0 过程方程式：PVK?const

k?1k?P2?R过程功：W?T1[1???P??R?1?1?内能变化：U2?U1?W

?V1?R]?T1[1???V??k?1?2?K?1]

功质在绝热过程中与外界没有热量交换，过程功只能来自工质本身的能量，绝热膨胀

机等于内能降，绝热压缩时，工质消耗的压缩功等于内能的增加量。

3、 多变过程

状态变化过程中，状态参数都由显著的变化，存在热交换时他们的过程特征满足过程方程

过程功：W??P2?R?T1[1????n?1?P1?n?1n]?k?1CV(T1?T2) n?1内能变化：?U?CV(T2?T1) 热量交换：q??U?W?压缩机级的工作工程

n?kCV(T1?T2) n?1多变等温绝热

在等温与绝热之间的均是多变过程； 在等温与绝热之外的均是多变过程； 第二节 级的理论循环

1） 压缩机的级：指压缩机中进行连续压缩的单位；

2） 循环：压缩机曲轴旋转一周，在气缸容积中所进行的各个过程的总和； 3） 级的理论循环不是指在以下假设条加下的循环：

①气缸没有余隙容积，被压缩的气体能全部排出气缸；

②进、排气系统没有阻力，阀室容积无限大，并且是绝热的，因此，进排气过程没有压力损失，没有压力脉动，没有热交换（注：没有热交换温度不变化）； ③气缸压缩容积绝对严密，没有气体泄露；

④气体压缩过程中不论由无热交换，其过程指数未定植。

一、级的理论循环包括三个过程

外止点内止点V

活塞自左向右移动时，气体的压力P1进入气缸4~1 称为吸气过程，然后，活塞自

右向左移动，气体被压缩，1~2 为压缩过程。等气体压力达到排气压力后，气体被排出，2~3称为排气过程。这样就完成了一个理论循环。

其中吸气和排气过程是机械过程，压缩过程时热力过程，所以压缩机级的理论循环就是机械过程和热力过程的混合过程，过程线4-1-2-3-4 构成理论循环指示图。 二、级的理论进气量

1、活塞由外止点到内止点的一个过程，所扫过的气缸容积Vn被称为行程容积：

Vn?Ap?S Ap 活塞截面积；

S 活塞行程：指外止点到内止点的距离； 2、理论进气量

在理论循环中，在进气压力P1，进气温度T1的状态下，活塞在一个行程中所吸进的

气体容积V1被定义为级的理论进气量： V1?Ap?S V1?Vh

级的理论进气量等于该级的行程容积，它是压缩机气缸所能吸进的最大进气体量。 三、级的理论循环指示功

1、 指示功——压缩机完成一个理论循环所消耗的功是进气过程功，压缩过程功，排气

过程功之和，可用级的理论循环，指示图面积 4-1-2-3-4 表示，是压缩机性能好坏的主要指标。

2、 在压缩机中规定，活塞对气体作功为正值，气体对活塞作功为负值。

进气过程功WS： 负值； 压缩过程功Wp： 正值； 排气过程功Wd： 正值； 循环功：Wi?WS?WP?Wd

四、等温压缩力理论循环指示功Wis；

绝热压缩力理论循环指示功Wad； 多变压缩力理论循环指示功Wph；

Wis?Wph?Wad

根据以上，尽量实现等温压缩过程，实际上压缩接近于绝热压缩。

第三节 级的实际循环

一、实际循环指示图与理论循环指示图的区别

1、 实际循环存在气体膨胀线 c-d ,循环多了个膨胀过程；

2、 进气过程线低于名义进气压力线，排气过程高于名义排气压力线且进排气过程线呈

波浪形。（名义压力——在进气量或排气管中的压力，按时间积分的平均值）为什么？

a. 因为要克服流动阻力，自然而然形成这种状况； b. 活塞脉动造成的 P?P阀?P背

3、 影响实际循环指示图的诸多因素

1、 余隙容积的影响

余隙容积V0?V01?V02?V03?V04

其中：V01表示活塞处于止点位置时活塞顶端与气缸盖（气缸头）之间有一定的间隙，防止活塞碰及缸盖，V02表示第一道活塞环前活塞外圆与气缸内圆表面间保持一定的径向间隙空间以防止活塞与气缸内径表面接触而产生磨损；V03表示气缸气

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