亦称“定熵压缩系数”。简单可压缩系统在
定熵过程中比容随压力的变化率与比容的比值。是表示物质系统在可逆绝热条件下相对压缩性的常用
热系数之一。
简介
绝热
压缩系数又称“定熵压缩系数”。表示简单可压缩系统在
定熵过程中比容随压力的变化率与比容的比值。是表示物质系统在可逆绝热条件下相对压缩性的常用热系数之一。常以符号“βs”表示,单位为 “m/N”或“Pa”。数学表达式为:
式中,v、p、s分别为该简单可压缩系统的比容 (m/kg)、绝对压力 (Pa)和比熵[kJ/(kg·K)]。在可逆绝热条件下物质系统的比容总是随其压力的提高而减小,即偏导数(∂v /∂p)s恒为负值,故βs恒为正值。 绝热压缩系数对研究简单可压缩系统的
热力学性质具有重要的意义。
定义
气体在和外界没有
热交换的情况下进行的压缩过程叫绝热压缩。在热力学中,可逆绝热压缩是
等熵过程。这时对体系进行压缩所作的功等于体系内能的增加。绝热压缩一般指流体在稳流状态下,在其
位能和
动能可忽略的情况下,经历
绝热节流,通过压缩导致增大
压力,此压缩为绝热压缩。根据
热力学第一定律,经常用于升高流体的温度,起到
加热的效应。
绝热压缩发生在气压上升时,这时气体
温度也会上升。例如,给自行车打气时,可以感觉到气筒温度上升,这正是因为气体压强上升的足够快到可视为绝热过程的缘故,热量没有逃逸,因而温度上升。柴油机在
压缩冲程时正是靠绝热压缩原理来给
燃烧室内的混合气体点火的。
绝热过程
绝热压缩属于绝热过程,绝热过程热力学系统始终不与外界交换热量, 即dQ =0 的过程。根据
热力学第一定律,在绝热过程中,系统对外所作的功等于内能的减少量。根据
热力学第二定律,在可逆的绝热过程中,系统的熵不变。用良好
绝热材料隔绝的系统中进行的过程,或由于过程进行得太快,来不及与外界有显著热量交换的过程,都可近似地看作绝热过程。例如内燃机、蒸汽机汽缸中工作物质的膨胀过程, 压汽机汽缸中的压缩过程,汽轮机喷管中的膨胀过程,以及气象学中空气团的升降过程,还有声波在空气中的传播过程等,都可当作绝热过程处理。
绝热过程是一个绝热体系的变化过程,绝热体系为和外界没有热量和粒子交换,但有其他形式的能量交换的体系,属于封闭体系的一种。绝热过程有绝热压缩和绝热膨胀两种。
绝热过程分为
可逆过程(
熵增为零)和不可逆过程(熵增不为零)两种。可逆的绝热过程是等熵过程。等熵过程的对立面是
等温过程,在等温过程中,最大限度的热量被转移到了外界,使得系统温度恒定如常。由于在热力学中,温度与熵是一组
共轭变量,等温过程和等熵过程也可以视为“共轭”的一对过程。
等熵过程
等熵过程又叫可逆绝热过程。所谓绝热过程乃是气体在和外界没有热量交换的条件下进行的热力过程。当过程进行的很快时,工质与外界还来不及与外界交换热量或是交换热量很少,则可近似地看作绝热过程。
涡轮喷气发动机的压气机内空气的压缩过程,燃气在
涡轮内和尾喷管内进行的膨胀过程,都可近似地看作绝热过程。
在等熵过程中,不仅气体与外界交换的总热量为零,而且在过程进行的每一微元段与外界交换热量也是零,所以可逆绝热过程是dp=0和q=0。
一、可逆干绝热过程
对于定质量的气块,它的状态是由气压(p)、温度(T)、和任意一个
湿度参数(如比湿q)共同决定,而气块在垂直升降运动过程中其状态不断发生变化,因此必须获得气块状态变量随高度变化规律。
在垂直升降运动过程中,气块中所含的水汽始终未达到饱和,没有发生相变的绝热过程,称为干绝热过程。这里的干表示未饱和气块在绝热过程中没有发生水相的变化,并非指不含有水汽。由于满足
垂直运动的三个基本假设,即
绝热条件、准静态条件、静力平衡条件,因此他又是可逆过程,常称为可逆干绝热过程。
二、可逆湿绝热过程
气块上升时到等熵凝结高度以上,水汽开始凝结并释放出
潜热,如果饱和气块继续上升且凝结物全部保留在气块内,并与外界无热量交换;当气块下沉增温湿,这些凝结物又
蒸发,使气块始终维持
饱和状态,所耗的潜热与原来释放的潜热相等,沿逆过程后仍能回到原来的状态,这样的过程称为可逆湿绝热过程,又称为湿绝热过程,这里的“湿”表示在饱和的绝热气块内发生水相变化。
可逆
湿绝热过程是一个等熵过程,虽然在可逆式绝热过程中发生了相变,但水汽和凝结出来的液态水总质量(mv+mt)不变,干空气质量md也不变。因此可以利用熵函数来推导湿绝热方程。由于可逆过程熵不变,即dS=0,即可得到可逆湿绝热方程。