絕熱壓縮

絕熱壓縮屬于絕熱過(guò)程，絕熱過(guò)程熱力學(xué)系統(tǒng)始終不與外界交換熱量， 即dQ =0 的過(guò)程。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，在絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)對(duì)外所作的功等于內(nèi)能的減少量。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在可逆的絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)的熵不變。用良好絕熱材料隔絕的系統(tǒng)中進(jìn)行的過(guò)程，或由于過(guò)程進(jìn)行得太快，來(lái)不及與外界有顯著熱量交換的過(guò)程，都可近似地看作絕熱過(guò)程。例如內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)汽缸中工作物質(zhì)的膨脹過(guò)程， 壓汽機(jī)汽缸中的壓縮過(guò)程，汽輪機(jī)噴管中的膨脹過(guò)程，以及氣象學(xué)中空氣團(tuán)的升降過(guò)程，還有聲波在空氣中的傳播過(guò)程等，都可當(dāng)作絕熱過(guò)程處理。

絕熱過(guò)程是一個(gè)絕熱體系的變化過(guò)程，絕熱體系為和外界沒(méi)有熱量和粒子交換，但有其他形式的能量交換的體系，屬于封閉體系的一種。絕熱過(guò)程有絕熱壓縮和絕熱膨脹兩種。

絕熱過(guò)程分為可逆過(guò)程（熵增為零）和不可逆過(guò)程（熵增不為零）兩種?？赡娴慕^熱過(guò)程是等熵過(guò)程。等熵過(guò)程的對(duì)立面是等溫過(guò)程，在等溫過(guò)程中，最大限度的熱量被轉(zhuǎn)移到了外界，使得系統(tǒng)溫度恒定如常。由于在熱力學(xué)中，溫度與熵是一組共軛變量，等溫過(guò)程和等熵過(guò)程也可以視為“共軛”的一對(duì)過(guò)程。

壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等是化工生產(chǎn)中常用的壓氣機(jī)，它是借助于機(jī)械能或電能，來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體由低壓到高壓的狀態(tài)變化。各類壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理雖然不同，但從熱力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，氣體狀態(tài)變化過(guò)程并沒(méi)有本質(zhì)的不同，都是消耗外功，使氣體壓縮升壓的過(guò)程，在正常工況下都可以視為穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程。

氣體的壓縮，一般有等溫、絕熱、多變?nèi)N過(guò)程，又分單級(jí)和多級(jí)壓縮。對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)體系，壓縮過(guò)程的理論軸功可用穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律來(lái)描述。

氣體壓縮以等溫壓縮最有利，因此，應(yīng)設(shè)法使壓氣機(jī)內(nèi)氣體壓縮過(guò)程的指數(shù)n減小。采用水套冷卻是改進(jìn)壓縮過(guò)程的有效方法，但在轉(zhuǎn)速高，氣缸尺寸大的情況下，其作用也較小。同時(shí)，為避免單級(jí)壓縮因壓縮比太高而影響容積效率，常采用多級(jí)壓縮、級(jí)間冷卻的方法。分級(jí)壓縮，級(jí)間冷卻式壓氣機(jī)的基本原理是將氣體先壓縮到某一中間壓力，然后通過(guò)一個(gè)中間冷卻器，使其等壓冷卻至壓縮前的溫度，然后再進(jìn)入下一級(jí)氣缸繼續(xù)被壓縮、冷卻，如此進(jìn)行多次壓縮和冷卻，使氣體壓力逐漸增大，而溫度不至于升得過(guò)高。這樣，整個(gè)壓縮過(guò)程趨近于等溫壓縮過(guò)程。

氣體在和外界沒(méi)有熱交換的情況下進(jìn)行的壓縮過(guò)程叫絕熱壓縮。在熱力學(xué)中，可逆絕熱壓縮是等熵過(guò)程。這時(shí)對(duì)體系進(jìn)行壓縮所作的功等于體系內(nèi)能的增加。

絕熱壓縮一般指流體在穩(wěn)流狀態(tài)下，在其位能和動(dòng)能可忽略的情況下，經(jīng)歷絕熱節(jié)流，通過(guò)壓縮導(dǎo)致增大壓力，此壓縮為絕熱壓縮。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，經(jīng)常用于升高流體的溫度，起到加熱的效應(yīng)。

絕熱壓縮發(fā)生在氣壓上升時(shí)，這時(shí)氣體溫度也會(huì)上升。例如，給自行車(chē)打氣時(shí)，可以感覺(jué)到氣筒溫度上升，這正是因?yàn)闅怏w壓強(qiáng)上升的足夠快到可視為絕熱過(guò)程的緣故，熱量沒(méi)有逃逸，因而溫度上升。柴油機(jī)在壓縮沖程時(shí)正是靠絕熱壓縮原理來(lái)給燃燒室內(nèi)的混合氣體點(diǎn)火的。

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，在絕熱壓縮過(guò)程中有W Q=△U（內(nèi)能增量）。由于是絕熱壓縮，有Q=0，W>0，△U>0，因此，在絕熱壓縮過(guò)程中，物質(zhì)的內(nèi)能增加，溫度升高。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，從能量角度考慮，絕熱容器與外界沒(méi)有熱傳遞，壓縮體積是對(duì)氣體做功，故氣體能量增加也就是內(nèi)能增加，那么溫度必然升高。

氣體在和外界沒(méi)有熱交換的情況下進(jìn)行的壓縮過(guò)程叫絕熱壓縮。在熱力學(xué)中，可逆絕熱壓縮是等熵過(guò)程。這時(shí)對(duì)體系進(jìn)行壓縮所作的功等于體系內(nèi)能的增加。絕熱壓縮一般指流體在穩(wěn)流狀態(tài)下，在其位能和動(dòng)能可忽略的情況下，經(jīng)歷絕熱節(jié)流，通過(guò)壓縮導(dǎo)致增大壓力，此壓縮為絕熱壓縮。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，經(jīng)常用于升高流體的溫度，起到加熱的效應(yīng)。

絕熱壓縮發(fā)生在氣壓上升時(shí)，這時(shí)氣體溫度也會(huì)上升。例如，給自行車(chē)打氣時(shí)，可以感覺(jué)到氣筒溫度上升，這正是因?yàn)闅怏w壓強(qiáng)上升的足夠快到可視為絕熱過(guò)程的緣故，熱量沒(méi)有逃逸，因而溫度上升。柴油機(jī)在壓縮沖程時(shí)正是靠絕熱壓縮原理來(lái)給燃燒室內(nèi)的混合氣體點(diǎn)火的。

絕熱壓縮與絕熱膨脹通常由氣體壓強(qiáng)的變化引起。

絕熱壓縮發(fā)生在氣壓上升時(shí)，這時(shí)氣體溫度也會(huì)上升。例如，給自行車(chē)打氣時(shí)，可以感覺(jué)到氣筒溫度上升，這正是因?yàn)闅怏w壓強(qiáng)上升的足夠快到可視為絕熱過(guò)程的緣故，熱量沒(méi)有逃逸，因而溫度上升。

柴油機(jī)在壓縮沖程時(shí)正是靠絕熱壓縮原理來(lái)給燃燒室內(nèi)的混合氣體點(diǎn)火的。

絕熱膨脹發(fā)生在氣壓下降時(shí)，這時(shí)氣體溫度也會(huì)下降。例如，給輪胎放氣時(shí)，可以明顯感覺(jué)到放出的氣體比較涼，這正是因?yàn)闅怏w壓強(qiáng)下降的足夠快到可視為絕熱過(guò)程的緣故，氣體內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，溫度下降。

這些溫度的變化量可以用理想氣體狀態(tài)方程精確計(jì)算。

絕熱過(guò)程是系統(tǒng)在和外界無(wú)熱量交換的條件下進(jìn)行的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)絕熱過(guò)程有兩種情況：

①用絕熱材料制成絕熱壁，把系統(tǒng)與外界隔開(kāi)，就可以近似地實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。

②使過(guò)程快速進(jìn)行，系統(tǒng)來(lái)不及與外界進(jìn)行顯著的熱量交換。例如：內(nèi)燃機(jī)中熱氣體的突然膨脹，

柴油機(jī)或壓氣機(jī)中空氣的壓縮、聲波中氣體的壓縮（稠密）和膨脹（稀疏）等都可近似視為絕熱過(guò)程。

作為典型例子，下面介紹理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過(guò)程和理想氣體自由膨脹過(guò)程（非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程）。

絕熱壓縮熱點(diǎn)是指當(dāng)固體或液體爆炸物受到撞擊等機(jī)械作用時(shí)，爆炸物內(nèi)所含的微小氣泡受到絕熱壓縮，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能并且聚集在小的局部范圍形成的“熱點(diǎn)”。

爆炸物中的微小氣泡可能是爆炸物中原來(lái)包含的，或者是在撞擊等機(jī)械作用時(shí)被帶入到爆炸物中。在液體爆炸物、塑性爆炸物或粉狀爆炸物受到機(jī)械撞擊時(shí)，氣泡受到絕熱伍縮而形成熱點(diǎn)并使氣泡壁面處的爆炸物點(diǎn)燃、發(fā)火、爆炸。