工程热力学 第三章 气体和蒸汽的性质.ppt
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1、第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质工程热力学的研究内容工程热力学的研究内容 1、能量转换的基本定律能量转换的基本定律 2、工质的基本性质与热力过程工质的基本性质与热力过程3、热功转换设备、工作原理热功转换设备、工作原理4、化学热力学基础化学热力学基础工程热力学的两大类工质工程热力学的两大类工质 1、理想气体(理想气体(ideal gas)可可用用简单简单的式子描述的式子描述 如汽车发动机和航空发动机以空气为主如汽车发动机和航空发动机以空气为主的的燃气燃气、空调中的、空调中的湿空气湿空气等等2、实际气体(实际气体(real gas)不不能用能用简单简单的式子描述,真实工质的式子描述,
2、真实工质 火力发电的火力发电的水水和和水蒸气水蒸气、制冷空调中、制冷空调中制制冷工质冷工质等等1.分子之间没有作用力分子之间没有作用力 2.分子本身不占容积分子本身不占容积 但是但是,当实际气体当实际气体 p 很小很小,V 很大很大,T不太低时不太低时,即处于即处于远离液态远离液态的的稀薄稀薄状状态时态时,可视为可视为理想气体理想气体。理想气体理想气体模型模型现实中没有理想气体现实中没有理想气体 当实际气体当实际气体 p 很小很小,V 很大很大,T不不太低时太低时,即处于即处于远离液态远离液态的的稀薄稀薄状态状态时时,可视为可视为理想气体理想气体。哪些气体可当作理想气体哪些气体可当作理想气体T
3、常温常温,p7MPa的的双原子双原子分子分子理想气体理想气体O2,N2,Air,CO,H2如汽车发动机和航空发动机以空气为主的如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气燃气等等三原子三原子分子(分子(H2O,CO2)一般一般不能不能当作当作理想气体理想气体特殊,如空调的特殊,如空调的湿空气湿空气,高温烟气的,高温烟气的CO2,可以可以3-13-1 理想气体状态方程理想气体状态方程 理想气体理想气体定义:定义:凡遵循凡遵循克拉贝龙克拉贝龙(Clapeyron)方程的气方程的气体体四种形式的四种形式的克拉贝龙克拉贝龙方程:方程:注意注意:R 与与Rg 摩尔容积摩尔容积Vm状状态态方方程程统一单位统一
4、单位3-2 比热容比热容计算计算内能内能,焓焓,热量热量都要用到都要用到热容热容定义定义:比热容比热容单位物量的物质升高单位物量的物质升高1K或或1oC所需的热量所需的热量c:质量比热容质量比热容 Cm:摩尔比热容摩尔比热容C:容积比热容容积比热容Cm=Mc=22.414CTs(1)(2)1 K比热容是过程量还是状态量比热容是过程量还是状态量?c1c2用的最多的某些特定过程的比热容用的最多的某些特定过程的比热容定容比热容定容比热容定压比热容定压比热容定容比热容定容比热容cv任意准静态过程任意准静态过程u是状态量,设是状态量,设 定容定容物理意义物理意义:v 时时1kg工质升高工质升高1K内能的
5、增加量内能的增加量定压比热容定压比热容cp任意准静态过程任意准静态过程h是状态量,设是状态量,设 定压定压物理意义物理意义:p 时时1kg工质升高工质升高1K焓的增加量焓的增加量cv和和cp的说明的说明1、cv 和和 cp ,过程已定过程已定,可当作可当作状态量状态量。2、前面的推导前面的推导没有没有用到用到理想气体理想气体性质,性质,所以所以3、h、u、s的计算要用的计算要用cv 和和 cp。适用于适用于任何气体任何气体。常见工质的常见工质的cv和和cp的数值的数值0oC时:时:cv,air=0.716 kJ/kg.K cp,air=1.004 kJ/kg.Kcv,O2=0.655 kJ/k
6、g.K cp,O2=0.915 kJ/kg.K1000oC时:时:cv,air=0.804 kJ/kg.K cp,air=1.091 kJ/kg.Kcv,O2=0.775 kJ/kg.K cp,O2=1.035 kJ/kg.K25oC时:时:cv,H2O=cp,H2O=4.1868 kJ/kg.K3-33-3 理想气体的理想气体的u、h、s和热容和热容一、一、理想气体的理想气体的u 1843年年焦耳焦耳实验,对于实验,对于理想气体理想气体p v T 不变不变 AB绝热自由膨胀绝热自由膨胀真空真空理想气体的内能理想气体的内能u理气绝热自由膨胀理气绝热自由膨胀 p v T 不变不变 理想气体理想气
7、体u只与只与T有关有关理想气体内能理想气体内能的物理解释的物理解释内能内能内动能内动能内位能内位能T,v 理想气体无分子间作用力,理想气体无分子间作用力,内能内能只只决定于决定于内动能内动能?如何求理想气体的如何求理想气体的内能内能 uT理想气体内能的计算理想气体内能的计算理想气体,任何过程理想气体,任何过程理想气体理想气体 实际气体实际气体理想气体的焓理想气体的焓理想气体理想气体实际气体实际气体理想气体理想气体h只与只与T有关有关理想气体,任何过程理想气体,任何过程熵熵的定义的定义:可逆过程可逆过程 理想气体理想气体理想气体的熵理想气体的熵pv=RgT仅可逆适用?仅可逆适用?T1 p1 v1
8、 s1T2 p2 v2 s212理想气体,任何过程理想气体,任何过程一般工质一般工质:理想气体:理想气体:迈耶公式迈耶公式理想气体的热容理想气体的热容令令比热比比热比1、按定比热按定比热 2、按真实比热计算按真实比热计算3-4 理想气体热容理想气体热容、u、h和和s的计算的计算3、按平均比热法计算按平均比热法计算理想气体热容的理想气体热容的计算计算方法:方法:h、u、s的计算要用的计算要用cv 和和 cp分子运动论分子运动论1、按定比热、按定比热计算计算理想气体热容理想气体热容运动自由度运动自由度单原子单原子双原子双原子多原子多原子Cv,mkJ/kmol.KCp,m kJ/kmol.Kk1.6
9、71.41.292、按真实比热、按真实比热计算计算理想气体理想气体的的热容热容根据实验结果整理根据实验结果整理 理想气体理想气体3、按平均比热、按平均比热计算计算理想气体理想气体的的热容热容t t2 t1 c(cp,cv)附表附表 5c=f(t)摄氏摄氏求求O2在在100-500平均定压热容平均定压热容1.2.cv 为真实比热为真实比热3.cv 为平均比热为平均比热理想气体理想气体 u的计算的计算4.若为空气,直接查若为空气,直接查 附表附表7理想气体,任何过程理想气体,任何过程T1 u1T2 u2121.2.cp 为真实比热为真实比热3.cp 为平均比热为平均比热理想气体理想气体 h的计算的
10、计算4.若为空气,直接查若为空气,直接查 附表附表7理想气体,任何过程理想气体,任何过程1、若定比热若定比热理想气体理想气体 s的计算的计算理想气体,任何过程理想气体,任何过程理想气体理想气体 s的计算的计算2、真实比热真实比热(经验式经验式)选择精确的真实比热容经验式选择精确的真实比热容经验式算得熵变算得熵变理想气体理想气体 s的计算的计算2、真实比热真实比热(查表查表)取基准温度取基准温度 T0=0K,P0=101325Pa,若为空气,查若为空气,查 附表附表7得得状态状态(T,P0)时时查查 附表附表8例例1:1:某某种种理想气体作自由膨胀,理想气体作自由膨胀,求:求:ss1212。解:
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